论数字化技术在石化行业的应用

论数字化技术在石化行业的应用

李纪曾

中海石油炼化有限责任公司 100029

摘要：石化“智造”任重道远，国内石化行业数字化应用起步较晚，目前仍处于发展阶段。通过大型石化企业自上而下数字化应用逐渐推广，应数字革命和能源革命发展趋势，聚焦智能制造、“互联网+”两大主线，加快数字化转型与发展，是打造世界领先石化公司的必然趋势。本文结合相关企业调研情况和应用案例研究，对我国石化行业数字化应用现状进行分析。

关键词：石化工程；数字化；应用

引言：在“制造强国、质量强国、数字中国”大背景下，加速石化产业链升级、推动数字化发展，是石油和化工行业未来发展的必由之路。通过大数据、互联网、云计算、人工智能等技术，深度加快石化企业数字化转型，深化“两化”融合，实现工厂智能化、智慧化，适应新发展格局，实现企业高质量发展。

1 石化行业特征及数字化发展过程

石化行业是典型的流程型行业，具有生产工艺技术复杂，运行条件苛刻，装置大型化，生产规模大，连续性强，安全防护要求高、生产装置精密性强及管理难度大等特点。在一系列石油化工品加工过程中，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。

从本世纪初开始，在工程服务领域就出现了初级的集成度较低的平台化、数字集成设计和数字化交付；在2010年以后的几年，随着信息技术和硬件能力的快速提升，数字化集成设计在国外已经呈现大面积应用的状态；2014年至今，国际著名企业的工程项目的数字化设计、数字化移交已经呈普及状态，而且是在向智能化和智慧化方向发展。

国外石化著名企业数字化的应用较早，在2005年伍德赛德能源就开始布局数字化工厂，包括智能P&ID和3D 模型(PDMS, PDS)。2012年7月S沙特阿美和道达尔合资的ATORP炼厂，实现了基于AVEVA平台的数字化集成设计并移交。到目前为止，世界500强超大型能源公司，工程项目的数字化设计、数字化移交已经呈普及状态，而且是在向智能化和智慧化方向发展，已全部实现或部分实现逻辑各异的工厂数字化或智能化，尤其是一些如美国的康菲石油、艾克森美孚、荷兰皇家壳牌、英国石油公司、俄罗斯卢克石油公司等，这些公司的项目建设和运营的支撑都离不开数字化技术，都是企业智能化运营的先驱。

国内石化行业数字化应用起步较晚，随着5G、人工智能、云计算、大数据、物联网、工业互联网、云计算、系统集成等新技术日新月异的发展，工厂数字化和智能化技术的应用如雨后春笋蓬勃而出，“抢抓机遇，乘势而上”已成为石化行业发展的高度共识。目前已在大型国有企业中陆续开展，主要集中在中石化、中石油、中海油等。国有大型石化企业通过自上而下的方式做出相关要求，同时针对新项目分期开展数字化示范项目，统筹推进数字化建设。2008年来以中石化、中石油所属为代表的工程公司开始探索数字化集成协同设计；2012年左右已经有不少的工程项目实现了数字化三维设计，2014年开始出现数字化、集成化、平台化协同设计，出现移交的需求工程项目。目前，在工程建设数字化交付方面，国内先进工程公司普遍具备了数字化交付的条件和能力，业绩实施取得了显著的经济效益和质量效益。

2．石化行业数字化应用现状

数字化是石化“智造”的基础，数字化建设真正意义是生产关系的变化与转型。实现石化行业的数字化交付，数字化运行，分步推进是务实之举。石化企业变动成本占比高，最容易从数字化建设中获益。可以先通过装置、生产线及车间之间的横向集成，在通过生产、控制、管理等业务流程纵向间的集成，以实现操作控制的集中化，生产运行的精细化、经营管理的规范化。在生产执行层，通过可视化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。以“三桶油”为代表的数字化工厂也应运而生，主要代表如下：

镇海炼化数字化工厂一期项目是国家工信部智能工厂的试点单位，该项目通过激光扫描方式构建了港储部三维模型，资产建模精度小于1CM，是国内第一个工程级、全热点三维数字储运部，实现了检修计划、方案编制、工单管理、检修记录、辅助量算、腐蚀管理、特种设备检验检测、资产管理、动土管理以及设备运行管理、高清视频集成、运维培训管理等功能，为镇海炼化智能工厂的建设提供有效的支撑。

中国海洋石油LNG项目紧跟工程领域的数字化发展趋势，现已建成COMOS工艺集成设计平台、鹰图集成设计平台、AVEVA集成设计平台、工程数据管理平台、SPM材料管理平台、BIM建筑设计集成平台、探索者结构设计集成平台及PowerM3项目管理平台等数字化相关软件平台，并通过体系建设和人才培养，具备工程项目的信息化管理和数字化交付能力，并在江苏LNG项目、漳州LNG项目及天津LNG项目等数字化项目中取得了很好的效果。

江西九江石化公司推出基于MES系统的调度指挥平台，通过中控层、外部装置区及总生产调度中心的纵向互联，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。通过对现场数据实时监控，实现全产业链的动态跟踪、实现在线监控和现场指挥。大幅提升协同效率及生产运营管控水平，打造统一监控，统一指挥打造，集群调度的一体化运营模式。

广东茂名石化乙烯裂解炉实现了在线模拟系统优化，通过精确地预测原料及产品的分布情况，根据市场对产品的动态需求，从源头上优化原料结构、工艺操作条件，以实现产量优化。通过动态跟踪生产操作环节的原料添加、实时监控产品，调节产量，做到在线监控，集群管理，生产过程三维数字化、管线自动化的管理，实现操作控制的可视化、智能化、动态化、集中化。

3.石化行业数字化的五大发展基础

网络化。网络主要指全面覆盖的、高带宽的工业4G及5G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；同时也指代工业无线测控网络，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。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。

三维可视化。利用三维虚拟技术，实现工厂环境的可视化。同时协同式管理，立体监控、侵入式交互、使生产过程在三维虚拟工厂中得以检验，同时也会降低设计到制造之间的不确定性，从而发现设计和生产工艺中的不足，缩短从设计到生产的转化时间。满足面向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。包括设备管理的三维应用，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等。

业务集成化。基于企业服务总线的应用集成平台实现业务一体化和协同化。即可通过标准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；也可与实时数据总线、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。

应用智能化。结合信息系统、物联网、云计算等先进技术，搭建数字化，一体化的智能化应用体系，以全面感知及智能数据采集为端层、依靠安全传输的网络层、、分析决策的智能应用层，信息共享的智能平台层以实现装置的数字化、网络高速化、数据标准化、应用集成化、感知实时化，为数字工厂，智能工厂奠定基础。目前很多石化企业已逐步建立全自动数字仓库、智能巡检、智能管线应用等。

服务支持化。在硬件支持层面，物联网、协作机器人、增材制造、预测性维护、机器视觉等新兴技术迅速兴起，为推进智能工厂建设提供了良好的技术支撑。在数字化服务软件支持层面，随着数字化转型的东风，国产软件服务商发展迅速，尤其在格式解析、三维引擎、工业控制软件和系统集成等核心领域表现突出，部分企业已达到国际先进水准，再加上国家和地方政府的大力扶持，助力越来越多的大中型企业开启了智能工厂建设征程。

结束语：

总之，通过多年的持续努力推进，各大石化公司在数字化基础设施，数字化管理等方面积累了大量的数据资源，取得显著成果，梳理并优化了业务流程，形成了一套可有效促进企业“基于数据”的精细化管理和操作的系统，适应新的发展格局，实现高质量发展，为企业发展提供了重要支撑。