智能天然气净化厂建设展望

高进，傅适

(中国石油西南油气田公司 重庆天然气净化总厂，重庆 401147)

某天然气净化总厂现拥有天然气净化装置19套，具有日处理原料天然气5.9×107m3生产能力，是综合配套齐全、技术先进的大型天然气净化总厂；同时还担负着土库曼斯坦阿姆河第一天然气处理厂、第二天然气处理厂和机修厂的生产运行管理[1]。

1 信息化建设的现状和存在问题

1.1 信息化现状

该厂经过几十年发展，已建成了以DCS，SIS，F&GS，SCADA等系统为核心的工业控制系统，实现了装置的远程控制及安全联锁管控。经营管理及办公信息化系统以中国石油集团公司、分公司统一推送为主，应用的主要系统有： OA，电子邮件，集中报销平台，对外投资合同系统，ERP系统，HSE，A5，E7，对标系统以及净化总厂自建系统等。初步统计现有应用系统29个，其中分公司级及以上级的有25个，总厂自建系统4个[2]。

1.2 信息化项目建设情况

该厂正在开展的信息化建设项目有3个，其中分公司级是龙王庙净化厂物联网平台，总厂级2个： 忠县净化厂数字化巡检平台、龙王庙净化厂虚拟培训系统。

该厂已完成的信息化建设项目有4个： 总厂机关请销假系统、操作人员技能培训系统、安全联系管理系统、移动办公系统。

1.3 存在问题

1)自控设施建设不足。虽然该厂的工业控制应用较为成熟，采用了DCS，SIS，F&GS，SCADA等系统，基本实现了生产装置的自动控制和安全联锁，但离智能化生产和管理还有相当距离。主要体现： 生产装置存在大量可用自控设备代替的手动操作；部分工艺参数的检测仍采用就地仪表检测，未采用测量信号可远传的仪表代替；已应用的仪表设备中智能仪表比例还需进一步提高；仪表设备管理系统未推广应用，目前仅龙王庙净化厂在探索应用阶段；仅少部分机泵设置有在线温度、振动监测系统；还未设置在线腐蚀监测系统。

2)信息化基础设施落后。该厂的信息化基础设施落后，主要体现在设备老旧、技术过时，如净化总厂信息机房建立于2002年，机房设备已使用十数年；各级单位间的网络带宽不足、网络稳定性不高，使得信息传输、交换与共享效率低下。

3)现有信息化规范与净化总厂业务需求不完全匹配。从天然气生产过程的各环节来看，天然气净化业务与天然气采集、管输、销售等其他环节的业务需求是不一样的，有其特殊性。现有信息化建设相关规范主要是基于天然气开采、管输的信息化需求设计的，没有充分考虑天然气净化业务的特殊性，不能全面有效覆盖天然气净化业务。

4)信息孤岛严重。现有应用系统主要部署在上级公司，该厂及其下属单位主要是远程使用，相应的数据也分别存储在上级公司。系统目前都是相互独立的，彼此间不能共享数据，不能进行业务协同，形成了严重的信息孤岛，不利于系统的使用和运维。

5)数据利用深度不够。该厂的工业控制应用较为成熟，但离智能化生产和管理还有相当距离。例如生产过程中的运行数据、过程参数等只能在DCS中使用，而数据量庞大的各类生产报表还只能由人工填报，重复录入、数据延时、准确性差等问题非常突出。

6)专业技术人才不足。虽然该厂自动控制专业的人员较多，对工业控制、设备管理非常熟悉，但对信息技术了解较少，对物联网、大数据等新技术了解有限，而智能工厂的建设主要集中在工业控制层级；同时净化总厂的IT管理人员配置少，大多数为兼职，缺乏物联网、大数据等领域的前沿知识，导致支撑智能工厂建设的复合型人才严重不足。

2 智能天然气净化厂定义及主要特征

2.1 定 义

智能天然气净化厂应由决策智能、管理智能、运行维护智能三个层级组成，实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用，做到纵向、横向和端到端的集成，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，从而建立基于工业大数据和“互联网”的智能工厂[3]。

2.2 主要特征

智能天然气净化厂主要特征如下：

1)自动化。建设覆盖全厂的DCS，SIS，F&GS等系统，实现对全厂工艺流程的监测与控制。

2)数字化。借助覆盖全厂的网络平台实现生产数据的实时采集，快速掌握生产运行情况，实现生产环境与信息系统的无缝对接，提升了管理人员对生产现场的感知和监控能力。

3)模型化。构建与各类工艺装置、业务范围与流程，并与各种生产管理活动相匹配的工厂模型。

4)可视化。根据设计资料搭建三维可视化工厂，并与生产工艺、设备信息、作业许可、应急演练等进行功能集成，为生产操作和管理人员提供直接的业务场景展示。

5)集成化。建设企业信息集成平台，以数据中心为核心，向上支撑企业经营管理，向下与生产过程的实时数据高度集成，将各自独立的信息系统连接成为一个完整可靠和有效的整体。

6)决策科学化。利用大数据技术，对各应用系统的数据进行集中存储和分析，发现问题和进行风险预警，提供统计原因分析结果和决策支持，协助公司领导层决策，实现决策的科学化[4]。

