丁劍博 馮恒東

(中國石油蘭州石化公司自動化研究院,蘭州 730060)

流程工業(yè)的數(shù)字化工廠技術(shù)研究和系統(tǒng)建設(shè)已越來越多地受到國內(nèi)各大煉化企業(yè)的重視，部分煉化企業(yè)已經(jīng)開始試點建設(shè)。中國石油蘭州石化公司2013年實施了“數(shù)字化工廠研究與試點應(yīng)用”項目，系統(tǒng)構(gòu)建了與現(xiàn)實裝置完全一致的550萬t/a常減壓三維虛擬裝置和蘭州石化數(shù)字化工廠平臺，并集成了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、設(shè)備管理平臺(EAM)、實驗室化驗分析系統(tǒng)(LIMS)、高清視頻、地下管網(wǎng)及文檔管理系統(tǒng)(EDMS)等，建立了與生產(chǎn)、設(shè)備和安全相關(guān)的重點系統(tǒng)數(shù)據(jù)。深化應(yīng)用數(shù)字化工廠系統(tǒng)，研究基于三維數(shù)字化工廠的管理模式，使之為生產(chǎn)管理發(fā)揮強大的支撐作用顯得尤為重要。

目前，550萬t/a常減壓三維虛擬裝置進行了建設(shè)投產(chǎn)以來的第一次大檢修，其存在現(xiàn)場情況復(fù)雜、檢修檢測范圍廣、涉及部門眾多、組織管理復(fù)雜、工作量測算困難及檢維修各類數(shù)據(jù)科學管理等問題。以“數(shù)字化工廠研究與試點應(yīng)用”項目上線為契機，探索大檢修的規(guī)劃、調(diào)度、技術(shù)交底、三維檢維修方案和數(shù)據(jù)處理，并形成配套的管理模板，建立大檢修全生命周期知識數(shù)據(jù)庫，從而規(guī)范大檢修管理流程，節(jié)省人力和物力資源，提高工作效率和大檢修的整體質(zhì)量水平，以確保裝置安全穩(wěn)定運行。

1 實施方案與可行性分析①

了解先進的數(shù)字化工廠三維虛擬環(huán)境，評估中國石油蘭州石化公司大檢修的管理現(xiàn)狀，找出目前大檢修管理存在的問題，確定大檢修管理的改進目標，并分析研究出一套最適合該公司大檢修管理的管理體系。

1.1 檢修方案制定

大檢修內(nèi)容復(fù)雜、成本昂貴且工作項目眾多，需要工廠(檢維修、檢測、安全和生產(chǎn))及廠外(承包商和監(jiān)管部門)等多個部門的協(xié)調(diào)合作。數(shù)字化工廠的三維虛擬模型和可視化的清晰詳細說明與指導(dǎo)減少了作業(yè)準備時間，消除了返工，從而降低了大檢修所耗工時和生產(chǎn)時間損失。數(shù)字化工廠在大檢修計劃、技術(shù)交底、檢修現(xiàn)場調(diào)度及檢修方案等方面實現(xiàn)了可視化管理，其中，數(shù)字化工廠可視化工程的兩個應(yīng)用方案如圖1所示。

數(shù)字化工廠不僅集成了現(xiàn)場的真實空間數(shù)據(jù)，而且還集成了EAM信息、EDMS非結(jié)構(gòu)化信息及設(shè)備相關(guān)的圖紙資料等。因此，以數(shù)字化工廠為平臺進行大檢修計劃的準備工作，了解設(shè)備環(huán)境、上下游關(guān)系、目前現(xiàn)狀、平時運行狀態(tài)、設(shè)備檢測時間、設(shè)備的隱患、檢維修記錄及設(shè)備的設(shè)計資料等，可快速準確地制定大檢修計劃[1]。

1.2 技術(shù)交底

確定大檢修范圍。在數(shù)字化工廠中以直觀、三維方式定義大檢修的設(shè)備范圍：高亮、特殊顏色顯示需要檢修的設(shè)備；標簽注明檢修的內(nèi)容；標簽明確檢修的位置；查閱設(shè)備隱患臺帳，或直接搜索并標注隱患設(shè)備，確定待檢修設(shè)備；搜索并標注到期檢驗時間和到期維護設(shè)備清單；根據(jù)日常工作的特殊設(shè)備標注直接獲取待檢修設(shè)備等。

a. 腳手架搭建方案 b. 吊車配置方案圖1 數(shù)字化工廠可視化工程應(yīng)用

生成技術(shù)交底知識視圖。在數(shù)字化工廠平臺上，可以將需要檢維修的設(shè)備或周邊環(huán)境存成單獨的知識視圖，對照檢修計劃溝通協(xié)調(diào)，直接查閱各種圖紙和資料信息，并打印知識視圖，實現(xiàn)三維技術(shù)交底。

