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        石油化工管線安全運行智能控制設計探討

        2023-11-07 21:14:55劉婷
        工程建設與設計 2023年19期
        關鍵詞:管線應急智能

        劉婷

        (華陸工程科技有限責任公司,西安 710069)

        1 石油化工廠管線信息化建設現狀

        目前,我國大部分石油化工廠管線通過DCS 管理系統(tǒng)(中控系統(tǒng))對工廠管線進行檢測和管理,DCS 是計算機技術、控制技術和互聯(lián)網信息技術高度融合的技術產物。DCS 通常采用若干個控制器(過程站)對一個生產過程中的眾多控制點進行控制,各控制器間通過網絡連接且能實現數據交換。過程操作采用計算機操作站,通過網絡與控制臺相連,獲取生產數據,并發(fā)出作業(yè)指令。

        但是通過實際應用實踐可知,DCS 控制技術也存在以下幾點問題。

        1)信息不全、不準確,部分基礎設施落后導致數據采集不到,部分工藝設計數據、管線參數未納入系統(tǒng)管理,采用人工錄入數據,不能及時、準確錄入系統(tǒng)。

        2)關聯(lián)性不強,信息“孤島”現象嚴重。以現場信息收集手段獲取的信息僅僅是當時的單點狀態(tài),缺乏邏輯聯(lián)系,未建立數學模型,不能對管線運行工況進行顯示和預測,只能通過技術人員的檢查和經驗判斷。

        4)信息掌握不及時、分析不及時或沒有較好的分析手段,當有了應對措施以后,要么結果已經變糟,要么已經過了最佳調整期。

        5)對設備裝置運行的異常及隱患沒有做到事前預警,而是基本以事后分析為主,經常發(fā)生被動運維和扯皮現象。

        6)信息系統(tǒng)建設缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一標準。

        2 石油化工管線安全運行智能控制建設目標

        針對管線資料不完整、管線管理技術手段不足、管線隱患不能及時發(fā)現等問題,充分利用互聯(lián)網、云計算、大數據等先進技術,構建智能化管線管理系統(tǒng),逐步實現化工管線安全運行的智能化管理,滿足工廠對管線完整性管理、安全風險隱患監(jiān)管與治理、管線優(yōu)化運行、應急快速響應、信息資源共享服務的目標,加強管線運行監(jiān)控、增強應急能力。

        據黎永蘭的生前好友透露,黎永蘭和林雪川2012年認識之后,林雪川提出交往,但黎一直以閱歷、層次相差太大等為由拒絕。直到2013年,林雪川以“無恥的非法手段”逼迫黎永蘭和他確認了戀愛關系。

        3 智能管線的特征

        1)全面感知:利用物聯(lián)網技術全面感知設備、人員、介質、環(huán)境信息,實現智能感知、互聯(lián)。

        2)運營自動化:完善管線的自控儀器儀表、檢測設備及監(jiān)控系統(tǒng),實現管線運行狀態(tài)的自動檢測。

        3)預測預警:提前預知風險,提早防范,保障安全。

        4)應急響應:事故迅速定位、影響后果科學預判,應急資源主動推送、可視化的統(tǒng)一指揮,搶險現場與指揮中心數據、視頻、語音的及時交互。

        5)決策支持:智能決策基于企業(yè)統(tǒng)一業(yè)務視圖,利用商業(yè)智能和大數據技術,把管線完整性管理、生產運行等數據進行整合,為決策提供依據。

        4 石油化工管線安全運行智能控制系統(tǒng)架構設計

        4.1 管線數字化管理

        管線位置信息,通過對管線建設資料的查閱整理以及現場勘測數據,獲得管線具體位置信息,特別是地下管線信息,盡可能通過對施工覆土之前的管線進行勘測,更準確地采集地下管線數據。

        管線技術數據信息,收集整理管線設計與施工文檔資料了解管線技術、工藝數據信息。

        通過對管線本體、附屬設施、周邊環(huán)境720 全景影像、設計施工資料、空間地理信息等信息采集、處理、入庫,規(guī)范化管理,建立三維模型,構建工廠管線全信息模型,進而實現管線的平面和空間展示和查詢、管線數據維護、文檔資料管理等功能[2]。

        4.2 管線運行管理

        選擇關鍵位置對管線運行的溫度、壓力、流速等運行參數進行實時監(jiān)測,基于水力學原理建立管網工藝流程仿真模型,真實再現管線運行過程及控制過程,對管線運行的溫度、壓力、流速等進行自動調節(jié),或者對生產計劃等進行優(yōu)化調整。利用模型進行水力/ 熱力核算、運行方案制訂、培訓考核等應用,提高調度人員綜合操控水平。

