油氣田油氣集輸智能化站庫發(fā)展模式探討

竇 強，范振業(yè)

（1.山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000；2.中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

油氣田滾動開發(fā)后期，受開發(fā)難度、員工老齡化、生產(chǎn)運行成本升高等影響，如何提高勞動生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運行成為企業(yè)面臨的一大難題。近幾年來，大多數(shù)油氣田開展信息化建設，通過數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等技術(shù)實現(xiàn)對井場、計量站等小型場站的遠程監(jiān)控，給優(yōu)化崗位用工帶來積極作用。但油氣集輸站庫僅僅通過數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控根本無法達到進一步提高勞動生產(chǎn)率的目的。以某油田油氣集輸為例，主要站庫包括原油庫、中間輸油站、天然氣處理站等。通過信息化建設，各油氣站庫均實現(xiàn)了壓力、液位等關(guān)鍵參數(shù)的采集、報警與控制；重點區(qū)域、重點設備實現(xiàn)了視頻監(jiān)控；生產(chǎn)運行管理實現(xiàn)了內(nèi)操+外操管理模式，減少了一定數(shù)量生產(chǎn)運行人員。但由于油氣站庫存在工藝流程復雜，正常流程切換、緊急狀態(tài)切斷等手動操作環(huán)節(jié)較多，無法進一步優(yōu)化外操人員數(shù)量。如何通過智能化站庫建設，提高勞動生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運行成為緊迫問題。

1 發(fā)展模式

智能化站庫應按照分步實施、層層推進方式，按照智能化站庫1.0+、智能化站庫2.0、智能化站庫3.0、智能化站庫4.0 發(fā)展模式，全力打造智能化站庫，構(gòu)建智能化管理平臺，才能提高油氣集輸業(yè)務勞動生產(chǎn)率，優(yōu)化油氣集輸業(yè)務管理運行。

1.1 智能化站庫1.0+

充分利用油氣站庫信息化建設取得的成果，通過信息化提升改造，實現(xiàn)“集中監(jiān)控、遠程操作、異常停車保護”，在站庫中控室實現(xiàn)生產(chǎn)信息全面感知和遠程操控，為建設少人值守、無現(xiàn)場操作、本質(zhì)安全站庫提供技術(shù)支持，使油氣站庫生產(chǎn)運行崗位人員達到每班4 人目標。

◇ 自動化改造：包括流程本質(zhì)安全，即對油氣站庫進行HAZOP 及SIL 分析，優(yōu)化工藝流程，完善參數(shù)采集報警控制等，必要時建設安全儀表系統(tǒng)，提高工藝流程的本質(zhì)安全[1,2]；設備本質(zhì)安全，即對重要機泵實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)生超溫、振動等異常工況時能自動報警、停車保護等；遠程操控，即現(xiàn)場操作頻繁或需緊急切換流程的閥門、動設備實現(xiàn)控制室遠程操控，以此減少現(xiàn)場操作人員；調(diào)節(jié)控制，對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、效率具有直接影響的工藝參數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制實時追蹤目標值，例如根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量需求實時調(diào)節(jié)閥門的開度；根據(jù)節(jié)能需求實現(xiàn)電機變頻控制等。

◇ 可視化改造：油氣站庫內(nèi)增加視頻監(jiān)控點，達到重要塔類、儲罐、機泵實現(xiàn)一對一現(xiàn)場可視化；對其他設施實現(xiàn)區(qū)域無死角可視化目標。

◇ 網(wǎng)絡可靠性改造：油氣站庫內(nèi)部網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)辦公、工控、視頻三網(wǎng)獨立，站內(nèi)控制網(wǎng)絡實現(xiàn)冗余或環(huán)網(wǎng)運行。

1.2 智能化站庫2.0

充分利用油氣站庫在智能化站庫1.0 階段取得完善的信息化成果，通過廠級調(diào)控中心至站庫可靠、安全的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)及SCADA 系統(tǒng)建設，實現(xiàn)廠級調(diào)控中心生產(chǎn)信息全面感知、統(tǒng)一調(diào)度操作；油氣站庫實現(xiàn)“有人值守巡視、無人操作、通信故障干預操作”的管理模式；使油氣站庫生產(chǎn)運行崗位人員達到每班2 人目標。

