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   近年來(lái)，我國(guó)石油和石化行業(yè)新建或擴(kuò)建不少大型一體化、現(xiàn)代化裝置，企業(yè)儀表自動(dòng)化、信息化發(fā)展速度很快，涌現(xiàn)出一批先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新成果如APC、MES、DCS-FCS、NIR與節(jié)能環(huán)保應(yīng)用等，在確保企業(yè)安全生產(chǎn)、降耗提質(zhì)、提高整體經(jīng)濟(jì)效益中發(fā)揮了很大作用。石化推廣應(yīng)用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（APC）已取得明顯的效益。FCS 的問(wèn)世，為石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠創(chuàng)造了條件，未來(lái)10年發(fā)展的目標(biāo)是建設(shè)智能化的煉化一體化工廠。

  1　石化智能化工廠的特征

石化智能化工廠作為石化企業(yè)多年信息化建設(shè)的延續(xù)，將先進(jìn)制造模式與現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)和管理技術(shù)等融合，是科技進(jìn)步和行業(yè)可持續(xù)發(fā)展背景下，未來(lái)10年石化行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的產(chǎn)物。

  石化智能化工廠作為石化行業(yè)兩化深度融合發(fā)展的高級(jí)階段，其為石化企業(yè)的工藝、設(shè)備、流程、人員，特別是創(chuàng)新方面起到了極大的推動(dòng)作用。歸納起來(lái)，石化智能工廠具有如下特點(diǎn)：自動(dòng)化是前提，數(shù)字化是基礎(chǔ)，可視化是方法，模型化是支撐，集成化是核心。

  （1）自動(dòng)化是減輕人的勞動(dòng)，強(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動(dòng)的技術(shù)或手段，石化智能化工廠中生產(chǎn)的基礎(chǔ)手段逐漸從手工操作發(fā)展到自動(dòng)控制，從低級(jí)的單回路控制發(fā)展到高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)控制，從單元先進(jìn)控制到區(qū)域集成優(yōu)化。

  （2）數(shù)字化表現(xiàn)為可計(jì)算性和可度量性，是計(jì)算機(jī)、多媒體技術(shù)、軟件技術(shù)、智能技術(shù)的基礎(chǔ)，也是信息化的技術(shù)基礎(chǔ)。

  （3）可視化的含義是將生產(chǎn)狀態(tài)、工業(yè)視頻等各類(lèi)信息高度集中和融合，加強(qiáng)對(duì)空間信息的管理，為操作和決策人員提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感知，確保迅速準(zhǔn)確地掌握所有信息和快速的決策。

  （4）模型化是指通過(guò)利用生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和專(zhuān)家知識(shí)，將石化工廠的行為和特征的知識(shí)理解固化成各類(lèi)工藝、業(yè)務(wù)模型和規(guī)則，實(shí)現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。

  （5）集成化是指石化智能化工廠中的系統(tǒng)與現(xiàn)有石化生產(chǎn)過(guò)程的工藝過(guò)程和管理業(yè)務(wù)流程高度集成，實(shí)現(xiàn)石化生產(chǎn)各個(gè)管理環(huán)節(jié)和各工序間緊密銜接與集成，從全局角度實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。

  2　石化智能化工廠規(guī)劃

  為做好中國(guó)石化智能化工廠試點(diǎn)工作，石化試點(diǎn)廠各部門(mén)深入開(kāi)展了“數(shù)字化智慧煉廠”研究，編制完成了《石化試點(diǎn)廠數(shù)字化智慧煉廠總體規(guī)劃》，提出了總體規(guī)劃思路：2012年，改善信息基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)量?jī)x表兩個(gè)基礎(chǔ)，深化ERP、MES等系統(tǒng)應(yīng)用，打好智能工廠建設(shè)的基礎(chǔ)，整體上臺(tái)階。2013年~2014年，建設(shè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)分析與運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、HSE應(yīng)急指揮、能源優(yōu)化、三維數(shù)字工廠、全廠優(yōu)化等智能化工廠重點(diǎn)系統(tǒng)，加強(qiáng)集成應(yīng)用，支持集中的運(yùn)營(yíng)管理模式，達(dá)到中國(guó)石化先進(jìn)水平。2015年，重點(diǎn)建設(shè)知識(shí)管理系統(tǒng)和優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面集成和構(gòu)建智能工廠的基本框架，達(dá)成自動(dòng)化、數(shù)字化、模型化、可視化、智能化的目標(biāo)，建成千萬(wàn)噸級(jí)智能化煉化廠。

