数字化计量管控平台在炼化企业的建设与应用

刘胜军

中国石油化工股份有限公司天津分公司（天津 300270）

0 引言

当今世界，互联网、云计算、大数据等信息技术蓬勃发展，推动了制造业数字化、网络化、智能化发展进程。十三五期间，中国石化聚焦打造“智能工厂”核心，突出信息化建设的集中集成和深化应用，初步建成智能工厂应用框架，具备感知、预测、优化、协同的信息化能力，以信息化增强业务管理实效性，实现一体化运营。十四五期间聚焦打造“数字化工业生态”平台，以实现全面数字化转型为目标，利用“云、大、物、移、智、链”等先进技术，构建完善的智能化综合管控平台[1]。

炼化企业计量管理作为企业生产经营过程中重要环节，涉及计量器具选型配备、原料/油进厂、生产加工、节能降耗、产品出厂等各项内容，计量数据的及时性、准确性直接关系企业经济效益，起到“导航仪”“风向标”作用。为实现计量业务的高效管理，各炼化企业充分应用自动化、信息化技术，建立了计量管控平台[2]，实现了计量器具、检定/校准、人员、数据等全面管理，并结合智能工厂建设，创新管理模式，推动计量仪表、衡器智能化构建，有效提升了计量管控水平。

1 炼化企业计量管控平台总体架构

十三五期间，中国石化按照“集中集成，科学管理，创新驱动，协同智能”的方针，着力推进信息基础、生产运营、经营管理等三大平台建设和深化应用，创建数据资源中心（ODS 企业数据仓库），开展数据价值分析挖掘，打造全面数字智能工厂[3]。中国石化计量主管部门十分重视信息化与工业化的融合，统筹建设了计量管控平台，并颁布下发《中国石油化工集团公司炼化企业计量管理信息系统技术规范》，进一步规范标准化建设。

天津石化计量管控平台架构遵循总体架构（图1），并充分融合整体信息平台，同时应满足计量专业化、智能化管控发展目标，按照“1+N”架构开展企业计量管控平台建设。“1”即管理层计量综合管控平台，“N”即现场层计量仪表数采系统、仪表健康诊断系统、智能过衡系统、定量装车系统、检定系统等。在信息基础平台中重点应用先进传感器技术、通讯技术实现全面数字化基础信息采集，不断加强计量仪表、衡器、定量装车、检定/校准等各专业现场智能化技术研发及应用，降低用工成本，提高自动化水平。在网络层有线网络采集传输的基础上，充分应用无线传感网络、5G、工业云等技术，实现计量数据安全稳定传输。打破数据共享壁垒，通过ODS或计量数据仓库，为数据综合管控提供依据。充分应用大数据和智能化技术提高计量数据挖掘和分析能力，实现“数据资产”价值。在生产经营管理层，在现有计量管理信息系统中融合测量管理体系建设，实现资源、计量确认、测量过程、分析和改进等全过程综合管控。

图1 数字化计量管控平台架构

2 计量仪表数字化采集及智能化管控

2.1 计量仪表数字化采集

目前大部分计量仪表都具备RS485 通讯接口，RS485总线技术因具有可靠性高、结构简单、速度快等优点,被广泛应用于工业现场总线通讯。目前天津石化具有贸易交接及部际互供各种能源物料计量仪表376条回路，介质涵盖原油、天然气、成品油、水、电、汽、风等40 种[4]。各种计量仪表都通过应用RS485 总线技术借助有线或4G 无线通讯方式实现计量仪表数字化采集监控系统（图2）。

图2 计量仪表数字化采集结构图

应用4G 技术建立标准化计量仪表无线数据采集系统，实现远距离仪表的快速接入采集。现场端设置远传数采箱，配置支持VPDN（Virtual Private Dial Network 虚拟专有拨号网络）的4G 通讯DTU 模块，上位设置服务器及采集软件，实现采集与监控，并与有线采集系统实现无缝连接，形成有线+无线互补的采集模式。

