基于三维模型的LNG 接收站完整性管理平台分析

庄天天

（中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028）

随着LNG 接收站智能化和设备设施完整性管理的需求不断增多，LNG 接收站对于设备运行稳定、服务质量提升、运行成本降低等方面有了更高的要求。我们在新建LNG 接收站工程建设期就针对完整性管理需求，开发了一套基于三维模型的LNG 接收站完整性管理平台，采用三维可视化等技术，通过数字化交付的成果，结合现场实际数据，实现LNG 接收站的完整性管理，并支持扩展上层应用。

1.LNG 接收站完整性管理平台需求分析

LNG 接收站完整性管理的实质是低成本（有效分配维护资源、避免巨额事故赔偿、超龄资产“延寿”）维护系统安全可靠运行为目标，基于多种技术工具要素整合、集成后的管理体系，在企业内部以常规持续实施的项目方式运作[1]。

LNG 接收站设备设施种类繁多，其使用环境及设备设施种类与其他油气输送站场有所区别，主要包括LNG 储罐、BOG压缩机、高压泵、低压泵、海水泵、卸料臂、SCV（浸没燃烧式气化器）、ORV（开架式气化器）、低温阀门等。LNG 储罐是接收站最重要的设备设施，虽然其免于维护的特点决定了不适合完全采用预防性的周期性检修模式，但是针对LNG 储罐建立完整性评价方法对于延长使用寿命还是很有意义的[2]。LNG 储罐的完整性评价方法是以风险管理为核心的模式，其完整性评价技术是以LNG 储罐本体及其附属设施的风险评估为核心，结合配套专业（如机械、仪控、电、消防等）提出的评价方法，综合评定LNG 储罐系统的完整性状态，按失效可能性选择检测方法和运营策略，按风险大小确定日常维护、监测的重点，实现LNG 储罐系统安全可靠地长周期运行。

实现LNG 接收站的完整性评价需要一整套技术标准和基础数据库的支持，并将监控、检测技术、适用性评价甚至应急抢险维修模拟仿真技术融入日常管理和定期评价过程中，建立三维的储罐模型，将空间信息与属性信息纳入接收站完整性管理，深入到流程单元和设备部件的层次，结合适用的监测和检测评价技术，将风险值直接明确到流程单元和部件，智能化的形成维修工单或减缓风险的措施，最终落实到有针对性的维护管理工作上。基于三维模型的LNG 接收站完整性管理能解决如下问题[3]：

一是信息查找困难。在生产运营过程中，经常需要查询设备位置及属性信息、运行状态信息、相关图纸资料等不同维度的数据。这些数据往往都存在于不同的系统中，没有建立关联关系，依靠人工需要在多个系统中切换查询与核实数据，耗费巨大人力物力且容易出错。基于三维模型的LNG 接收站完整性管理在工程建设期就将三维模型、设计图纸、厂家资料、施工数据等所有相关数据挂接设备位号进行整合，并且提供数据的接口，后期使用过程中数据能被直接调用，保证信息查找的效率和准确性。

二是设备定位困难。以往采用图纸或者结构化数据分析设备的结构以及制定维修方案，因为很难清晰描述设备的位置关系和状态信息，难免造成工作沟通困难，施工方案不够细致等问题，通过三维可视化模型可以准确定位设备、阀门、仪表、管道等位置，便于快速定位以及确定上下游设备设施之间的关系。

三是检维修比较被动。以往检维修一般采用巡检发现问题或者对设备设施定期进行保养维修，许多信息分散在班组或者个人手中，难以实现信息的共享和交互，采用基于三维模型的LNG 接收站完整性管理能利用可视化的设备定位与提醒，把以往被动的设备检维修变为主动式的、基于消减风险为目标的检维修方式。

2.完整性管理平台系统架构

完整性管理平台系统架构如图1 所示：

图1 基于三维模型的LNG 接收站完整性管理平台系统架构图

完整性管理平台整合项目管理过程中设计、采办、施工各阶段的信息数据，并进行深入挖掘和关联，与项目建设同步进行三维模型搭建，机械完工时形成完整的三维可视化平台并标识关键部位的质量基线，然后在此三维可视化平台基础上，集成危险源管理、风险评价、检维修计划制定、效能评价、知识库等功能并交付业主，辅助业主生产运营，形成关键部位识别、风险评价、检维修、效能评价的闭环。

底层为模型数据源。在工程建设阶段由EPC 方负责采集设计、采办、施工等数据向业主进行数字化交付汇总进入接收站工程信息数据库，同时确立储罐的缺陷基线。在生产运营期，该数据库采集接收站的运行、检验、维护数据，汇总进工程信息数据库作为基础数据。模型数据源是一个科学的数据管理模型，能够将数据有效归纳、整合，同时保障数据的真实性和有效性，在整个数据采集过程中，应及时采集隐蔽工程等无法复测的数据。

