高進(jìn)，張孜博，傅適，李顯良

(中國石油西南油氣田分公司 重慶天然氣凈化總廠，重慶401147)

自中國提出智能制造以來，為了促進(jìn)和加快智能制造的進(jìn)程，實現(xiàn)智能制造強國的夢想，先后出臺了《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)體系指南》《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020)》《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020)》等文件，有效推動了智能工廠建設(shè)在各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展，在全國也出現(xiàn)了多家智能工廠建設(shè)的示范單位。

中國石油西南油氣田分公司重慶天然氣凈化總廠(以下簡稱凈化總廠)主要負(fù)責(zé)天然氣凈化業(yè)務(wù)，并利用脫除的含硫化合物生產(chǎn)硫磺，是國內(nèi)最早從事天然氣凈化的專業(yè)化公司，現(xiàn)有凈化裝置20套，具有處理原料天然氣2.4×1010m3/a的生產(chǎn)能力，是綜合配套齊全、技術(shù)先進(jìn)的大型天然氣凈化廠[1]。面對新時代天然氣大發(fā)展的黃金時期，該分公司建立全國最大天然氣生產(chǎn)基地的發(fā)展戰(zhàn)略；面對員工數(shù)量逐年遞減而裝置數(shù)量逐年增多的現(xiàn)狀以及提質(zhì)增效的壓力，公司承擔(dān)智能凈化廠建設(shè)試點的主體責(zé)任，結(jié)合凈化總廠建設(shè)中國天然氣凈化基地的戰(zhàn)略定位[2]，凈化總廠有必要進(jìn)行智能工廠建設(shè)作為其推動和實現(xiàn)自身戰(zhàn)略目標(biāo)的驅(qū)動力。

1 智能凈化廠特征及建設(shè)實施建議

1.1 智能凈化廠

智能凈化廠是通過自動化、信息化、工業(yè)化、現(xiàn)代管理、信息物理系統(tǒng)等綜合技術(shù)手段，使天然氣凈化廠的生產(chǎn)運營過程具有全面感知、分析預(yù)測、自主決策、優(yōu)化執(zhí)行的能力，實現(xiàn)工廠的辦公、管理及生產(chǎn)自動化，達(dá)到加強及規(guī)范企業(yè)管理、減少工作失誤、堵塞各種漏洞、提高工作效率、安全生產(chǎn)、提供決策參考，最終達(dá)到動態(tài)平衡、最優(yōu)生產(chǎn)、無人(少人)干預(yù)、效益最佳的目標(biāo)[3]，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。

潘云鶴院士在“2019中國(杭州)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會”上的主題演講中提出： 工廠智能化主要體現(xiàn)在兩個方面，首先是生產(chǎn)過程智能化，其次是生產(chǎn)管理的智能化。因此，簡單的說，智能凈化廠就是在自動化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上，綜合云平臺、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)、AR/VR等新一代智能化技術(shù)，構(gòu)建具有“全面感知、自動操控、智能預(yù)測、輔助決策”特征的天然氣凈化廠。

1.2 智能凈化廠建設(shè)愿景

智能凈化廠是以“生產(chǎn)運行操作受控、安全環(huán)保風(fēng)險受控、設(shè)備設(shè)施完整受控、檢查維修質(zhì)量受控、經(jīng)營管理數(shù)字化、輔助決策智能化”為建設(shè)需求，打造“生產(chǎn)動態(tài)全面感知、生產(chǎn)過程自動控制、流程業(yè)務(wù)模塊化、生產(chǎn)裝置可視化、趨勢特征智能預(yù)判、輔助決策科學(xué)敏捷”的核心能力，最終實現(xiàn)“產(chǎn)品氣合格外輸、三廢達(dá)標(biāo)排放、裝置安全高效運行”的智能凈化廠。

1.3 凈化總廠智能工廠建設(shè)實施建議

通過學(xué)習(xí)借鑒四川石化、九江石化等國內(nèi)石化企業(yè)智能工廠建設(shè)案例，參考國家、石油化工行業(yè)、中國石油集團公司、西南油氣田分公司等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及兄弟單位的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成果，根據(jù)智能凈化廠的定義、特征，并結(jié)合天然氣凈化廠的特點以及凈化總廠智能工廠建設(shè)現(xiàn)狀和生產(chǎn)、管理需求，提出智能凈化廠建設(shè)實施建議。

