基于三维模型装置大检修的创新与实践

丁剑博 冯恒东

(中国石油兰州石化公司自动化研究院,兰州 730060)

流程工业的数字化工厂技术研究和系统建设已越来越多地受到国内各大炼化企业的重视，部分炼化企业已经开始试点建设。中国石油兰州石化公司2013年实施了“数字化工厂研究与试点应用”项目，系统构建了与现实装置完全一致的550万t/a常减压三维虚拟装置和兰州石化数字化工厂平台，并集成了生产执行系统(MES)、设备管理平台(EAM)、实验室化验分析系统(LIMS)、高清视频、地下管网及文档管理系统(EDMS)等，建立了与生产、设备和安全相关的重点系统数据。深化应用数字化工厂系统，研究基于三维数字化工厂的管理模式，使之为生产管理发挥强大的支撑作用显得尤为重要。

目前，550万t/a常减压三维虚拟装置进行了建设投产以来的第一次大检修，其存在现场情况复杂、检修检测范围广、涉及部门众多、组织管理复杂、工作量测算困难及检维修各类数据科学管理等问题。以“数字化工厂研究与试点应用”项目上线为契机，探索大检修的规划、调度、技术交底、三维检维修方案和数据处理，并形成配套的管理模板，建立大检修全生命周期知识数据库，从而规范大检修管理流程，节省人力和物力资源，提高工作效率和大检修的整体质量水平，以确保装置安全稳定运行。

1 实施方案与可行性分析①

了解先进的数字化工厂三维虚拟环境，评估中国石油兰州石化公司大检修的管理现状，找出目前大检修管理存在的问题，确定大检修管理的改进目标，并分析研究出一套最适合该公司大检修管理的管理体系。

1.1 检修方案制定

大检修内容复杂、成本昂贵且工作项目众多，需要工厂(检维修、检测、安全和生产)及厂外(承包商和监管部门)等多个部门的协调合作。数字化工厂的三维虚拟模型和可视化的清晰详细说明与指导减少了作业准备时间，消除了返工，从而降低了大检修所耗工时和生产时间损失。数字化工厂在大检修计划、技术交底、检修现场调度及检修方案等方面实现了可视化管理，其中，数字化工厂可视化工程的两个应用方案如图1所示。

数字化工厂不仅集成了现场的真实空间数据，而且还集成了EAM信息、EDMS非结构化信息及设备相关的图纸资料等。因此，以数字化工厂为平台进行大检修计划的准备工作，了解设备环境、上下游关系、目前现状、平时运行状态、设备检测时间、设备的隐患、检维修记录及设备的设计资料等，可快速准确地制定大检修计划[1]。

1.2 技术交底

确定大检修范围。在数字化工厂中以直观、三维方式定义大检修的设备范围：高亮、特殊颜色显示需要检修的设备；标签注明检修的内容；标签明确检修的位置；查阅设备隐患台帐，或直接搜索并标注隐患设备，确定待检修设备；搜索并标注到期检验时间和到期维护设备清单；根据日常工作的特殊设备标注直接获取待检修设备等。

a. 脚手架搭建方案 b. 吊车配置方案图1 数字化工厂可视化工程应用

生成技术交底知识视图。在数字化工厂平台上，可以将需要检维修的设备或周边环境存成单独的知识视图，对照检修计划沟通协调，直接查阅各种图纸和资料信息，并打印知识视图，实现三维技术交底。

三维技术交底。检修计划制定并审核通过后，需要由车间技术人员与承包商进行技术交底。在数字化工厂平台上，双方可以坐在办公室直接查看装置设备的三维模型与全景视图，对照检修计划沟通协调。打印检修计划的三维图，车间技术人员与承包商可以在现场对照检修计划三维视图，更加清晰地确认检修内容与注意事项。承包商可以在三维数字化工厂中直接通过EAM或EDMS获取检修设备的全部图纸资料及历史检修信息等[2]。

通过可视化的技术交底，使大检修承包商与车间技术人员更加清晰、快捷地达到技术交底的目的，避免了误解。而传统的技术交底方式往往容易产生误解，导致检修方案与计划不一致，从而影响检修质量与进度。

1.3 检修规划

获取大检修材料清单。通过EDMS和EAM集成，直接获取关联设备的图纸资料，并查阅设备的零部件清单、规格型号及材料清单等，形成大检修设备的详细计划。

清晰检修计划。对于需要详细说明的设备检修计划，可以以三维知识视图的方式说明检修的范围，标注检修的内容。

三维方式规划检修现场部署。大检修的统筹安排调度是大检修的重点与难点，多支检修队伍同时进厂工作，现场脚手架搭建、吊车进出、作业及检修材料的摆放等均需要合理的安排和科学的调度。传统方式是由相关人员凭经验进行调度安排，不仅难度大，而且易出差错。

数字化工厂以三维方式展现大检修的现场部署，将装置存成大检修知识视图，在视图上直接测量尺寸，规划吊车位置，标记检修设备，以三维立体方式协助检修调度人员进行现场的规划，实现大检修任务调度的最优化，从而确保检修的合理安排并节约检修时间[3]。图1所示为装置大检修的模拟知识视图，大检修指挥调度人员从图中可以清晰地了解当天检修现场的作业情况，合理调度、安排检修的顺序。

2 三维模型的使用

2.1 换热器的吊装

大检修的主要工作之一是要对换热器进行抽芯清洗，但是部分冷换设备因设计原因，有立柱、斜撑、管线、仪表线及消防栓等障碍物阻挡，影响拆除螺栓、吊装头盖及抽芯等检修工作的正常进行。传统的检修费用预决算对这部分工作费用计算比较粗放，在空间比较狭小的地方对于换热器能否移出难以做出快速准确地判断。通过使用数字化工厂可以对换热器能否移出做出模拟，由于数字化工厂的建模精度在±2mm左右，以此为依据可以快速准确地判断此类换热器能否移出。此次550万t/a常减压装置大检修需要进行抽芯清洗的换热器共99台，通过使用数字化工厂做检修方案，发现有33台换热器被遮挡无法抽出，如图1右上所示。因此，数字化工厂为提高检修质量和效率提供了有效的技术支撑。

2.2 吊车的使用

在数字化工厂中对所有需要吊装的设备进行了吊装模拟，发现吊车预定占位存在重要地下管路，及时通知吊装单位将吊车路基板增大，避免了吊装时对地下管网的破坏。在核对空冷吊装方案时，发现预定的200t吊车根本无法将设备吊出，经模拟推翻了原方案，新制定了400t吊车方案。在数字化工厂中事先对吊车进厂路线、占位、臂长及仰角等参数进行模拟和优化，确保所有吊装方案的准确无误，使吊车移位次数最少，保证了吊装的安全和高效。

以数字化工厂为工作平台进行大检修工作，可以使工厂各部门管理人员、现场技术人员与承包商之间的交流可视化，并可以直接在三维模型上进行检修计划制定、审核、技术交底和工程决算，实现无缺陷大修和零返工，节省大检修费用7%以上，确保了工厂的运行安全[4]。

3 结束语

中国石油兰州石化公司通过大检修管理搭建了大检修知识库，包括全面设备信息，为提高全装置设备的资产管理水平提供了依据，同时在安全方面也有很大的提升。数字化工厂项目在国内属于比较前沿的领域，通过这次项目的实施，为下一步的推广并提升应用水平奠定了坚实的基础。