        同時結合安全儀表系統(tǒng)對管線運行異常情況進行報警和控制,實現工藝管線經濟安全運行。

        表1 安全儀表功能的安全完整性等級

        4.3 管線安全管理

        4.3.1 隱患管理

        通過設置的現場監(jiān)測裝置、人員巡檢登記,自動形成隱患管理臺賬,識別定位管線隱患位置,并在三維視圖中進行標注顯示,按照既定管理要求,通知相應人員進行整改或者調整工藝設備。

        腐蝕是化工管線失效、損傷的主要原因。智能管線需要設置腐蝕檢測,確定設備的腐蝕程度,查找腐蝕位置,發(fā)現并消除缺陷,防止泄漏、降低損失、減少危害和環(huán)境污染。根據損傷機理設置腐蝕模型進行預知性維修。通過安裝硫分析儀,實現對硫化物在線實時監(jiān)測和腐蝕分析及預測。

        管線泄漏監(jiān)測系統(tǒng)以SCADA 系統(tǒng)或負壓波、次生波、光纖等監(jiān)測傳感器的實時數據作為基礎,數據出現異常時系統(tǒng)將詳細檢查這些異常數據,并分析是否為泄漏。管線泄漏監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現泄漏點后,將立刻發(fā)出警報并顯示泄漏地點、泄漏時間、泄漏速度和泄漏總量等數據。

        4.3.2 預警管理

        可以通過管網工藝流程仿真模型參數與實際參數對比分析、智能儀表在線診斷、大數據挖掘分析等,建立專家模型,進行在線分析和預警提示[3]。

        4.4 管線應急管理

        4.4.1 應急響應

        如發(fā)生管線泄漏、災、爆炸事故等事故時,可以迅速對突發(fā)事件進行定位,通過工藝流程關聯(lián)性,系統(tǒng)自動切斷相關設備,掌握周邊環(huán)境和管線基本信息,及時通知應急搶險人員進行處置,告知周邊人員及時撤離,及時消除和控制事故形勢?;诘乩硇畔⑵脚_,將重要應急物資、應急機構、重大危險源等重要單位在地圖上進行標注,為事故的搶修提供支撐。對事故地點周邊可利用的應急資源進行自動搜索,并根據事件類型和級別給出資源調度指揮方案,實現應急資源的聯(lián)動。發(fā)揮智能管網系統(tǒng)應急指揮和應急決策支持的作用,滿足應急指揮決策的需求,主要是實現應急情況下對管線基礎數據和管線周邊環(huán)境數據的及時調取,并自動計算疏散范圍、安全半徑,自動輸出應急預案、應急處置方案等,通過搶修物資與搶修隊伍的路由優(yōu)化,實現一鍵式應急處置方案文檔輸出,保證科學、有效地采取應急處理措施。

        4.4.2 應急演練

        采用三維仿真模擬技術,通過收集管線周圍的實際外界風向、風速等重要影響數據,利用模型對泄漏、爆炸、環(huán)境危害事故等進行模擬計算,實現對可能發(fā)生的事故進行三維模擬,或者再現已發(fā)生事故,為管線風險管理提供支持。利用三維模型模擬,開展管線泄漏、火災、爆炸等事故應急演練和應急處置培訓,提高人員應急處置能力[4]。

        4.5 管線決策管理

        基于大數據的相關性、非因果性分析理論,管線系統(tǒng)大數據的來源包括實時數據、歷史數據、系統(tǒng)數據、網絡數據等,類別包括管線腐蝕數據、管線建設數據、管線地理數據、資產設備數據、檢測監(jiān)測數據、運營數據、市場數據等。未來管網系統(tǒng)大數據通過互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網實現信息系統(tǒng)集成,將各類數據統(tǒng)一整合,通過建立大數據分析模型,解決管線當前的泄漏、腐蝕、自然與地質災害影響、第三方破壞等數據的有效應用問題,獲得腐蝕控制、能耗控制、效能管理、災害管理、市場發(fā)展、運營控制等綜合性、全局性的分析結論,指導企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-7]。

        5 結語

        石油化工產業(yè)涉及國民生活的方方面面,也是我國綜合實力的重要體現與關鍵基礎。石化公司必須清醒認識到,創(chuàng)建智能管線不僅僅是國家提倡的一項工作,同時也是使工廠提高工廠安全運行管理水平,煥發(fā)新的生機的重要方式。

        石化公司在進行管線安全運行智能控制設計前,應綜合考慮安全運行實際、經濟成本等因素,重點從以下3 方面入手:

        1)摸清工廠在管線安全運行管理方面現有難點痛點,明確需求和目標。

        2)管線安全運行智能控制設計,管線數字化、管線完整性管理的水平是基礎,數據和分析模型的精準性是決定性因素,自動化、智能化裝備是實現途徑。

        3)管線安全運行智能控制設計,最重要的是解決從數據采集到數據應用的難題。應充分應用大數據和云計算技術,建立數據和分析模型,精準分析管道運行狀態(tài)。

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