文/黃兆周 徐孟才

隨著經(jīng)濟(jì)全球化以及現(xiàn)代供應(yīng)鏈的快速發(fā)展，港口裝備智能化成為第4代港口的發(fā)展趨勢(shì)。目前，港口的競(jìng)爭(zhēng)已不再是深水港、大泊位、大堆場(chǎng)、集疏運(yùn)體系等硬實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)，而是供應(yīng)鏈、物流服務(wù)、智能化、信息化等軟實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)。未來(lái)，油氣化工碼頭智能化可縮短船舶停時(shí)，降低運(yùn)營(yíng)成本，整體提升碼頭安全管理水平。

港口是國(guó)家能源交通命脈，也是油氣化工產(chǎn)品進(jìn)出口生命線。我國(guó)油氣化工碼頭眾多，管理水平參差不齊，部分碼頭安全環(huán)保事故頻發(fā)，對(duì)油氣化工碼頭和危險(xiǎn)化工企業(yè)安全生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)管理影響巨大，國(guó)內(nèi)油氣化工碼頭安全生產(chǎn)形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

國(guó)內(nèi)油氣化工碼頭安全生產(chǎn)現(xiàn)狀

2018 年，全國(guó)主要公用港口企業(yè)累計(jì)完成石油、天然氣及其制品吞吐量40 692 萬(wàn)噸，其中原油已超越美國(guó)成為第一進(jìn)口大國(guó)，近70%依靠進(jìn)口，港口承擔(dān)了主要進(jìn)口能源裝卸重任，對(duì)國(guó)家能源戰(zhàn)略的地位與作用舉足輕重。港口裝卸安全和貨物通過(guò)能力的提升，對(duì)保障國(guó)家能源安全、貿(mào)易安全意義重大。

國(guó)內(nèi)油氣化工碼頭眾多，成分屬性復(fù)雜，管理水平參差不齊，部分碼頭安全環(huán)保事故頻發(fā)，作為能源化工供應(yīng)鏈的重要中間環(huán)節(jié)，港口安全績(jī)效直接與石化企業(yè)和運(yùn)輸船舶密切相關(guān)，港口智能化發(fā)展事關(guān)國(guó)家能源戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2019 年9 月20 日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，明確習(xí)近平總書(shū)記交通強(qiáng)國(guó)思想的重大戰(zhàn)略決策。要求交通先行，適度超前，水平提高，創(chuàng)新先進(jìn)，打造核心樞紐港，強(qiáng)化技術(shù)升級(jí)，開(kāi)發(fā)智能交通，打造綠色高效現(xiàn)代物流，推進(jìn)危險(xiǎn)品物流專(zhuān)業(yè)化。發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流，創(chuàng)新智慧物流營(yíng)運(yùn)模式，推進(jìn)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)物流應(yīng)用。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化以及現(xiàn)代供應(yīng)鏈的快速發(fā)展，港口裝備智能化成為第4 代港口的發(fā)展趨勢(shì)。港口智能化的目的是要保障港口的運(yùn)行效率和港口的運(yùn)行安全。目前，國(guó)內(nèi)國(guó)際集裝箱碼頭智能化已初具規(guī)模，但油氣化工碼頭智能化領(lǐng)域卻少人問(wèn)津，呈現(xiàn)冰火兩重天的格局。目前已知的油氣化工碼頭，大多采用分布式DCS 系統(tǒng)管控碼頭液貨裝卸作業(yè)，缺乏對(duì)船舶靠離泊、系解纜、接拆臂和裝卸船等作業(yè)全過(guò)程的系統(tǒng)集成，也沒(méi)有對(duì)碼頭控制系統(tǒng)、可燃/有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)及閉路電視（CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施連鎖，嚴(yán)重影響了油氣化工碼頭的安全生產(chǎn)和裝卸效率。

