5G技術(shù)在石化行業(yè)的應(yīng)用場景及預(yù)期效益簡析

＊王 鵬

（石化盈科信息技術(shù)有限責(zé)任公司 北京 100020）

5G帶來了超越光纖的傳輸速度、超越工業(yè)總線的實時能力以及全空間的連接。5G網(wǎng)絡(luò)下行峰值數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Gbps，上行峰值數(shù)據(jù)速率可能超過10Gbps，大大降低時延并提高整體網(wǎng)絡(luò)效率。5G技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為石油化工行業(yè)推進數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級的重要載體[1]。5G技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層面，可快速構(gòu)建泛在感知的工廠運行環(huán)境，實現(xiàn)物料、產(chǎn)品、設(shè)備、環(huán)境、人員的感知、識別和控制。利用5G技術(shù)的高帶寬、低時延、大連接的特性，實現(xiàn)現(xiàn)場海量傳感器、高清工業(yè)現(xiàn)場視頻和生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的無線實時傳輸，可為企業(yè)搭建信息高速公路支撐現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸和向云端匯聚以及分析。

石油化工行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)與支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有舉足輕重的地位，經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)石油化工行業(yè)不僅面臨著產(chǎn)能過剩、產(chǎn)品創(chuàng)新、環(huán)保要求、安全要求、節(jié)能降耗等多種壓力與挑戰(zhàn)。5G技術(shù)對石化行業(yè)的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展起到了巨大的推動力，開拓了新的產(chǎn)業(yè)格局。一方面5G的發(fā)展為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地起到加速助推的作用，加速產(chǎn)業(yè)融合，助推企業(yè)轉(zhuǎn)型升級；另一方面，企業(yè)在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下也推動石油化工行業(yè)在數(shù)字化推進過程中發(fā)展出現(xiàn)代化運營新模式，石化行業(yè)衍生產(chǎn)品也參與到5G行業(yè)的建設(shè)與擴張中，對化工產(chǎn)業(yè)升級起到推動作用。

1.石油化工企業(yè)的業(yè)務(wù)痛點

國內(nèi)石油石化自動化程度與國際先進水平還有一定差距，中國仍處于智能化起步階段。以油田勘探業(yè)務(wù)為例，BP利用先進的地震成像技術(shù)大幅度提升油田的數(shù)據(jù)分析效率，加速油田發(fā)現(xiàn)；挪威國家石油公司進行無人平臺建設(shè)，運營交付成本遠(yuǎn)低于預(yù)算，項目盈虧平衡從34美元/桶降至20美元/桶以下；埃克森美孚引入微軟云平臺，收集、共享油田實時數(shù)據(jù)，制定更快的鉆井決策，優(yōu)化安全人員部署，檢測泄露并監(jiān)測溫室氣體排放[2]。而國內(nèi)受到石油化工企業(yè)自身管理水平和整體投資的影響，石油化工企業(yè)的自動化技術(shù)應(yīng)用程度還處于較低水平，當(dāng)前多數(shù)企業(yè)處于數(shù)據(jù)采集、簡單處理和系統(tǒng)展示的階段。石油化工行業(yè)急需形成5G行業(yè)應(yīng)用規(guī)范、5G行業(yè)應(yīng)用方案及標(biāo)桿案例，以促進石油化工企業(yè)在新技術(shù)驅(qū)動下開拓產(chǎn)業(yè)新格局。一方面采用現(xiàn)代化技術(shù)解決石化企業(yè)智能化發(fā)展過程中的難題；另一方面，石化企業(yè)要結(jié)合5G新技術(shù)科學(xué)制定創(chuàng)新的發(fā)展策略，在行業(yè)市場競爭中提升競爭力。

2.國內(nèi)外實踐

（1）5G國外實踐。目前全球5G商用發(fā)展初具規(guī)模。截至2020年8月，全球有24個國家/地區(qū)的47家運營商已開始計劃部署或試驗面向公眾的5G SA網(wǎng)絡(luò)。韓國、歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)均積極推動5G建設(shè)，鼓勵開展5G融合應(yīng)用。5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步豐富，應(yīng)用探索不斷深入，5G促進經(jīng)濟社會發(fā)展效能初步顯現(xiàn)。

德國化工巨頭巴斯夫集團公司應(yīng)用5G技術(shù)在生產(chǎn)領(lǐng)域的各個層面，如圖1所示。結(jié)合5G技術(shù)及化工行業(yè)的專業(yè)知識，不斷提高生產(chǎn)流程的安全、效率與有效性，為客戶創(chuàng)造額外的價值。

