“大数据”智能炼油厂之路

王少勇，王倍春

(1. 中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086；2. 中海壳牌石油化工有限公司，广东 惠州 516086)

工业4.0概念自2013年4月在汉诺威工业博览会上由德国政府首次正式提出后，便确立了其作为影响人类发展的第四次工业革命的重要地位，在世界范围内引起强烈反应。中国也于2016年相应地提出了“中国制造2025”强国战略[1]，作为国家经济支柱产业的炼化企业自然身担重任，尤其是千万吨级以上的现代化炼化企业更有能力、也更需要担当智能化转型升级的先锋。

1 现代化炼油厂的自动化水平

截至2017年底，国内已投产的千万吨级炼化企业近30家，同时新增或在建的有10个千万吨级炼化项目，炼化企业大型化、现代化是国内炼化行业的主流和生力军，同时也是国际石化企业的典型代表。千万吨级现代化炼油厂在过程控制层均采用了先进的分散控制系统DCS(distributed control system)、安全仪表系统SIS(safety instrumented system)、包设备控制系统PECS(packaged equipment control system)等，通过OPC与生产管理系统MES(manufacturing execution system)数据联通[2-3]，并结合生产信息平台LIMS(laboratory information management system)实现和强化生产管理[4]，同时通过企业资源规划ERP(enterprise resource planning)将采办、维修、计划、财务、人力、销售等全流程驱动，基本的自动化系统集成结构如图1所示。

现代化炼油厂控制系统配置的先进技术基础扎实，但从生产效益和效率来看，目前的发展明显遇到了瓶颈或者说尚未赶上工业4.0的技术潮流。现代化炼油厂从自动化、数字化炼油厂转型升级为信息化、智能化炼油厂，是炼油厂升级发展的必由之路。

图1 自动化系统集成结构示意

2 智能化转型升级

基于过程控制系统PCS(process control system)，MES，ERP自动化集成系统的炼油厂，不仅过程数据和生产管理经验数据庞大，而且日臻成熟的ERP贯穿于原料及设备采购、生产维护、生产计划、产品销售等炼油厂运行的全过程。因此，充分挖掘提炼现有的数据资源并通过ERP管理平台进行信息化处理和驱动，是现代化炼油厂智能化升级转型的关键。

2.1 大数据信息化

大数据信息化是智能化转型升级的关键，智能工厂是工业4.0的工厂体现，具有数据透明化、信息处理智能化、发展协调一致化的特点，具体到智能炼油厂还体现在控制实时化、信息一体化、效益最大化等方面。ERP的广泛应用实现了炼油厂经营管理的数字化，但炼油厂运行过程的各个层面和阶段尚缺乏时效性与一致性，不仅存在生产控制与炼油厂管理脱节的弊端，而且高层决策无法得到实时响应。以某公司为例，过程实时数据有20多万点，每天的各种生产管理报警信息也有千余条，如何及时高效地提取并响应这些信息，同时做出生产和经营决策是转型升级的第一步。

炼油厂的海量数据(以下简称大数据)只是数据信息量巨大，且为炼油厂智能化转型的前提与基础，与作为工业4.0核心技术的大数据不同。智能仪表与先进控制系统的不断更新、应用，现代化炼油厂的大数据越来越庞大，在确保生产安全的前提下，通过预测管理、报警管理等技术手段，实现了数据的处理、分类、分级、驱动，将大数据充分地进行信息化转化与应用，进而使炼油厂的自动化集成控制系统升级为智能化集成控制系统。

2.2 以ERP驱动为引擎建设智能化集成系统

PCS的过程大数据，一方面经过OPC服务器转化为MES可以接受处理的数据，进而可通过ERP调整生产过程或计划；另一方面设备相关的过程大数据可以直接通过ERP驱动设备维修及设备采购。MES作为生产执行层的信息化管理平台和数据处理中心，不仅是优化生产、提高效率及效益的核心，也是新增智能化管控系统或智能化转型升级的切入点。MES大数据信息化建设是智能化集成控制系统的关键，本文以该公司为例，具体阐述大数据信息化的实现过程，包括以ERP驱动为引擎的智能化集成控制系统建设情况。

2.3 智能化升级案例

该公司于2014年开始实施智能化升级工程，主要从丰富提炼实时数据、优化驱动管理数据着手，实现数字化到信息化的转变。

2.3.1丰富提炼实时数据

过程实时数据是炼油厂控制的基础，DCS与SIS等过程控制系统采集的数据基本为点对点独立数据，智能化仪表设备所包含的仪表设备参数及诊断信息等大量对生产维护非常有用的数据并没有被采集和利用。该公司现场均采用支持HART或FF的智能仪表，存储的数据量以百万计。该次智能化升级主要从以下几个方面丰富提炼过程实时数据，实现数据信息化。

