莊天天

（中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100028）

隨著LNG 接收站智能化和設(shè)備設(shè)施完整性管理的需求不斷增多，LNG 接收站對于設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、服務(wù)質(zhì)量提升、運(yùn)行成本降低等方面有了更高的要求。我們在新建LNG 接收站工程建設(shè)期就針對完整性管理需求，開發(fā)了一套基于三維模型的LNG 接收站完整性管理平臺，采用三維可視化等技術(shù)，通過數(shù)字化交付的成果，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)LNG 接收站的完整性管理，并支持?jǐn)U展上層應(yīng)用。

1.LNG 接收站完整性管理平臺需求分析

LNG 接收站完整性管理的實(shí)質(zhì)是低成本（有效分配維護(hù)資源、避免巨額事故賠償、超齡資產(chǎn)“延壽”）維護(hù)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行為目標(biāo)，基于多種技術(shù)工具要素整合、集成后的管理體系，在企業(yè)內(nèi)部以常規(guī)持續(xù)實(shí)施的項(xiàng)目方式運(yùn)作[1]。

LNG 接收站設(shè)備設(shè)施種類繁多，其使用環(huán)境及設(shè)備設(shè)施種類與其他油氣輸送站場有所區(qū)別，主要包括LNG 儲罐、BOG壓縮機(jī)、高壓泵、低壓泵、海水泵、卸料臂、SCV（浸沒燃燒式氣化器）、ORV（開架式氣化器）、低溫閥門等。LNG 儲罐是接收站最重要的設(shè)備設(shè)施，雖然其免于維護(hù)的特點(diǎn)決定了不適合完全采用預(yù)防性的周期性檢修模式，但是針對LNG 儲罐建立完整性評價(jià)方法對于延長使用壽命還是很有意義的[2]。LNG 儲罐的完整性評價(jià)方法是以風(fēng)險(xiǎn)管理為核心的模式，其完整性評價(jià)技術(shù)是以LNG 儲罐本體及其附屬設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)評估為核心，結(jié)合配套專業(yè)（如機(jī)械、儀控、電、消防等）提出的評價(jià)方法，綜合評定LNG 儲罐系統(tǒng)的完整性狀態(tài)，按失效可能性選擇檢測方法和運(yùn)營策略，按風(fēng)險(xiǎn)大小確定日常維護(hù)、監(jiān)測的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)LNG 儲罐系統(tǒng)安全可靠地長周期運(yùn)行。

實(shí)現(xiàn)LNG 接收站的完整性評價(jià)需要一整套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的支持，并將監(jiān)控、檢測技術(shù)、適用性評價(jià)甚至應(yīng)急搶險(xiǎn)維修模擬仿真技術(shù)融入日常管理和定期評價(jià)過程中，建立三維的儲罐模型，將空間信息與屬性信息納入接收站完整性管理，深入到流程單元和設(shè)備部件的層次，結(jié)合適用的監(jiān)測和檢測評價(jià)技術(shù)，將風(fēng)險(xiǎn)值直接明確到流程單元和部件，智能化的形成維修工單或減緩風(fēng)險(xiǎn)的措施，最終落實(shí)到有針對性的維護(hù)管理工作上。基于三維模型的LNG 接收站完整性管理能解決如下問題[3]：

一是信息查找困難。在生產(chǎn)運(yùn)營過程中，經(jīng)常需要查詢設(shè)備位置及屬性信息、運(yùn)行狀態(tài)信息、相關(guān)圖紙資料等不同維度的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)往往都存在于不同的系統(tǒng)中，沒有建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，依靠人工需要在多個(gè)系統(tǒng)中切換查詢與核實(shí)數(shù)據(jù)，耗費(fèi)巨大人力物力且容易出錯(cuò)?；谌S模型的LNG 接收站完整性管理在工程建設(shè)期就將三維模型、設(shè)計(jì)圖紙、廠家資料、施工數(shù)據(jù)等所有相關(guān)數(shù)據(jù)掛接設(shè)備位號進(jìn)行整合，并且提供數(shù)據(jù)的接口，后期使用過程中數(shù)據(jù)能被直接調(diào)用，保證信息查找的效率和準(zhǔn)確性。

二是設(shè)備定位困難。以往采用圖紙或者結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及制定維修方案，因?yàn)楹茈y清晰描述設(shè)備的位置關(guān)系和狀態(tài)信息，難免造成工作溝通困難，施工方案不夠細(xì)致等問題，通過三維可視化模型可以準(zhǔn)確定位設(shè)備、閥門、儀表、管道等位置，便于快速定位以及確定上下游設(shè)備設(shè)施之間的關(guān)系。

