潘 箭

（華油天然氣廣安有限公司，四川廣安 638000）

我國能源市場十分廣闊，在環(huán)境保護(hù)理念越來越深入人心的今天，類似于液化天然氣的清潔能源開始得到市場的認(rèn)可和關(guān)注，保證液化天然氣的生產(chǎn)效率和安全性，是滿足能源市場需求的必然選擇。LNG液化工廠是生產(chǎn)液化天然氣的主要單位，通過數(shù)字化管理建設(shè)優(yōu)化LNG液化工廠的生產(chǎn)效率和管理效果，是未來工作的重中之重，但是從實(shí)際情況來看，受到技術(shù)條件和理論體系的影響，很多LNG液化工廠在進(jìn)行數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的過程中，都遇到了問題，對本課題進(jìn)行研究，是解決問題、促進(jìn)發(fā)展的必然選擇。

1 LNG液化工廠概述

液化天然氣屬于有一定安全風(fēng)險的能源，LNG液化工廠潛在的危險也比較多：①低溫危險性。液化天然氣往往需要在高壓超低溫條件下保存，在液化天然氣發(fā)生泄漏的情況下，周邊的環(huán)境溫度會大幅下降，空氣中的水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生霧團(tuán)，如果未能得到妥善解決，周邊的生產(chǎn)設(shè)備都會在超低溫影響下發(fā)生故障甚至被損壞，給LNG液化工廠的正常運(yùn)行帶來負(fù)面影響。②BOG的危害性也不容忽視，在儲罐與外界環(huán)境連通的情況下，液化天然氣將會在短時間內(nèi)迅速蒸發(fā)，形成的大量天然氣將會給LNG液化工廠造成燃燒甚至是爆炸等一系列安全風(fēng)險。③火災(zāi)危險性大?？諝庵刑烊粴夂吭?%～15%的情況下，遇到明火即會發(fā)生爆炸事故，但是LNG液化工廠當(dāng)中存儲有大量的天然氣，稍有不慎就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。④威脅到受眾人身安全。在沒有經(jīng)過管理建設(shè)的LNG液化工廠當(dāng)中，往往存在大量安全風(fēng)險因素，很容易給工作人員造成低溫凍傷等傷害，這顯然不符合LNG液化工廠管理的目標(biāo)[1]。

根據(jù)實(shí)際工作情況來看，LNG液化工廠的總體工藝形式非常復(fù)雜，其中天然氣凈化和液化更是具有不可忽視的困難性，一般需要通過載硫活性炭脫汞、采用MDEA溶液脫二氧化碳等方法對原材料進(jìn)行凈化，再通過自動化加壓降溫設(shè)備對其進(jìn)行液化處理，最終才能得到液化天然氣成品。而在進(jìn)行液化處理的過程中，主要是利用三段繞管換熱器作為主換熱器，對經(jīng)過凈化處理的天然氣進(jìn)行冷卻，最后使液化的天然氣通過節(jié)流閥進(jìn)入到LNG儲罐中進(jìn)行保存，對天然氣進(jìn)行液化處理的過程中，需要對其進(jìn)行降溫處理，冷源的種類比較多，但是混合冷劑膨脹節(jié)流制冷的方式最為常見。進(jìn)行一系列處理生產(chǎn)出來的液化天然氣需要通過特殊儲罐進(jìn)行保存，保存環(huán)境的壓力值應(yīng)高于環(huán)境大氣壓，并保持高度密封性和絕熱性，否則液化天然氣可能會重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)并帶來一系列安全問題[2]。

2 LNG液化工廠的數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用

2.1 LNG液化工廠的數(shù)字化管理建設(shè)

2.1.1 建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)

LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)絕非易事，需要從建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)入手，為液化天然氣的生產(chǎn)處理等提供有力支持。具體來說，在進(jìn)行三維數(shù)字系統(tǒng)建設(shè)的過程中，首先要做好設(shè)施和其他管線的查找工作，并對工廠設(shè)備的位置數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄和勘察，加強(qiáng)坐標(biāo)量測、水平和垂直距離量測等工作。除此之外，還需要考慮到各種儀表和閥門等合理化設(shè)計形式，并嚴(yán)格遵守LNG液化工廠的設(shè)計圖紙和施工記錄等，確定三維數(shù)字系統(tǒng)建設(shè)的切入點(diǎn)，同時對LNG液化工廠周邊的地形參數(shù)進(jìn)行記錄，比如坡度、廠區(qū)周邊的地理信息等都屬于重要的地形參數(shù)，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)提供有力支持。從實(shí)際情況來看，建設(shè)三維數(shù)字化模型具有一系列重要價值，通過建立PDMS模型的方式，保證模型建設(shè)的準(zhǔn)確度，再將轉(zhuǎn)化過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字化系統(tǒng)當(dāng)中，能夠有效提升LNG液化工廠的設(shè)備設(shè)計質(zhì)量、結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量等[3]。

2.1.2 建設(shè)智能巡視檢查系統(tǒng)

LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)內(nèi)容非常多，除了要建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)之外，還需要對現(xiàn)在常用的巡視檢查系統(tǒng)進(jìn)行完善。在過去的很長一段時間里，LNG液化工廠的檢查工作都需要人工進(jìn)行，工作人員通過填寫紙質(zhì)表格的方式記錄檢查結(jié)果，在周期性檢查結(jié)束以后，再通過人工錄入的方式把收集到的信息數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)當(dāng)中，這樣的工作模式存在效率較低、準(zhǔn)確度存疑等一系列問題，與LNG液化工廠新時期的發(fā)展需求截然不同。而借助數(shù)字化技術(shù)建成的巡視檢查系統(tǒng)則能夠有效規(guī)避這一問題，其具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺作為支撐，在后續(xù)的LNG液化工廠巡查工作中，可以利用智能化巡查設(shè)備，按照規(guī)定的巡視檢查路線，對LNG液化工廠設(shè)備的運(yùn)輸情況進(jìn)行巡查，同時還能夠按照設(shè)定的巡查次數(shù)進(jìn)行常態(tài)化巡查，保證了LNG液化工廠巡視檢查工作的有效性。更重要的是，建成以后的智能巡視檢查系統(tǒng)，具有及時上傳數(shù)據(jù)資料的功能，不需要工作人員手動輸入各類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤的可能性也比較低，在后續(xù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)閱時也能更加省時省力[4]。

2.1.3 建設(shè)設(shè)備管理系統(tǒng)

LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)包括多方面內(nèi)容，設(shè)備管理系統(tǒng)無疑是其中最重要的組成部分之一，對其進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)并提升設(shè)備管理的規(guī)范程度，是保證液化天然氣生產(chǎn)效率的必然選擇。從實(shí)際情況來看，建成數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)以后，設(shè)備管理工作的準(zhǔn)確性將會比過去有巨大的提升。更重要的是，相比于傳統(tǒng)的設(shè)備管理系統(tǒng)，數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)具有集成性特點(diǎn)，可以將設(shè)備管理系統(tǒng)和智能巡視檢查系統(tǒng)的功能統(tǒng)一起來，根據(jù)巡查過程中發(fā)現(xiàn)的液化天然氣設(shè)備運(yùn)營情況，確定設(shè)備參數(shù)是否出現(xiàn)錯誤等一系列問題，同時還可以借助自動化控制功能，自動切斷故障設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)自控、生產(chǎn)管理一體化的發(fā)展目標(biāo)，將可能存在的安全風(fēng)險扼殺在搖籃里。除此之外，數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)還具有對維修備件、工具和人力資源等設(shè)備相關(guān)因素進(jìn)行管理的功能，可以最大限度地提升設(shè)備管理的有效性。

2.1.4 建設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)

在線監(jiān)測系統(tǒng)同樣是LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的重中之重，其能夠通過線上監(jiān)測的形式，對LNG液化工廠的故障和意外情況進(jìn)行判定，準(zhǔn)確確定報警等級和報警信息，同時還能夠在生產(chǎn)管理的同時，對設(shè)備管理系統(tǒng)和巡查系統(tǒng)收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題和風(fēng)險等，第一時間進(jìn)行處理，以避免不必要的故障風(fēng)險。

