油气田油气集输智能化站库发展模式探讨

窦 强，范振业

（1.山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000；2.中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257000）

0 引言

油气田滚动开发后期，受开发难度、员工老龄化、生产运行成本升高等影响，如何提高劳动生产率、优化管理运行成为企业面临的一大难题。近几年来，大多数油气田开展信息化建设，通过数据采集、视频监控等技术实现对井场、计量站等小型场站的远程监控，给优化岗位用工带来积极作用。但油气集输站库仅仅通过数据采集、视频监控根本无法达到进一步提高劳动生产率的目的。以某油田油气集输为例，主要站库包括原油库、中间输油站、天然气处理站等。通过信息化建设，各油气站库均实现了压力、液位等关键参数的采集、报警与控制；重点区域、重点设备实现了视频监控；生产运行管理实现了内操+外操管理模式，减少了一定数量生产运行人员。但由于油气站库存在工艺流程复杂，正常流程切换、紧急状态切断等手动操作环节较多，无法进一步优化外操人员数量。如何通过智能化站库建设，提高劳动生产率、优化管理运行成为紧迫问题。

1 发展模式

智能化站库应按照分步实施、层层推进方式，按照智能化站库1.0+、智能化站库2.0、智能化站库3.0、智能化站库4.0 发展模式，全力打造智能化站库，构建智能化管理平台，才能提高油气集输业务劳动生产率，优化油气集输业务管理运行。

1.1 智能化站库1.0+

充分利用油气站库信息化建设取得的成果，通过信息化提升改造，实现“集中监控、远程操作、异常停车保护”，在站库中控室实现生产信息全面感知和远程操控，为建设少人值守、无现场操作、本质安全站库提供技术支持，使油气站库生产运行岗位人员达到每班4 人目标。

◇ 自动化改造：包括流程本质安全，即对油气站库进行HAZOP 及SIL 分析，优化工艺流程，完善参数采集报警控制等，必要时建设安全仪表系统，提高工艺流程的本质安全[1,2]；设备本质安全，即对重要机泵实现状态监测，发生超温、振动等异常工况时能自动报警、停车保护等；远程操控，即现场操作频繁或需紧急切换流程的阀门、动设备实现控制室远程操控，以此减少现场操作人员；调节控制，对产品质量、产量、效率具有直接影响的工艺参数实现自动调节控制实时追踪目标值，例如根据产品质量需求实时调节阀门的开度；根据节能需求实现电机变频控制等。

◇ 可视化改造：油气站库内增加视频监控点，达到重要塔类、储罐、机泵实现一对一现场可视化；对其他设施实现区域无死角可视化目标。

◇ 网络可靠性改造：油气站库内部网络能够实现办公、工控、视频三网独立，站内控制网络实现冗余或环网运行。

1.2 智能化站库2.0

充分利用油气站库在智能化站库1.0 阶段取得完善的信息化成果，通过厂级调控中心至站库可靠、安全的网络通信系统及SCADA 系统建设，实现厂级调控中心生产信息全面感知、统一调度操作；油气站库实现“有人值守巡视、无人操作、通信故障干预操作”的管理模式；使油气站库生产运行岗位人员达到每班2 人目标。

◇ 调控中心SCADA 系统建设：在厂级调控中心建设完善的SCADA 系统，对各油气站库实施远距离的数据采集、监视控制、安全保护和统一调度管理。调控中心可向各站控系统发出调度指令，由站控系统完成控制。全厂实现调度中心控制级、站场控制级和就地控制级的三级控制方式[3]。第一级为中心控制级：对所有站库进行远程监控，实行统一调度管理。在正常情况下，由调控中心对各站库进行监视和控制。各站库控制无须人工干预，各油气站库的站控系统在调控中心的统一指挥下完成各自的工作。第二级为站场控制级：在各站库通过站控系统对站内工艺变量及设备运行状态进行数据采集、监视控制及联锁保护。站场控制级的控制权限由调控中心设定，经调控中心授权后，才允许操作人员通过站控系统对各站进行授权范围内的操作。当通信系统发生故障或系统检修时，用站控系统实现对各站的监视与控制。第三级为就地控制级：就地控制系统对工艺单体或设备进行手/自动就地控制。当进行设备检修或紧急切断时，可采用就地控制方式。站场运行工艺控制、流程及设备操作采用SCADA 系统集中管控，通过实现站场自动逻辑控制、报警管理、ESD 关断和事故处理，实现远程设备诊断，降低人为原因产生的操作不确定性或不安全因素，提高站场的管理水平。

◇ 视频联动控制改造：在厂级调控中心实现集中监控后，大量的视频信息无法使监控人员对各路视频都能实时跟踪，同时站库值守人员减少，会使发现人员闯入、闯入追踪等工作造成一定难度。通过对视频监控系统进行闯入报警、视频追踪、报警事件联动控制功能扩展，在发生闯入等异常情况时能自动显示相应视频画面；能通过人脸识别等技术实时图像跟踪人员位置；现场发生工艺报警事件时，能及时联动相应摄像头进行图像显示。

