智能天然氣凈化廠建設展望

高進，傅適

(中國石油西南油氣田公司 重慶天然氣凈化總廠，重慶 401147)

某天然氣凈化總廠現擁有天然氣凈化裝置19套，具有日處理原料天然氣5.9×107m3生產能力，是綜合配套齊全、技術先進的大型天然氣凈化總廠；同時還擔負著土庫曼斯坦阿姆河第一天然氣處理廠、第二天然氣處理廠和機修廠的生產運行管理[1]。

1 信息化建設的現狀和存在問題

1.1 信息化現狀

該廠經過幾十年發展，已建成了以DCS，SIS，F&GS，SCADA等系統為核心的工業控制系統，實現了裝置的遠程控制及安全聯鎖管控。經營管理及辦公信息化系統以中國石油集團公司、分公司統一推送為主，應用的主要系統有： OA，電子郵件，集中報銷平臺，對外投資合同系統，ERP系統，HSE，A5，E7，對標系統以及凈化總廠自建系統等。初步統計現有應用系統29個，其中分公司級及以上級的有25個，總廠自建系統4個[2]。

1.2 信息化項目建設情況

該廠正在開展的信息化建設項目有3個，其中分公司級是龍王廟凈化廠物聯網平臺，總廠級2個： 忠縣凈化廠數字化巡檢平臺、龍王廟凈化廠虛擬培訓系統。

該廠已完成的信息化建設項目有4個： 總廠機關請銷假系統、操作人員技能培訓系統、安全聯系管理系統、移動辦公系統。

1.3 存在問題

1)自控設施建設不足。雖然該廠的工業控制應用較為成熟，采用了DCS，SIS，F&GS，SCADA等系統，基本實現了生產裝置的自動控制和安全聯鎖，但離智能化生產和管理還有相當距離。主要體現： 生產裝置存在大量可用自控設備代替的手動操作；部分工藝參數的檢測仍采用就地儀表檢測，未采用測量信號可遠傳的儀表代替；已應用的儀表設備中智能儀表比例還需進一步提高；儀表設備管理系統未推廣應用，目前僅龍王廟凈化廠在探索應用階段；僅少部分機泵設置有在線溫度、振動監測系統；還未設置在線腐蝕監測系統。

2)信息化基礎設施落后。該廠的信息化基礎設施落后，主要體現在設備老舊、技術過時，如凈化總廠信息機房建立于2002年，機房設備已使用十數年；各級單位間的網絡帶寬不足、網絡穩定性不高，使得信息傳輸、交換與共享效率低下。

3)現有信息化規范與凈化總廠業務需求不完全匹配。從天然氣生產過程的各環節來看，天然氣凈化業務與天然氣采集、管輸、銷售等其他環節的業務需求是不一樣的，有其特殊性。現有信息化建設相關規范主要是基于天然氣開采、管輸的信息化需求設計的，沒有充分考慮天然氣凈化業務的特殊性，不能全面有效覆蓋天然氣凈化業務。

4)信息孤島嚴重。現有應用系統主要部署在上級公司，該廠及其下屬單位主要是遠程使用，相應的數據也分別存儲在上級公司。系統目前都是相互獨立的，彼此間不能共享數據，不能進行業務協同，形成了嚴重的信息孤島，不利于系統的使用和運維。

5)數據利用深度不夠。該廠的工業控制應用較為成熟，但離智能化生產和管理還有相當距離。例如生產過程中的運行數據、過程參數等只能在DCS中使用，而數據量龐大的各類生產報表還只能由人工填報，重復錄入、數據延時、準確性差等問題非常突出。

6)專業技術人才不足。雖然該廠自動控制專業的人員較多，對工業控制、設備管理非常熟悉，但對信息技術了解較少，對物聯網、大數據等新技術了解有限，而智能工廠的建設主要集中在工業控制層級；同時凈化總廠的IT管理人員配置少，大多數為兼職，缺乏物聯網、大數據等領域的前沿知識，導致支撐智能工廠建設的復合型人才嚴重不足。

2 智能天然氣凈化廠定義及主要特征

2.1 定 義

智能天然氣凈化廠應由決策智能、管理智能、運行維護智能三個層級組成，實現生產設備網絡化、生產數據可視化、生產文檔無紙化、生產過程透明化、生產現場無人化等先進技術應用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，從而建立基于工業大數據和“互聯網”的智能工廠[3]。

2.2 主要特征

智能天然氣凈化廠主要特征如下：

1)自動化。建設覆蓋全廠的DCS，SIS，F&GS等系統，實現對全廠工藝流程的監測與控制。

2)數字化。借助覆蓋全廠的網絡平臺實現生產數據的實時采集，快速掌握生產運行情況，實現生產環境與信息系統的無縫對接，提升了管理人員對生產現場的感知和監控能力。

3)模型化。構建與各類工藝裝置、業務范圍與流程，并與各種生產管理活動相匹配的工廠模型。

4)可視化。根據設計資料搭建三維可視化工廠，并與生產工藝、設備信息、作業許可、應急演練等進行功能集成，為生產操作和管理人員提供直接的業務場景展示。

5)集成化。建設企業信息集成平臺，以數據中心為核心，向上支撐企業經營管理，向下與生產過程的實時數據高度集成，將各自獨立的信息系統連接成為一個完整可靠和有效的整體。

