高進(jìn)，瞿楊，李顯良

(中國(guó)石油西南油氣田公司 重慶天然氣凈化總廠，重慶 401147)

天然氣凈化廠是對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫、脫水并對(duì)酸氣進(jìn)行處理的工廠[1-2]，具有有毒有害、高溫高壓、易燃易爆等特點(diǎn)，屬連續(xù)性生產(chǎn)的高危化工企業(yè)[3]。某天然氣凈化廠于2005年建成投產(chǎn)，裝置處理能力為6×106m3/d，包括： 過(guò)濾分離裝置、脫硫裝置、脫水裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置、硫磺成型裝置、火炬及放空系統(tǒng)、污水處理裝置、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐供熱系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、空氣氮?dú)庀到y(tǒng)、消防水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等功能裝置[4]。

在天然氣凈化廠，巡檢是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照規(guī)定頻次對(duì)工藝裝置現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行比對(duì)核實(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)備(如靜設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、壓力管道等)、電氣設(shè)備(如電機(jī)、配電設(shè)備、供電線路等)、自控儀表(在線分析儀、控制閥等)及基建設(shè)施(如塔罐的基座、管廊的支撐、坑池等)工作狀況和完好性進(jìn)行目視查看或借助某些工具進(jìn)行診斷，以確認(rèn)其可靠性和完好性。

對(duì)天然氣凈化廠安全生產(chǎn)管理工作而言，巡檢工作是其中一項(xiàng)基本的日常工作，是保證天然氣凈化裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的第一道防線。它能使天然氣凈化裝置存在的隱患或異常能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，使突發(fā)事故的可能性降到最低限度，減少事后搶修工作量，有利于降低維修成本，保證凈化裝置處于良好運(yùn)行狀態(tài)，提高天然氣凈化設(shè)備完好率及可用率,避免由于發(fā)現(xiàn)不及時(shí)造成凈化裝置停車和生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

1 天然氣凈化廠巡檢現(xiàn)狀

1.1 人工巡檢模式

目前，該天然氣凈化廠巡檢模式仍采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，巡檢頻率為1次/2 h，通過(guò)手動(dòng)掛牌設(shè)置標(biāo)記方式來(lái)體現(xiàn)巡檢工作的完成情況，從而督促員工及時(shí)巡檢，確保巡檢質(zhì)量，同時(shí)也便于對(duì)巡檢工作的監(jiān)督檢查。下面將以天然氣凈化廠部分裝置為例對(duì)巡檢方式進(jìn)行說(shuō)明： 裝置區(qū)內(nèi)設(shè)有若干巡檢點(diǎn)，在每個(gè)巡檢點(diǎn)都設(shè)置有巡檢標(biāo)記牌；巡檢人員按照規(guī)定時(shí)間和規(guī)定線路依次到達(dá)指定巡檢點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)、設(shè)備設(shè)施和管線進(jìn)行人工檢查；當(dāng)巡檢人員按時(shí)到達(dá)巡回檢查牌時(shí)，按要求檢查巡檢內(nèi)容，并把巡檢牌翻到相應(yīng)的時(shí)間位置，證明已到該巡檢點(diǎn)巡檢。當(dāng)下一次巡檢到達(dá)該巡檢點(diǎn)時(shí)，再把巡檢牌翻到下一個(gè)時(shí)間位置。

1.2 人工巡檢模式的弊端

雖然現(xiàn)有人工巡檢模式在保障天然氣凈化廠安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用，但在執(zhí)行過(guò)程中仍存在以下弊端：

1)目前的巡檢模式采用人工手寫加錄入巡檢數(shù)據(jù)的方法。員工在巡檢時(shí)，除了逐項(xiàng)檢查確認(rèn)巡檢記錄表中工藝參數(shù)外，還需檢查機(jī)、電、儀設(shè)備及基建設(shè)施的工作狀況和完好性。由于巡檢內(nèi)容多，工作量大，長(zhǎng)時(shí)間且周期性的重復(fù)性工作易使工作效率和工作質(zhì)量降低。同時(shí)，在現(xiàn)有天然氣凈化廠自控儀表的配置條件下，人工巡檢發(fā)揮的作用也逐漸呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。

2)由于天然氣凈化廠具有有毒有害、高溫高壓、易燃易爆等特點(diǎn)，生產(chǎn)操作環(huán)境危險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)巡檢導(dǎo)致人員長(zhǎng)期高頻率地暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中，對(duì)人員的生命安全造成較大的安全隱患。