1.3.1智能凈化廠建設(shè)方案

智能凈化廠建設(shè)緊密遵循公司整體發(fā)展規(guī)劃，按照分公司信息化頂層設(shè)計，匹配分公司“三步走”的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，充分利用分公司已有資源和系統(tǒng)，整合凈化分廠控制網(wǎng)、視頻網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)中的各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)網(wǎng)—辦公網(wǎng)中的傳輸、存儲和應(yīng)用。采用自動化技術(shù)、實時優(yōu)化技術(shù)、機器人技術(shù)，提升天然氣凈化生產(chǎn)全過程自動化水平；采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、云計算技術(shù)、人工智能等多種主流信息技術(shù)，建立天然氣凈化生產(chǎn)全過程遠(yuǎn)程監(jiān)控、多業(yè)務(wù)協(xié)同、預(yù)測預(yù)警等功能的一體化管控系統(tǒng)。實現(xiàn)天然氣凈化工藝全過程實時洞察、全面感知，進(jìn)而達(dá)到自動操控，提升生產(chǎn)全過程安全管控水平，最終實現(xiàn)智能凈化廠建設(shè)目標(biāo)。

1.3.2智能凈化廠總體架構(gòu)

智能凈化總廠實行辦公網(wǎng)和生產(chǎn)網(wǎng)兩網(wǎng)并行運行，其間不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，必須通過分公司級或以上的數(shù)據(jù)中心才能實現(xiàn)兩網(wǎng)互通。生產(chǎn)網(wǎng)由1個平臺和2個數(shù)據(jù)庫組成，實現(xiàn)凈化裝置的智能生產(chǎn)、智能運行、智能作業(yè)；辦公網(wǎng)由1個平臺和1個數(shù)據(jù)庫組成，實現(xiàn)天然氣凈化廠企業(yè)智能管理。智能凈化廠總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能凈化廠總體架構(gòu)示意

1)生產(chǎn)網(wǎng)架構(gòu)。1個平臺是指建設(shè)以生產(chǎn)作業(yè)智能預(yù)測預(yù)警為目標(biāo)，基于物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)控制系統(tǒng)的凈化智能生產(chǎn)一體化平臺，平臺分為作業(yè)管控層和指揮協(xié)同層。作業(yè)管控層為分廠層級，實現(xiàn)智能預(yù)測預(yù)警、設(shè)備監(jiān)測、安環(huán)監(jiān)測、智能巡檢、智能報警、操作監(jiān)控、作業(yè)監(jiān)控、應(yīng)急指揮、數(shù)字孿生系統(tǒng)等功能；指揮協(xié)同層為總廠層級，實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、生產(chǎn)跟蹤、視頻監(jiān)控、協(xié)同調(diào)度指揮、音視頻融合等功能。

2個數(shù)據(jù)庫是指分廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和凈化總廠生產(chǎn)集成數(shù)據(jù)庫。分廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、工業(yè)控制系統(tǒng)實時及歷史數(shù)據(jù)本地化存儲，支持分廠層級生產(chǎn)作業(yè)管控的需要；每個凈化分廠都需建立1個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。凈化總廠生產(chǎn)集成數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)各凈化分廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、匯聚存儲，并支撐總廠指揮協(xié)同業(yè)務(wù)需要。

2)辦公網(wǎng)架構(gòu)。1個應(yīng)用平臺是指基于凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池，通過大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段實現(xiàn)凈化總廠層級三維凈化智能管理一體化平臺，增強安全、生產(chǎn)、質(zhì)量、銷售、設(shè)備、調(diào)度等業(yè)務(wù)領(lǐng)域核心信息系統(tǒng)和核心數(shù)據(jù)的綜合集中和共享，為管理者提供全面監(jiān)測運營與分析的決策系統(tǒng)，形成以平臺為核心的數(shù)據(jù)集成共享通道，打破壁壘，增強外部數(shù)據(jù)獲取與分析能力，為各級管理提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)針對各個業(yè)務(wù)主題的數(shù)據(jù)建模、分析以及運營監(jiān)測管理，使得公司決策和各管理層“看得到、管得著、控得住”。