  3　石化智能化工廠所需的技術(shù)

  現(xiàn)以大型煉油（1000萬(wàn)噸級(jí)）乙烯（100萬(wàn)噸級(jí)）一體化項(xiàng)目為例，全廠智能化總體解決方案所需自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新的主要方面如下：

  3.1　DCS/FCS控制系統(tǒng)

  過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）主要包括：分散控制系統(tǒng)/現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（DCS/FCS）、安全儀表系統(tǒng)（SLS）、火災(zāi)及氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（FGS）、儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)（MAS）、壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)（CCS）、機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)（MMS）、設(shè)備包控制系統(tǒng)（PLC）、在線分析儀系統(tǒng)（PAS）、儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS）、操作員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（OTS）、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（PCCS）（實(shí)施先進(jìn)控制APC和實(shí)時(shí)優(yōu)化RTO等）等系統(tǒng)，其核心是DCS/FCS系統(tǒng)。

  現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡(luò)，它具有協(xié)議簡(jiǎn)單開(kāi)放、容錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點(diǎn)。FCS是繼DCS之后的新一代控制系統(tǒng)，是過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，并與DCS共存。根據(jù)目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用情況，石化大型煉油乙烯一體化項(xiàng)目采用DCS和FCS混合方案。

  3.2　ERP/MES信息管理系統(tǒng)

  （1） 企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）

   企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）是一種現(xiàn)代企業(yè)先進(jìn)管理方法，采用ERP系統(tǒng)，將使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。ERP系統(tǒng)通常包含財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)、管理會(huì)計(jì)、銷(xiāo)售分銷(xiāo)、物流管理、生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備維護(hù)等核心模塊。一個(gè)典型的ERP除了上述功能外，在不同的應(yīng)用中，可能還包括項(xiàng)目管理、投資管理、資金管理、人事管理等輔助功能。

  （2） 制造執(zhí)行層（MES）

  MES是企業(yè)數(shù)字化系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，在ERP/MES/PCS整個(gè)系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)度與統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制與管理、物流控制與管理、設(shè)備安全控制與管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與處理等功能。MES主要功能是：（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理；（2）生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化；（3）流程模擬與工程；（4）數(shù)據(jù)校正與物料平衡；（5）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)；（6）先進(jìn)控制與優(yōu)化。

  3.3　APC技術(shù)

  國(guó)內(nèi)有關(guān)方面通過(guò)多年不懈的努力，在優(yōu)化控制領(lǐng)域里從理論到應(yīng)用都有所創(chuàng)新和突破，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出相關(guān)積分優(yōu)化理論和應(yīng)用技術(shù)，并獲得多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)在反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化的初步試用中顯示了其獨(dú)到的效果，已在青島石化催化裂化反應(yīng)器優(yōu)化操作中連續(xù)多年使用，提高液收1%以上；在洛陽(yáng)的芳烴裝置的歧化反應(yīng)器、異構(gòu)化反應(yīng)器長(zhǎng)期應(yīng)用，提高了三苯收率1%以上，正在石化推廣應(yīng)用。

  先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)：先進(jìn)控制也是石化智能化建設(shè)的重要組成部分，目前其技術(shù)及軟件產(chǎn)品已非常成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。我們認(rèn)為近幾年其應(yīng)用發(fā)展方向應(yīng)該是“以節(jié)能減排”為主題，適用環(huán)保要求的APC應(yīng)用。