◇ 安全可靠的网络通信系统保障：实现调控中心集中监控，可靠、安全的网络通信系统是基础，各油气站库至厂级调控中心需建设冗余通信信道及网络安全设备。

1.3 智能化站库3.0

在实现厂级调控中心对各油气站库实现远程监视、统一调度操控基础上，通过对各油气站库系统进行自动控制系统可靠性改造、智能化巡检建设，实行区域化管理，油气站库实现“无人值守、定期巡视、区域维保管理”模式，使油气站库生产运行岗位人员达到零固定人员目标。日常生产指挥上，划分为 2 个层级，即总厂调控中心和作业区。总厂调控中心作为生产监控指挥的中心枢纽，负责日常生产监控、生产流程切换操作、工艺调整、故障或应急状况下生产指挥，下达调度令并监督执行。作业区负责应急状况下或调控操作失效状况下的生产操作。

◇ 自动控制系统可靠性改造：工艺设计允许自动切换或考虑充分设计余量，当故障发生时可自动进行事故处理或为人员赶赴现场争取充足的时间；站控系统通过重要硬件冗余配置提高可靠性，重要回路仪表通过2oo3、多块仪表偏差报警提高可靠性；现场仪表设备设置在线远程诊断功能，建设设备管理及诊断系统；对报警信息进行有效的优化管理，设置高级报警管理系统，防止报警泛滥，实现有效报警；工控系统网络设置网络安全审计系统、堡垒机、主机防护软件、入侵检测设备、网络隔离设备和网络安全管控平台，及时发现、报告并处理网络攻击或异常行为，有效地保护站场工控网络安全；建设通信链路状态诊断自动切换、控制器自诊断等完善的故障诊断系统等。

◇ 智能巡检系统建设：完善视频联动功能，实现全站的自控、视频、安防系统联动与数据融合，达到智能视频的目标；利用图像识别技术，通过视频监控系统自动读取关键参数的就地表指示、阀门开关、手自动状态等，实现智能抄表；视频巡检，可以指定巡检路线及路线中包含的巡检点画面信息，视频信息按照视频巡检类别进行保存，方便操作员进行分类历史巡检信息查询；通过视频、红外热成像以及激光扫描式可燃气体检测技术，识别火焰、跑冒滴漏、设备超温、阀门卡堵、法兰腐蚀、保温层脱落和微小泄漏等，实现危险及隐患智能识别；为定期巡检人员配备有智能巡检软件的一体化智能终端，将通讯、定位、签到与采集分析合为一体，提高单次巡检的效率和效果[4]；站场设置智能巡检机器人可实现定期自动检测站场设备的状态信息、气体泄漏检测、风险智能识别，能够在减轻运维人员的工作负担和安全风险的基础上，提升巡检频次和巡检质量。

1.4 智能化站库4.0

在全面实现“生产实时化、过程自动化、现场可视化”基础上，以市场经营为主导，油气集输经济、高效和安全可靠为目标，以云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等新一代信息技术为手段，建立油气集输业务智能化管控平台，对油气集输业务实施全面智能感知、智能预判、先进控制、智能管控，实现管理协同化、分析模型化、决策科学化，全面实现油气集输业务智慧管理。

◇ 生产运行优化：通过建立数学模型分析，用现有的大量运行历史数据，基于机器学习的方法，与传统的物理仿真方法相结合，对站库运行数据进行预测、分析和优化，使站库运行的各类指标可以测算、跟踪、预警、分析，实现全闭环优化管理。

◇ 工艺流程仿真模拟研究：利用大数据分析手段与虚拟现实等技术，实现工艺流程的动态及稳态模拟；同时，实现基于系统动态仿真的生产实时监控及预警。

◇ 设备全生命周期智能化管理：基于设备的监测数据及相关工艺、介质、润滑、能耗、历史检维修信息、故障信息等数据，以设备模型、规则、案例、大数据算法等为技术支撑，开展设备在线运行分析、故障诊断与预测等业务模块。

◇ 智能工地：采集维保、检维修等施工过程中的关键数据，构成全生命周期数据库。

◇ QHSE 智能管理：利用物联网、大数据技术，分析隐患，识别风险，提高QHSE 本质安全管理能力，实现综合预警，量化评估、全面感知、智能预警，协同决策、快速的响应，减少和拒绝安全事故发生。例如，三维应急演练、危险因素识别等。

◇ 虚拟现实培训：采用虚拟现实技术，通过穿戴VR设备进行沉浸式的工厂漫游，可以对员工进行操作培训、设备大修模拟、应急演练等功能的实现。该技术应用大大提高培训质量和效率、可反复进行培训及应急演练，降低培训成本。

2 结束语

智能化站库建设为油气田油气集输业务提高劳动生产率、优化管理运行将带来积极作用。智能化站库建设是一个循序渐进的过程，必须层层推进，逐步完善各阶段功能，否则反而会对油气站库安全运行、生产管理运行等带来一定威胁。