圖1 BASF 5G技術(shù)應(yīng)用案例

（2）5G國內(nèi)實踐。我國高度重視5G應(yīng)用發(fā)展，國家領(lǐng)導(dǎo)人在2020年2月3日的中央政治局常委會上指出要積極豐富5G技術(shù)應(yīng)用場景，并加快5G網(wǎng)絡(luò)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[3]。2017年初，中國石化啟動了5G技術(shù)預(yù)研，加入GTI組織（全球TD-LTE計劃合作伙伴）及5G聯(lián)合創(chuàng)新中心，開展流程行業(yè)應(yīng)用研究，為下一步中國石化企業(yè)建設(shè)5G奠定基礎(chǔ)。2019年初，中國石化啟動了“面向石化企業(yè)5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用研究”課題，結(jié)合石油石化企業(yè)實際業(yè)務(wù)需求，聯(lián)合開展了5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實地應(yīng)用研究。2020年選取茂名石化、九江石化、鎮(zhèn)海煉化作為5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)試點建設(shè)單位，基于“5G+CPE”開展了“VR高清視頻、AR遠(yuǎn)程檢維修、NB-IoT無線數(shù)采、變電房無人值守和高壓電線無人機巡線”等方面的典型應(yīng)用技術(shù)驗證工作。中國石油于2018年底發(fā)布了首個主營業(yè)務(wù)智能共享平臺——“夢想云”，2019年7月在蜀南氣礦初步實現(xiàn)了5G通信技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。中海油則一直努力拓展海洋通信與5G應(yīng)用方面的創(chuàng)新研究，于2021年立項5G智慧海油項目，著重打造中國海油海陸生產(chǎn)作業(yè)一體化專網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，搭建上、中、下游生產(chǎn)智能化運營支撐環(huán)境，首創(chuàng)海上5G長距離通信應(yīng)用，可實現(xiàn)海上平臺在臺風(fēng)環(huán)境下遠(yuǎn)程操控，全面賦能海洋油氣行業(yè)。

與前幾代移動網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)的能力有飛躍發(fā)展。大疆5G無人機已在油氣田和煉化企業(yè)進行了探索應(yīng)用，場景主要包括油田管道與設(shè)施安全自動巡護、數(shù)字三維實景模型重建、應(yīng)急態(tài)勢感知和氣液泄漏檢測。清華大學(xué)智能機器人研究中心每年得到國家和省市大量資金支持，在機器人自主裝配、混合物料分揀等方面進行了自主學(xué)習(xí)機器人的研發(fā)、設(shè)計與生產(chǎn)。華為分別與中國電信和中國移動合作進行了5G技術(shù)在江西星火有機硅和東營港石化園區(qū)的探索應(yīng)用。

3.價值與意義

5G技術(shù)作為目前通信領(lǐng)域最前沿的技術(shù)，是產(chǎn)業(yè)變革和智能互聯(lián)的基礎(chǔ)和支撐。5G技術(shù)應(yīng)用具有示范性及代表性，符合國家“制造強國”戰(zhàn)略的核心內(nèi)容，是5G技術(shù)應(yīng)用在流程行業(yè)實踐的重要舉措[4]。“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“5G+人工智能”“5G+大數(shù)據(jù)”等是5G技術(shù)戰(zhàn)略和實施的核心內(nèi)容，其產(chǎn)業(yè)化推進是企業(yè)ERP、DCS、MES、EMS等系統(tǒng)與平臺對接的必經(jīng)之路，也是智能企業(yè)最重要的組成部分。5G技術(shù)應(yīng)用的社會效益預(yù)期可觀。

（1）對全面應(yīng)用有標(biāo)桿示范作用。通過5G網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、動態(tài)閉環(huán)。提高企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，縮減企業(yè)生產(chǎn)用工，降低生產(chǎn)成本，增強生產(chǎn)制造精益化，通過5G應(yīng)用，實現(xiàn)生產(chǎn)實時化、透明化、管理便捷化，提升企業(yè)生產(chǎn)制造水平，進一步提升企業(yè)在石化行業(yè)的競爭力，帶動我國石化行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、快速發(fā)展。

（2）對石化行業(yè)有帶動作用。5G應(yīng)用智能工廠采用自動化、信息化、智能化手段，為我國乃至國際石化行業(yè)改造升級提供應(yīng)用示范平臺，樹立樣板標(biāo)桿模式，進一步提升企業(yè)在石化市場的競爭力，帶動我國石化行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、快速發(fā)展。

（3）對關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)有引導(dǎo)作用。5G應(yīng)用成果將會在整個煉化和化工新材料行業(yè)中起到配套引領(lǐng)作用，同時還可向相近行業(yè)，如鋼鐵、建材、化工等關(guān)鍵重要領(lǐng)域延伸開發(fā)，帶動相關(guān)行業(yè)智能工廠的發(fā)展推廣。

4.能源化工行業(yè)5G應(yīng)用解決方案

石化盈科成立以來，在生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）研發(fā)和實施的基礎(chǔ)上，不斷豐富工業(yè)軟件套件種類，研發(fā)了ProMACE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、調(diào)度指揮、操作報警、能源管理、工藝管理、質(zhì)量管理、安全管理、環(huán)保管理、APC等一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心工業(yè)軟件，實現(xiàn)了工業(yè)技術(shù)軟件化，形成了一整套較為完整的可推廣、可復(fù)制的石油與化工行業(yè)智能制造的解決方案。以搶占我國面向石化行業(yè)工業(yè)級5G應(yīng)用制高點，大力推進5G技術(shù)與石化生產(chǎn)過程核心環(huán)節(jié)的全鏈接和深度融合為目標(biāo)，石化盈科與多家煉化企業(yè)及上游生產(chǎn)企業(yè)一起探索5G技術(shù)應(yīng)用，在生產(chǎn)運行、現(xiàn)場安全、節(jié)能環(huán)保等典型場景應(yīng)用進行了部署應(yīng)用[5]，為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)揮了重要作用。同時，為持續(xù)提升5G技術(shù)在我國石化領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用水平做出了貢獻(xiàn)。