三維技術(shù)交底。檢修計劃制定并審核通過后，需要由車間技術(shù)人員與承包商進行技術(shù)交底。在數(shù)字化工廠平臺上，雙方可以坐在辦公室直接查看裝置設(shè)備的三維模型與全景視圖，對照檢修計劃溝通協(xié)調(diào)。打印檢修計劃的三維圖，車間技術(shù)人員與承包商可以在現(xiàn)場對照檢修計劃三維視圖，更加清晰地確認檢修內(nèi)容與注意事項。承包商可以在三維數(shù)字化工廠中直接通過EAM或EDMS獲取檢修設(shè)備的全部圖紙資料及歷史檢修信息等[2]。

通過可視化的技術(shù)交底，使大檢修承包商與車間技術(shù)人員更加清晰、快捷地達到技術(shù)交底的目的，避免了誤解。而傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式往往容易產(chǎn)生誤解，導(dǎo)致檢修方案與計劃不一致，從而影響檢修質(zhì)量與進度。

1.3 檢修規(guī)劃

獲取大檢修材料清單。通過EDMS和EAM集成，直接獲取關(guān)聯(lián)設(shè)備的圖紙資料，并查閱設(shè)備的零部件清單、規(guī)格型號及材料清單等，形成大檢修設(shè)備的詳細計劃。

清晰檢修計劃。對于需要詳細說明的設(shè)備檢修計劃，可以以三維知識視圖的方式說明檢修的范圍，標注檢修的內(nèi)容。

三維方式規(guī)劃檢修現(xiàn)場部署。大檢修的統(tǒng)籌安排調(diào)度是大檢修的重點與難點，多支檢修隊伍同時進廠工作，現(xiàn)場腳手架搭建、吊車進出、作業(yè)及檢修材料的擺放等均需要合理的安排和科學的調(diào)度。傳統(tǒng)方式是由相關(guān)人員憑經(jīng)驗進行調(diào)度安排，不僅難度大，而且易出差錯。

數(shù)字化工廠以三維方式展現(xiàn)大檢修的現(xiàn)場部署，將裝置存成大檢修知識視圖，在視圖上直接測量尺寸，規(guī)劃吊車位置，標記檢修設(shè)備，以三維立體方式協(xié)助檢修調(diào)度人員進行現(xiàn)場的規(guī)劃，實現(xiàn)大檢修任務(wù)調(diào)度的最優(yōu)化，從而確保檢修的合理安排并節(jié)約檢修時間[3]。圖1所示為裝置大檢修的模擬知識視圖，大檢修指揮調(diào)度人員從圖中可以清晰地了解當天檢修現(xiàn)場的作業(yè)情況，合理調(diào)度、安排檢修的順序。

2 三維模型的使用

2.1 換熱器的吊裝

大檢修的主要工作之一是要對換熱器進行抽芯清洗，但是部分冷換設(shè)備因設(shè)計原因，有立柱、斜撐、管線、儀表線及消防栓等障礙物阻擋，影響拆除螺栓、吊裝頭蓋及抽芯等檢修工作的正常進行。傳統(tǒng)的檢修費用預(yù)決算對這部分工作費用計算比較粗放，在空間比較狹小的地方對于換熱器能否移出難以做出快速準確地判斷。通過使用數(shù)字化工廠可以對換熱器能否移出做出模擬，由于數(shù)字化工廠的建模精度在±2mm左右，以此為依據(jù)可以快速準確地判斷此類換熱器能否移出。此次550萬t/a常減壓裝置大檢修需要進行抽芯清洗的換熱器共99臺，通過使用數(shù)字化工廠做檢修方案，發(fā)現(xiàn)有33臺換熱器被遮擋無法抽出，如圖1右上所示。因此，數(shù)字化工廠為提高檢修質(zhì)量和效率提供了有效的技術(shù)支撐。

2.2 吊車的使用

在數(shù)字化工廠中對所有需要吊裝的設(shè)備進行了吊裝模擬，發(fā)現(xiàn)吊車預(yù)定占位存在重要地下管路，及時通知吊裝單位將吊車路基板增大，避免了吊裝時對地下管網(wǎng)的破壞。在核對空冷吊裝方案時，發(fā)現(xiàn)預(yù)定的200t吊車根本無法將設(shè)備吊出，經(jīng)模擬推翻了原方案，新制定了400t吊車方案。在數(shù)字化工廠中事先對吊車進廠路線、占位、臂長及仰角等參數(shù)進行模擬和優(yōu)化，確保所有吊裝方案的準確無誤，使吊車移位次數(shù)最少，保證了吊裝的安全和高效。

以數(shù)字化工廠為工作平臺進行大檢修工作，可以使工廠各部門管理人員、現(xiàn)場技術(shù)人員與承包商之間的交流可視化，并可以直接在三維模型上進行檢修計劃制定、審核、技術(shù)交底和工程決算，實現(xiàn)無缺陷大修和零返工，節(jié)省大檢修費用7%以上，確保了工廠的運行安全[4]。

3 結(jié)束語

中國石油蘭州石化公司通過大檢修管理搭建了大檢修知識庫，包括全面設(shè)備信息，為提高全裝置設(shè)備的資產(chǎn)管理水平提供了依據(jù)，同時在安全方面也有很大的提升。數(shù)字化工廠項目在國內(nèi)屬于比較前沿的領(lǐng)域，通過這次項目的實施，為下一步的推廣并提升應(yīng)用水平奠定了堅實的基礎(chǔ)。