基于分公司開發(fā)生產(chǎn)管理平臺，為凈化分廠打造分廠數(shù)字化管理子系統(tǒng)以及凈化廠完整性管理信息子系統(tǒng)。分廠數(shù)字化管理子系統(tǒng)實現(xiàn)分廠巡回檢查、常規(guī)操作、分析處理、維護保養(yǎng)、檢查維修(施工作業(yè))、變更管理、屬地監(jiān)督、作業(yè)許可、危害因素辨識、智能庫房管理等管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、數(shù)字化。凈化廠完整性管理信息子系統(tǒng)是依托分公司天然氣研究院在凈化領(lǐng)域研究多年的成果，繼續(xù)開展風(fēng)險評價技術(shù)研究及實踐應(yīng)用、體系文件編制、信息平臺研發(fā)、無損檢測技術(shù)應(yīng)用、腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)等，為凈化廠提供完整性管理技術(shù)支持。

1個數(shù)據(jù)庫是指1個凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池，依托西南油氣田分公司西南區(qū)域數(shù)據(jù)湖，搭建凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池，凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池是分公司數(shù)據(jù)湖的子集，凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)湖，實現(xiàn)凈化數(shù)據(jù)采集、治理及對外服務(wù)。

1.3.3智能凈化廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能凈化廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在分廠層級通過OPC服務(wù)器采集DCS實時數(shù)據(jù)，通過視頻網(wǎng)關(guān)將視頻專網(wǎng)中的視頻進(jìn)行轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)發(fā)，通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將物聯(lián)網(wǎng)中不同通信協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接和通信、采集。實時數(shù)據(jù)、流媒體數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集后存儲在分廠物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，為分廠生產(chǎn)網(wǎng)生產(chǎn)作業(yè)管控等應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

各分廠數(shù)據(jù)通過生產(chǎn)網(wǎng)傳輸、匯聚到總廠生產(chǎn)集成數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)下屬各分廠數(shù)據(jù)的匯聚存儲，同時為總廠生產(chǎn)指揮協(xié)同等應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。分廠數(shù)據(jù)通過生產(chǎn)網(wǎng)最終傳輸?shù)椒止镜腟CADA服務(wù)器、視頻服務(wù)器以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺穿越防火墻進(jìn)入辦公網(wǎng)。

在辦公網(wǎng)中，依托分公司云計算平臺、分公司已有系統(tǒng)及平臺，構(gòu)建凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池以及凈化智能管理一體化平臺，為總廠、分廠辦公網(wǎng)用戶提供經(jīng)營管理、輔助決策應(yīng)用。

智能凈化廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能凈化廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

1.3.4智能凈化廠數(shù)據(jù)架構(gòu)

智能凈化廠數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能凈化廠數(shù)據(jù)架構(gòu)示意

1)生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)架構(gòu)。在分廠實現(xiàn)底層DCS，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)視頻等數(shù)據(jù)源的采集、存儲，并為分廠作業(yè)管控應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)總廠及氣礦對下屬分廠數(shù)據(jù)的匯聚存儲，并為總廠及氣礦指揮協(xié)同應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)上傳至分公司層，實現(xiàn)分公司層級的數(shù)據(jù)存儲。

2)辦公網(wǎng)數(shù)據(jù)架構(gòu)。在分公司層級通過數(shù)據(jù)映射穿越防火墻后傳輸至分公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺，最終匯入凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池，為凈化廠數(shù)字化管理子系統(tǒng)、完整性管理子系統(tǒng)以及凈化智能管理一體化平臺提供數(shù)據(jù)支撐。凈化分廠在辦公網(wǎng)的底層數(shù)據(jù)源，通過數(shù)據(jù)傳輸至各應(yīng)用系統(tǒng)平臺，最終也將匯入凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)池，實現(xiàn)凈化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集中存儲、管控。

2 凈化總廠智能工廠建設(shè)實踐

2.1 智能工廠建設(shè)的依據(jù)

自國家提出智能制造以來，凈化總廠就開始了智能工廠建設(shè)的思考和探索。凈化總廠在2017年12月西南油氣田分公司凈煉化專業(yè)技術(shù)座談會上做了題目為《智能天然氣凈化廠建設(shè)》專題報告、2018年開展了廠級科研項目《天然氣凈化廠智能工廠建設(shè)研究》、2019年12月發(fā)表論文《智能天然氣凈化廠建設(shè)展望》、2020年7月發(fā)表論文《天然氣凈化裝置無人巡檢模式探討及實踐》。2020年6月完成了《西南油氣田智能凈化廠建設(shè)方案》編制，成為該分公司智能凈化廠建設(shè)的指導(dǎo)性意見和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 智能工廠建設(shè)實踐

