浅谈信息化系统在中哈管道压缩机组全生命周期管理中的应用

侯世宇，高吉发，宗鹤宏，张华卓

（1.中油国际管道有限公司，北京 102206；2.中国石油管道局工程有限公司管道投产运行分公司，河北 廊坊 065000；3.国家管网集团北方管道有限公司廊坊输油气分公司，河北 廊坊 065000；4.国家管网集团北方管道有限公司丹东输油气分公司，辽宁 丹东 118001）

1 研究背景

中哈天然气管道是中国-中亚天然气管道的重要组成部分，中哈天然气管道单线长度1304 公里，三线并设，设计压力9.81MPa，其中AB 线设计输量300 亿方/年，C 线设计输量250 亿方/年。由中亚天然气管道公司（TAPLine）和哈萨克斯坦天然气输送公司（KTG）各占50%股权所组建的合资公司AGP（Asia Gas Pipeline）负责运营管理。

燃驱压缩机组是中哈天然气管道压气站广泛采用的输气增压设备，管道沿线共设压气站13 座，配置20-30MW 级别燃驱压缩机组42 台，详细情况如表1 所示。配置特点为机组品牌较为集中，机组功率和选型较为统一但存在部分差异。

表1 中哈天然气管道压缩机组配置情况

长输天然气管道是典型资产密集型产业，设备安全、可靠、高效运行是保障生产任务的核心，企业对资产的依赖程度较高，企业业绩与资产管理水平密切相关。

鉴于中哈天然气管道机组规模、配置差异以及海外复杂的运营环境，规划、建设一套与之相适应的科学、完备、高效的信息化管理系统颇为必要。

2 机组全生命周期管理策略

2.1 设备全生命周期管理理念

设备全生命周期管理（Life Circle Management-LCM）是以保障企业的生产经营为任务，以设备可靠性和经济性为主要指标，对企业所属设备进行包括从选型设计、调试验收、生产运行、维修保养、升级改造直至停用报废等设备全过程所进行的管理。

设备LCM 可分为三个主要阶段。设备生命前期：进行设备选型、设计、采购、安装、调试以及状态和功能验收。设备生命中期：制定操作标准并遵照执行，进行必要的保养和维修作业。设备生命后期：进行相应的改造和升级，以维持设备安全、平稳运行，当维修及继续运行成本远超新购置设备成本时，对设备进行停用和报废。

在此期间，设备生命中后期某些阶段的运行经验和实践成果可以反向影响到后续设备生命前期的选型设计决策和生产运行规则。设备全生命周期管理流程如图1所示。

图1 设备全生命周期管理流程图

2.2 机组全生命周期管理架构

中哈天然气管道机组全生命周期管理体系按数据流向可分为五个层级。主要有，现场设备层：通过配备或改造现场设备使其具备DCS 或PLC 通讯功能，构成了数据传输的基础。数据采集层：现场设备将运行监测数据传输至机组或SCADA 下位机，而资产数据通过SAP 或EAM系统进行收集。数据应用层：下位机将数据送至SCADA、机组控制面板和远程监控平台等上位机HMI 进行应用；机组资产和相关物料浅层管理主要通过EAM 资产接口前端平台进行。评估决策层：整个机组LCM 的核心层级，从数据应用层和数据分析层接收数据和一次结论，通过评估后进行机组LCM 构架顶层决策。数据分析层：大部分机组LCM 数据分析功能集中在该层，包括EAM 的运行管理、维护管理、资产管理和物料管理在内的各专项模块，作为机组大数据整合和分析工具，为评估决策层提供决策支持。机组全生命周期管理构架如图2 所示。

图2 机组全生命周期管理构架图

3 机组全生命周期管理信息化系统

3.1 机组全生命周期管理大数据平台

中哈天然气管道机组LCM 以各类大数据的支撑作为管理基础和依据，相关大数据具有体量大、多样性、价值高、速度快等鲜明特征。因此，数据采集、格式统一和集中存储需要通过多数据平台之间的数据关联整合来实现。

机组大数据主要有：SCADA 数据平台的运行类、SAP 数据平台的资产类和EAM 数据平台的综合类数据。其中，SCADA 数据平台立足机组生产技术管理，通过SCADA 系统自动采集机组运行实时参数、事件记录、报警信息、机组状态等数据并传输给EAM 数据平台。SAP 数据平台立足机组资产管理，通过SAP 系统与EAM系统的数据接口实现机组资产、物资项目、供应厂商、材料需求、备件转移等资产数据共享。EAM 数据平台除了接收SCADA 数据平台和SAP 数据平台传输的数据外，自身还内嵌复合信息采集模块如：机组档案、单元信息、故障代码、作业标准、维护计划、工单信息等。EAM 数据平台将以上三大类数据进行接收、整合和储存后形成“机组LCM 大数据湖”以作为机组LCM 信息化系统的数据基础。机组全生命周期管理大数据湖结构如图3 所示。

