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1、青岛炼化打造数字化炼油厂随着我国石油化工领域市场竞争的日益激烈，企业对安全运行、节约成本、降低污染、高效生产投入了越来越多的关注，对于大型炼化项目而言，DCS控制系统肩负着数据采集、优化流程、数据查询、事故分析等重任，是全流程控制的中枢核心。中国石化青岛炼油化工有限责任公司（简称青岛炼化公司）坐落于风景优美的青岛经济技术开发区重化工园区，是中石化公司近年来重点投资建设的一座新型炼油厂。青岛炼化公司一期1000万t/a炼油项目作为我国获批的第一个单系列千万吨级炼油项目，拥有目前国内最先进的炼油装置并采用了各种先进工艺设备，总投资共计103亿元，每年成品油产量超过700万t。青岛炼化一期项目按照“
2、大型化、系列化、集约化、信息化”的理念进行规划，建设包括1000万t/a常减压蒸馏、410万t/a柴油加氢精制、320万t/a加氢处理、290万t/a催化裂化及250万t/a延迟焦化等16套主要装置及相配套的储运系统、公用工程系统，项目规模和技术含量均达到国际先进水平。该项目DCS系统集成规模（I/O点）达近4万点，工艺复杂，规模庞大，对DCS的数据处理能力、网络通信速度和系统开放性等要求远远超过一般项目。全集成自动化理念2006年，青岛炼化在全厂DCS控制系统的项目筹备之初就把目标设定为“建立基于联合装置的数字化炼油厂”。联合控制、安全集成青岛炼化针对大型联合生产装置的特点，对于控制系统采用
3、了紧凑集中的布局方式。全厂工艺装置的DCS与安全仪表系统（SIS）、火灾和气体监测系统（FGS）、压缩机控制系统（CCS）等系统共用一个中央控制室，并且均通过DCS进行集中操作、控制和管理。现场信号以就近的原则接入各个现场机柜室，再采用光纤通信传送至中控室，这样在大量节省电缆支出的同时可实现对不同生产装置的独立控制，在信息管理层面上它们又相互连接，组成全厂互联的自动化结构，实现了高度灵活的统一管理和调度架构。安全是炼化企业的最为关注的主题之一，因而该项目采用一台OPC服务器作为DCS和MES两大系统间连接的数据接口，并设置了两道防火墙进行安全防护，构成一个大型冗余环形网结构。MES只能从PCS
4、 7中读取而不能写入数据，这种单向数据传输机制可有效防止外部系统影响DCS系统的正常运行和操作，实现了安全的信息集成。保证项目顺利实施SIAS参与项目执行的优秀工程师在现场可以确保系统的日常维护、问题诊断、培训及优化。因而，目前厂区只配备了约500名员工进行管理，达到了最少的人员配置水平，也无需订购大量备品备件，进一步降低企业运营成本。安全稳定投运系统自投入以来运行稳定、可靠，实现了零故障运行。作为高标准、一体化的过程控制系统，SIMATIC PCS 7不仅完全胜任联合生产装置的检测及控制工作，更为青岛炼化公司全厂的生产安全、装置稳定和长周期运转提供了坚实的保障，也为企业实现经营管理信息化，增
5、强市场应变能力打下了良好的基础。三维数字化工厂技术在中石油炼化企业应用研究中国石油炼化企业信息化建设经过“十一五”的全面推广实施，已经在炼化企业的各个业务层面和多个业务领域形成业务支撑，对炼化企业的经营管理、生产运营等生产过程和日常管理带来了巨大的变化。但是多个系统的海量数据如何整合，并以更生动直观的形式展示出来，以及以此为基础实现更多的分析、模拟、演练和培训功能，应用三维数字化工厂技术，建设数字化炼厂管理平台成为最好的解决方案。三维数字化工厂概念很宽泛，不同行业有不同的内涵和外延。就中石油的炼化企业来说，数字化工厂的具体内容应该是建立一个以三维虚拟炼厂为基础的集成管理平台，集成工程设计、生产
6、运营、机动设备、环保安全等各种动态静态数据，运用三维可视化技术，提供企业资产信息全生命周期管理、具备高度可配置化应用的系统，是对企业信息管理系统的扩充应用；在物理资产从产生、运营到退役的全过程中，提供资产信息的工程设计、数字资产移交、整合与生命周期管理、技改变更、运行维护、动态展示、信息查询和模拟演示，能够为规划、设计、施工、运营等部门提供准确数据支持的管理环境。1 数字化工厂关键技术三维数字化工厂的关键技术如下： （1）数字化建模技术：需要建立装置设备模型、生产环境模型、工艺模型（工艺规则、加工路线）以及生产管理模型（系统的限制和约束关系）等。数字化工厂是建立在模型基础上的综合应用管理系统，
7、所以数字化建模是数字化工厂的基础。 （2）优化仿真技术：在数字化建模的基础上，对生产系统装置设备布置、加工能力、加工路线等各方面进行动态仿真和优化。（3）虚拟现实技术：文本信息、图表和二维图纸很难满足数字化炼厂的需求，随着三维技术发展，具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受装置的设计建造过程和生产加工过程，使用户对现场工艺的了解更全面、更准确、更便捷。（4）软件之间的重组和集成：数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。（5）应用工具：产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。 2 数字化工厂特点三维数字化工厂是企业最自然