  （1）在石油化工行業(yè)，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)措施的不斷落實(shí)，對(duì)油品的要求也越來(lái)越高。為解決這個(gè)越來(lái)越突出的矛盾，實(shí)施油品在線調(diào)合勢(shì)在必行。

  （2）在流程行業(yè)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)等公用工程方面，以節(jié)能降耗、減少操作成本為目標(biāo)的先進(jìn)控制的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，設(shè)備多樣化，人工操作強(qiáng)度大。先進(jìn)控制實(shí)施后不但可大幅度降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少系統(tǒng)操作成本，而且可達(dá)到節(jié)能降耗，挖潛增效之目的。

  （3）由石化行業(yè)拓展到其它領(lǐng)域，如熱電生產(chǎn)、造紙等行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程多變量特征明顯，適于推廣先進(jìn)控制的應(yīng)用。在國(guó)外已有成功案例。

   3.4　在線近紅外線分析儀技術(shù)

   由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及化學(xué)計(jì)量學(xué)和光纖技術(shù)的應(yīng)用，使近紅外線光譜快速分析技術(shù)得到了迅速發(fā)展。NIR技術(shù)是一種無(wú)損分析技術(shù)，采用透射或漫反射方式直接對(duì)樣品分析，在測(cè)量過(guò)程中不產(chǎn)生污染，通過(guò)光纖可對(duì)樣品遙測(cè)。因此，NIR分析技術(shù)也是一種快速分析創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，日益受到人們重視。近紅外光譜分析技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

  （1）測(cè)試速度快，可縮短測(cè)試周期；（2）分析效率高；（3）分析成本低；（4）測(cè)試重現(xiàn)性好；（5）樣品測(cè)量一般勿需預(yù)處理，光譜測(cè)量方便；（6）便于實(shí)現(xiàn)在線分析；（7）典型的無(wú)損分析技術(shù)。

   煉化企業(yè)采用傳統(tǒng)的分析方法測(cè)定汽油的辛烷值、苯含量、烯烴含量、餾程、蒸氣壓等參數(shù)，以及測(cè)定柴油的十六烷值、密度、芳烴含量、餾程、凝點(diǎn)、苯胺點(diǎn)、折光指數(shù)和色度等，需要十幾種分析儀及分析方法，有的分析儀很貴（如一臺(tái)辛烷值儀價(jià)格為200萬(wàn)元），分析方法復(fù)雜，分析時(shí)間長(zhǎng)（幾小時(shí)或幾天），有的還使用有毒溶劑，危害人體健康。傳統(tǒng)的分析方法分析效率低，不能滿足生產(chǎn)和科研快速分析的要求。采用近紅外線光譜快速分析技術(shù)，一臺(tái)近紅外線光譜分析儀可在幾秒鐘內(nèi)測(cè)定十幾種質(zhì)量參數(shù)，分析精度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求并節(jié)省了投資。近紅外線光譜快速分析技術(shù)易實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

   在我國(guó)大型煉廠和石油化工廠的主要生產(chǎn)裝置采用近紅外線光譜快速分析儀監(jiān)控質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)行APC和優(yōu)化控制是非常必要的。這種先進(jìn)的技術(shù)對(duì)加快石化智能化工廠建設(shè)有著積極的影響，也將會(huì)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

   3.5　網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

   石化智能化工廠需要大型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，石化企業(yè)已試用安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)。在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間可采用照相數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，DCS要上傳的數(shù)據(jù)由專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集，并且將這些數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。另外有一個(gè)攝像頭將屏幕上顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)拍攝下來(lái)，拍下來(lái)的數(shù)據(jù)畫(huà)面經(jīng)過(guò)智能機(jī)器閱讀系統(tǒng)的自動(dòng)解讀后得到要上傳的數(shù)據(jù)，通過(guò)局域網(wǎng)送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和辦公網(wǎng)上。這樣，局域網(wǎng)和DCS之間完全沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的物理連接，病毒和黑客不可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)串到DCS中。無(wú)論病毒如何變化，都可以從本質(zhì)上保證了DCS的安全。