中层为数字化接收站。通过科学划分设备层次结构，对数字化接收站进行分解，原则上三维模型的最小颗粒度为接收站的可维护单元，并利用三维模型对数字化接收站进行直观展示并关联数据，实现数据的可视化，同时对于工艺流程、应急管理等流程支持在三维模型上进行流程的模拟化[4]。

上层业务应用。平台集成了RBI、SIL、RCM 等完整性检测和评估工具，通过抽取底层模型数据源提供的数据，按照业务需要进行综合分析，为生产运营及设备检维修提供决策依据，通过预防性维修降低LNG 接收站在全生命周期上的维护成本，同时通过周期性的效能评价不断优化完整性检测的实施方案，从而实现LNG 接收站的完整性管理。

3.完整性管理功能分析

3.1 风险评估

风险评估是利用丰富的数据信息，研究可能引起LNG 储罐等设备设施退化和失效的损伤机理，识别设备设施运行中的危险有害因素，并结合工艺参数、设计条件、损伤情况、检测历史、综合评判设备设施运行风险的一种有效手段。风险评估作为接收站完整性管理中的核心技术，为采取措施减缓风险提供直接依据。风险评估一般采用定性或定量评价法[5]。LNG 接收站完整性管理平台对接收站的风险管理分为工程建设期和在生产运营期两个阶段。在工程建设期，对分部分项工程在施工前进行风险评估与管理，减少施工期产生的缺陷，最终提高接收站建设完工后的质量基线；在生产运营期，平台集成了专业的风险分析软件，对失效概率和后果进行定量/半定量化的形式进行计算，失效概率采用国外成熟的失效概率数据库，最终计算绘制出风险矩阵，从而对那些处于高后果高概率区的风险点制定风险消减措施，再进行重新评估。同时基于三维模型，将高风险点在三维模型上进行高亮显示，并建立提醒，使整个接收站的风险态势借助三维模型可以直观地快速掌握。

3.2 检维修与预防性维护

完整性管理平台实现设备的检维修管理，包括检维修记录的管理、检维修计划管理与检维修报警提醒，同时支持将检维修记录、检维修任务与三维实体进行关联存储与管理。基于三维模型，平台将高风险点形成维修作业点，作为对设备设施、仪器仪表的每个检查点、维护点或保养点的标记。通过设置作业点，对应关联作业工单、作业提醒、作业指导、作业记录、作业人员、作业周期及作业追溯分析等。

3.3 效能评价

效能评价模块通过设定KPI 指标，主要包括平均无故障时间、平均泄漏时间、平均维修时间、设备数据收集率、设备风险评估完成率、设备检修计划完成率、设备故障率等，综合统计分析完整性管理的实施效果。通过建立泄漏与燃爆事故数据库，统计各类泄漏与燃爆事故频率、原因及后果大小、解决方案，形成LNG 储罐的安全生产维护经验库，将管理经验快速复制。

4.建议与展望

基于三维模型的LNG 接收站完整性管理是站在接收站全生命周期管理的角度开展各项管理活动。该平台一般都由工程建设方在接收站工程建设期配套开发完成。为了更好地服务于生产运营期，从业主使用的角度考虑，还需要完善以下三个方面：一是模型轻量化。设计人员在设计阶段通过三维设计工具建立的三维模型，通常因为数据量大，数据格式难以解析，模型不便于修改，模型打开速度很慢等因素不利于生产运营期使用，因此完整性管理平台应支持对设计阶段原始三维模型的轻量化，对其进行高压缩处理，在不丢失原始模型图形、材质和属性的基础上，优化三维模型数据，完成模型的过渡与交付。基于三维模型的LNG 接收站完整性管理平台计划在未来的升级版本中支持PDMS、Smart Plant 3D 等常用流程行业设计软件的模型、数据集成，支持Solid Works 等离散行业及建筑行业三维设计软件的模型、数据集成。二是工厂对象。工厂对象清单和每个工厂对象的对应分类决定了数字化交付的具体内容，确定工厂对象清单和分类是开展数据和资料交付工作的前提。在平台中，必须具备面向工厂对象的位号管理功能，建立位号与相关图纸、文档、数据表等信息之间的关联关系，将施工数据挂接在三维模型中，方便用户对于数据更加直观地查询与管理。三是上层应用。基于LNG 接收站三维模型与信息数据库，整个数字化接收站可以根据业主需求快速开发上层应用，例如三维应急管理、隐患管理、可视化培训等，利用三维模型与关联数据能快速定位隐患点，模拟应急流程，对设备进行拆解培训，有利于业主在一个平台上协同工作。