◇ 調(diào)控中心SCADA 系統(tǒng)建設：在廠級調(diào)控中心建設完善的SCADA 系統(tǒng)，對各油氣站庫實施遠距離的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、安全保護和統(tǒng)一調(diào)度管理。調(diào)控中心可向各站控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令，由站控系統(tǒng)完成控制。全廠實現(xiàn)調(diào)度中心控制級、站場控制級和就地控制級的三級控制方式[3]。第一級為中心控制級：對所有站庫進行遠程監(jiān)控，實行統(tǒng)一調(diào)度管理。在正常情況下，由調(diào)控中心對各站庫進行監(jiān)視和控制。各站庫控制無須人工干預，各油氣站庫的站控系統(tǒng)在調(diào)控中心的統(tǒng)一指揮下完成各自的工作。第二級為站場控制級：在各站庫通過站控系統(tǒng)對站內(nèi)工藝變量及設備運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制及聯(lián)鎖保護。站場控制級的控制權(quán)限由調(diào)控中心設定，經(jīng)調(diào)控中心授權(quán)后，才允許操作人員通過站控系統(tǒng)對各站進行授權(quán)范圍內(nèi)的操作。當通信系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時，用站控系統(tǒng)實現(xiàn)對各站的監(jiān)視與控制。第三級為就地控制級：就地控制系統(tǒng)對工藝單體或設備進行手/自動就地控制。當進行設備檢修或緊急切斷時，可采用就地控制方式。站場運行工藝控制、流程及設備操作采用SCADA 系統(tǒng)集中管控，通過實現(xiàn)站場自動邏輯控制、報警管理、ESD 關(guān)斷和事故處理，實現(xiàn)遠程設備診斷，降低人為原因產(chǎn)生的操作不確定性或不安全因素，提高站場的管理水平。

◇ 視頻聯(lián)動控制改造：在廠級調(diào)控中心實現(xiàn)集中監(jiān)控后，大量的視頻信息無法使監(jiān)控人員對各路視頻都能實時跟蹤，同時站庫值守人員減少，會使發(fā)現(xiàn)人員闖入、闖入追蹤等工作造成一定難度。通過對視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行闖入報警、視頻追蹤、報警事件聯(lián)動控制功能擴展，在發(fā)生闖入等異常情況時能自動顯示相應視頻畫面；能通過人臉識別等技術(shù)實時圖像跟蹤人員位置；現(xiàn)場發(fā)生工藝報警事件時，能及時聯(lián)動相應攝像頭進行圖像顯示。

◇ 安全可靠的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)保障：實現(xiàn)調(diào)控中心集中監(jiān)控，可靠、安全的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)是基礎，各油氣站庫至廠級調(diào)控中心需建設冗余通信信道及網(wǎng)絡安全設備。

1.3 智能化站庫3.0

在實現(xiàn)廠級調(diào)控中心對各油氣站庫實現(xiàn)遠程監(jiān)視、統(tǒng)一調(diào)度操控基礎上，通過對各油氣站庫系統(tǒng)進行自動控制系統(tǒng)可靠性改造、智能化巡檢建設，實行區(qū)域化管理，油氣站庫實現(xiàn)“無人值守、定期巡視、區(qū)域維保管理”模式，使油氣站庫生產(chǎn)運行崗位人員達到零固定人員目標。日常生產(chǎn)指揮上，劃分為 2 個層級，即總廠調(diào)控中心和作業(yè)區(qū)。總廠調(diào)控中心作為生產(chǎn)監(jiān)控指揮的中心樞紐，負責日常生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)流程切換操作、工藝調(diào)整、故障或應急狀況下生產(chǎn)指揮，下達調(diào)度令并監(jiān)督執(zhí)行。作業(yè)區(qū)負責應急狀況下或調(diào)控操作失效狀況下的生產(chǎn)操作。

◇ 自動控制系統(tǒng)可靠性改造：工藝設計允許自動切換或考慮充分設計余量，當故障發(fā)生時可自動進行事故處理或為人員趕赴現(xiàn)場爭取充足的時間；站控系統(tǒng)通過重要硬件冗余配置提高可靠性，重要回路儀表通過2oo3、多塊儀表偏差報警提高可靠性；現(xiàn)場儀表設備設置在線遠程診斷功能，建設設備管理及診斷系統(tǒng)；對報警信息進行有效的優(yōu)化管理，設置高級報警管理系統(tǒng)，防止報警泛濫，實現(xiàn)有效報警；工控系統(tǒng)網(wǎng)絡設置網(wǎng)絡安全審計系統(tǒng)、堡壘機、主機防護軟件、入侵檢測設備、網(wǎng)絡隔離設備和網(wǎng)絡安全管控平臺，及時發(fā)現(xiàn)、報告并處理網(wǎng)絡攻擊或異常行為，有效地保護站場工控網(wǎng)絡安全；建設通信鏈路狀態(tài)診斷自動切換、控制器自診斷等完善的故障診斷系統(tǒng)等。