2.2 计量仪表智能化管控

1）计量仪表健康监测智能化。目前部分计量仪表本身已具备智能化健康监测功能，可以实现零点、驱动增益、流速、声速、信噪比等关键运行参数自诊断（图3）。但大部分企业仍采用手操器现场逐台开展核查的模式。为此建设计量仪表智能诊断系统，借助工业网络，采集每台表200余个关键参数与报警信息，设置数据诊断监测模型[5]，实现将原来线下人工定期核查模式改为实时智能化健康体检。在准确率出现偏差时，通过颜色标记、信息提醒等手段及时反馈给相关人员。

图3 计量仪表智能化诊断功能图

2）计量仪表运维管控。对计量仪表的运行全生命周期在线维护和管理，并对计量仪表的选型、安装、巡检、检修、报警、远程协助等内容进行管理，自动生成月度运维分析报告。包括仪表设计选型资料、仪表报警、作业票管理、巡检管理、保养校验计划管理、检修记录管理、仪表技术攻关管理、运维单位技术支持、运维单位人员管理等。

3）计量仪表的集中管控。对全厂所有计量仪表进行实时集中管控，并体现物料进出厂计量数据动态平衡状态，自动生成月度计量数据分析报告。实现计量仪表数据从销售环节到财务结算环节全流程监控，并验证一致性，以保证计量数据为准确实时财务结算提供可靠数据；实现控制外购原料进厂损耗，并在计量数据动态平衡异常时，实现异常信息报警，提醒相关人员结算、管理中重点关注。

3 衡器智能化管控

3.1 公路发运

对所有收发货车辆进行全过程管理。针对公路运输，取消原IC 卡、二维码改用司机身份证作为现场提货凭证。司机持身份证办理入厂检查、车辆排队叫号、过磅装车、出厂检查。出厂后系统自动生成电子计量单，系统自动获取产品质检报告并支持预约单附加质检报告功能。

3.2 计量装卸车

以二代身份证为电子凭证，实现提送货业务流程和凭证的电子化管理。通过与地磅、定量装车等系统的集成，实现进出厂和装卸过程凭证流和数据流的自动化。

3.3 衡器智能化计量

每个现场衡器计量点通过车牌识别、视频监控、红外监控、语音指挥、车辆通行控制、通讯和数据管理等实现磅房的无人值守统一管理。通过装车和卸车不同的流程控制管理，实现产品的提货出厂、原材料进厂、特殊出厂（包括废催化剂、灰渣、废液等）及其他辅助材料进厂的衡器无人值守智能化计量[6]。同时能够实时监控衡器设备主要计量参数，零点和输出状况，统计显示各汽车衡过载、欠载情况、传感器运行状态，确保衡器运行正常。

4 计量器具全生命周期管控

为实现计量器具选型、配备管理、安装及验收管理、台帐管理、检定/校准计划管理、检定/校准管理、变更管理，在计量管控平台中建立了计量器具管理相应模块，实现计量器具全生命周期管理（图4）。

图4 器具及检定全过程管控

在开展现场检定时，通过优化现场计量器具检定原始记录生成模式，单独设立可以离线操作的客户机。检定人员携带该机器进入现场，直接录入检定原始记录。在回到实验室后，该机器联网可以自动将原始记录上传至服务器中，自动生成电子版检定/校准证书。这种模式极大地提高了检定效率，降低人工录入错误率[7]。同时在大修期间，通过优化系统操作流程，取消系统逐级审批环节以及纸质版证书打印，实行电子证书随时在线查阅。通过深化应用，极大提高了器具检定效率降低了证书打印纸张及耗材费用。