近幾年，凈化總廠先后開展了龍王廟凈化廠物聯(lián)網(wǎng)、忠縣凈化廠數(shù)字化巡檢平臺、動設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)等建設(shè)項目；目前正在開展安岳凈化廠物聯(lián)網(wǎng)項目、龍王廟凈化廠電站智能機器人巡檢系統(tǒng)、物資庫房智能倉儲管理系統(tǒng)、智慧工廠管理平臺等項目建設(shè)，以及大竹凈化廠數(shù)字化管理平臺和凈化總廠自動化作業(yè)試點工程項目建設(shè)的可研和初步設(shè)計。

2.2.1龍王廟凈化廠物聯(lián)網(wǎng)

利用射頻、移動網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，打造集數(shù)字巡檢、設(shè)備管理、能源管控、智能運行分析、問題閉環(huán)管理、數(shù)據(jù)對比、化驗分析管理、臨時任務(wù)督辦、備品備件管理、能耗分析、故障預(yù)警、工作任務(wù)到期提醒、統(tǒng)計分析等功能于一體的物聯(lián)網(wǎng)平臺，如圖4所示。

圖4 龍王廟凈化廠物聯(lián)網(wǎng)平臺示意

2.2.2忠縣凈化廠數(shù)字化巡檢平臺

利用物聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制等技術(shù)，通過手持終端、工業(yè)防火墻等設(shè)備，構(gòu)建具有電子巡檢、檢修工單派發(fā)、設(shè)備臺賬管理、操作卡管理、化驗分析數(shù)據(jù)管理、請銷假管理、車輛調(diào)派、值班記錄管理8大功能的綜合應(yīng)用平臺。

2.2.3凈化總廠動設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)

通過配置振動、溫度探頭，傳感器，I/O卡件等，實現(xiàn)對動設(shè)備的運行監(jiān)控、直觀展示、提前預(yù)警和故障預(yù)防。

2.2.4大竹凈化廠物聯(lián)網(wǎng)示范工程

通過增設(shè)智能儀表、高清攝像頭、HART數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)100%采集，快速呈現(xiàn)、感知現(xiàn)場狀態(tài)。

2.3 凈化總廠智能工廠建設(shè)現(xiàn)狀

凈化總廠是西南油氣田分公司規(guī)模最大、裝置數(shù)量最多的專業(yè)化生產(chǎn)單位，承擔(dān)著該分公司“智能工廠”的規(guī)劃與建設(shè)的主要責(zé)任，也是天然氣凈化廠智能工廠建設(shè)的試點單位，對標(biāo)該分公司智能油氣田建設(shè)要求，其智能工廠建設(shè)進(jìn)度滯后于公司“2020年全面建成數(shù)字化油氣田”的階段建設(shè)目標(biāo)，目前仍處于數(shù)字化建設(shè)階段，正在全面推廣物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和開展部分智能項目試點工作。

雖然凈化總廠智能工廠建設(shè)進(jìn)度滯后于公司智能化油氣田的階段建設(shè)目標(biāo)，但對標(biāo)《西南油氣田智能凈化廠建設(shè)方案》中關(guān)于智能凈化廠“全面感知、自動操控、智能預(yù)測、輔助決策”四個特征來看，凈化總廠已初步具備“全面感知、自動操控”的特征，正在向“智能預(yù)測、輔助決策”的方向推進(jìn)。由于凈化總廠各裝置設(shè)置有包括DCS，SIS，GDS，現(xiàn)場PLC等較完善的自控系統(tǒng)、電氣綜合自動化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等，從近幾年開展的智能工廠建設(shè)項目來看，主要側(cè)重于基礎(chǔ)設(shè)施升級、自控系統(tǒng)完善、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、生產(chǎn)網(wǎng)應(yīng)用部署、辦公網(wǎng)系統(tǒng)集成等，是對“生產(chǎn)動態(tài)全面感知、生產(chǎn)過程自動控制”能力的補充完善，是對“流程業(yè)務(wù)模塊化、生產(chǎn)裝置可視化”能力的加強和優(yōu)化，是對“趨勢特征智能預(yù)判、輔助決策科學(xué)敏捷”能力的打造和推進(jìn)。

