基于三維模型裝置大檢修的創新與實踐

丁劍博 馮恒東

(中國石油蘭州石化公司自動化研究院,蘭州 730060)

流程工業的數字化工廠技術研究和系統建設已越來越多地受到國內各大煉化企業的重視，部分煉化企業已經開始試點建設。中國石油蘭州石化公司2013年實施了“數字化工廠研究與試點應用”項目，系統構建了與現實裝置完全一致的550萬t/a常減壓三維虛擬裝置和蘭州石化數字化工廠平臺，并集成了生產執行系統(MES)、設備管理平臺(EAM)、實驗室化驗分析系統(LIMS)、高清視頻、地下管網及文檔管理系統(EDMS)等，建立了與生產、設備和安全相關的重點系統數據。深化應用數字化工廠系統，研究基于三維數字化工廠的管理模式，使之為生產管理發揮強大的支撐作用顯得尤為重要。

目前，550萬t/a常減壓三維虛擬裝置進行了建設投產以來的第一次大檢修，其存在現場情況復雜、檢修檢測范圍廣、涉及部門眾多、組織管理復雜、工作量測算困難及檢維修各類數據科學管理等問題。以“數字化工廠研究與試點應用”項目上線為契機，探索大檢修的規劃、調度、技術交底、三維檢維修方案和數據處理，并形成配套的管理模板，建立大檢修全生命周期知識數據庫，從而規范大檢修管理流程，節省人力和物力資源，提高工作效率和大檢修的整體質量水平，以確保裝置安全穩定運行。

1 實施方案與可行性分析①

了解先進的數字化工廠三維虛擬環境，評估中國石油蘭州石化公司大檢修的管理現狀，找出目前大檢修管理存在的問題，確定大檢修管理的改進目標，并分析研究出一套最適合該公司大檢修管理的管理體系。

1.1 檢修方案制定

大檢修內容復雜、成本昂貴且工作項目眾多，需要工廠(檢維修、檢測、安全和生產)及廠外(承包商和監管部門)等多個部門的協調合作。數字化工廠的三維虛擬模型和可視化的清晰詳細說明與指導減少了作業準備時間，消除了返工，從而降低了大檢修所耗工時和生產時間損失。數字化工廠在大檢修計劃、技術交底、檢修現場調度及檢修方案等方面實現了可視化管理，其中，數字化工廠可視化工程的兩個應用方案如圖1所示。

數字化工廠不僅集成了現場的真實空間數據，而且還集成了EAM信息、EDMS非結構化信息及設備相關的圖紙資料等。因此，以數字化工廠為平臺進行大檢修計劃的準備工作，了解設備環境、上下游關系、目前現狀、平時運行狀態、設備檢測時間、設備的隱患、檢維修記錄及設備的設計資料等，可快速準確地制定大檢修計劃[1]。

1.2 技術交底

確定大檢修范圍。在數字化工廠中以直觀、三維方式定義大檢修的設備范圍：高亮、特殊顏色顯示需要檢修的設備；標簽注明檢修的內容；標簽明確檢修的位置；查閱設備隱患臺帳，或直接搜索并標注隱患設備，確定待檢修設備；搜索并標注到期檢驗時間和到期維護設備清單；根據日常工作的特殊設備標注直接獲取待檢修設備等。

a. 腳手架搭建方案 b. 吊車配置方案圖1 數字化工廠可視化工程應用

生成技術交底知識視圖。在數字化工廠平臺上，可以將需要檢維修的設備或周邊環境存成單獨的知識視圖，對照檢修計劃溝通協調，直接查閱各種圖紙和資料信息，并打印知識視圖，實現三維技術交底。

三維技術交底。檢修計劃制定并審核通過后，需要由車間技術人員與承包商進行技術交底。在數字化工廠平臺上，雙方可以坐在辦公室直接查看裝置設備的三維模型與全景視圖，對照檢修計劃溝通協調。打印檢修計劃的三維圖，車間技術人員與承包商可以在現場對照檢修計劃三維視圖，更加清晰地確認檢修內容與注意事項。承包商可以在三維數字化工廠中直接通過EAM或EDMS獲取檢修設備的全部圖紙資料及歷史檢修信息等[2]。

