石化企業工業互聯網建設實踐

梁徽 趙巖 劉海震

中國石油運輸有限公司 北京 100101

1 引言

2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出積極穩妥發展工業互聯網，加強工業軟件研發應用，培育形成具有國際影響力的工業互聯網平臺，推進“工業互聯網+智能制造”產業生態建設。

工業互聯網是新一代信息通信技術與工業經濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和工業生態，通過對人、機、物、系統等的全面連接，構建起覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體系，為工業乃至產業數字化、網絡化、智能化發展提供了實現途徑。通過工業互聯網可以提高生產效率、優化資源配置、降低成本，促進工業生產的智能化、網絡化和數字化轉型。工業互聯網與 5G、人工智能、區塊鏈等信息技術加速融合，標準化與產業實踐也逐步推進[1]。

在國家對工業互聯網融入傳統產業助力數字化轉型的大力支持與推廣下，石油化工行業也在實踐應用中結合煉化行業特點和公司管理實際，進行工業互聯網平臺設計與應用。中國石油通過昆侖數智工業互聯網平臺賦能石油石化設備監測與故障診斷、設備預測性維護等應用場景的創新應用；石化盈科自主研發了ProMACE工業互聯網平臺，支撐智能工廠、智能油氣田、智能管線；中海油打造了全球首個700MHz與2.6GHz融合組網的5G石化專網，為中海油惠州石化帶來顯著的安防效率提升。“工業互聯網 + 安全生產”改變了以往石化化工行業以人防為主、依靠經驗的傳統，從行業層面實現產業布局的優化和系統性風險的降低。

2 平臺建設內容

某石化企業以工業互聯網平臺為基礎，以安全生產分區管控為規范，采集全量的生產與作業監控數據，建設安全態勢感知平臺。平臺包括生產與作業監控、安全生產管控、應急管理和隱患治理共4類11種應用場景，針對企業面臨的安全風險，如火災、泄漏等，實時監測設備狀態、預測異常情況，并將預警與報警反饋給隱患治理與敏捷應急系統，實現了從風險識別到隱患治理，事件報警到敏捷應急閉環管理，推動了企業安全生產、提質增效、科學決策、敏捷應急。

2.1 生產與作業監控類應用場景

（1）采集安全全量數據，建設基礎安全信息數據庫。通過納入危險化學品安全技術說明書、設備設施安裝、檢測檢驗、隱患排查、制度標準等信息，實現對危險化學品安全相關信息的全量數據入湖集中管理，通過對數據庫信息的分析和利用，及時了解危險化學品的安全特性，科學制定安全操作規程，并能夠對設備設施的設計變更、施工安裝、檢維修、檢測檢驗等進行線上化管理和監控。

（2）規范作業流程，實現規范化過程管理。將作業審批許可條件條目化，將復雜的審批流程轉化為易于理解和執行的規范條目。根據作業類型和安全要求，定義相應的條件，確保作業符合規范和標準。將作業申請、審批、許可等環節連接，形成一條完整的作業流程，系統自動按照設定的流程進行預約審查、安全條件確認和許可操作，實時跟蹤作業狀態和進展，提供及時的提醒和預警信息，記錄作業過程中的關鍵信息和決策，留下完整的痕跡，方便事后審查和分析，實現作業管理的信息化、規范化和程序化，提高作業執行效率和準確性。

2.2 安全生產管控類場景

（1）識別環境風險，構建風險地圖。基于采集各類環保監測數據，將其結合GIS地圖進行整合和展示。通過風險地圖，可以直觀地了解環境情況和相關監測指標的分布情況。通過設定各項指標的閾值，系統可以實現對環境和相關監測數據的實時監控。一旦某個指標超過設定的閾值，系統將自動觸發警報機制，并對相關的處置人員發送短信推送，以便及時采取相應的行動。通過環保地圖的建設和配置，企業可以實現對環境監測數據的有效管理和迅速響應，不僅可以提高監測和治理的效率，還可以提升環境保護工作的準確性和及時性。此外，通過系統記錄和分析警報信息，還可以為環境監測和治理提供有益的參考和決策依據，推動環保工作的持續改進和優化。

（2）評估風險級別，對風險進行分級管控。建立企業風險清單和風險管控清單，根據風險的潛在危害性、發生概率以及暴露程度等因素進行綜合評估，并進行風險進行量化和分級。同時根據風險分析結果制定相應的管控策略和措施，并將其納入風險管控清單進行管理。結合GIS地圖的功能，將風險分布情況直觀地展示在總平面布置圖或地理坐標圖上，通過使用紅色、橙色、黃色和藍色等顏色，不同風險等級的區域可以被自動地標示出來。企業可以一目了然地了解各個生產設施、作業場所等區域所存在的不同等級的風險，實現企業安全生產風險分區分布的可視化管理。

（3）建立隱患標準管理庫，實現標準化隱患排查治理。為了確保隱患的辨識、處理和管理具備標準化和一致性，建立隱患標準管理數據庫，包括建立各類隱患的定義、辨識方法、處理要求等詳細信息。系統涵蓋排查計劃的制定、任務的分派、執行的監督和進度的跟蹤等功能。同時針對關鍵工藝環節的隱患進行實時監測和報警，一旦觸發關鍵工藝環節的隱患報警，系統將及時發出警報，并通知相關人員采取相應的控制或應急措施，以減少潛在風險的發生。