三是檢維修比較被動。以往檢維修一般采用巡檢發(fā)現(xiàn)問題或者對設(shè)備設(shè)施定期進(jìn)行保養(yǎng)維修，許多信息分散在班組或者個(gè)人手中，難以實(shí)現(xiàn)信息的共享和交互，采用基于三維模型的LNG 接收站完整性管理能利用可視化的設(shè)備定位與提醒，把以往被動的設(shè)備檢維修變?yōu)橹鲃邮降摹⒒谙麥p風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)的檢維修方式。

2.完整性管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

完整性管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示：

圖1 基于三維模型的LNG 接收站完整性管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

完整性管理平臺整合項(xiàng)目管理過程中設(shè)計(jì)、采辦、施工各階段的信息數(shù)據(jù)，并進(jìn)行深入挖掘和關(guān)聯(lián)，與項(xiàng)目建設(shè)同步進(jìn)行三維模型搭建，機(jī)械完工時(shí)形成完整的三維可視化平臺并標(biāo)識關(guān)鍵部位的質(zhì)量基線，然后在此三維可視化平臺基礎(chǔ)上，集成危險(xiǎn)源管理、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、檢維修計(jì)劃制定、效能評價(jià)、知識庫等功能并交付業(yè)主，輔助業(yè)主生產(chǎn)運(yùn)營，形成關(guān)鍵部位識別、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、檢維修、效能評價(jià)的閉環(huán)。

底層為模型數(shù)據(jù)源。在工程建設(shè)階段由EPC 方負(fù)責(zé)采集設(shè)計(jì)、采辦、施工等數(shù)據(jù)向業(yè)主進(jìn)行數(shù)字化交付匯總進(jìn)入接收站工程信息數(shù)據(jù)庫，同時(shí)確立儲罐的缺陷基線。在生產(chǎn)運(yùn)營期，該數(shù)據(jù)庫采集接收站的運(yùn)行、檢驗(yàn)、維護(hù)數(shù)據(jù)，匯總進(jìn)工程信息數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。模型數(shù)據(jù)源是一個(gè)科學(xué)的數(shù)據(jù)管理模型，能夠?qū)?shù)據(jù)有效歸納、整合，同時(shí)保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，在整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程中，應(yīng)及時(shí)采集隱蔽工程等無法復(fù)測的數(shù)據(jù)。

中層為數(shù)字化接收站。通過科學(xué)劃分設(shè)備層次結(jié)構(gòu)，對數(shù)字化接收站進(jìn)行分解，原則上三維模型的最小顆粒度為接收站的可維護(hù)單元，并利用三維模型對數(shù)字化接收站進(jìn)行直觀展示并關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，同時(shí)對于工藝流程、應(yīng)急管理等流程支持在三維模型上進(jìn)行流程的模擬化[4]。

上層業(yè)務(wù)應(yīng)用。平臺集成了RBI、SIL、RCM 等完整性檢測和評估工具，通過抽取底層模型數(shù)據(jù)源提供的數(shù)據(jù)，按照業(yè)務(wù)需要進(jìn)行綜合分析，為生產(chǎn)運(yùn)營及設(shè)備檢維修提供決策依據(jù)，通過預(yù)防性維修降低LNG 接收站在全生命周期上的維護(hù)成本，同時(shí)通過周期性的效能評價(jià)不斷優(yōu)化完整性檢測的實(shí)施方案，從而實(shí)現(xiàn)LNG 接收站的完整性管理。

3.完整性管理功能分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)評估

風(fēng)險(xiǎn)評估是利用豐富的數(shù)據(jù)信息，研究可能引起LNG 儲罐等設(shè)備設(shè)施退化和失效的損傷機(jī)理，識別設(shè)備設(shè)施運(yùn)行中的危險(xiǎn)有害因素，并結(jié)合工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)條件、損傷情況、檢測歷史、綜合評判設(shè)備設(shè)施運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的一種有效手段。風(fēng)險(xiǎn)評估作為接收站完整性管理中的核心技術(shù)，為采取措施減緩風(fēng)險(xiǎn)提供直接依據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)評估一般采用定性或定量評價(jià)法[5]。LNG 接收站完整性管理平臺對接收站的風(fēng)險(xiǎn)管理分為工程建設(shè)期和在生產(chǎn)運(yùn)營期兩個(gè)階段。在工程建設(shè)期，對分部分項(xiàng)工程在施工前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估與管理，減少施工期產(chǎn)生的缺陷，最終提高接收站建設(shè)完工后的質(zhì)量基線；在生產(chǎn)運(yùn)營期，平臺集成了專業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析軟件，對失效概率和后果進(jìn)行定量/半定量化的形式進(jìn)行計(jì)算，失效概率采用國外成熟的失效概率數(shù)據(jù)庫，最終計(jì)算繪制出風(fēng)險(xiǎn)矩陣，從而對那些處于高后果高概率區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)制定風(fēng)險(xiǎn)消減措施，再進(jìn)行重新評估。同時(shí)基于三維模型，將高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在三維模型上進(jìn)行高亮顯示，并建立提醒，使整個(gè)接收站的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢借助三維模型可以直觀地快速掌握。