◇ 智能巡檢系統(tǒng)建設：完善視頻聯(lián)動功能，實現(xiàn)全站的自控、視頻、安防系統(tǒng)聯(lián)動與數(shù)據(jù)融合，達到智能視頻的目標；利用圖像識別技術(shù)，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動讀取關(guān)鍵參數(shù)的就地表指示、閥門開關(guān)、手自動狀態(tài)等，實現(xiàn)智能抄表；視頻巡檢，可以指定巡檢路線及路線中包含的巡檢點畫面信息，視頻信息按照視頻巡檢類別進行保存，方便操作員進行分類歷史巡檢信息查詢；通過視頻、紅外熱成像以及激光掃描式可燃氣體檢測技術(shù)，識別火焰、跑冒滴漏、設備超溫、閥門卡堵、法蘭腐蝕、保溫層脫落和微小泄漏等，實現(xiàn)危險及隱患智能識別；為定期巡檢人員配備有智能巡檢軟件的一體化智能終端，將通訊、定位、簽到與采集分析合為一體，提高單次巡檢的效率和效果[4]；站場設置智能巡檢機器人可實現(xiàn)定期自動檢測站場設備的狀態(tài)信息、氣體泄漏檢測、風險智能識別，能夠在減輕運維人員的工作負擔和安全風險的基礎上，提升巡檢頻次和巡檢質(zhì)量。

1.4 智能化站庫4.0

在全面實現(xiàn)“生產(chǎn)實時化、過程自動化、現(xiàn)場可視化”基礎上，以市場經(jīng)營為主導，油氣集輸經(jīng)濟、高效和安全可靠為目標，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù)為手段，建立油氣集輸業(yè)務智能化管控平臺，對油氣集輸業(yè)務實施全面智能感知、智能預判、先進控制、智能管控，實現(xiàn)管理協(xié)同化、分析模型化、決策科學化，全面實現(xiàn)油氣集輸業(yè)務智慧管理。

◇ 生產(chǎn)運行優(yōu)化：通過建立數(shù)學模型分析，用現(xiàn)有的大量運行歷史數(shù)據(jù)，基于機器學習的方法，與傳統(tǒng)的物理仿真方法相結(jié)合，對站庫運行數(shù)據(jù)進行預測、分析和優(yōu)化，使站庫運行的各類指標可以測算、跟蹤、預警、分析，實現(xiàn)全閉環(huán)優(yōu)化管理。

◇ 工藝流程仿真模擬研究：利用大數(shù)據(jù)分析手段與虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，實現(xiàn)工藝流程的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)模擬；同時，實現(xiàn)基于系統(tǒng)動態(tài)仿真的生產(chǎn)實時監(jiān)控及預警。

◇ 設備全生命周期智能化管理：基于設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)及相關(guān)工藝、介質(zhì)、潤滑、能耗、歷史檢維修信息、故障信息等數(shù)據(jù)，以設備模型、規(guī)則、案例、大數(shù)據(jù)算法等為技術(shù)支撐，開展設備在線運行分析、故障診斷與預測等業(yè)務模塊。

◇ 智能工地：采集維保、檢維修等施工過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，構(gòu)成全生命周期數(shù)據(jù)庫。

◇ QHSE 智能管理：利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析隱患，識別風險，提高QHSE 本質(zhì)安全管理能力，實現(xiàn)綜合預警，量化評估、全面感知、智能預警，協(xié)同決策、快速的響應，減少和拒絕安全事故發(fā)生。例如，三維應急演練、危險因素識別等。

◇ 虛擬現(xiàn)實培訓：采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過穿戴VR設備進行沉浸式的工廠漫游，可以對員工進行操作培訓、設備大修模擬、應急演練等功能的實現(xiàn)。該技術(shù)應用大大提高培訓質(zhì)量和效率、可反復進行培訓及應急演練，降低培訓成本。

2 結(jié)束語

智能化站庫建設為油氣田油氣集輸業(yè)務提高勞動生產(chǎn)率、優(yōu)化管理運行將帶來積極作用。智能化站庫建設是一個循序漸進的過程，必須層層推進，逐步完善各階段功能，否則反而會對油氣站庫安全運行、生產(chǎn)管理運行等帶來一定威脅。