淺談信息化系統在中哈管道壓縮機組全生命周期管理中的應用

侯世宇，高吉發，宗鶴宏，張華卓

（1.中油國際管道有限公司，北京 102206；2.中國石油管道局工程有限公司管道投產運行分公司，河北 廊坊 065000；3.國家管網集團北方管道有限公司廊坊輸油氣分公司，河北 廊坊 065000；4.國家管網集團北方管道有限公司丹東輸油氣分公司，遼寧 丹東 118001）

1 研究背景

中哈天然氣管道是中國-中亞天然氣管道的重要組成部分，中哈天然氣管道單線長度1304 公里，三線并設，設計壓力9.81MPa，其中AB 線設計輸量300 億方/年，C 線設計輸量250 億方/年。由中亞天然氣管道公司（TAPLine）和哈薩克斯坦天然氣輸送公司（KTG）各占50%股權所組建的合資公司AGP（Asia Gas Pipeline）負責運營管理。

燃驅壓縮機組是中哈天然氣管道壓氣站廣泛采用的輸氣增壓設備，管道沿線共設壓氣站13 座，配置20-30MW 級別燃驅壓縮機組42 臺，詳細情況如表1 所示。配置特點為機組品牌較為集中，機組功率和選型較為統一但存在部分差異。

表1 中哈天然氣管道壓縮機組配置情況

長輸天然氣管道是典型資產密集型產業，設備安全、可靠、高效運行是保障生產任務的核心，企業對資產的依賴程度較高，企業業績與資產管理水平密切相關。

鑒于中哈天然氣管道機組規模、配置差異以及海外復雜的運營環境，規劃、建設一套與之相適應的科學、完備、高效的信息化管理系統頗為必要。

2 機組全生命周期管理策略

2.1 設備全生命周期管理理念

設備全生命周期管理（Life Circle Management-LCM）是以保障企業的生產經營為任務，以設備可靠性和經濟性為主要指標，對企業所屬設備進行包括從選型設計、調試驗收、生產運行、維修保養、升級改造直至停用報廢等設備全過程所進行的管理。

設備LCM 可分為三個主要階段。設備生命前期：進行設備選型、設計、采購、安裝、調試以及狀態和功能驗收。設備生命中期：制定操作標準并遵照執行，進行必要的保養和維修作業。設備生命后期：進行相應的改造和升級，以維持設備安全、平穩運行，當維修及繼續運行成本遠超新購置設備成本時，對設備進行停用和報廢。

在此期間，設備生命中后期某些階段的運行經驗和實踐成果可以反向影響到后續設備生命前期的選型設計決策和生產運行規則。設備全生命周期管理流程如圖1所示。

圖1 設備全生命周期管理流程圖

2.2 機組全生命周期管理架構

中哈天然氣管道機組全生命周期管理體系按數據流向可分為五個層級。主要有，現場設備層：通過配備或改造現場設備使其具備DCS 或PLC 通訊功能，構成了數據傳輸的基礎。數據采集層：現場設備將運行監測數據傳輸至機組或SCADA 下位機，而資產數據通過SAP 或EAM系統進行收集。數據應用層：下位機將數據送至SCADA、機組控制面板和遠程監控平臺等上位機HMI 進行應用；機組資產和相關物料淺層管理主要通過EAM 資產接口前端平臺進行。評估決策層：整個機組LCM 的核心層級，從數據應用層和數據分析層接收數據和一次結論，通過評估后進行機組LCM 構架頂層決策。數據分析層：大部分機組LCM 數據分析功能集中在該層，包括EAM 的運行管理、維護管理、資產管理和物料管理在內的各專項模塊，作為機組大數據整合和分析工具，為評估決策層提供決策支持。機組全生命周期管理構架如圖2 所示。

圖2 機組全生命周期管理構架圖

3 機組全生命周期管理信息化系統

3.1 機組全生命周期管理大數據平臺

中哈天然氣管道機組LCM 以各類大數據的支撐作為管理基礎和依據，相關大數據具有體量大、多樣性、價值高、速度快等鮮明特征。因此，數據采集、格式統一和集中存儲需要通過多數據平臺之間的數據關聯整合來實現。

機組大數據主要有：SCADA 數據平臺的運行類、SAP 數據平臺的資產類和EAM 數據平臺的綜合類數據。其中，SCADA 數據平臺立足機組生產技術管理，通過SCADA 系統自動采集機組運行實時參數、事件記錄、報警信息、機組狀態等數據并傳輸給EAM 數據平臺。SAP 數據平臺立足機組資產管理，通過SAP 系統與EAM系統的數據接口實現機組資產、物資項目、供應廠商、材料需求、備件轉移等資產數據共享。EAM 數據平臺除了接收SCADA 數據平臺和SAP 數據平臺傳輸的數據外，自身還內嵌復合信息采集模塊如：機組檔案、單元信息、故障代碼、作業標準、維護計劃、工單信息等。EAM 數據平臺將以上三大類數據進行接收、整合和儲存后形成“機組LCM 大數據湖”以作為機組LCM 信息化系統的數據基礎。機組全生命周期管理大數據湖結構如圖3 所示。

