【编者按】

  从世界各国GDP的比重看,石油及化工行业占比都较大。石化行业的科技发展,对各国的现代化进程都具有至关重要的作用。

  目前,通过工业化与信息化的不断融合,炼化生产已逐步在生产过程优化智能化、供应链优化智能化、资产全生命周期管理智能化等方面取得初步成效。例如,工业4.0一直在致力打造机器与人工智能“特种部队”。有了机器人的“武装”,未来的石化工厂会是什么样子?炼化装置及岗位会发生哪些变化?炼化生产能否实现“无人驾驶”?本期《新闻热点》,就带您走近石化行业的机器人。

  从自动化到数字化: 技术革新的智能炼厂会是什么样

  石化企业智能工厂发展经历两个阶段,智能炼厂1.0总体上以炼化企业的信息化研发与应用为核心,智能炼厂2.0则以智能化优化技术为核心……中国石油规划总院智能炼厂研发团队认为,未来的智能炼厂将以具有较高知识结构的专业人员培养为基础、以生产管控一体化优化为主线、以自主学习和智能预测为最终目标。

  石化行业作为传统的流程工业,面对新能源等多种因素的冲击,迫切需要通过技术革新大幅提高生产效率、降低生产成本、有效提升竞争力,并为未来及时满足客户定制化的产品需求做好技术支撑。因此,自2010年起,国内少数石化企业已开始了智能制造的示范探索,即自动化,也被称为智能炼厂1.0阶段。该阶段总体上以炼化企业的信息化研发与应用为核心,并开展了部分业务领域的智能化优化尝试;自2015年以来,更多的国内外企业以智能化优化技术为核心,以提高企业效益为目标,对炼化企业全生产过程开展智能化优化技术研发与示范,被称之为智能炼厂2.0阶段。

  中国石化九江石化是国内最早开展智能炼厂建设的石化企业。2011年,九江石化以年800万吨油品提质增效项目为契机,同步建设智能工厂,补齐短板的同时扎紧桶箍。智能工厂建设如虎添翼,大幅提升了企业经济效益和管理效率。2017年,九江石化获工信部第一批绿色工厂示范企业和两化融合管理体系贯标示范企业荣誉称号。中国石化通过九江、茂名石化4家试点企业智能工厂建设,打造智能工厂1.0版。4家试点企业的先进控制投用率、生产数据自动化采集率均达到了90%以上,外排污染源自动监控率达到100%,生产优化从局部优化、离线优化逐步提升为全流程优化、在线优化,劳动生产率提高10%以上。

  作为中国石油旗下首个国家“智能工厂”和“人工智能应用”双试点的企业,长庆石化已于去年率先启动两化融合示范试点建设。近年来,中国石油石化企业将炼油生产自动化与信息化相结合,不断推动生产管理由数字化向智能化迈进。

  中国海油惠州炼化计划通过建立四大平台来打造智能工厂:围绕“数据采集、全面感知”,建立数据采集平台;围绕“数据交换、信息集成”,建立互联互通平台;围绕“精准控制、智能生产”,建立智能控制平台;围绕“生产管控、协同优化”,建立协同应用平台。

  北京化工大学自动化研究所教授靳其兵等一直在探索让炼化装置“无人驾驶”“黑屏操作”技术及其应用。靳其兵介绍,基于计算机互联网的自动化生产为标志的工业3.0时代已成为过去,以工业化、信息化深度融合的智慧工厂为标志的工业4.0时代正在到来。由于炼油、化工装置具有规模大、流程复杂、高温高压、易燃易爆等特点,很多岗位属于高危关键岗位,对操作管理人员的要求相当高。但人总是可能会存在疲劳等状态,对装置安稳长满优运行带来了挑战和隐患。炼化装置“无人驾驶”“黑屏操作”技术探索非常有必要。

  从数字化到智能化: 石化产业链协同优化价值有哪些

  过去是人来操作机器,在未来的工业4.0时代,机器智能化之后,机器可以主导、指挥生产,人工智能或将对高危的炼化产生巨大改变。

  国内外先进石化企业在自动化和数字化建设取得阶段成效后,逐步加深了生产操作优化、生产运行优化、能源管理优化和设备资产优化等降本提质增效措施的应用,以进一步提升企业综合竞争力。该阶段较为显著的特征是将石化生产过程的严格机理模型或大数据模型与优化运算方法、先进控制手段等有机结合,为真正实现智能化生产提供了科学依据和发展基础。