图3 机组全生命周期管理大数据湖结构图

3.2 机组全生命周期管理信息化系统

作为资产密集型企业代表的长输天然气管道公司，机组设备是其最重要的资产之一。机组设备管理信息化是实现企业降本增效和可持续发展的最为重要的手段。

中哈天然气管道机组LCM 信息化系统建设，是以EAM系统Maximo 为管理中心，以SCADA、SAP 等三方系统为集成支持，以资产和运维为运行核心，以工单管理为流程主线，以运行管理为功能交互中枢，以资产、运行、维护、物料4个管理模块为主，进行设备LCM 和PDCA 循环管理。机组全生命周期管理信息化系统网络拓扑如图4所示。

图4 机组全生命周期管理信息化系统网络拓扑图

（1）资产管理模块。资产管理模块包括设备生命前中期功能：资产信息管理包含供应厂商、资产位置、资产编码管理等，通过长期积累筛选质量可靠的产品供应渠道。单元细化管理指机组最小可维修单元管理，其划分原则根据经验和技术发展动态集合或细分。机组履历管理包含机组各主要功能体的基础信息、性能、维修、变更等信息管理，机组履历为机组技术评估和事后维修提供关键依据。设备生命后期功能：资产移动管理是指在机组生命中后期，机组功能体中、大修后的重新配置和在维修成本高于运营成本情况下的报废处理，是优化配置和重资产分布跟踪的重要手段。

（2）运行管理模块。运行管理模块包括设备生命全周期功能：指标分析管理既包含机组生命前期的功能验收，也包含设备生命中后期的运行、性能、润滑等指标分析，为预测性维修决策提供数据依据。故障分析管理包含机组故障库的建立和调用，这两个进程相互循环促进和发展，形成企业的技术经验资产之一。隐患管理主要利用FMECA 工具依照层次和因果分析机组各系统风险，形成机组动态隐患库。资源优化管理主要指基于各类运行分析形成的统筹策略，在有限的资源条件下，根据各类因素加权分析将技术、人员、机具等资源进行动态优化分配。

（3）维护管理模块。维护管理模块包括设备生命前中期功能：维护计划管理指在预防性维修模式下根据机组运行时间自动生成维保计划，评估决策层可以根据实际情况进行调整。标准作业管理主要是通过EAM 数据库的作业指导规范来计划、执行和验收维护作业，并根据设备更替、隐患变动等情况更新作业标准。维保方案管理是综合运行时间、设备状态、隐患分析、维护计划、作业标准等一系列数据形成的系统作业流程，主要通过EAM 作业工单来实现，评估决策层参与方案修订。设备生命中后期功能：大修安排管理包含机组各功能组件的中、大修的节点安排，更换计划和资源协调管理，在维修周期、运行方案、商务进展和厂家资源等因素影响下，系统生成的大修计划普遍处于相对稳定但动态微调的状态。

（4）物料管理模块。物料管理模块包括设备生命前中期功能：投产初期，为了保证机组的可用性和维修效率，导入两年运行安全库存，随后根据机组状态、故障分析、出库分析管理对安全库存进行动态优化和补充。库存分析管理主要是针对各库房在库物料的物资大类、积压周期、需求频率进行综合分析，采用库存ABC 分析方法，提供库房统筹动态管理决策。出库分析管理采用依据分类物料特定周期（年度）内出库历史数据结合数学模型算法，自动生成下一周期内参考物资需求计划并根据历史出库信息动态更新。设备生命中后期功能：物资需求管理结合计划作业物资配额、安全库存优化补给、参考物资需求计划以及机组管理评估决策自动生成物资需求整体计划并随损耗定额调整动态更新。

同时，在EAM 系统中，以运行管理为连接中枢，各个管理模块功能之间，如隐患管理功能与资产信息功能通过机组设计、选型优化和隐患评估，指标分析功能与维保方案功能通过方案优化、监控分析，故障分析功能与物资需求功能通过需求优化、分析验证等关系形成各管理模块之间的PDCA 循环。机组全生命周期管理信息化系统流程关系如图5 所示。

图5 机组全生命周期管理信息化系统流程关系图

4 结语

自2018 年以EAM 系统为中心的机组全生命周期管理信息化系统在中哈天然气管道合资公司开始建设以来至2021 年底，随着LCM 体系的逐渐成熟和信息化系统的广泛应用，机组关键运行和经济指标稳步提升。2018-2021年期间，压缩机组停机次数下降率达63.89%，万小时失效时间下降率达76.92%。同时，物资周转流程工作量优化率达65.18%，极大提高了物资周转效率，降低了物资调拨成本。

随着机组全生命周期管理系统等一系列信息化管理工具的上线运行，在中哈天然气管道合资公司实现了机组管理前期信息化转型的成功案例，通过信息化管理系统所创造的效率和效益的提升，进一步树立起了合资公司设备、资产的信息化管理理念。为下一步的设备管理全面数字化转型打下了良好的框架基础，积累了深厚的开发经验，营造了积极的发展氛围。