圖3 機組全生命周期管理大數據湖結構圖

3.2 機組全生命周期管理信息化系統

作為資產密集型企業代表的長輸天然氣管道公司，機組設備是其最重要的資產之一。機組設備管理信息化是實現企業降本增效和可持續發展的最為重要的手段。

中哈天然氣管道機組LCM 信息化系統建設，是以EAM系統Maximo 為管理中心，以SCADA、SAP 等三方系統為集成支持，以資產和運維為運行核心，以工單管理為流程主線，以運行管理為功能交互中樞，以資產、運行、維護、物料4個管理模塊為主，進行設備LCM 和PDCA 循環管理。機組全生命周期管理信息化系統網絡拓撲如圖4所示。

圖4 機組全生命周期管理信息化系統網絡拓撲圖

（1）資產管理模塊。資產管理模塊包括設備生命前中期功能：資產信息管理包含供應廠商、資產位置、資產編碼管理等，通過長期積累篩選質量可靠的產品供應渠道。單元細化管理指機組最小可維修單元管理，其劃分原則根據經驗和技術發展動態集合或細分。機組履歷管理包含機組各主要功能體的基礎信息、性能、維修、變更等信息管理，機組履歷為機組技術評估和事后維修提供關鍵依據。設備生命后期功能：資產移動管理是指在機組生命中后期，機組功能體中、大修后的重新配置和在維修成本高于運營成本情況下的報廢處理，是優化配置和重資產分布跟蹤的重要手段。

（2）運行管理模塊。運行管理模塊包括設備生命全周期功能：指標分析管理既包含機組生命前期的功能驗收，也包含設備生命中后期的運行、性能、潤滑等指標分析，為預測性維修決策提供數據依據。故障分析管理包含機組故障庫的建立和調用，這兩個進程相互循環促進和發展，形成企業的技術經驗資產之一。隱患管理主要利用FMECA 工具依照層次和因果分析機組各系統風險，形成機組動態隱患庫。資源優化管理主要指基于各類運行分析形成的統籌策略，在有限的資源條件下，根據各類因素加權分析將技術、人員、機具等資源進行動態優化分配。

（3）維護管理模塊。維護管理模塊包括設備生命前中期功能：維護計劃管理指在預防性維修模式下根據機組運行時間自動生成維保計劃，評估決策層可以根據實際情況進行調整。標準作業管理主要是通過EAM 數據庫的作業指導規范來計劃、執行和驗收維護作業，并根據設備更替、隱患變動等情況更新作業標準。維保方案管理是綜合運行時間、設備狀態、隱患分析、維護計劃、作業標準等一系列數據形成的系統作業流程，主要通過EAM 作業工單來實現，評估決策層參與方案修訂。設備生命中后期功能：大修安排管理包含機組各功能組件的中、大修的節點安排，更換計劃和資源協調管理，在維修周期、運行方案、商務進展和廠家資源等因素影響下，系統生成的大修計劃普遍處于相對穩定但動態微調的狀態。

（4）物料管理模塊。物料管理模塊包括設備生命前中期功能：投產初期，為了保證機組的可用性和維修效率，導入兩年運行安全庫存，隨后根據機組狀態、故障分析、出庫分析管理對安全庫存進行動態優化和補充。庫存分析管理主要是針對各庫房在庫物料的物資大類、積壓周期、需求頻率進行綜合分析，采用庫存ABC 分析方法，提供庫房統籌動態管理決策。出庫分析管理采用依據分類物料特定周期（年度）內出庫歷史數據結合數學模型算法，自動生成下一周期內參考物資需求計劃并根據歷史出庫信息動態更新。設備生命中后期功能：物資需求管理結合計劃作業物資配額、安全庫存優化補給、參考物資需求計劃以及機組管理評估決策自動生成物資需求整體計劃并隨損耗定額調整動態更新。

同時，在EAM 系統中，以運行管理為連接中樞，各個管理模塊功能之間，如隱患管理功能與資產信息功能通過機組設計、選型優化和隱患評估，指標分析功能與維保方案功能通過方案優化、監控分析，故障分析功能與物資需求功能通過需求優化、分析驗證等關系形成各管理模塊之間的PDCA 循環。機組全生命周期管理信息化系統流程關系如圖5 所示。

圖5 機組全生命周期管理信息化系統流程關系圖

4 結語

自2018 年以EAM 系統為中心的機組全生命周期管理信息化系統在中哈天然氣管道合資公司開始建設以來至2021 年底，隨著LCM 體系的逐漸成熟和信息化系統的廣泛應用，機組關鍵運行和經濟指標穩步提升。2018-2021年期間，壓縮機組停機次數下降率達63.89%，萬小時失效時間下降率達76.92%。同時，物資周轉流程工作量優化率達65.18%，極大提高了物資周轉效率，降低了物資調撥成本。

隨著機組全生命周期管理系統等一系列信息化管理工具的上線運行，在中哈天然氣管道合資公司實現了機組管理前期信息化轉型的成功案例，通過信息化管理系統所創造的效率和效益的提升，進一步樹立起了合資公司設備、資產的信息化管理理念。為下一步的設備管理全面數字化轉型打下了良好的框架基礎，積累了深厚的開發經驗，營造了積極的發展氛圍。