（1）生產(chǎn)運行應(yīng)用場景。基于5G移動通訊技術(shù)的新一代智能巡檢系統(tǒng)（含移動端）滿足企業(yè)多崗位巡檢的統(tǒng)一管理的需求，實現(xiàn)現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)的及時上傳和共享，確保現(xiàn)場巡檢定時、定點、定內(nèi)容，開展標(biāo)準(zhǔn)化巡檢。借助5G通訊模組和5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場圖像視頻實時回傳，實現(xiàn)機器人長周期高頻率自動巡檢，減輕人工巡檢勞動強度，具體應(yīng)用場景如圖3所示。采用多功能攝像頭巡檢，降低現(xiàn)場巡檢人員勞動強度和人身傷害的風(fēng)險，保障人員安全。通過自動采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場操作人員提供綜合分析，輔助現(xiàn)場操作，促進現(xiàn)場高效作業(yè)。

圖3 智能巡檢場景

（2）現(xiàn)場安全應(yīng)用場景。基于5G技術(shù)，采集罐內(nèi)的圖像信息并遠(yuǎn)傳展示，支持受限空間內(nèi)部可燃?xì)怏w濃度顯示、支持遠(yuǎn)程行走路徑控制、支持實現(xiàn)水射流和推鏟清理工作；采用智能清掃機器人替代人工開展污油罐進罐清理作業(yè)。可采集罐內(nèi)的圖像信息并遠(yuǎn)傳展示，支持受限空間內(nèi)部可燃?xì)怏w濃度顯示，支持遠(yuǎn)程行走路徑控制，支持實現(xiàn)水射流和推鏟清理工作，無人清罐場景如圖4所示。其最大的功效是降低安全風(fēng)險，提高工作效率。

圖4 無人清罐/池場景描述

（3）節(jié)能環(huán)保應(yīng)用場景。探索LDAR密封點標(biāo)識新方式，通過圖片建檔及5G+北斗定位技術(shù)，實現(xiàn)LDAR組件的標(biāo)識，方便檢測人員根據(jù)定位實時調(diào)取密封圖片，解決LDAR檢測路徑難找、點位難尋的難題；利用智能檢測終端、5G等技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)LDAR現(xiàn)場檢測流程的合規(guī)化監(jiān)管、檢測過程的自動記錄、檢測記錄的智能化傳輸和檢測路線回放，確保數(shù)據(jù)真實可靠，LDAR檢測場景如圖5所示。自動繪制并記錄LDAR檢測路徑，大幅降低查找待檢測點的時間，進而提高檢測效率。檢測人員降低至一人的條件下單人的檢測工作強度同步降低。同時，可在環(huán)保地圖上直觀展示每個檢測人員的檢測軌跡，確保檢測數(shù)據(jù)的真實性。

圖5 5G+LDAR智能檢測示意圖

（4）特色政務(wù)應(yīng)用場景。基于5G真正意義上的大數(shù)據(jù)，自下而上地刻畫我國經(jīng)濟，深刻地揭示經(jīng)濟系統(tǒng)、金融系統(tǒng)的運行規(guī)律，服務(wù)于智慧政府，為海量數(shù)據(jù)資源賦能。打造兩套產(chǎn)品，即區(qū)域石化產(chǎn)業(yè)大腦和B2B石化集棧。前者著力于石化企業(yè)間生產(chǎn)銷售的優(yōu)化，從企業(yè)外部把握產(chǎn)業(yè)鏈的動態(tài)供需關(guān)系，與石化企業(yè)內(nèi)部的數(shù)字化轉(zhuǎn)型互為補充，為企業(yè)和區(qū)域賦能。后者利用該平臺整合現(xiàn)有的石化產(chǎn)品信息、電商資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融通，形成具有國際競爭力的B2B石化產(chǎn)品電商平臺。圍繞九江石化、天津石化、福建石化已在省市工信廳倡導(dǎo)下通過自具特色的區(qū)域特點開始產(chǎn)業(yè)鏈延伸的行動舉措[6-8]。

5.總結(jié)與展望

5G專網(wǎng)服務(wù)不僅僅是一張通信網(wǎng)絡(luò)，更是一種融合網(wǎng)絡(luò)、云計算、邊緣計算、應(yīng)用平臺全面定制的綜合解決方案。石油化工行業(yè)易燃易爆高溫高壓的特殊生產(chǎn)環(huán)境結(jié)合5G新特性可以創(chuàng)新出更多新業(yè)務(wù)場景，解決了傳統(tǒng)技術(shù)手段長期困擾的問題，全面有效的提升生產(chǎn)效率，規(guī)避人員操作的安全風(fēng)險。