2.1.5 優(yōu)化數(shù)字化LNG工廠建設(shè)方案

除了上文已經(jīng)提到過的幾方面建設(shè)要點(diǎn)之外，想要真正實(shí)現(xiàn)LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)，還需要對其具體的建設(shè)方案進(jìn)行調(diào)整和完善。目前數(shù)字化LNG工廠往往離不開地理空間信息技術(shù)GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR、三維圖形技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，而為了切實(shí)提升這些技術(shù)的一體化應(yīng)用價值，可從以下幾方面入手調(diào)整建設(shè)方案。

（1）項目設(shè)計、采購、施工數(shù)據(jù)采集。LNG液化工廠的數(shù)字化管理建設(shè)難度比較大，要根據(jù)液化天然氣工廠的具體情況，做好建設(shè)之前的數(shù)據(jù)整合工作，結(jié)合過往類似成功案例對設(shè)計資料進(jìn)行分析，明確液化天然氣工廠數(shù)字化建設(shè)所需要的各項原材料和設(shè)施設(shè)備，確保建設(shè)能夠一次性成功，避免停工返工等導(dǎo)致的成本上升，對于以后可能投用的處理設(shè)備，可以提前預(yù)留業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成接口，提高工作效率。

（2）要加強(qiáng)工廠可視化場景建設(shè)。數(shù)字化LNG工廠的建設(shè)復(fù)雜性還體現(xiàn)在現(xiàn)場環(huán)境上，其需要統(tǒng)籌設(shè)計的設(shè)備非常多，還需要綜合考慮原有的地下穩(wěn)高壓消防水管線、循環(huán)水管線、生活給水管線以及各類光纜電纜等，稍有不慎就可能出現(xiàn)建設(shè)風(fēng)險，因此有必要集中關(guān)注廠區(qū)地下結(jié)構(gòu)，并利用三維可視化模型數(shù)據(jù)對全廠進(jìn)行綜合模擬，從根本上解決地下情況導(dǎo)致的一系列建設(shè)問題[5]。

（3）要做好設(shè)備管理及培訓(xùn)、檢維修工作。LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)往往需要很長一段時間才能取得實(shí)質(zhì)性成果，整個建設(shè)過程可以繼續(xù)細(xì)分為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備建設(shè)等，在對設(shè)備交接不到位的情況下，很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，特別是在竣工以后，工作人員往往只能按照圖紙文檔指導(dǎo)生產(chǎn)或者是維修設(shè)備，這不符合LNG液化工廠的發(fā)展要求。而利用好三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備管理，則能夠讓每個設(shè)備的屬性信息和可視化模型對應(yīng)起來，工作人員在查看設(shè)備參數(shù)的過程中，就能了解該設(shè)備所有電子資料、圖紙，在后續(xù)的工作中必將會更加得心應(yīng)手。除此之外，利用可視化三維模型技術(shù)進(jìn)行員工培訓(xùn)，也是LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)的重中之重，借助這一技術(shù)，員工將能夠更加清晰直觀地了解液化天然氣生產(chǎn)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，這對于提升員工培訓(xùn)的有效性有一定的積極作用。

（4）優(yōu)化工藝培訓(xùn)、仿真。LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)過程中涉及到大量的原材料和工藝技術(shù)，僅管道材料就可以分成不同介質(zhì)、不同規(guī)格，在進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)的過程中，僅按照傳統(tǒng)的工作模式，很難保證建設(shè)質(zhì)量。因此可以利用好數(shù)字化技術(shù)的轉(zhuǎn)換功能，把二維圖紙轉(zhuǎn)化成數(shù)字化數(shù)據(jù)并直接顯示在數(shù)字工廠平臺上，同時還能夠根據(jù)液化天然氣的特性，模擬其在管線和生產(chǎn)設(shè)備中的流動傳輸情況，這對于提升建設(shè)質(zhì)量有一定的積極作用。

（5）HSE應(yīng)急指揮系統(tǒng)。LNG液化工廠當(dāng)中包括大量危險因素，稍有不慎就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的安全后果，而傳統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案都是紙質(zhì)文件，在處理突發(fā)事件時只能依靠文字、圖片、流程圖等進(jìn)行操作，這影響了處理的效率和水平。液化天然氣工廠本身又有一定的特殊性，不允許反復(fù)大規(guī)模進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，這導(dǎo)致了液化天然氣工廠的應(yīng)急處理效果始終不能盡如人意。而數(shù)字化液化天然氣工廠管理系統(tǒng)，則能夠?qū)S區(qū)內(nèi)主要裝置區(qū)、危險源等設(shè)備裝置以及管道進(jìn)行建模和虛擬場景搭建，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)字化應(yīng)急處理流程數(shù)據(jù)庫，從而在真正發(fā)生突發(fā)事件時，協(xié)助工作人員快速完成應(yīng)急指揮。