3 凈化總廠智能工廠建設(shè)存在的不足

3.1 已實施項目與預(yù)期效果存在一定差距

從已實施項目建成后的使用效果和目前正在開展項目的建設(shè)內(nèi)容來看，設(shè)計的功能與實際應(yīng)用的功能有一定的差距，導(dǎo)致應(yīng)用效果不理想，其原因為： 一是建設(shè)內(nèi)容主要集中在現(xiàn)場儀表設(shè)備信息的采集，實現(xiàn)的功能也只是對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單利用，并未對其進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析以及輔助生產(chǎn)決策管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)利用率低；二是管理平臺的結(jié)構(gòu)和功能模塊開發(fā)未進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一，無法在其他分廠進(jìn)行應(yīng)用推廣；三是管理平臺的建設(shè)和開發(fā)水平有待提高，導(dǎo)致管理平臺的實際運行效果與建設(shè)目標(biāo)有一定差距；四是管理平臺功能需要在應(yīng)用中不斷修改完善，但目前僅有項目建設(shè)的投入，無后期功能維護投入，導(dǎo)致功能模塊在后期推廣應(yīng)用中存在較大阻力，可能出現(xiàn)應(yīng)用終止的情況。

3.2 現(xiàn)有數(shù)據(jù)開發(fā)利用率低

凈化總廠各分廠設(shè)置有DCS，SIS，F(xiàn)&GS以及電氣綜合自動化系統(tǒng)，其采集生產(chǎn)裝置全部關(guān)鍵工藝參數(shù)及絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)；人工巡檢和化驗分析也產(chǎn)生了大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時還有各類上報資料的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等，這些海量數(shù)據(jù)除數(shù)據(jù)生成時發(fā)揮作用外，作為備份資料保存或過期資料銷毀，再次利用率低?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)開發(fā)利用率低，并且每天都有大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，大量的數(shù)據(jù)被丟棄。但從凈化總廠已開展和正在進(jìn)行的智能化項目內(nèi)容可以看出，還是側(cè)重于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，如現(xiàn)場設(shè)備設(shè)置大量的RFID電子標(biāo)簽等。

3.3 上級統(tǒng)建系統(tǒng)無法有效融入智能工廠建設(shè)方案

目前凈化總廠在用的信息系統(tǒng)統(tǒng)建系統(tǒng)有29套，包括集團公司統(tǒng)建系統(tǒng)16套，分公司統(tǒng)建系統(tǒng)13套，如圖5所示。這些系統(tǒng)普遍按照業(yè)務(wù)主導(dǎo)方式，采用垂直管理模式建設(shè)，一是缺乏數(shù)據(jù)整體規(guī)劃，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分散采集、獨立使用，各系統(tǒng)間相互獨立，彼此間不能共享數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行業(yè)務(wù)協(xié)同，形成了嚴(yán)重的信息孤島[4]；二是信息系統(tǒng)覆蓋不全，不能全面有效覆蓋天然氣凈化業(yè)務(wù)全生產(chǎn)環(huán)節(jié)；三是建設(shè)模式未能滿足“兩化融合”要求，信息系統(tǒng)與自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)尚未實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，各系統(tǒng)重復(fù)采集數(shù)據(jù)；四是天然氣凈化廠是氣田開發(fā)一個不可缺少的環(huán)節(jié)，有其特殊性，受制于上下游，行業(yè)規(guī)模小，其裝置比煉油化工裝置簡單，但又比集輸管線場站復(fù)雜，導(dǎo)致上級公司統(tǒng)建的信息系統(tǒng)對凈化總廠的適應(yīng)性差；五是對凈化總廠而言，上級公司統(tǒng)建的信息系統(tǒng)都是單向上傳數(shù)據(jù)，無法從這些系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，更談不上有效開發(fā)利用這些數(shù)據(jù)。