5 计量数据智能管控

计量数据智能管控包含原（油）料进厂数据管理与分析、产品出厂数据管理分析、部际互供数据管理、能源数据管理、环保数据管理、质量数据管理、定量包装管理等。实时监测从原料进厂到产品出厂全过程的计量数据和计量仪表状态[8]，及时准确地跟踪物流，发现过程中各个环节的损耗以及仪表问题，支撑企业生产管理和经营决策。

5.1 数据分析比对，异常信息报警

多角度建立数据比对分析模型，实现数据异常报警。包括：介质密度变化；流量计关键组态参数变化；相关工艺参数变化；车辆、船舶信息变化等。实现衡器与定量装车数据全过程在线比对管理，超差报警联动等。实现汽车衡实时在线远程诊断，包括传感器运行曲线等。

5.2 综合分析与应用

将进厂数据、出厂数据、器具数据等进行图形化展示。集成ERP 系统、物料管理、实时数据库、衡器数据库，实现数据集成和统一管理，供计量管理信息系统应用，并可为其他系统做数据支撑[9]。通过统计级计量大数据分析及应用，挖掘计量数据各要素的深链接关系，针对智能计量的要求，利用大数据技术对贸易进出厂、互供/关联交易等计量数据进行深入挖掘，通过对数据不同维度比较，并深入展开分析，发现数据问题，提升数据质量，为生产经营、压缩成本、节能降耗起到实时有效的作用[10]。实现与LIMS系统无缝集成。手机APP数据跟踪查询。

5.3 计量纠纷管理

记录计量贸易纠纷的争议事项，分析纠纷原因，记录处理结果。通过计量纠纷的事件记录，分析和处理，形成案例库，防止类似事件的发生，保证计量数据的准确性和公正性（图5）。

图5 计量数据全面管理流程图

6 应用效果

天津石化数字化计量管控平台的建设，进一步提高了企业计量数字化智能化管理水平。通过不断开展深化应用，在确保计量数据准确，避免经济效益损失，机器代人、把关创效等方面成效显著。

6.1 计量把关成效

通过开展计量仪表及衡器全面数字化采集，智能化诊断监测，及时排除生产经营过程中计量问题，避免了计量交接损失。2020年及时发现柴油表零漂问题，找补回柴油356.867 t。发现位号941 新鲜水比对超差，找补回新鲜水10 356 t。发现石脑油汽化问题，找补回石脑油1 445.590 t。共检出原油含水9 559.044 t。避免直接经济效益损失800 余万元。原油含水检出率82.854%，进厂天然气比对差率0.73%，管输柴油-0.025%，机场航煤比对差率-0.15%，新鲜水检测率97.5%；0.6 MPa氮气93.2%；氧气97.8%。实现了在2019年基础上比对差率再降低10%的目标。

6.2 智能化水平不断提升

随着公司规模的不断扩大，衡器运量逐年增加，2020年进出厂10.87 万车次，运量423.18 万t，同时衡器计量人员数量逐年减少。通过开展衡器集中与智能化建设，实现远程集中操作，减员增效目标。衡器操作人员由原来的41 人减至17 人。单车过衡时间由原来的3 min缩减至1 min。推进了机器代人进程。

6.3 计量检定创收

通过开展计量器具及检定全面数字化管控建设，规范了器具管理流程，提升检定自动化程度，实现现场记录与计算同时完成，检定结论得出时间减少到原来⅟3，检定效率提高了近5 倍，通过“一键导入”功能实现原始数据上传和证书打印。2020年，全年共完成21 167 台器具检定，实现创收510.30万元。

7 结束语

通过各系统不断完善提升，深化应用，实现了计量仪表、衡器全面数字化采集与智能化诊断监测，提高了自动化水平，推进了机器代人进程，解决了减员给企业发展带来的压力问题。同时结合大数据建模，实现计量数据智能化管控，有效避免了计量交接损失。数字化计量符合中国石化十四五期间聚焦打造“数字化工业生态”平台目标要求，后期将继续大力推进计量专业智慧感知、智能管控、大数据分析等建设应用，进一步提升数字化智能化管控水平。