中?；瘜W(xué)八所港惠州項(xiàng)目部原油碼頭

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、地理信息系統(tǒng)(GIS)等信息技術(shù)的港口應(yīng)用，港口的競(jìng)爭(zhēng)已不再是深水港、大泊位、大堆場(chǎng)、集疏運(yùn)體系等硬實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)，而是供應(yīng)鏈、物流服務(wù)、智能化、信息化等軟實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)。如何優(yōu)化港口集轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，改善裝卸工藝，提高裝卸作業(yè)效率，縮短船舶停時(shí)，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高安全業(yè)績(jī)、提供增值配送服務(wù)，將是油氣化工碼頭智能化需要思考的主要問(wèn)題。

油氣化工碼頭智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

科技的飛速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用的快速推進(jìn)，徹底改變了作為多種運(yùn)輸方式交匯的港口管理模式。港口信息化和智能化水平成為港口未來(lái)地位和發(fā)展的決定因素，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化的應(yīng)用解決方案。油氣化工碼頭智能化包括碼頭自動(dòng)靠/離泊系統(tǒng)、自動(dòng)系/解纜系統(tǒng)、自動(dòng)接/拆臂系統(tǒng)、自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)4 大功能模塊。

油氣化工碼頭自動(dòng)靠/離泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、船舶交通服務(wù)系統(tǒng)（VTS）和智能航運(yùn)遠(yuǎn)程駕駛與控制技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，建立碼頭船舶自動(dòng)靠/離泊系統(tǒng)就成為未來(lái)港口智能化的發(fā)展方向和現(xiàn)實(shí)需要。應(yīng)用“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)、5G 實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)、碼頭雷達(dá)基站和泊位靠泊基點(diǎn)定位，利用拖輪雷達(dá)定位和“北斗”雙定位系統(tǒng)、激光輔助靠泊系統(tǒng)，結(jié)合智能航運(yùn)遠(yuǎn)程駕駛與控制技術(shù)實(shí)施船舶頂推拖帶進(jìn)出港和靠/離泊作業(yè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，規(guī)避人為操作失誤風(fēng)險(xiǎn)。

輔助安全靠泊電子系統(tǒng)設(shè)置有激光輔助靠泊系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和纜繩張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)集中在管理辦公樓控制室進(jìn)行監(jiān)控，在各泊位設(shè)置工作站。其中環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供船舶在靠泊急需的船舶位置和船舶動(dòng)態(tài)，包括：船艏和船艉的速度、船舶與碼頭的距離和夾角。系統(tǒng)測(cè)量范圍包括：碼頭/船舶距離0～250 m，靠泊速度±100 cm/s，相對(duì)碼頭的靠泊角度±15°。激光輔助靠泊系統(tǒng)激光探測(cè)器設(shè)置于碼頭平臺(tái)適當(dāng)?shù)奈恢?，探測(cè)器前方不能有東西阻隔。系統(tǒng)控制中心配置1 個(gè)移動(dòng)PC 顯示終端，通過(guò)UHF（特高頻無(wú)線電波）與控制中心聯(lián)系，該終端與控制室顯示相同的內(nèi)容，與控制室具有熱線電話。碼頭配置大屏幕顯示器，拖輪配置BP 顯示器，顯示內(nèi)容包括船首的速度、船尾的速度、船舶與碼頭的距離、船舶與碼頭的夾角。

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既包括對(duì)風(fēng)向/風(fēng)速的測(cè)量，也包括對(duì)氣溫、氣壓、降水、能見(jiàn)度的觀測(cè)，對(duì)海洋潮位/波浪、海流等要素也要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄，環(huán)境測(cè)量?jī)x具有自動(dòng)采集功能，有標(biāo)準(zhǔn)的傳輸接口，測(cè)量數(shù)據(jù)納入靠泊系統(tǒng)主機(jī)，進(jìn)行儲(chǔ)存、顯示和共享。潮位測(cè)量采用激光傳感器式潮位計(jì)，海流傳感器采用多譜樂(lè)層流計(jì)。