3)現(xiàn)有人工巡檢的工作質(zhì)量不能得到有效保證，尤其是在夜間和雷雨天氣時(shí)，受人為因素影響大，巡檢質(zhì)量與巡檢人員的業(yè)務(wù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)、態(tài)度、責(zé)任心和精神狀態(tài)有密切關(guān)系。人工巡檢手動(dòng)掛牌的方式只能提供員工到達(dá)巡檢點(diǎn)的證明，而且還存在作弊的漏洞，更不能提供巡檢質(zhì)量和巡檢內(nèi)容完成的保證；巡檢記錄表中只有部分關(guān)鍵參數(shù)，而這些關(guān)鍵參數(shù)可通過(guò)DCS查看或靠經(jīng)驗(yàn)填寫。

4)巡檢內(nèi)容多、巡檢頻次高，導(dǎo)致巡檢表格數(shù)量多、紙張用量也大；巡檢記錄表需定期歸檔保存，一般保存期限為3～5 a，在資料管理方面尤顯不便。當(dāng)某項(xiàng)巡檢參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的過(guò)程較為繁瑣，需人工到資料室進(jìn)行查閱。另外巡檢記錄表大量的用紙需求也造成了資源的浪費(fèi)，不符合節(jié)能降耗、綠色辦公的理念。

1.3 開展無(wú)人巡檢模式探討的基礎(chǔ)和必要性

該天然氣凈化廠現(xiàn)配置有較完善的控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)，其中控制系統(tǒng)有分散控制系統(tǒng)(DCS)、安全儀表系統(tǒng)(SIS)、火災(zāi)和氣體報(bào)警系統(tǒng)(FGS)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)以及可編程控制器(PLC)等，為該廠實(shí)現(xiàn)裝置無(wú)人巡檢提供了基礎(chǔ)和前提條件[1]。

利用信息化手段在現(xiàn)有控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)上，通過(guò)增加、優(yōu)化及完善相應(yīng)設(shè)備設(shè)施和功能配置等方式實(shí)現(xiàn)無(wú)人巡檢模式，對(duì)人工巡檢內(nèi)容和巡檢范圍全面覆蓋，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和比對(duì)，確保巡檢的質(zhì)量和效果遠(yuǎn)優(yōu)于人工巡檢模式，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人巡檢取代人工巡檢，徹底解決和避免了人工巡檢存在的問(wèn)題。

2 天然氣凈化裝置無(wú)人巡檢模式實(shí)施

2.1 增加智能測(cè)量?jī)x表

增加裝置現(xiàn)場(chǎng)智能儀表測(cè)量點(diǎn)，一是用于替代裝置現(xiàn)場(chǎng)就地顯示的壓力、溫度、流量等儀表，并將測(cè)量參數(shù)遠(yuǎn)傳至DCS，實(shí)現(xiàn)測(cè)量參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)視的全覆蓋；二是對(duì)重要參數(shù)的控制回路增加測(cè)量?jī)x表，如再生塔回流罐液位，增加到2個(gè)測(cè)量信號(hào)，提高測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確率和可靠性，保證控制回路的可靠性；三是關(guān)鍵聯(lián)鎖回路的測(cè)量?jī)x表增加到3個(gè)測(cè)量信號(hào)，如脫硫吸收塔液位，使聯(lián)鎖條件由1個(gè)或2個(gè)變?yōu)?個(gè)，減少因聯(lián)鎖條件失效引發(fā)的聯(lián)鎖誤動(dòng)作，同時(shí)其聯(lián)鎖邏輯也由“一選一”或“二選一”“二選二”邏輯結(jié)構(gòu)變?yōu)椤叭x二”邏輯結(jié)構(gòu)，從而提高了關(guān)鍵聯(lián)鎖回路的安全性和可用性[5]。

2.2 優(yōu)化和完善DCS功能

優(yōu)化和完善DCS功能，采取以下幾方面措施：

1)對(duì)裝置進(jìn)行過(guò)程安全即危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(QRA)、工藝危害性分析(PHA)等，重新確定工藝參數(shù)的重要性。根據(jù)工藝參數(shù)的重要性重新確定每個(gè)參數(shù)在DCS中的報(bào)警優(yōu)先級(jí)，并根據(jù)報(bào)警優(yōu)先級(jí)確定不同類別的聲光報(bào)警功能。

2)在DCS中增加同一參數(shù)的自動(dòng)比對(duì)和偏差報(bào)警功能；同時(shí)能根據(jù)比對(duì)結(jié)果分析判斷故障信號(hào)，并對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行屏蔽和報(bào)警。

