油氣田油氣集輸智能化站庫發展模式探討

竇 強，范振業

（1.山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000；2.中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257000）

0 引言

油氣田滾動開發后期，受開發難度、員工老齡化、生產運行成本升高等影響，如何提高勞動生產率、優化管理運行成為企業面臨的一大難題。近幾年來，大多數油氣田開展信息化建設，通過數據采集、視頻監控等技術實現對井場、計量站等小型場站的遠程監控，給優化崗位用工帶來積極作用。但油氣集輸站庫僅僅通過數據采集、視頻監控根本無法達到進一步提高勞動生產率的目的。以某油田油氣集輸為例，主要站庫包括原油庫、中間輸油站、天然氣處理站等。通過信息化建設，各油氣站庫均實現了壓力、液位等關鍵參數的采集、報警與控制；重點區域、重點設備實現了視頻監控；生產運行管理實現了內操+外操管理模式，減少了一定數量生產運行人員。但由于油氣站庫存在工藝流程復雜，正常流程切換、緊急狀態切斷等手動操作環節較多，無法進一步優化外操人員數量。如何通過智能化站庫建設，提高勞動生產率、優化管理運行成為緊迫問題。

1 發展模式

智能化站庫應按照分步實施、層層推進方式，按照智能化站庫1.0+、智能化站庫2.0、智能化站庫3.0、智能化站庫4.0 發展模式，全力打造智能化站庫，構建智能化管理平臺，才能提高油氣集輸業務勞動生產率，優化油氣集輸業務管理運行。

1.1 智能化站庫1.0+

充分利用油氣站庫信息化建設取得的成果，通過信息化提升改造，實現“集中監控、遠程操作、異常停車保護”，在站庫中控室實現生產信息全面感知和遠程操控，為建設少人值守、無現場操作、本質安全站庫提供技術支持，使油氣站庫生產運行崗位人員達到每班4 人目標。

◇ 自動化改造：包括流程本質安全，即對油氣站庫進行HAZOP 及SIL 分析，優化工藝流程，完善參數采集報警控制等，必要時建設安全儀表系統，提高工藝流程的本質安全[1,2]；設備本質安全，即對重要機泵實現狀態監測，發生超溫、振動等異常工況時能自動報警、停車保護等；遠程操控，即現場操作頻繁或需緊急切換流程的閥門、動設備實現控制室遠程操控，以此減少現場操作人員；調節控制，對產品質量、產量、效率具有直接影響的工藝參數實現自動調節控制實時追蹤目標值，例如根據產品質量需求實時調節閥門的開度；根據節能需求實現電機變頻控制等。

◇ 可視化改造：油氣站庫內增加視頻監控點，達到重要塔類、儲罐、機泵實現一對一現場可視化；對其他設施實現區域無死角可視化目標。

◇ 網絡可靠性改造：油氣站庫內部網絡能夠實現辦公、工控、視頻三網獨立，站內控制網絡實現冗余或環網運行。

1.2 智能化站庫2.0

充分利用油氣站庫在智能化站庫1.0 階段取得完善的信息化成果，通過廠級調控中心至站庫可靠、安全的網絡通信系統及SCADA 系統建設，實現廠級調控中心生產信息全面感知、統一調度操作；油氣站庫實現“有人值守巡視、無人操作、通信故障干預操作”的管理模式；使油氣站庫生產運行崗位人員達到每班2 人目標。

◇ 調控中心SCADA 系統建設：在廠級調控中心建設完善的SCADA 系統，對各油氣站庫實施遠距離的數據采集、監視控制、安全保護和統一調度管理。調控中心可向各站控系統發出調度指令，由站控系統完成控制。全廠實現調度中心控制級、站場控制級和就地控制級的三級控制方式[3]。第一級為中心控制級：對所有站庫進行遠程監控，實行統一調度管理。在正常情況下，由調控中心對各站庫進行監視和控制。各站庫控制無須人工干預，各油氣站庫的站控系統在調控中心的統一指揮下完成各自的工作。第二級為站場控制級：在各站庫通過站控系統對站內工藝變量及設備運行狀態進行數據采集、監視控制及聯鎖保護。站場控制級的控制權限由調控中心設定，經調控中心授權后，才允許操作人員通過站控系統對各站進行授權范圍內的操作。當通信系統發生故障或系統檢修時，用站控系統實現對各站的監視與控制。第三級為就地控制級：就地控制系統對工藝單體或設備進行手/自動就地控制。當進行設備檢修或緊急切斷時，可采用就地控制方式。站場運行工藝控制、流程及設備操作采用SCADA 系統集中管控，通過實現站場自動邏輯控制、報警管理、ESD 關斷和事故處理，實現遠程設備診斷，降低人為原因產生的操作不確定性或不安全因素，提高站場的管理水平。

◇ 視頻聯動控制改造：在廠級調控中心實現集中監控后，大量的視頻信息無法使監控人員對各路視頻都能實時跟蹤，同時站庫值守人員減少，會使發現人員闖入、闖入追蹤等工作造成一定難度。通過對視頻監控系統進行闖入報警、視頻追蹤、報警事件聯動控制功能擴展，在發生闖入等異常情況時能自動顯示相應視頻畫面；能通過人臉識別等技術實時圖像跟蹤人員位置；現場發生工藝報警事件時，能及時聯動相應攝像頭進行圖像顯示。