2.3 應急管理類應用場景

（1）強化應急演練，以練促戰。針對不同的階段、場景，結合預案、案例、圖譜、流程等，通過構建事故場景，多方協同參演，真實模擬事故救援處置全流程，實現事件處置過程從接警、處置到總結評估的全流程覆蓋。在不同的演練階段和場景中，工業互聯網技術可以提供全面支持。首先，針對應急演練現場的設備、儀表等進行遠程監控與控制，通過實時獲取和分析設備數據，監測現場參數變化，及時發現異常情況，通過遠程控制操作設備進行干預與調節。通過大數據分析和處理，用于建立事故模型和預測模型，提前識別和預測潛在的風險和問題。其次，各個部門在系統上進行實時的信息共享、任務分配和指揮協調，提高應急處置的協同效率。最后，結合虛擬現實技術，提供場景復現和虛擬培訓支持，模擬真實的應急演練場景，讓參與者在虛擬環境中進行實時訓練和演練，提高應急響應的準備和反應能力。

（2）應急資源可視化展示，提高應急指揮決策效率。以安全態勢感知平臺為基礎，依托GIS平臺，對全域應急資源進行摸底，對各類應急資源進行分類匯總，對應急隊伍、應急資源、消防設施及物資、重大危險源等信息進行集成展示[2]。利用視頻、音頻、圖片和文字信息，專家可以通過遠程指導和協助現場人員做出決策。同時，還支持會議快速組建和召開，使得現場人員和救援人員能夠直接參與討論，明確救援事項，加強協同配合。

2.4 隱患治理類應用場景

（1）配合智能巡檢終端，提高巡檢質量。通過巡檢終端下發作業指令，終端下載巡檢任務，巡檢人員可按照指定的路線和要求進行作業。在巡檢過程中，終端會實時記錄相關數據，包括巡檢點的狀態、巡檢人員的操作記錄等。通過4G/LTE無線通信技術，數據可以快速傳輸到后臺系統，并進行實時記錄和分析。管理人員可以通過系統獲得巡檢情況的實時數據，包括巡檢地點、時間、設備狀態、異常信息等，從而做出準確的判斷和決策。智能巡檢終端的應用實現內外部的協同作業，提高巡檢效率和質量，全面實現智能化巡檢工作，使得巡檢任務的執行更加高效和規范。

（3）AI識別，實現智能化封閉管理。基于視頻監控和AI算法實現對廠區人員和車輛進出的監管和管理。可以與報警系統、視頻監控系統、門禁系統、人員與車輛信息管理系統、訪客在線管理系統以及人員定位系統等進行聯動，實現全方位的安全管理和數據統計。無論是已注冊的員工還是訪客，系統能夠通過面部識別、人體特征提取以及車牌識別等技術，對其身份進行快速準確的識別。同時，系統還會記錄下人員和車輛的進出時間，用于后續的時間線記錄和查詢。在安全方面，當有任何入侵或緊急情況發生時，系統會自動觸發報警系統，提醒安保人員及時采取措施。同時，通過實時追蹤人員位置信息，并與視頻監控系統進行聯動，保證對人員的實時監控和追蹤。

（4）深度學習算法，助力異常工況監控。利用深度學習算法分析和識別企業生產現場的異常工況，例如設備故障、操作失誤等。通過實時監控和數據分析，及時發現潛在的安全隱患，并采取相應措施防范事故發生。借助智能識別技術對化工企業作業人員的安全行為進行監測和分析，包括佩戴安全裝備、操作規范等。一旦發現違規行為或不安全行為，系統將及時預警并提供警示信息，以促使人員遵守安全規定和操作規范，降低生產事故風險。通過設立多個監測點，實時監控不同區域的環境、溫度、氣體濃度等參數，并結合智能識別技術，檢測異常情況，如火災和泄漏等。一旦發現異常情況，系統將立即發出預警信號，并通知相關人員進行應急處理，以最大程度地減小潛在風險。

（4）建立安全指標，提升風險預警能力。通過對企業的工藝流程、設備情況、物料儲存等進行評估和分析，識別潛在的靜態風險因素，并進行權重計算和綜合評價，以獲取靜態風險的指標值。針對企業特殊作業的操作風險，如高空作業、動火作業等，進行事故概率和風險等級的評估，并將其納入安全生產預警模型，計算特殊作業風險指數。通過對企業內部的隱患排查、整改情況進行統計和分析，評估隱患治理的有效性，并將其納入安全生產預警模型，計算隱患治理指數。考慮企業裝置的布局合理性、防火阻隔、緊急通道等因素，進行評估和分析，計算裝置布局的安全指數。對企業的工藝變更、設備設施變更等進行跟蹤和管理，評估變更管理的規范性和安全性，并計算變更管理的指標值。分析企業資源消耗情況和資源管理措施執行情況，計算能源綜合管理的指數值。評估企業應急預案的完善程度和執行情況，計算應急預案指標值。考察企業培訓機制和人員素質管理，評估培訓和人員素質的指標值。統計企業消防設施的配備和運行狀況，計算消防設施的安全指數。分析企業報警系統的覆蓋范圍和響應能力，計算報警指標值。通過綜合統計、分析和計算以上指標，可以得到企業安全生產預警指數值，并生成安全生產預警指數趨勢圖，以定量化展示企業安全生產現狀和趨勢，為企業提供重要參考，及時發現和解決安全生產隱患，提高整體的安全生產水平。

3 結語

企業通過安全態勢感知平臺提升了安全相關事件預警與報警能力，有效實現了風險識別到隱患治理、事件報警到敏捷應急閉環管理的全過程控制。工業互聯網作為新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，未來將深刻影響和改變著制造業和工業領域。作為工業元宇宙的一部分，工業互聯網主要扮演的是基礎設施的角色[3]，隨著VR、AR、AI等相關技術快速發展，工業互聯網在石化企業將會有更多的應用場景，如利用數字孿生技術實現對物理世界的實時模擬和虛擬鏡像，將物理世界與數字世界實現對應和互動，進行仿真、預測和優化分析，進一步幫助企業更好地理解和管理物理世界，提高生產效率、質量和安全性。