通過可視化的技術交底，使大檢修承包商與車間技術人員更加清晰、快捷地達到技術交底的目的，避免了誤解。而傳統的技術交底方式往往容易產生誤解，導致檢修方案與計劃不一致，從而影響檢修質量與進度。

1.3 檢修規劃

獲取大檢修材料清單。通過EDMS和EAM集成，直接獲取關聯設備的圖紙資料，并查閱設備的零部件清單、規格型號及材料清單等，形成大檢修設備的詳細計劃。

清晰檢修計劃。對于需要詳細說明的設備檢修計劃，可以以三維知識視圖的方式說明檢修的范圍，標注檢修的內容。

三維方式規劃檢修現場部署。大檢修的統籌安排調度是大檢修的重點與難點，多支檢修隊伍同時進廠工作，現場腳手架搭建、吊車進出、作業及檢修材料的擺放等均需要合理的安排和科學的調度。傳統方式是由相關人員憑經驗進行調度安排，不僅難度大，而且易出差錯。

數字化工廠以三維方式展現大檢修的現場部署，將裝置存成大檢修知識視圖，在視圖上直接測量尺寸，規劃吊車位置，標記檢修設備，以三維立體方式協助檢修調度人員進行現場的規劃，實現大檢修任務調度的最優化，從而確保檢修的合理安排并節約檢修時間[3]。圖1所示為裝置大檢修的模擬知識視圖，大檢修指揮調度人員從圖中可以清晰地了解當天檢修現場的作業情況，合理調度、安排檢修的順序。

2 三維模型的使用

2.1 換熱器的吊裝

大檢修的主要工作之一是要對換熱器進行抽芯清洗，但是部分冷換設備因設計原因，有立柱、斜撐、管線、儀表線及消防栓等障礙物阻擋，影響拆除螺栓、吊裝頭蓋及抽芯等檢修工作的正常進行。傳統的檢修費用預決算對這部分工作費用計算比較粗放，在空間比較狹小的地方對于換熱器能否移出難以做出快速準確地判斷。通過使用數字化工廠可以對換熱器能否移出做出模擬，由于數字化工廠的建模精度在±2mm左右，以此為依據可以快速準確地判斷此類換熱器能否移出。此次550萬t/a常減壓裝置大檢修需要進行抽芯清洗的換熱器共99臺，通過使用數字化工廠做檢修方案，發現有33臺換熱器被遮擋無法抽出，如圖1右上所示。因此，數字化工廠為提高檢修質量和效率提供了有效的技術支撐。

2.2 吊車的使用

在數字化工廠中對所有需要吊裝的設備進行了吊裝模擬，發現吊車預定占位存在重要地下管路，及時通知吊裝單位將吊車路基板增大，避免了吊裝時對地下管網的破壞。在核對空冷吊裝方案時，發現預定的200t吊車根本無法將設備吊出，經模擬推翻了原方案，新制定了400t吊車方案。在數字化工廠中事先對吊車進廠路線、占位、臂長及仰角等參數進行模擬和優化，確保所有吊裝方案的準確無誤，使吊車移位次數最少，保證了吊裝的安全和高效。

以數字化工廠為工作平臺進行大檢修工作，可以使工廠各部門管理人員、現場技術人員與承包商之間的交流可視化，并可以直接在三維模型上進行檢修計劃制定、審核、技術交底和工程決算，實現無缺陷大修和零返工，節省大檢修費用7%以上，確保了工廠的運行安全[4]。

3 結束語

中國石油蘭州石化公司通過大檢修管理搭建了大檢修知識庫，包括全面設備信息，為提高全裝置設備的資產管理水平提供了依據，同時在安全方面也有很大的提升。數字化工廠項目在國內屬于比較前沿的領域，通過這次項目的實施，為下一步的推廣并提升應用水平奠定了堅實的基礎。