3 智能工厂建设展望

3.1 建设原则

在充分考虑现有应用系统的基础上，搭建智能应用平台，开发和建设目前还没有的应用功能系统，并在该基础上进行应用开发和功能扩展，将已有系统集成至新建的智能应用平台，同时为上级公司的系统预留接口，待时机成熟后接入或集成到该厂智能应用平台，从而逐步建立以数字化、可视化、模型化、自动化、集成化为管理核心要求的智能天然气净化总厂。

3.2 系统组成

建成后的智能平台应由决策智能、管理智能、运行智能3个层次组成，包括1个决策平台、8个管理平台、6个运行平台，以DCS为基础、APC为代表的过程控制系统、以物联网系统为核心的生产过程执行管理系统、以集成各大生产经营管理及办公系统的一体化管理平台。该厂集成平台总体架构如图1所示。

图1 智能净化总厂集成平台总体架构示意

1)决策平台。决策平台由生产运行、工艺技术、设备管理、企业文化、人力资源、经营管理、综合服务、HSE 8个辅助决策系统组成，通过大数据分析形成相应的统计分析报告，协助公司领导层对生产经营做出决策，实现决策科学化，提升企业竞争力。

2)管理平台。按照该厂目前的管理现状，管理平台由生产运行、工艺技术、设备管理、企业文化、人力资源、经营管理、综合服务、HSE 8个子平台组成。每个子平台下又按功能设置了多个二级子平台，每个二级子平台下设置多个管理项，每个管理项下又设置多个管理子项。

以生产运行子平台为例进行介绍，如图2所示。生产运行子平台下设有工程项目、物资采购、生产运行、信息管理、应急管理、防洪防汛6个二级子平台。生产运行二级子平台下设有生产运行管理、检维修组织管理、作业受控管理、自然灾害防治管理、供水管理、土地管理、供电管理7个管理项。生产运行管理项下设置有生产计划、生产日报、生产周报、会议纪要、值班安排、值班值日6个管理子项。

图2 生产运行子平台框架示意

3)运行平台。根据净化总厂生产装置的管理区域划分现状，运行平台由龙王庙净化厂、忠县分厂、万州分厂、引进分厂、渠县分厂、大竹分厂6个运行子平台组成。

运行平台的主要功能： 实现生产、运维业务的数字化和标准化管理；实现智能设备信息的实时采集和重要设备数据的实时采集，通过HART数据、到期提示、短信通知等方式的智能预警，统计分析，设备信息完整性等的集成应用，建立“大数据库”；实现检维修管理与物资管理系统的集成；实现运维报表的自动生成；实现所有问题、隐患、事故事件的可追溯闭环管理；实现管理功能，如绩效管理、车辆调派管理等。

3.3 数据驱动流程

数据驱动流程如图3所示。

图3 数据驱动流程示意

1)数据上传流程。来自生产现场的数据主要分为三类： 传感器等自动采集的数据，化验分析数据，报表、汇报等数据资料。传感器等自动采集的数据按类别分别进入DCS，SIS，F&GS，综合自动化系统，腐蚀监测系统，安防系统等；化验分析数据通过人工录入的方式上传至物联网，通过SCADA和物联网将数据上传至数据中心。数据资料上传至智能集成应用平台对应的管理子平台，子平台处理后推送至数据中心。数据中心选择性地将数据自动推送至现有的信息系统，实现与现有信息系统的无缝对接；同时运用大数据技术对接收的数据进行分析处理，并形成相应分析报告、统计报告推送至智能集成应用平台，辅助决策报告推送至决策平台，供公司领导辅助决策。

2)数据下传流程。决策结果由决策平台推送

至管理子平台，管理子平台处理后下达至生产现场，实现管理流程闭环。管理指令、文件等通过管理子平台直接下发至各分厂运行平台，在各运行平台按流程下发至相关人员进行处理、落实或实施。分厂的管理指令、文件等通过各分厂的运行平台按流程下发至相关人员进行处理、落实或实施。

4 推进智能工厂建设的建议

4.1 完善信息化建设规范

目前有关信息建设的规范大多只适用于天然气开采、管输的信息化需求，没有充分考虑天然气净化业务的特殊性，不能全面有效覆盖天然气净化业务。急需编制、完善净化厂智能工厂建设的标准、规范，加快净化厂智能工厂的建设试点工作以便更好地指导智能工厂建设。

4.2 培养智能化工厂管理人才队伍

围绕净化总厂智能化建设的需要，首先，加强内部信息化人才的培训，不断提高内部员工的信息化水平；其次，培养专业化的技术人才，充实提高信息化人才队伍；三是充分与科研院所合作，为智能工厂信息化提供专家级的咨询决策服务[6]。

4.3 加强对外合作

要将该厂建设成为天然气净化行业智能工厂应用的典范和标杆，需要到石化行业建设较好的智能工厂相互交流学习，同时需引进信息化公司参与智能工厂建设，弥补该厂信息化人才不足，将该厂建设成为先进的智能净化总厂。