  在两化融合大会上,北京化工大学自动化研究所靳其兵教授介绍,当前,全国1000多套炼油和化工生产装置,其中多数进行了集散控制系统(DCS)的改造。DCS的实施,对提高控制和管理水平起到了巨大作用,但目前炼油和化工装置中普遍存在装置运行不平稳,报警比较频繁等问题,造成了自控率低,影响了产品收率和质量、降低了装置生产的安全性,增加了装置的能耗。以“全流程自动”和“无人驾驶”为目标,开展炼化装置过程监控与控制器优化关键技术的研究,研制基于树状结构的自控率平稳率监控考核系统等,在500多套生产装置成功应用。

  ICT成为新时代业务腾飞的羽翼,帮石油石化行业切实提升石油能源的产耗比和采收率,并降低企业运营成本、提高劳动生产率、保障设备长周期稳定运行,实现企业效益的最大化。

  总体而言,智能炼厂2.0是在完成以“现场感知能力提升、数据集中系统集成、工厂数字化可视化”为主要内容的智能炼厂1.0基础上,以增效为核心升级智能应用,重点围绕“生产管控一体化优化、资产全生命周期一体化管理、工艺与公用工程一体化能源管控”三条主线提升企业智能化水平。在工艺与公用工程一体化能源管控方面,中国石油锦州石化于2015年启动了能源管控系统研发与应用项目,针对公用工程系统开展蒸汽动力系统在线实时优化,针对催化裂化等重点装置开展操作参数在线优化,并通过能源管控系统实现两者的协同优化。

  此外,中国石油、中国石化也在积极培育“互联网+”新业态。中国石油化工产品电子商务平台开展竞价交易,中国石化易派客成最大的工业品电商平台,“石化e贸”网拓展了化工品直销渠道;油品销售企业综合开展微信等互联网应用,实现了油非互促、跨界共赢,培育新的效益增长点。

  从局部到整体优化: AI驾临是大势所趋,机器换人尚需时日

  我国“十三五”规划提出加强企业对职业病危害的防治,国家四部委也公布原133种危害因素增至454种,企业面对越发严格的职业病防治规范,要投入更多的成本以确保员工安全。机器换人,应用机器人员工可为企业提高生产效率、降低生产成本、提高产品技术含量、扩大企业竞争实力。此外,随着劳动力市场供给减少,部分高危行业面临劳动力短缺。这可能成为机器人很快“上岗”的又一推动因素。

  其实,国外先进石化企业也已重点围绕“生产优化、智能运营、能源管控”等方面开展了局部智能应用。生产优化方面,埃克森美孚、壳牌、BP、Dow等大型石油公司在大量炼油、乙烯装置实施了闭环实时优化(RTO)。例如,壳牌Martinez炼厂在20世纪90年代实施了常减压、催化裂化、加氢裂化、烷基化等主要装置的RTO。Thai Oil在实施常减压装置先进控制和闭环实时优化取得显著成效的基础上,于2010年开始在整个炼油厂实施闭环实时优化。埃克森美孚实现了全球范围的资源供应和产品销售的全业务链优化。壳牌通过整合油气供应、炼化生产和销售业务,将全球17家炼厂统一全局分析与优化;动态分析当期计划或调度的盈亏点,迅速调整生产经营方案,实现效益最大化。埃克森美孚大部分炼厂实施了公用工程系统在线优化,部分炼厂实施了公用工程系统闭环实时优化。Valero公司在休斯敦炼厂建立了全厂公用工程在线优化系统,锅炉热效率提高0.6%,减少燃料气成本1%,年效益约270万美元,并以此为核心,建立了企业能源管理信息系统。美国Flint Hill炼厂建成以公用工程优化为主的能源管理系统,使全厂能源成本下降了1%。

  国内部分先进石化企业在现场感知能力提升、数据集中系统集成基础上,在“生产操作运行一体化优化、资产全生命周期一体化管理、工艺与公用工程一体化能源管控”方面提升生产运营水平和智能化水平。如中国石油近十年来两期能量优化重大科技专项成果已在锦州石化、锦西石化等企业实施,成效显著。

