基于工业互联网的石化企业腐蚀管理系统的研究与建设

徐豪杰 胡 伟 崔振伟 田 欣

（1. 中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司，新疆 克拉玛依 833600；2. 昆仑数智科技有限责任公司，北京 100007）

0 引言

腐蚀无处不在，是世界各国共同面临的问题，被人们称为金属的癌症。据《我国腐蚀状况及控制战略研究》重大咨询项目研究表明，2014年我国的腐蚀总成本约占当年GDP的3.34%，总额超过2万1千亿元人民币，相当于每个中国人当年承担1555多元的腐蚀成本[1]。在石油化工企业中，腐蚀造成的损失所占比例更大。其原因在于：目前世界上工业设备的绝大部分是钢铁所构成的，而石化化工生产设备、储罐、厂房都是在易于生锈的大气中使用，因而腐蚀是难以避免的[1-3]，某生产装置腐蚀形貌如图1所示。

图1 石化企业生产装置腐蚀形貌

随着现代腐蚀科学技术的迅速发展，新的防腐蚀技术不断涌现，加上我国腐蚀科学知识的不断普及，进一步把已取得的成熟的防腐蚀科学技术在各个领域进行推广应用，不仅对我国现代化建设发展意义深远，而且还将成为节约能源，保护资源，减少污染，减少灾害隐患，提高社会、经济和环境效益的有效途径之一[1-3]。

本文提出的腐蚀管理系统通过结合企业现有多种腐蚀监检测手段及监测数据，利用信息技术对企业防腐管理制度进行有效、完整的体现，助力防腐管理水平的提升，是石化企业防腐管理工作的重要组成部分，通过实施该系统将有助于提高企业防腐管理工作效率，有效融合腐蚀监测数据提升数据价值，进一步保障企业生产装置安全平稳运行。

1 石化企业腐蚀管理现状分析

石化企业受原油劣质化影响，设备腐蚀持续加重，生产装置长期稳定运行受到了严重威胁。为了有效控制因腐蚀而造成的安全隐患、事故，石化企业多措并举，包括完善防腐管理制度、增加监检测点位、建设腐蚀监测系统等一系列措施，以促进提升腐蚀管理水平而有效管控腐蚀风险。随着企业腐蚀管理信息化应用水平提升，仍存在一些问题：

1.1 数据标准不统一，利用率不高

企业内部存在多厂家腐蚀监测设备和系统，数据采集、传输、存储标准不一致，造成数据无法集中统一管控，利用率较低，未最大化发挥数据价值。

1.2 防腐管理制度未完整、高效与信息系统进行结合

腐蚀管理制度的建立是开展腐蚀管理工作的重要保障，信息系统是助力企业提升管理水平的重要手段，在石化企业中两者仍缺乏高效有机的融合，腐蚀管理系统未能完整、高效将制度要求内容进行体现贯彻。

1.3 腐蚀失效案例库亟待建立

材料的腐蚀问题不是偶然发生或单独发生的，它往往具有普遍性和继发性。同类设备或相似服役条件下设备的腐蚀事故往往对于其他设备的腐蚀管理具有重要的指导意义。调研发现，目前大多数组织缺乏对腐蚀防护经验教训的及时总结与持续迭代，使腐蚀失效案例仅仅成为设备全寿命周期内的一次孤立事故[1]。

1.4 已建信息系统可扩展性差

随着信息技术的日新月异，石化企业已建信息系统技术和架构落后，在工业互联网和信息安全大背景下，已建平台的技术、架构与当前信息技术发展存在一定差距。

2 腐蚀管理系统设计及实现

在新一代工业革命和信息技术发展日新月异背景下，工业互联网的提出和应用已成为先进制造业数字化转型、智能化发展的重要基石，是建立工业新业态、实现智能制造的关键支撑，因此基于工业互联网架构对信息系统进行规划、设计和建设是先进制造业的必经之路[4,5]。

2.1 系统总体架构

本系统基于工业互联网平台架构，采用“Ant Design+微服务”的前后端技术和Mysql数据库技术进行建设。

基于工业互联网平台构建网络、平台、安全三大功能体系，从而打造人、机、物全面互联的腐蚀管理系统，如图2所示的系统架构由设备与设施层、边缘层、资源层、PAAS层、应用层和展现层，以及贯穿六层的信息化标准与规范体系和网络安全与工控安全防护体系构成[4-7]。

图2 基于工业互联网平台的系统总体架构

企业在物联网层级通过配套部署智能传感器为前端监控对象赋能，实现监控对象被动感知，在资源层（IAAS层）部署的PAAS平台上部署安装本系统应用。

依托企业现有系统数据，通过接入工艺操作、介质监测、介质化验分析、腐蚀速率、管道壁厚、设备台账及参数信息等数据，实现静设备基础信息、腐蚀监测、腐蚀决策支持、腐蚀综合管理等功能的信息化、数字化、网络化、智能化，系统集成架构如图3所示。