3)增加DCS報(bào)警管理優(yōu)化軟件，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的評(píng)估、規(guī)范設(shè)置、歸檔、優(yōu)化、無(wú)效報(bào)警的抑制等功能。無(wú)人巡檢模式的實(shí)施需要DCS接入大量的信號(hào)點(diǎn)，在DCS中報(bào)警的定義與設(shè)置不受成本影響，再加上可能存在的氣質(zhì)條件、工況條件等的變化，使得報(bào)警的數(shù)量暴增，形成報(bào)警泛濫或過(guò)度報(bào)警，導(dǎo)致操作人員對(duì)報(bào)警反應(yīng)和處置的麻木和滯后，使得生產(chǎn)裝置處于危險(xiǎn)狀況，而報(bào)警管理優(yōu)化軟件能有效解決這一問(wèn)題。

2.3 增加儀表設(shè)備管理系統(tǒng)

裝置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有大量智能儀表，包括壓力、溫度、流量、液位、成分等檢測(cè)儀表，還包括控制閥、聯(lián)鎖閥等控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)天然氣凈化廠的監(jiān)控和聯(lián)鎖?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)(FDM)是一種現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備的管理工具，通過(guò)HART/Profibus/FF協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)儀表的組態(tài)、狀態(tài)顯示、診斷和維護(hù)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)儀表運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

2.4 增加轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

天然氣凈化廠常用的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備主要有： 離心泵、往復(fù)泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等。對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)泵的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)警。具體措施： 安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備上的傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)泵的振動(dòng)及溫度信息，傳感器數(shù)量根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的重要性和負(fù)荷大小來(lái)確定，采用無(wú)線傳輸方式將信號(hào)傳輸給附件的信號(hào)接收器，經(jīng)集中處理后以RJ45/光纖的方式傳輸給裝有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備診斷系統(tǒng)的工控機(jī)，結(jié)合來(lái)自電站轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)工控機(jī)的計(jì)算和處理，顯示機(jī)泵的實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)維護(hù)及故障診斷報(bào)告，實(shí)現(xiàn)控制室對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中存在的故障并及時(shí)作出處理，確保轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行。

由于天然氣凈化裝置轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備較多，根據(jù)設(shè)備的重要程度對(duì)機(jī)泵設(shè)備進(jìn)行分類，對(duì)關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備需進(jìn)行監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)，見表1所列。針對(duì)一般轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)只需要對(duì)電動(dòng)機(jī)和泵分別設(shè)置振動(dòng)和溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)各1個(gè)即可，該凈化廠的關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備通常為“1用1備”，少數(shù)為“2用1備”或“3用2備”，表1僅統(tǒng)計(jì)單臺(tái)設(shè)備需設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表1 關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備需設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

2.5 完善FGS的配置

天然氣凈化廠的工藝介質(zhì)通常具有有毒有害、易燃易爆的性質(zhì)，如甲烷、硫化氫、二氧化硫、硫磺等。該天然氣凈化廠建成于2005年，需根據(jù)工藝介質(zhì)的理化性質(zhì)、釋放源等特性、生產(chǎn)場(chǎng)地布置、地理?xiàng)l件、環(huán)境氣候、探測(cè)器的特點(diǎn)、檢測(cè)報(bào)警可靠性要求、操作巡檢線路等因素[6]，按照GB/T 50493—2019《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]的要求，重新對(duì)FGS進(jìn)行補(bǔ)充和完善。在可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏的地方，如脫水裝置、燃料氣系統(tǒng)等工藝設(shè)施附近，設(shè)置固定式可燃?xì)怏w探測(cè)器；在可能發(fā)生有毒氣體泄漏的地方，如脫硫裝置、硫磺回收裝置、尾氣處理裝置等工藝設(shè)施附近，設(shè)置固定式有毒氣體探測(cè)器；在硫磺成型階段及硫磺倉(cāng)庫(kù)設(shè)置紫外/紅外火焰探測(cè)器等；同時(shí)在裝置現(xiàn)場(chǎng)和控制室補(bǔ)充完善聲光報(bào)警和報(bào)警按鈕。當(dāng)火災(zāi)或泄漏發(fā)生時(shí)，通過(guò)SIS輔操臺(tái)觸發(fā)區(qū)域或全裝置緊急停車按鈕，通過(guò)SIS關(guān)閉相應(yīng)的井口、天然氣凈化廠各工藝裝置；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)可燃/有毒氣體泄漏和火焰檢測(cè)報(bào)警時(shí)，F(xiàn)GS輸出信號(hào)至視頻監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)攝像頭監(jiān)控發(fā)生報(bào)警的區(qū)域。