8、、全方位的资产管理信息入口，提供一个最全面综合的数据集成应用。它的特点具有：（1）直观：最自然、全景式、实体化、融合的三维虚拟现实工作环境，如实地描述和反映设备的实体关系，基于角色的用户界面，满足不同用户需求。（2）精确：精确的实体、位置和层级描述，提供准确的全景展示。（3）实际：与工厂、资产实际状况准确对应，并易于变更维护，确保与资产改造同步更新。（4）智能：跨各类管理专业集成，设备模型物理属性和生产工艺流程充分融合，集成资产的内部和外部各种属性，实体信息与经营管理和生产流程数据的完美结合，达到信息的充分共享。（5）协同：为各种训练和演练提供统一的虚拟现实手段，通过远程访问实现协同工作。3
9、数字化工厂功能三维数字化工厂系统是对炼厂进行全生命周期数据管理的信息系统，它的功能应该包括：（1）构建装置设备三维模型：包括地上地下，三维立体展示整个工厂物理分布情况及设施的运行状态。（2）系统集成：集成设备运行实时状态信息，与外部各种数据源，如ERP、MES、EAM、SCADA等系统互联互通，实时反映资产的实际状况。（3）信息分类管理：在炼厂建设期开始高效、精确和经济地收集工厂地上、地下设施的基础资料，建立数据结构规范，对接收的数据进行规范化处理。为工厂大修、抢修及日常维修、演练和管理提供完整的基础数据。 （4）快速查找、查询和检索：炼厂管理人员能够对整个工厂的装置、罐区、管线等按设备进行可
10、视化查询。（5）数据浏览：管理人员能够方便灵活获取装置、罐区、管线等基础三维信息，以及工程设计信息、动态运行信息，为生产指挥、设备保养、运行维护提供可靠信息支撑。（6）文档管理：工程设计文档、技改技措文档、各种管理文档等各种格式文档的集成。（7）智能视图：基于角色的，灵活的导航方式，包括漫步、动态演示、快速定位等。（8）集中化管理体系：便于扩充的开放性的结构和集中化管理体系，便于数据同步和维护，并支持增量更新（模型、文档等）。（9）并发访问：支持多个并发连接访问，基于角色的架构体系。4 数字化工厂的实施应用数字化工厂技术建设数字化炼厂系统一般实施方式为：首先建立炼厂包括设备静态属性信息的二维和
11、三维模型，再嵌入各设备实时信息（机组检测、物流数据、工艺状态等设备相关数据），并与经营管理综合层面的信息系统集成，实现炼厂信息的三维综合展示和模拟。三维数字化炼厂实施的步骤大致为：（1）构建全厂装置、设备的三维模型，或收集、转化工程设计建设中产生的三维模型；（2）数字化炼厂全生命周期管理系统建立；（3）工程设计文档集成（电子PID图、CAD图）；（4）其它各种信息化系统集成，系统架构图如图1所示。包括如下几方面集成:在炼厂管理层面，可以利用实时数据加强生产过程综合评价，通过生产过程监视、综合统计报表及系统维护，对生产过程事故状况进行监视，对生产调度状况进行统计分析，为原油采购、产品结构、成本控
12、制、效益分析提供决策依据。 通过生产现场与生产管理信息的双向沟通，实现优化控制动态管理，实现实时成本可控，以最佳的生产方案、最优的产品结构、最低的生产成本、最高的产品收率，达到最高收益的目的。 基于Web的实时数据库为APC有效运行提供了数据平台环境，员工可以通过这个平台监控实时数据、查询历史数据，通过KPI指标与工艺参数计算评估装置绩效，通过过程统计分析与控制应用把握生产运行趋势等，推动装置管理从静态化向动态化转变。实现了流程图及报表WEB浏览和其它应用系统的数据共享。通过实时信息系统，可以使各级管理人员能够及时获取、掌握现场过程数据，更加方便地监视生产、管理生产，给企业带来一定的经济效益。
13、 以网络为依托，以APC先进控制应用为主导，提升炼油综合竞争力 1、企业、领导重视是炼油数字化建设的关键。企业有规划、有步骤地实施炼油数字化建设是一项涉及多部门的综合性、基础性工作，必须切实加强组织领导，强化协调一致、转变观念、统一思想，坚持把炼油数字化建设作为推动管理创新的重中之重。 是组织保证。始终保持企业有健全的炼油数字化建设专门管理机构，负责企业信息规划、建设和运维的主导人才。 是资金落实。逐步加强对网络基础设施建设、过程控制系统建设、先进控制建设及其管理系统开发的投资。 2、网络环境建设是信息化建设基础。企业信息化网络先行，从实际需求出发，抓好目前覆盖到全厂生产和办公区域网络环境的建
14、设和管理，着力配备适合网络开发和企业数字化的软件。 3、信息安全是信息化建设保证。在信息化建设中，必须把保障信息安全放在首位。为了保证网络的安全，从技术和管理两方面，构建了“应用级、系统级、网络级和企业级”四级网络安全结构，采用防火墙、防病毒、AAA认证、入侵检测和漏洞扫描技术等，为应用系统及网络安全运行提供了良好的保障。 4、人才建设是信息化建设核心。信息系统是新观念、新知识、新技术、新管理的集成。要想建好、管好、用好信息系统就必须培养出精简高效的管理队伍、作风顽强的建设队伍和敬岗爱业的运维队伍。 总之，通过加强现场仪表数据测量的第一环节，突出过程控制系统建设重点，以先进控制（APC）系统应用为主导，打造全厂生产实时信息平台、开发生产计划调度管理、化验监测、设备管理等系统软件，打造精品数字化炼油企业。
