流程工业智能工厂典型案例分析

中国石化是一体化能源化工公司，业务包括油气勘探开发、石油炼制和油品销售、化工产品生产和销售、石油和炼化工程服务、国际贸易以及科技研发、开拓新能源及非油业务等领域，是中国最大的成品油和石化产品供应商，世界第二大炼油生产商，世界第四大乙烯生产商，加油站总数位居世界第二。在2012年《财富》世界500强中，中国石化排名第5位。

中国石化将“建设世界一流能源化工公司”作为发展目标，确定在原有资源战略、市场战略、一体化战略、国际化战略的基础上新增差异化战略和绿色低碳战略，更加强调充分发挥独特竞争优势，更加强调走新型工业化道路，建设资源节约型、环境友好型企业。

《中国石化“十二五”信息化规划》明确提出建设智能工厂，选择2～3家炼化企业，开展智能工厂试点建设，强化企业集中集成、业务协同、预测预警、科学决策能力，实现工厂运营的自动化、数字化、可视化、模型化和集成化，为建成世界一流能源化工公司的发展愿景提供支撑^[2]。

中国石化的信息化举措包括（见图13.4）：①建立了以ERP为核心的经营管理平台、以生产执行系统（MES）为核心的生产营运平台以及信息基础设施与运维平台；②建立了信息化的组织体系、运维支持体系、标准化体系和考评体系，制定了较完善的信息化管理制度，形成了一支5 000余人的信息化专业队伍；③开展了ERP应用达标、典型企业培养、技能竞赛等信息化“比学赶帮超”活动，公司上上下下信息化意识显著增强，信息化工作积极性大为提高。

图13.4　中国石化智能工厂建设蓝图

中国石化智能工厂建设的主要内容包括以下4个方面。

（1）全厂计划调度一体化。全厂自上而下地实现了对综合生产指标、全流程运行指标、过程运行控制指标、控制系统设定值过程的自适应的分解与调整，以满足市场需求和生产工况的频繁变化。中国石化在产品质量、安全管控和能源产耗等约束条件下还研发了计划调整的多周期优化分解方法，以满足计划和调度的协同。此外，中国石化基于现场实际运行参数来模拟生产过程中的各种不确定事件，建立仿真系统来评估不同优化方案，并建立了面向多目标的综合评价体系（见图13.5、图13.6）。

图13.5　中国石化计划调度一体化系统

图13.6　中国石化计划和调度一体化建设项目

（2）能源管理。通过实施能源管理实现能流的全流程、全工质、全口径、全过程的线上闭环管理，做到供需有计划、产耗要透明、过程能跟踪、评价常态化。通过建立和运用能源模型，支撑最经济的产能和用能模式，在保障能源供给和生产安全的条件下，能源生产成本最低，蒸汽、水等能源工质最优化利用和最少损耗。此外，通过能源管理还能够获取和对标主要耗能装置的能耗，为节能工作提供改进方向。

实施能源管理的主要工作包括（见图13.7）：①全过程能流管理——对装置、公用工程等进出能源量及能流移动进行管理；②能源优化评价——为装置、设备等耗能进行对标管理；③用能指导——考核节能指标，为装置能源优化运行提供指导；④能源介质管理——保障能源介质的合理、经济、安全、稳定运行。

图13.7　中国石化智能工厂能源管理建设项目(www.xing528.com)

（3）装置过程实时优化。中国石化装置过程实时优化的目标是将过程优化的应用范围从单装置进一步扩大到全厂的生产过程，同时由开环优化走向闭环优化，提高常规自动化的投用率，利用APC解决设定值下装置的平稳操作问题，通过实时优化（RTO）保证各个设定值成为最佳工艺条件并获得最大化经济效益。除此之外，还需对原油调和与成品油调和过程进行优化，稳定物性，满足加工和产品出厂需求（见图13.8、图13.9）。

（4）实时与周期相结合的安全过程管控。中国石化的安全过程建设主要依靠MES实时报警事件和工况监测数据，结合异常工况智能分析与预警技术，实现对设备、单元、装置的安全运行状态监测与预警，并为其安全运行提供实时操作指导。通过建立风险注册数据库和根原因分析模型，并将实时异常工况响应与周期性安全评估相结合，调查者能够发现事故的主要原因，并给出防控措施和实施计划。此外，石化智能工厂还将物联网技术应用到石化安全过程管控领域，实现巡检作业智能化，识别危险区域的人员和环境安全状态，并辅助指导工厂维修和维护任务（见图13.10、图13.11）。

图13.8　装置过程实时优化系统架构

图13.9　中国石化装置过程实时优化建设项目

图13.10　安全过程管控体系

图13.11　中国石化安全过程管控建设项目

（5）基于知识和模型库的全流程智能分析。中国石化通过建立石化行业知识库，固化操作规则和经验，实现流程知识的共享，并在经营与生产数据集成的基础上，围绕生产、运营、能源、设备、质量等各个主题，构建了面向主题的智能分析平台。智能分析平台能够将工艺和业务知识与数据挖掘的方法相结合，将数据和信息转化为指导生产和运营的辅助决策知识，形成主题化分析应用，从而优化过程运行（见图13.12）。

图13.12　全流程智能分析系统结构

【注释】

[1]引自http：//www.meb.com.cn/news/2013_06/17/2191.shtml。

[2]引自http：//www.emanu.cn/article/tagname/9275。