1) 安装投用仪表设备诊断软件。以控制阀为例，作为控制执行器的控制阀在炼油厂生产过程中起到至关重要的作用，一旦误动作将造成不可估量的损失。自安装ValveLink控制诊断软件后，不仅可以实时监测控制阀的运行情况及存在隐患，而且还可以及时给出维护、维修建议，做到防患于未然。ValveLink诊断示意如图2所示。

图2 ValveLink诊断示意

2) 无线专家诊断系统。关键机泵的良好运转是平稳生产的基础，传统的转动设备状态监测RDAS(rotating equipment data acquisition system)虽然可以监测分析机泵的运行状况，但缺乏时效性，基本是事后分析。该公司炼油三部以SKF机泵专家诊断系统为平台，通过无线HART将现场关键机泵的振动、温度等数据信息实时采集到专家诊断系统，实现了对关键机泵的实时监测、高效诊断、维护指导等智能化管理。

3) 无线PAD巡检实时反馈。开发投用了无线PAD手持巡检仪，生产操作人员及维护人员定时巡检，现场发现的故障、隐患可及时记录在无线PAD中，并将巡检数据实时上传到LIMS或E化平台，供相关人员进行生产管理或做出决策。

4) 优化设备管理系统AMS(asset management system)，强化预测管理。AMS是设备预防性及计划性维修维护的重要管理工具，该公司一期为基于HART的AMS，二期为基于FF的故障诊断系统PRM，均为功能丰富的智能仪表设备监测诊断系统。在优化诊断系统配置与功能的基础上，实施故障诊断的ERP驱动，进而提高了预防性维修和计划性维修的效率，不仅收效明显，而且提升了智能的预测管理。

2.3.2优化驱动管理数据

该公司在投产初期就开始以LIMS和E化平台为核心进行生产管理，生产操作、维护维修，基本实现了标准化、无纸化，然而生产管理数据涉及的范围偏窄且流动性不强。2014年以来，从以下几个方面提升了管理数据的广度，增强了流程驱动能力，实现了数据化到信息化的转变。

1) 实现实时报警响应管理，涉及以下几方面的内容：

a) 按系统报警、过程报警对报警进行分类和分级管理。开发了应用于DCS，SIS等的PCS现场实时数据报警跟踪软件，及时跟踪并统计全厂的报警信息，提醒相关部门或操作人员处理，同时定期对过程报警集中清理检查，逐步把报警信息数量降到最低，为报警的及时处理创造了条件。对于系统报警，主要通过控制系统维护人员一天两次的巡检以及顺序事件记录SOE(sequence of event)辅助分析等手段监测。

b) 报警响应及异常自动驱动。关键的生产指标、环保指标、大机组等重要过程数据均设置了过程报警，并按照重要性设置为部门级、公司级报警，现场数据通过MES实时传送到OA办公系统，一旦报警可自动发送邮件到相关部门负责人并提醒处理，如果报警发生2 h内没有消除，将自动发邮件到公司级相关领导督促处理。

2) 资产管理关联库存动态。设备物资的采购、入库、使用、维修、报废全流程均通过ERP驱动管理，例如生产操作人员反映1台压力仪表显示不正确，仪表维护人员确认该仪表故障无法使用，即可通过ERP生成仪表故障更换通知单，相关工程师收到邮件通知单后转化为ERP工单，工单审核下达后维护人员领用库存备件更换，仪表故障消除，同时库存备用压力仪表数量减少。库存备品备件根据订购周期由ERP系统自动生成新的采购订单并通知相关部门采购，实现了采购、使用、最优库存的良性循环。

3) 原料评价、市场评价纳入企业决策。应用原油评价及市场评价系统，根据采购原油的情况调整进料加工比例及各装置产能；依据成品油及化工产品市场价格波动，分析、评估产品结构，进而及时调整全厂生产加工的工艺路线。

至2017年底，该公司已基本建成了基于ERP驱动的智能化集成控制系统，如图3所示。

图3 智能化集成控制系统示意

3 效益与发展

2017年以来，该公司生产平稳率达到99.9%，产品合格率为100%，以ERP驱动为引擎的信息化管理将生产效率提高了20%，吨油能耗降低了17%，使该公司生产效率和生产效益提升明显。

进入2018年，该公司继续优化推广报警驱动、专家诊断、预测管理等先进经验及措施，并计划开发PLM以及异常事件实时响应系统等智能化信息系统，进一步向智能化炼油厂迈进。

4 结束语

炼油厂生产运行的前提是安全，核心是控制；炼油厂升级发展的基础是详实的过程数据和管理数据，升级发展的标志是控制的升级： 过程自动化控制—信息化控制—智能化控制。该公司以大数据信息化为切入点的炼油厂智能化升级实践，为工业4.0和智能化工厂建设提供了有益的尝试。