◇ 安全可靠的網絡通信系統保障：實現調控中心集中監控，可靠、安全的網絡通信系統是基礎，各油氣站庫至廠級調控中心需建設冗余通信信道及網絡安全設備。

1.3 智能化站庫3.0

在實現廠級調控中心對各油氣站庫實現遠程監視、統一調度操控基礎上，通過對各油氣站庫系統進行自動控制系統可靠性改造、智能化巡檢建設，實行區域化管理，油氣站庫實現“無人值守、定期巡視、區域維保管理”模式，使油氣站庫生產運行崗位人員達到零固定人員目標。日常生產指揮上，劃分為 2 個層級，即總廠調控中心和作業區?？倧S調控中心作為生產監控指揮的中心樞紐，負責日常生產監控、生產流程切換操作、工藝調整、故障或應急狀況下生產指揮，下達調度令并監督執行。作業區負責應急狀況下或調控操作失效狀況下的生產操作。

◇ 自動控制系統可靠性改造：工藝設計允許自動切換或考慮充分設計余量，當故障發生時可自動進行事故處理或為人員趕赴現場爭取充足的時間；站控系統通過重要硬件冗余配置提高可靠性，重要回路儀表通過2oo3、多塊儀表偏差報警提高可靠性；現場儀表設備設置在線遠程診斷功能，建設設備管理及診斷系統；對報警信息進行有效的優化管理，設置高級報警管理系統，防止報警泛濫，實現有效報警；工控系統網絡設置網絡安全審計系統、堡壘機、主機防護軟件、入侵檢測設備、網絡隔離設備和網絡安全管控平臺，及時發現、報告并處理網絡攻擊或異常行為，有效地保護站場工控網絡安全；建設通信鏈路狀態診斷自動切換、控制器自診斷等完善的故障診斷系統等。

◇ 智能巡檢系統建設：完善視頻聯動功能，實現全站的自控、視頻、安防系統聯動與數據融合，達到智能視頻的目標；利用圖像識別技術，通過視頻監控系統自動讀取關鍵參數的就地表指示、閥門開關、手自動狀態等，實現智能抄表；視頻巡檢，可以指定巡檢路線及路線中包含的巡檢點畫面信息，視頻信息按照視頻巡檢類別進行保存，方便操作員進行分類歷史巡檢信息查詢；通過視頻、紅外熱成像以及激光掃描式可燃氣體檢測技術，識別火焰、跑冒滴漏、設備超溫、閥門卡堵、法蘭腐蝕、保溫層脫落和微小泄漏等，實現危險及隱患智能識別；為定期巡檢人員配備有智能巡檢軟件的一體化智能終端，將通訊、定位、簽到與采集分析合為一體，提高單次巡檢的效率和效果[4]；站場設置智能巡檢機器人可實現定期自動檢測站場設備的狀態信息、氣體泄漏檢測、風險智能識別，能夠在減輕運維人員的工作負擔和安全風險的基礎上，提升巡檢頻次和巡檢質量。

1.4 智能化站庫4.0

在全面實現“生產實時化、過程自動化、現場可視化”基礎上，以市場經營為主導，油氣集輸經濟、高效和安全可靠為目標，以云計算、大數據、物聯網、移動互聯、人工智能等新一代信息技術為手段，建立油氣集輸業務智能化管控平臺，對油氣集輸業務實施全面智能感知、智能預判、先進控制、智能管控，實現管理協同化、分析模型化、決策科學化，全面實現油氣集輸業務智慧管理。

◇ 生產運行優化：通過建立數學模型分析，用現有的大量運行歷史數據，基于機器學習的方法，與傳統的物理仿真方法相結合，對站庫運行數據進行預測、分析和優化，使站庫運行的各類指標可以測算、跟蹤、預警、分析，實現全閉環優化管理。

◇ 工藝流程仿真模擬研究：利用大數據分析手段與虛擬現實等技術，實現工藝流程的動態及穩態模擬；同時，實現基于系統動態仿真的生產實時監控及預警。

◇ 設備全生命周期智能化管理：基于設備的監測數據及相關工藝、介質、潤滑、能耗、歷史檢維修信息、故障信息等數據，以設備模型、規則、案例、大數據算法等為技術支撐，開展設備在線運行分析、故障診斷與預測等業務模塊。

◇ 智能工地：采集維保、檢維修等施工過程中的關鍵數據，構成全生命周期數據庫。

◇ QHSE 智能管理：利用物聯網、大數據技術，分析隱患，識別風險，提高QHSE 本質安全管理能力，實現綜合預警，量化評估、全面感知、智能預警，協同決策、快速的響應，減少和拒絕安全事故發生。例如，三維應急演練、危險因素識別等。

◇ 虛擬現實培訓：采用虛擬現實技術，通過穿戴VR設備進行沉浸式的工廠漫游，可以對員工進行操作培訓、設備大修模擬、應急演練等功能的實現。該技術應用大大提高培訓質量和效率、可反復進行培訓及應急演練，降低培訓成本。

2 結束語

智能化站庫建設為油氣田油氣集輸業務提高勞動生產率、優化管理運行將帶來積極作用。智能化站庫建設是一個循序漸進的過程，必須層層推進，逐步完善各階段功能，否則反而會對油氣站庫安全運行、生產管理運行等帶來一定威脅。