油氣化工碼頭自動(dòng)系/解纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于智能航運(yùn)遠(yuǎn)程駕駛與控制技術(shù)的創(chuàng)新和實(shí)用，在船舶絞纜系統(tǒng)和碼頭絞纜機(jī)兩端均設(shè)立自動(dòng)化連鎖收放裝置，通過(guò)遠(yuǎn)程通信實(shí)施收放連鎖控制，靠泊時(shí)船舶放纜，無(wú)人機(jī)輔助拖帶掛纜，泊位絞纜機(jī)收纜，離泊時(shí)船舶收纜，泊位快速脫纜鉤放纜，船岸纜繩通過(guò)智能傳感器或拖輪實(shí)施連接或脫開(kāi)操作。

碼頭設(shè)置智能纜繩張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供更合理的纜繩布置和纜繩受力監(jiān)測(cè)，每套纜鉤配置壓力傳感器、放大器、通信接口箱，系纜鉤的受力測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)屏蔽雙絞線或光纖傳輸?shù)酱a頭控制室主機(jī)，脫纜鉤控制器與主機(jī)形成閉合網(wǎng)絡(luò)。測(cè)量數(shù)據(jù)納入靠泊系統(tǒng)主機(jī)，進(jìn)行儲(chǔ)存、監(jiān)控、顯示和共享。控制室配置安裝帶有智能纜繩監(jiān)測(cè)軟件的監(jiān)控終端，設(shè)置聲、光報(bào)警信號(hào)裝置。船舶上的控制終端和控制室主機(jī)建立聯(lián)動(dòng)和熱線電話。

油氣化工碼頭自動(dòng)接/拆臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于緊急脫離裝置（ERS）現(xiàn)有的船岸輸油臂緊急脫離技術(shù)，研發(fā)船岸輸油臂連接/脫離自動(dòng)化技術(shù)，并將船岸輸油臂緊急脫離升級(jí)為自動(dòng)連接/脫離，實(shí)施船岸連鎖，利用5G 網(wǎng)絡(luò)和DCS 技術(shù)遠(yuǎn)程控制和緊急情況自動(dòng)觸發(fā)關(guān)停和脫離。

油氣化工碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.油氣化工碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組成分為網(wǎng)絡(luò)層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)層，網(wǎng)絡(luò)層完成對(duì)控制層和現(xiàn)場(chǎng)層的信息交換進(jìn)行監(jiān)督管理，在控制過(guò)程起監(jiān)督管理的作用,把生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)送到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理一體化?？刂茖油ㄟ^(guò)監(jiān)控系統(tǒng)、定量裝船系統(tǒng)（DCS），通過(guò)光纖通訊或總線通訊的連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)與總控制中心的連接，形成一套充分融合，高安全性能的冗余控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)層由罐區(qū)、碼頭和公用區(qū)組成，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)受控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全連鎖、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。

2.油氣化工碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)功能

碼頭自動(dòng)裝/卸船DCS 的體系結(jié)構(gòu)基本功能包括：實(shí)時(shí)性、參數(shù)調(diào)整、報(bào)警功能、監(jiān)督功能。

實(shí)時(shí)性是儀表將現(xiàn)場(chǎng)管線壓力、溫度、流量、液位、氣體濃度等在內(nèi)的各種物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)或電信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處理措施將所控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿缥灰?、閥位等物理變量。通過(guò)控制站創(chuàng)建系統(tǒng)的O/I 服務(wù)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況在操作員站上通過(guò)流程面、單回路控制畫(huà)面、數(shù)據(jù)聲音的變化體觀出來(lái)。

參數(shù)調(diào)整是在操作員站上，操作員根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)運(yùn)行參數(shù)做出及時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)整，如壓力、溫度、流量、液位參數(shù)的調(diào)整。

報(bào)警功能是通過(guò)對(duì)模協(xié)量、開(kāi)關(guān)量、設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)報(bào)警監(jiān)視，上傳報(bào)警發(fā)生時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警說(shuō)明等信息列表顯示，如屏幕畫(huà)面由綠色變成紅色，并伴隨燈光閃爍、聲音提示的方式進(jìn)行報(bào)警，從而提醒操作員及時(shí)處理，保證設(shè)備運(yùn)行安全。