6)決策科學化。利用大數據技術，對各應用系統的數據進行集中存儲和分析，發現問題和進行風險預警，提供統計原因分析結果和決策支持，協助公司領導層決策，實現決策的科學化[4]。

3 智能工廠建設展望

3.1 建設原則

在充分考慮現有應用系統的基礎上，搭建智能應用平臺，開發和建設目前還沒有的應用功能系統，并在該基礎上進行應用開發和功能擴展，將已有系統集成至新建的智能應用平臺，同時為上級公司的系統預留接口，待時機成熟后接入或集成到該廠智能應用平臺，從而逐步建立以數字化、可視化、模型化、自動化、集成化為管理核心要求的智能天然氣凈化總廠。

3.2 系統組成

建成后的智能平臺應由決策智能、管理智能、運行智能3個層次組成，包括1個決策平臺、8個管理平臺、6個運行平臺，以DCS為基礎、APC為代表的過程控制系統、以物聯網系統為核心的生產過程執行管理系統、以集成各大生產經營管理及辦公系統的一體化管理平臺。該廠集成平臺總體架構如圖1所示。

圖1 智能凈化總廠集成平臺總體架構示意

1)決策平臺。決策平臺由生產運行、工藝技術、設備管理、企業文化、人力資源、經營管理、綜合服務、HSE 8個輔助決策系統組成，通過大數據分析形成相應的統計分析報告，協助公司領導層對生產經營做出決策，實現決策科學化，提升企業競爭力。

2)管理平臺。按照該廠目前的管理現狀，管理平臺由生產運行、工藝技術、設備管理、企業文化、人力資源、經營管理、綜合服務、HSE 8個子平臺組成。每個子平臺下又按功能設置了多個二級子平臺，每個二級子平臺下設置多個管理項，每個管理項下又設置多個管理子項。

以生產運行子平臺為例進行介紹，如圖2所示。生產運行子平臺下設有工程項目、物資采購、生產運行、信息管理、應急管理、防洪防汛6個二級子平臺。生產運行二級子平臺下設有生產運行管理、檢維修組織管理、作業受控管理、自然災害防治管理、供水管理、土地管理、供電管理7個管理項。生產運行管理項下設置有生產計劃、生產日報、生產周報、會議紀要、值班安排、值班值日6個管理子項。

圖2 生產運行子平臺框架示意

3)運行平臺。根據凈化總廠生產裝置的管理區域劃分現狀，運行平臺由龍王廟凈化廠、忠縣分廠、萬州分廠、引進分廠、渠縣分廠、大竹分廠6個運行子平臺組成。

運行平臺的主要功能： 實現生產、運維業務的數字化和標準化管理；實現智能設備信息的實時采集和重要設備數據的實時采集，通過HART數據、到期提示、短信通知等方式的智能預警，統計分析，設備信息完整性等的集成應用，建立“大數據庫”；實現檢維修管理與物資管理系統的集成；實現運維報表的自動生成；實現所有問題、隱患、事故事件的可追溯閉環管理；實現管理功能，如績效管理、車輛調派管理等。

3.3 數據驅動流程

數據驅動流程如圖3所示。

圖3 數據驅動流程示意

1)數據上傳流程。來自生產現場的數據主要分為三類： 傳感器等自動采集的數據，化驗分析數據，報表、匯報等數據資料。傳感器等自動采集的數據按類別分別進入DCS，SIS，F&GS，綜合自動化系統，腐蝕監測系統，安防系統等；化驗分析數據通過人工錄入的方式上傳至物聯網，通過SCADA和物聯網將數據上傳至數據中心。數據資料上傳至智能集成應用平臺對應的管理子平臺，子平臺處理后推送至數據中心。數據中心選擇性地將數據自動推送至現有的信息系統，實現與現有信息系統的無縫對接；同時運用大數據技術對接收的數據進行分析處理，并形成相應分析報告、統計報告推送至智能集成應用平臺，輔助決策報告推送至決策平臺，供公司領導輔助決策。

2)數據下傳流程。決策結果由決策平臺推送

至管理子平臺，管理子平臺處理后下達至生產現場，實現管理流程閉環。管理指令、文件等通過管理子平臺直接下發至各分廠運行平臺，在各運行平臺按流程下發至相關人員進行處理、落實或實施。分廠的管理指令、文件等通過各分廠的運行平臺按流程下發至相關人員進行處理、落實或實施。

4 推進智能工廠建設的建議

4.1 完善信息化建設規范

目前有關信息建設的規范大多只適用于天然氣開采、管輸的信息化需求，沒有充分考慮天然氣凈化業務的特殊性，不能全面有效覆蓋天然氣凈化業務。急需編制、完善凈化廠智能工廠建設的標準、規范，加快凈化廠智能工廠的建設試點工作以便更好地指導智能工廠建設。

4.2 培養智能化工廠管理人才隊伍

圍繞凈化總廠智能化建設的需要，首先，加強內部信息化人才的培訓，不斷提高內部員工的信息化水平；其次，培養專業化的技術人才，充實提高信息化人才隊伍；三是充分與科研院所合作，為智能工廠信息化提供專家級的咨詢決策服務[6]。

4.3 加強對外合作

要將該廠建設成為天然氣凈化行業智能工廠應用的典范和標桿，需要到石化行業建設較好的智能工廠相互交流學習，同時需引進信息化公司參與智能工廠建設，彌補該廠信息化人才不足，將該廠建設成為先進的智能凈化總廠。