圖5 凈化總廠在用的統(tǒng)建信息系統(tǒng)統(tǒng)計示意

3.4 建設(shè)方案形成晚導(dǎo)致建設(shè)進(jìn)程緩慢

在分公司范圍內(nèi)，凈化總廠是唯一以天然氣凈化為主業(yè)的專業(yè)化公司，也是天然氣凈化廠智能工廠建設(shè)的試點單位。自2017年以來，凈化總廠開始委托外部單位進(jìn)行智能凈化廠的建設(shè)方案編制，直到2020年6月凈化總廠才完成《西南油氣田智能凈化廠建設(shè)方案》的編制。由于缺乏智能凈化廠建設(shè)方案，導(dǎo)致各凈化廠沒有統(tǒng)一的建設(shè)方向和標(biāo)準(zhǔn)，智能凈化廠建設(shè)滯后于分公司智能油氣田的建設(shè)進(jìn)程。其主要原因為： 一是已實施的龍王廟凈化廠物聯(lián)網(wǎng)、忠縣凈化廠數(shù)字化巡檢平臺建設(shè)項目效果不理想，無法對智能凈化廠的建設(shè)方案提供參考和指導(dǎo)意見；二是上級公司統(tǒng)建的信息系統(tǒng)對凈化總廠是必須使用的，其對智能工廠構(gòu)架及方案有很大影響；三是天然氣凈化廠在國內(nèi)行業(yè)規(guī)模小，還未出現(xiàn)可以參照的智能工廠建設(shè)案例；四是由于受個人對智能工廠的理解程度、認(rèn)知度以及接觸了解的信息差異影響，導(dǎo)致不同的人對于智能凈化廠的定義、功能、建設(shè)思路以及建設(shè)內(nèi)容也存在差異。

4 凈化總廠智能工廠建設(shè)現(xiàn)狀改進(jìn)建議

4.1 加快智能凈化廠建設(shè)進(jìn)程

盡快完成智能凈化廠建設(shè)的頂層設(shè)計并加快實施，推進(jìn)智能凈化廠建設(shè)方案的落地和實施。通過智能凈化廠建設(shè)方案確定智能凈化廠的定義、目標(biāo)以及建設(shè)思路，實現(xiàn)建設(shè)智能凈化廠的思想統(tǒng)一、目標(biāo)一致。

制訂智能凈化廠建設(shè)基礎(chǔ)性的技術(shù)要求： 提出如開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)性的技術(shù)要求；實現(xiàn)凈化分廠各類傳感器數(shù)據(jù)、儀器儀表數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)以及實時數(shù)據(jù)的接入，屏蔽數(shù)據(jù)間的異構(gòu)性，對它們進(jìn)行統(tǒng)一的存儲、預(yù)處理，為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，打破信息孤島，橫向打通信息空間；同時為集成現(xiàn)有分公司、集團公司統(tǒng)建系統(tǒng)提供接口標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 補充完善自控儀表及提高裝置自動化水平

補充和完善現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)裝置工藝參數(shù)監(jiān)控全覆蓋，替代或取消人工巡檢，實現(xiàn)無人巡檢[5]；用自動化設(shè)備替代或減少人工操作，提高裝置自動化水平，如實現(xiàn)工藝介質(zhì)組分的在線監(jiān)測，減少人工分析頻次和分析項目；實現(xiàn)多設(shè)備的全自動切換和啟停；實現(xiàn)全自動在線式溶液過濾器清洗；空氮、鍋爐、硫冷凝器排污、加藥自動控制；實現(xiàn)危險作業(yè)區(qū)域自動分析等；實現(xiàn)裝置現(xiàn)場巡檢、值班值守的無人化，避免或減少人員去現(xiàn)場。

4.3 開展現(xiàn)有數(shù)據(jù)的二次開發(fā)利用

現(xiàn)有DCS，SIS，F(xiàn)&GS以及電氣綜合自動化系統(tǒng)以及化驗人工分析等大量來自于生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)，具備對生產(chǎn)裝置某些功能、參數(shù)、設(shè)備進(jìn)行趨勢特征智能預(yù)判的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；對現(xiàn)有數(shù)據(jù)設(shè)置分廠級和總廠級兩級數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，形成數(shù)據(jù)湖，可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇性的二次開發(fā)利用，實現(xiàn)對生產(chǎn)裝置運行趨勢的預(yù)測預(yù)警，如設(shè)備泄漏及腐蝕等的預(yù)測預(yù)警。若單一功能、參數(shù)、設(shè)備等的趨勢預(yù)測預(yù)警項目越多，則裝置整體的趨勢預(yù)測預(yù)警功能會越強大。