2.6 補(bǔ)充完善工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該天然氣凈化廠現(xiàn)有工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要作為安防監(jiān)控，攝像頭均安裝在裝置區(qū)邊界。基于紅外成像及數(shù)據(jù)分析預(yù)警技術(shù)，按工藝流程、生產(chǎn)操作和管理等要求進(jìn)行系統(tǒng)配置[8]，通過(guò)在生產(chǎn)裝置區(qū)內(nèi)合理布置高清攝像頭，對(duì)經(jīng)常操作的生產(chǎn)部位、重點(diǎn)設(shè)備、關(guān)鍵工藝參數(shù)實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)控，其他區(qū)域?qū)嵤┮话惚O(jiān)控，從而在該基礎(chǔ)上通過(guò)云臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)裝置區(qū)域視頻監(jiān)控全覆蓋；升級(jí)工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，增加數(shù)據(jù)智能分析、預(yù)警等功能，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行智能分析，若發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。監(jiān)控中心設(shè)置在中心控制室，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)視頻管理系統(tǒng)使生產(chǎn)管理層與控制系統(tǒng)集成[9]，實(shí)現(xiàn)工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與DCS，SIS，F(xiàn)GS的聯(lián)動(dòng)。

2.7 增加智能機(jī)器人輔助巡檢

智能機(jī)器人通常配備有高性能的底盤、可升降改變重心的身體和頸部、高性能的上位機(jī)及各種傳感器，具有一定工作高度的爬坡、越障能力，通過(guò)機(jī)身搭載的機(jī)械手臂和攝像設(shè)備的配合，在自身帶有的激光雷達(dá)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的指引下，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置區(qū)域定時(shí)、定點(diǎn)、定線路的巡檢，或?qū)崿F(xiàn)自主巡檢線路的規(guī)劃，智能機(jī)器人巡檢時(shí)拍攝的現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)圖像實(shí)時(shí)發(fā)送至中心控制室，經(jīng)過(guò)智能機(jī)器閱讀系統(tǒng)的自動(dòng)解讀后傳輸給應(yīng)用服務(wù)器，與DCS的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)參數(shù)的偏差。同時(shí)智能機(jī)器人也可監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備，如溶液循環(huán)泵、燃燒爐等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行情況。此外，智能機(jī)器人還可攜帶可燃?xì)怏w探測(cè)器、有毒氣體探測(cè)器、火災(zāi)探測(cè)器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)巡檢過(guò)程中氣體泄漏檢測(cè)、火災(zāi)檢測(cè)等。智能機(jī)器人輔助巡檢作為自控儀表系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等的補(bǔ)充，用于生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)的查看、比對(duì)、核實(shí)、確認(rèn)。

2.8 增加物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)功能

該天然氣凈化廠從2017年開始進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，現(xiàn)已投運(yùn)，目前已具備的功能有： 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和運(yùn)維業(yè)務(wù)的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化管理；實(shí)現(xiàn)檢維修管理與物資管理系統(tǒng)的集成；實(shí)現(xiàn)運(yùn)維報(bào)表的自動(dòng)生成；實(shí)現(xiàn)所有問(wèn)題、隱患、事故事件的可追溯閉環(huán)管理；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和生產(chǎn)輔助管理功能，如化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)管理、車輛調(diào)派管理等。目前正在實(shí)施轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。為配合無(wú)人巡檢模式的實(shí)現(xiàn)，需在物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)增加機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、儀表設(shè)備管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，如圖1所示。圖1中，無(wú)色方塊表示已實(shí)施的功能，淺灰色方塊表示正在實(shí)施或?qū)⒁獙?shí)施的功能，中灰色方塊表示無(wú)人模式巡檢需要實(shí)施的功能。

圖1 某天然氣凈化廠物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)框架示意

3 結(jié)束語(yǔ)

在該天然氣凈化廠現(xiàn)有條件下，通過(guò)增加智能測(cè)量?jī)x表、優(yōu)化和完善DCS功能、增加儀表設(shè)備管理系統(tǒng)、增加轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、完善FGS的配置、補(bǔ)充完善工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、增加智能機(jī)器人輔助巡檢方式、增加物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)功能等方式，實(shí)現(xiàn)天然氣凈化廠無(wú)人巡檢模式，實(shí)現(xiàn)人工巡檢內(nèi)容和巡檢范圍的全覆蓋，巡檢效果和質(zhì)量?jī)?yōu)于人工巡檢，從而無(wú)人巡檢模式替代人工巡檢模式。無(wú)人巡檢模式的實(shí)施可以有效降低操作人員高頻率的暴露在危險(xiǎn)工作環(huán)境中的安全風(fēng)險(xiǎn)；提高勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少重復(fù)性工作的頻次，節(jié)約企業(yè)人力資源；減少人工記錄表格，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)紙化，符合節(jié)能降耗、綠色辦公的理念；提升天然氣凈化廠信息化管理水平，推進(jìn)智能天然氣凈化廠建設(shè)。