图3 系统集成架构

2.2 系统关键技术

2.2.1 Spring Cloud

Spring Cloud是基于Spring Boot的一整套实现微服务治理的框架。他提供了微服务开发所需的服务发现注册、配置中心、消息总线、负载均衡、断路器、数据监控等组件。最重要的是，它跟Spring Boot框架一起使用，会使微服务架构的云服务开发工作非常方便。Spring Boot旨在简化创建产品级的 Spring应用和服务，简化了配置文件，使用嵌入式Web服务器，含有诸多开箱即用微服务功能，所以Spring Cloud是微服务一站式解决方案的最佳选择。

2.2.2 Redis

Redis是完全开源的，遵守BSD协议，是一个高性能的key-value数据库。Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。Redis不仅仅支持简单的keyvalue类型的数据，同时还提供Strings, Lists, Hashes,Sets及Ordered Sets 数据类型操作。Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。

2.2.3 多源数据处理技术

建立大数据平台，解决研发已有系统数据标准不统一的问题，将多种来源的腐蚀数据提取、容纳进来，为数据应用做技术准备，解决各系统标准不统一，腐蚀管理缺乏规范的技术体系和支持其运行的信息化管理系统的问题。

2.3 系统主要功能

系统划分为数据层、基础管理层、应用层和展现层（如图4所示），其中应用层即为系统功能，主要涵盖了腐蚀监测、腐蚀决策支持、腐蚀综合管理、基础管理功能模块，实现对防腐蚀管理业务的重点覆盖。

图4 系统功能架构

2.3.1 腐蚀监测

集成MES系统、LIMS系统、在线腐蚀监测系统中腐蚀介质监测数据进行集中管控，建设设防值并配置报警策略，当发生超标报警时由系统根据策略自动推送至相关人员，相关人员在系统中进行报警处理并关闭，最终实现业务闭环管理。包括工艺防腐介质监测和设备防腐监测。

根据腐蚀机理，建立腐蚀回路图，在腐蚀回路中关联腐蚀监测因子并进行动态显示，通过回路图直观反映现场监测点实时数据，对超标、异常数据腐蚀因子高亮预警。

2.3.2 腐蚀决策支持

根据监测的长期腐蚀速率，结合设备当前壁厚和安全壁厚预测设备剩余寿命。

对腐蚀监测报警情况及处理情况进行统计分析，分析报警原因及考核各单位业务处理进度，从而进一步提高腐蚀监测部位准确性，提升业务处理效率，加强业务闭环管理。

2.3.3 腐蚀综合管理

对腐蚀业务管理进行集中管控，包括对水质管理、水冷器管理、药剂管理、腐蚀月报、腐蚀知识库、腐蚀报表业务的线上化管理，提高防腐蚀管理工作效率及完整性。

其中腐蚀知识库将实现对相关防腐知识系统化的汇聚，从而建立腐蚀失效案例库和资料库，为企业腐蚀管理提供知识共享和指导。包括：防腐标准库，腐蚀案例库、专家经验库和设备文档管理等。

2.3.4 基础管理

为系统应用服务提供基础信息支持，包括设备台账、回路图配置、流程配置、测点配置、模板配置，其中设备台账通过与ERP系统进行集成，实现设备主数据唯一性。

3 系统应用效益

基于我国工业互联网的当前快速发展趋势以及企业数字化转型的背景下，以业务驱动为原则、基于工业互联网建设的本系统在石化企业具体良好应用前景：

依托工业互联网进行系统应用建设，将助力企业数字化转型智能化发展，推动企业升级生产模式，实现提质增效降本。

在石化企业设备管理领域拓宽工业互联网应用场景，充分体现工业互联网的先进性，实现“全面连接、信息共享、上下联动、资源整合、安全可靠”。

构建基于工业互联网平台的腐蚀管理系统，实现涵盖腐蚀监测、监测评估到决策支持的体系化管理，进一步夯实企业防腐管理体系。

构建统一的数据模型，实现对多厂商不同数据标准的数据集成，实现线上数据集成率100%。

切实贯彻落实企业“管理制度化、制度流程化、流程表单化、表单信息化”要求，将腐蚀监测、腐蚀报警处理和防腐月报等业务在系统中进行充分体现。

建立统一的防腐蚀知识库，形成企业内部或行业的腐蚀失效案例库，为企业及行业提供数据支持和经验分享。

4 结语

石化企业防腐蚀管理的信息化水平逐步提升，防腐蚀信息化管理系统的研发和使用不是一劳永逸的事，必须紧跟企业生产的具体情况和实际需要，不断完善，持续改进。在数字化转型大背景下，要结合企业管理需求和数据沉淀，建设具备高集成、多协同、业务全覆盖、可扩展、高可用等特点的信息系统。