4.4 正確認(rèn)識智能凈化廠的建設(shè)過程

智能工廠是近些年科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展形成的概念性產(chǎn)物，屬于新興事物，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。在智能凈化廠建設(shè)項目實施過程中，應(yīng)摒棄智能凈化廠無所不能、無所不管的理解，更應(yīng)摒棄將智能凈化廠理解為高高在上的高科技和遙不可及的夢想，還應(yīng)摒棄一提到智能凈化廠建設(shè)就需要機器人、無人機、海量數(shù)據(jù)等激進(jìn)思想，智能凈化廠建設(shè)需要結(jié)合企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境、條件及基礎(chǔ)，不能一蹴而就，是一個不斷完善、改進(jìn)、優(yōu)化的長期過程，需要穩(wěn)扎穩(wěn)打[6]；更需要結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀及將來的發(fā)展趨勢以及智能凈化廠建設(shè)不同階段需求分階段推進(jìn)。

4.5 用智能凈化廠項目解決目前最迫切解決的問題

在智能凈化廠建設(shè)的總體框架下，應(yīng)結(jié)合凈化總廠目前生產(chǎn)、運行、管理等環(huán)節(jié)中的難點、痛點進(jìn)行梳理、分析來編制針對解決某一個或幾個問題的智能凈化廠建設(shè)的單項實施方案。該類方案由于建設(shè)內(nèi)容相對較少，又具有實施的迫切性，因此容易通過上級部門審批，實施后的效果也明顯，同時又具有可復(fù)制性和推廣性。如目前各分廠普遍存在的生產(chǎn)數(shù)據(jù)需在多個系統(tǒng)中多次重復(fù)提報的問題，可以實施一個項目解決。

4.6 堅持應(yīng)用和開發(fā)并重的智能工廠建設(shè)模式

在智能凈化廠建設(shè)項目推進(jìn)過程中，應(yīng)堅持應(yīng)用和開發(fā)并行的方式。如儀表設(shè)備HART信息采集，從已建成的安岳凈化廠等幾個新建凈化廠以及目前正在推進(jìn)的大竹凈化廠聯(lián)網(wǎng)建設(shè)情況來看，通過設(shè)置HART信息采集器串接在儀表4～20 mA電流回路中讀取HART信息；DCS產(chǎn)品配套的FDM智能儀表管理系統(tǒng)，具有智能儀表管理功能，能直接從DCS中讀取儀表HART信息，與增加HART協(xié)議數(shù)據(jù)采集器相比，節(jié)約硬件采購成本，大幅降低中心控制室的施工量，縮短工期，更能保證使用效果。HART信息采集器和FDM智能儀表管理系統(tǒng)與HART設(shè)備連接對比如圖6所示。此外，如監(jiān)控系統(tǒng)與DCS聯(lián)動、監(jiān)控系統(tǒng)與FGS聯(lián)動等功能也是如此。

圖6 HART信息采集器和FDM管理系統(tǒng)與HART設(shè)備連接對比示意

5 結(jié)束語

智能工廠的建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，涵蓋的面比較廣，涉及管理、信息技術(shù)、業(yè)務(wù)發(fā)展、數(shù)據(jù)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化等眾多內(nèi)容，同時不同類型、不同規(guī)模和不同“兩化融合”發(fā)展水平的企業(yè)智能工廠建設(shè)的路徑不盡相同[7]。到目前為止，智能天然氣凈化廠的定義和特征還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識，必將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展而不斷更新，因此智能天然氣凈化廠建設(shè)是一個長期的過程，也是一個不斷改進(jìn)和完善的過程。隨著西南油氣田分公司“十四五”產(chǎn)能的持續(xù)穩(wěn)步提升、建成中國“氣大慶”的發(fā)展目標(biāo)快速推進(jìn)以及2030年建成800億天然氣產(chǎn)量規(guī)模的實施，凈化總廠作為該分公司含硫天然氣處理的專業(yè)化公司，也面臨快速增產(chǎn)的壓力和機遇，同時也迎來了智能工廠建設(shè)的最佳時間；凈化總廠在未來減員增效的嚴(yán)峻形勢下，唯有勇?lián)?zé)任，開拓思路，加快推進(jìn)智能工廠建設(shè)，借助先進(jìn)的數(shù)字化、智能化技術(shù)進(jìn)行智能工廠建設(shè)，保證安全生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)、高效生產(chǎn)，助推中國天然氣凈化基地戰(zhàn)略目標(biāo)的實施。