3.2 檢維修與預(yù)防性維護(hù)

完整性管理平臺實(shí)現(xiàn)設(shè)備的檢維修管理，包括檢維修記錄的管理、檢維修計(jì)劃管理與檢維修報(bào)警提醒，同時(shí)支持將檢維修記錄、檢維修任務(wù)與三維實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)存儲與管理?；谌S模型，平臺將高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)形成維修作業(yè)點(diǎn)，作為對設(shè)備設(shè)施、儀器儀表的每個(gè)檢查點(diǎn)、維護(hù)點(diǎn)或保養(yǎng)點(diǎn)的標(biāo)記。通過設(shè)置作業(yè)點(diǎn)，對應(yīng)關(guān)聯(lián)作業(yè)工單、作業(yè)提醒、作業(yè)指導(dǎo)、作業(yè)記錄、作業(yè)人員、作業(yè)周期及作業(yè)追溯分析等。

3.3 效能評價(jià)

效能評價(jià)模塊通過設(shè)定KPI 指標(biāo)，主要包括平均無故障時(shí)間、平均泄漏時(shí)間、平均維修時(shí)間、設(shè)備數(shù)據(jù)收集率、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估完成率、設(shè)備檢修計(jì)劃完成率、設(shè)備故障率等，綜合統(tǒng)計(jì)分析完整性管理的實(shí)施效果。通過建立泄漏與燃爆事故數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)各類泄漏與燃爆事故頻率、原因及后果大小、解決方案，形成LNG 儲罐的安全生產(chǎn)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)庫，將管理經(jīng)驗(yàn)快速復(fù)制。

4.建議與展望

基于三維模型的LNG 接收站完整性管理是站在接收站全生命周期管理的角度開展各項(xiàng)管理活動。該平臺一般都由工程建設(shè)方在接收站工程建設(shè)期配套開發(fā)完成。為了更好地服務(wù)于生產(chǎn)運(yùn)營期，從業(yè)主使用的角度考慮，還需要完善以下三個(gè)方面：一是模型輕量化。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段通過三維設(shè)計(jì)工具建立的三維模型，通常因?yàn)閿?shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)格式難以解析，模型不便于修改，模型打開速度很慢等因素不利于生產(chǎn)運(yùn)營期使用，因此完整性管理平臺應(yīng)支持對設(shè)計(jì)階段原始三維模型的輕量化，對其進(jìn)行高壓縮處理，在不丟失原始模型圖形、材質(zhì)和屬性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化三維模型數(shù)據(jù)，完成模型的過渡與交付。基于三維模型的LNG 接收站完整性管理平臺計(jì)劃在未來的升級版本中支持PDMS、Smart Plant 3D 等常用流程行業(yè)設(shè)計(jì)軟件的模型、數(shù)據(jù)集成，支持Solid Works 等離散行業(yè)及建筑行業(yè)三維設(shè)計(jì)軟件的模型、數(shù)據(jù)集成。二是工廠對象。工廠對象清單和每個(gè)工廠對象的對應(yīng)分類決定了數(shù)字化交付的具體內(nèi)容，確定工廠對象清單和分類是開展數(shù)據(jù)和資料交付工作的前提。在平臺中，必須具備面向工廠對象的位號管理功能，建立位號與相關(guān)圖紙、文檔、數(shù)據(jù)表等信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將施工數(shù)據(jù)掛接在三維模型中，方便用戶對于數(shù)據(jù)更加直觀地查詢與管理。三是上層應(yīng)用?；贚NG 接收站三維模型與信息數(shù)據(jù)庫，整個(gè)數(shù)字化接收站可以根據(jù)業(yè)主需求快速開發(fā)上層應(yīng)用，例如三維應(yīng)急管理、隱患管理、可視化培訓(xùn)等，利用三維模型與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)能快速定位隱患點(diǎn)，模擬應(yīng)急流程，對設(shè)備進(jìn)行拆解培訓(xùn)，有利于業(yè)主在一個(gè)平臺上協(xié)同工作。