（6）想要保證LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)質(zhì)量，就必須要做好溝通管理和沖突管理。LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)工作包含多種復(fù)雜因素，其中涉及到大量信息的收集處理工作，還有許多復(fù)雜細(xì)節(jié)需要進(jìn)行臨時調(diào)整，即使是進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)方案設(shè)計，也很難一次性成型，往往需要和業(yè)務(wù)部門進(jìn)行大量溝通，才能獲得最準(zhǔn)確的建設(shè)方案。同時，項目組的工作人員往往擁有截然不同的工作經(jīng)驗(yàn)和受教育背景，在LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)中往往有自己的獨(dú)到見解，但是在溝通交流不到位、存在業(yè)務(wù)沖突的情況下，一些工作人員可能會不愿意表達(dá)自己的意見，最終的配合效果可能會大打折扣。在這種情況下，必須要采取行之有效的溝通手段，對工作人員之間存在的沖突進(jìn)行解決和處理，從而確保每個工作人員都能在LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)中發(fā)揮自己的最大努力，提升LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)的有效性。

2.2 LNG液化工廠的數(shù)字化管理應(yīng)用

LNG液化工廠的數(shù)字化管理建設(shè)工作有一定的復(fù)雜性，如何確定數(shù)字化形式、如何建設(shè)數(shù)字化數(shù)據(jù)分析體系等，都是工作人員必須要探索的重要課題之一，在對其進(jìn)行數(shù)字化管理建設(shè)的過程中，應(yīng)首先從系統(tǒng)總體框架入手進(jìn)行分析，將數(shù)字化管理系統(tǒng)劃分成不同的層級，比如數(shù)據(jù)層、平臺層以及應(yīng)用層等，就是數(shù)字化系統(tǒng)的基礎(chǔ)性層級，能夠保證LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)的順利進(jìn)行。另外，還需要強(qiáng)化LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，通過硬件、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)等方面的逐個研究，確定不同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要注意的要點(diǎn)。數(shù)據(jù)層也是LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)的重中之重，其可以分成空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫兩部分，構(gòu)建不同數(shù)據(jù)庫時，要結(jié)合LNG液化工廠基礎(chǔ)地理環(huán)境情況和三維模型技術(shù)等，確定最基本的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)。除此之外，平臺層也是不容忽視的重要系統(tǒng)組成部分，它可以分成數(shù)據(jù)接口平臺、企業(yè)共享平臺和SuperEarth企業(yè)可視化平臺等幾個部分，承擔(dān)著十分重要的數(shù)據(jù)接口處理責(zé)任，具有數(shù)據(jù)量大、建設(shè)較為復(fù)雜的特點(diǎn)，必須要給予其足夠的重視與關(guān)注。從目前的實(shí)際情況來看，LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)已經(jīng)取得了階段性成果，一些液化天然氣工廠基本實(shí)現(xiàn)了二維、三維一體化目標(biāo)，在進(jìn)行管理的過程中，許多傳統(tǒng)模式下常見的問題都得到了妥善解決，尤其是三維可視化系統(tǒng)的應(yīng)用，更是讓工作人員得以更加清晰直觀地了解液化天然氣工廠的具體情況，其具有的檢索功能、漫游功能等，更是簡化了液化天然氣工廠管道檢修、應(yīng)急搶險等工作的流程，能夠從根本上保證操作和管理效率，LNG液化工廠數(shù)字化管理的應(yīng)用價值極高[8]。

3 結(jié)束語

我國的清潔能源開發(fā)利用效果十分可觀，尤其是兼具性價比的液化天然氣更是在人們的生產(chǎn)生活中扮演了重要角色。為了確保液化天然氣生產(chǎn)制造的效率與安全性，提出了對LNG液化工廠進(jìn)行優(yōu)化的工作目標(biāo)。尋找LNG液化工廠數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的具體方案，也是未來工作的重中之重。