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石化行业数字化应用现状及未来趋势预判
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  石化行业作为典型的流程型行业,数字化改造对其提质、增效、升级作用显著。本文通过梳理石化行业数字化体系架构,结合我国石化行业典型应用案例,分析石化行业目前数字化应用现状。同时,结合我国石化行业应用现状及数字化需求,对石化行业未来发展趋势进行预判。

  一、 石化行业特征及数字化需求

  (一)石化行业特征

  1、典型的流程型行业,环节复杂、安全防护要求高、生产装置精密性强及管理难度大。2、在一系列油品加工移动过程中,涉及大量过程数据的实时采集与分析、生产现场设备与物料的监控、生产调度优化及能源合理供应等问题。3、数字化复制推广性强,效益明显。

  (二)石化行业数字化需求

  经营管理精细化、生产执行精益化、操作控制集中化、设备管理数字化、巡检安防及时化、供应链协同化等方面。

  二、石化行业数字化架构体系

  石化行业数字化架构体系以信息基础设施与运维平台为基础,形成了三层一体的架构体系:以ERP为核心的经营管理层,以MES、APC、LIMS、PIMS为重点的生产执行层,以DCS、SCADA、PLC、实时数据库为支撑的操作控制层,涵盖研发设计、工艺设计、生产执行、计划排产、运行优化、执行监控、数据采集、操作控制、生产调度、设备管理、安全防护等多个环节。

  通过装置、生产线及车间之间的横向集成,以及管理、生产、控制等业务流程间的纵向集成,实现经营管理的规范化、生产运行的精细化、操作控制的集中化。

  三、我国石化行业数字化应用现状

  目前国内石化行业数字化应用已广泛开展,主要集中在中石化、中石油、中海油等大型国有企业。国有大型石化企业通过自上而下的方式,分期开展数字化示范项目,统筹推进数字化建设。结合前期中石化相关企业调研,通过对生产执行层和操作控制层典型应用案例的研究,对我国石化行业数字化应用现状进行分析。

  (一)生产执行层

  通过对生产加工全流程的优化以及生产过程的先进控制,实现生产效益最大化。

  1、原油在线调和集成平台,实现原油加工全流程的优化

  九江石化原油调和集成平台涵盖原油调和优化、原油调和控制、原油快速评价等模块,通过原油调和系统与罐区监控系统、LIMS、MES以及控制系统的信息集成,对原油进厂流程、调度作业流程进行优化与管控,实现原油调和优化、原油调度智能排产、原油调和组分比例精确控制,从而挖掘生产效益最佳的调和方案。

  2、APC先进控制,提高装置运行平稳性,实现增产增效

  中石化目前已投用多个APC系统,其中茂名石化乙烯裂解炉在线模拟与优化系统,通过精确地预测不同原料下产品的分布情况,根据市场对乙烯裂解产品的需求及价格,优化裂解炉原料结构、工艺操作条件等环节,实现产量最大化、效益最优化。

  (二)操作控制层

  通过对生产操作的动态跟踪、实时监控,生产指挥的集群管理,生产过程三维数字化、管线的自动化管理,实现操作控制的动态化、集中化、可视化、智能化。

  1、实时数据库通过对运行参数的监测,实现生产过程实时监控

  茂名石化实时数据库系统通过与生产装置、罐区、装卸台(炼油生产装置、化工生产装置、罐区、热电、水务、港口、铁路等)以及与过程系统、传感器、仪器仪表(DCS、SCADA、PLC等)的集成,实现生产过程实时监控、实时报警、运行参数分析等功能,为生产管理及调度指挥提供动态、有效的数据支撑。

  2、多媒体集中管控平台,实现生产调度全流程的闭环管理

  九江石化基于MES系统的调度指挥平台,通过总生产调度中心、车间中控层、外部装置区的纵向互联,实现生产调度指令编制、下发、执行、反馈和跟踪的全流程闭环管理,实现由事后管理向事前预测和事中控制的转变。通过现场数据实时回传,实现全产业链的动态跟踪、实时监控和综合指挥,大幅提升生产运营管控水平与协同效率,打造集群调度、统一指挥的一体化运营模式。

  3、三维数字化平台,实现工厂环境的可视化

  兰州石化三维化、网络化、可视化的炼油装置模型,基于GIS(地理信息系统)、RFID、物联网等技术,实现地下管线、地上实物和空间桥架的三维可视化。同时,地理信息三维一体化系统具有查询统计、最优路线选择等管理功能,从而实现对实时工厂的立体式监控和协同管理。

  4、智能管线系统,实现地下管线数字化、自动化运营

  九江石化智能管线系统采用GPS、GIS、移动通信等技术,通过对管道及周边环境信息的收集及数字化改造,建立数据完整、真实可视、安全运行的管线管理系统,实现对长输管线的全天候监控,提高长输管线的智能化及安全管理水平。

  四、石化行业数字化未来发展趋势预判

  (一)网络高速化

  全面感知能力是智能工厂建设的核心能力,需要全覆盖的无线网络和先进的传感技术支撑。因此无处不在的高速网络接入,是实现智能化的基础保障。网络包含两方面:一是全面覆盖的、高带宽的工业4G网,实现远程数据采集、无线视频监控、人员定位、智能巡检、无线抄表及生产现场设备运行状态的实时监测等应用;二是工业无线测控网络,配合相应WIA-PA无线适配器,实现对相对分散的计量、监测数据的低成本采集和传输。

  (二)三维可视化

  利用三维虚拟技术,实现工厂环境的可视化以及立体监控、侵入式交互、协同式管理,使设计到制造之间的不确定性降低,使生产过程在三维虚拟工厂中得以检验,提前发现设计和生产工艺中存在的不足,缩短从设计到生产的转化时间。同时,满足面向资产、综合管理的三维应用需求,为数字工厂完整解决方案提供基础支撑:一是设备管理的三维应用,集成现有工艺、设备状态、视频及各建设阶段数据,实现设备部件级、毫米级的工厂模型管理;二是地下管线三维GIS可视化应用,管道及周边环境信息的收集及数字化改造,实现对长输管线的全天候监控,提升应急处置能力。

  (三)业务集成化

  基于企业服务总线ESB的应用集成平台,通过多业务的有效集成与优化整合,实现业务一体化和协同化。一方面,ESB通过标准的适配器和接口来完成服务之间的相互操作,提升信息共享水平;另一方面,ESB与实时数据总线OPC、数据集成总线配合,支撑企业应用集成和业务集成,扩展企业运营数据仓库的数据集成范围及共享范围,实现生产、经营数据的融合,实现数据标准化管理。

  (四)应用智能化

  结合地理信息系统(GIS)、电子标签(RFID)、云计算、物联网等先进技术,搭建四层一体的智能化应用体系——全面感知及智能数据采集的传感终端层、可靠安全传输的网络层、信息共享的智能平台层、分析决策的智能应用层,实现装置数字化、网络高速化、数据标准化、应用集成化、感知实时化,为智能工厂奠定基础。目前中石化全自动立体仓库、智能巡检、智能管线等智能化应用已逐步开展。

  作者简介:焦优静,现供职于中国信息通信研究院泰尔认证研究所技术部。

  联系地址:北京市西城区新外大街28号泰尔认证中心

  邮箱:jiaoyoujing@caict.ac.cn


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