監(jiān)督功能是指通過(guò)對(duì)歷史參數(shù)的瀏覽，查閱操作記錄及報(bào)警信息的處理和分析，監(jiān)督操作人員是否按時(shí)完成職責(zé)操作及有無(wú)誤操作。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可利用實(shí)時(shí)和歷史的數(shù)據(jù)，對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)分析，明確故障發(fā)生的原因，以避免故障再次發(fā)生或減少損失。

3.油氣化工碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)組成

碼頭自動(dòng)裝/卸船系統(tǒng)主要包括碼頭控制系統(tǒng)、可燃/有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)及閉路電視（CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)等5 個(gè)子系統(tǒng)。

碼頭控制系統(tǒng)。碼頭設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的DCS 控制系統(tǒng)，在各液體泊位控制樓樓內(nèi)分別設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室，各設(shè)一套相對(duì)獨(dú)立的DCS 控制系統(tǒng)，并各配置一個(gè)操作員站；碼頭綜合控制樓樓內(nèi)設(shè)一個(gè)碼頭中央控制室（CCR4）,內(nèi)設(shè)一套相對(duì)獨(dú)立的DCS 控制系統(tǒng)，配置兩個(gè)操作員站及一個(gè)工程師站，一套儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS）服務(wù)器及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口服務(wù)器。負(fù)責(zé)對(duì)碼頭各泊位工藝作業(yè)流程的監(jiān)控。

碼頭工作平臺(tái)上設(shè)置有ESD 緊急停車(chē)系統(tǒng)，與工藝管線上裝卸臂后第一閥門(mén)連鎖，發(fā)生事故時(shí)緊急關(guān)閉裝卸設(shè)施。管道上安裝壓力表、溫度表，可就地檢測(cè)油品的壓力和溫度。裝卸系統(tǒng)設(shè)置可靠的檢測(cè)介質(zhì)溫度、壓力的儀表，如壓力變送器、溫度變送器等，可在線監(jiān)測(cè)油品的壓力和溫度。

可燃/有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)。碼頭設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的GDS 可燃/有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由獨(dú)立主機(jī)PLC 控制系統(tǒng)、固定式和便攜式可燃或有毒氣體濃度探測(cè)器等組成。可燃?xì)怏w濃度變送器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，GDS 系統(tǒng)主機(jī)安裝在碼頭中央控制室及各泊位控制樓?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器將現(xiàn)場(chǎng)可燃/有毒氣體濃度以4-20 MA 信號(hào)傳至GDS 系統(tǒng)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)、報(bào)警等功能。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。碼頭設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，主要由報(bào)警控制器、感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器、報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器等組成。在碼頭工作臺(tái)和引橋每隔500 m 左右設(shè)置報(bào)警按鈕及聲光報(bào)警器，供報(bào)警用。當(dāng)按下報(bào)警按鈕時(shí)，報(bào)警信號(hào)送到火災(zāi)報(bào)警控制器，同時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警器。碼頭報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)光纜與后方庫(kù)區(qū)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行通信。

消防控制系統(tǒng)。消防控制系統(tǒng)自成一套獨(dú)立系統(tǒng),由消防炮廠家配套提供設(shè)計(jì)，接入碼頭中央控制室的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和碼頭DCS 控制系統(tǒng)連鎖。

閉 路 電 視（CCTV） 監(jiān) 控 系統(tǒng)。在碼頭中央控制室設(shè)置閉路電視（CCTV）監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)包括碼頭輸油臂、閥門(mén)、管匯、泊位船舶、纜繩和船舶附近水域等關(guān)鍵對(duì)象實(shí)施24 小時(shí)不間斷監(jiān)控，攝像機(jī)配置電動(dòng)變焦鏡頭、旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、防護(hù)罩，并與碼頭DCS 控制系統(tǒng)連鎖。