  尽管国外工业机器人产业已发展多年,在特种作业领域机器人的身影也屡见不鲜,然而,真正让它们走上高温、高压的炼化操作岗位,仿佛还比较遥远。正如中国石油一些专家所说,一些岗位不是不需要把人解放出来,而是炼化装置一些工况比较复杂,即使它们经过培训可以上岗,但能否应对随时可能出现的紧急情况尚是未知数,因此,炼化装置真正实现“无人驾驶”,还有待炼化物联网进一步夯实基础,高温高压状态各种应变能力等机器学习的过程。

  前两年,曾有石化企业在大检修中寻求使用清罐机器人未能如愿。然而在应急救援领域,包括中国石油抚顺石化工建公司刁克剑研发的灭火机器人已能在现场接受实践考验,为军事领域的特种机器人也带来信心。

  “如今,技术发展十分迅速,特别是图像识别技术会,当然,我们人类努力把系统优化设计得尽量无可挑剔,完全交给机器人来顶岗,或许比人类更可靠。”靳其兵告诉记者。显然,来自机器人、自动化领域的专家学者显然更为乐观。(本报记者 王巧然)

  工信部提出的石化智能工厂六大应用领域
  世界各类机器人占比
  世界各国工业机器人密度
  我国工业机器人增长情况

  【企业案例】

  九江石化:智能炼厂的先行探索者

  九江石化入选工业和信息化部2015年46个智能制造试点示范项目名单。2018年,智能工厂建设已使劳动生产率平均提升10%以上,生产数据自动采集率达到95%以上,重点环境排放点实现100%实时监控。

  九江石化打造基于应用需求的数字化炼厂,生产运营数据实时交互形成了炼油全流程优化平台。数字化炼厂集成应用,使九江石化数字化炼厂平台与生产运营数据库、实时数据库、移动宽带网络相结合,集成千万吨炼厂的工艺、设备、物性、安全、环保、质量、视频等感知数据,为安稳长周期生产运行管理提供有力支撑。在集中集成和标准化方面,ODS集成23个系统、为17个系统提供数据支撑,ESB提供10大类、250余个应用服务,完成生产物料等40个标准化模板以及36类主数据标准化,从“孤岛式”应用向“中心交换式”集成应用转化。

  信息化也能够助推本质安全和环保。视频监控与可燃、有毒有害气体报警集中管理、实时联动,及时发现处理了各类报警问题,环保地图全过程管控“三废”外排。同时,在复杂环境下移动宽带及智能终端应用,实现了语音视频通信融合、替代多种工具功能的智能化巡检、RFID卡识别、施工作业全程视频监控等。能源管理为节能减排方面,信息化全面支撑了企业能源生产消耗、能源仪表情况、能源关键指标、管网差异情况的预警、趋势、综合分析,为各级能源管理用户提供统一、多视角决策和分析综合视图,提高管理效率。(记者韩朔)

  长庆石化:迈入工业互联网应用阶段

  3月5日,陕西省首个石化企业级4G融合通信网络,在长庆石化已安全、可靠、高效运行了近3个月,有效推动了公司各项业务与信息技术的深度融合,并使“智能炼厂”建设稳步迈入工业互联网应用阶段。

  作为中国石油集团首家入选国家“智能工厂”和“人工智能应用”双试点的单位,长庆石化自2018年下半年以来,积极利用物联网、大数据、人工智能等先进技术,通过参数整定及控制优化项目,提高装置生产平稳率、产品合格率,优化产品结构;采用国内领先的逆向建模技术对工厂所有生产装置、管廊、地下管网进行数据采集,并升级建设了MES系统,实现了对生产、能耗、计量、质量、安环等领域的集成管控,以及生产业务计划、调度、工艺、执行、统计、分析全过程的闭环管理,初步建成了具有运行自动化、管理精益化、业务模型化、设备智能化、安全可靠化、资产全息化、决策智能化7大特点的智能工厂。

  今年7月,长庆石化将开展三年一次的大检修,其间,将进一步完善现场计量仪表、安全环保检测设施和机电仪操控手段,全面提升现场感知度和基础设施服务能力,并将建设国内首套全厂级、高精度三维模型和企业工程数据中心,以逐步实现虚拟环境和物理现场无缝衔接的生产管理方式,推动企业生产管理由数字化向智能化迈进。(记者陈青 通讯员朱虹)

  灭火机器人。
  巡检机器人。
  焊接机器人。

  数据来源:中国石油规划总院、北京化工大学等单位相关智能炼厂研发团队、Wind、中信建投证券研究发展部等

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