   另一種是力控華康安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)Psafetylink主要起到在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間隔離，安全隔離網(wǎng)關(guān)采用物理隔離和安全通道隔離，將以太網(wǎng)進(jìn)行物理級(jí)安全隔離，安全通道隔離即通過(guò)專(zhuān)用通信硬件和私有不可路由協(xié)議等安全機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)的隔離和數(shù)據(jù)交換，有效地把內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)隔離開(kāi)來(lái)，而且高效地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全交換。

  3.6　石化節(jié)能、降耗、環(huán)保技術(shù)

  （1）降低能源成本

  在波動(dòng)的能源價(jià)格與日益嚴(yán)格的法規(guī)情況下，能源效率將成為石油石化等行業(yè)在未來(lái)幾十年所面對(duì)的最大問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，能源成本通常占據(jù)了非原料煉油廠運(yùn)營(yíng)成本的50%~60%，制漿和造紙企業(yè)成本的25%~40%；使用控制能源管理解決方案， 能夠幫助企業(yè)建立一個(gè)全面的能源管理戰(zhàn)略，將能源成本降低最高達(dá)25%，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

  （2） 生產(chǎn)裝置健康監(jiān)控技術(shù)

  石化企業(yè)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)強(qiáng)腐蝕設(shè)備、高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等高危設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在線精確測(cè)量，這是故障預(yù)測(cè)和診斷的關(guān)鍵。開(kāi)發(fā)故障預(yù)測(cè)和診斷模型及方法，提高故障檢測(cè)的及時(shí)性和魯棒性，以及故障定位的準(zhǔn)確性，防止誤報(bào)和漏報(bào)，及時(shí)消除隱患，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。采用設(shè)備管理系統(tǒng)和多元統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控（MSPM）對(duì)高壓、強(qiáng)腐蝕、高速旋轉(zhuǎn)等設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和分析，有利于設(shè)備的安全運(yùn)行。

  （3） SIS智能安全儀表

  為保證安全生產(chǎn)，在危險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)置了可燃?xì)怏w或有毒氣體檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，全廠還設(shè)置了火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)，并與可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)集成綜合安全檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。對(duì)于重要的工藝裝置也開(kāi)展了控制與檢測(cè)的安全等級(jí)評(píng)估工作。

   現(xiàn)代石化企業(yè)中的安全控制系統(tǒng)將向著儀表控制、安全儀表及信息管理系統(tǒng)一體化的方向發(fā)展。智能化安全儀表控制系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

   （4） 自動(dòng)化控制系統(tǒng)和信息化的集成對(duì)促進(jìn)工藝優(yōu)化、能耗降低、產(chǎn)量質(zhì)量提升、節(jié)能減排起到了重要作用。我國(guó)石油石化行業(yè)目前已經(jīng)加快了信息化系統(tǒng)推廣的速度，通過(guò)信息化與自動(dòng)化集成手段提高管理水平、提高資源利用率、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本，從而形成石油石化行業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)化工程，另一方面，通過(guò)生產(chǎn)控制信息化，促進(jìn)工藝優(yōu)化、能耗降低、產(chǎn)量質(zhì)量提升，從而助力節(jié)能減排。這方面主要靠MES（制造執(zhí)行管理）系統(tǒng)以及各石油石化細(xì)分領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

   為了進(jìn)一步提高石化信息化和自動(dòng)化應(yīng)用水平，中國(guó)石化對(duì)“智能工廠試點(diǎn)”方案進(jìn)行規(guī)劃并通過(guò)審定，未來(lái)10年的目標(biāo)：“智能化煉化廠”試點(diǎn)以工廠經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)過(guò)程的“實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化、模型化、可視化、智能化”為發(fā)展目標(biāo)，將實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度、能源管理、安全環(huán)保、裝置操作、IT管控的智能化，建設(shè)成為國(guó)際先進(jìn)水平的智能化的千萬(wàn)噸級(jí)煉化企業(yè)。