中石化荆门石化专家：石化设备监测预警平台的开发与预防性维修！

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摘 要：针对炼化企业设备管理中监测手段有限、监测数据分散、数据利用率低、缺乏预警机制、维修模式落后等问题,通过分析影响炼化装置主要设备的关键参数确定了预警值,开发了设备监测预警平台,并将各种监测数据统一至一个管理平台中,实现了数据综合分析、可深度挖掘的功能,便于设备管理人员及时发现设备运行隐患,采取预防措施,实现预防性维修。

关键词：设备监测 预警 大数据 预防性维修

随着科学技术的进步,石化企业设备日新月异,发展日益趋向集成化、大型化、智能化,其自动化、精密化程度越来越高,给企业带来了较高的经济效益【1】。但是设备一旦出现故障,则会严重影响装置的正常运行,给企业造成巨大的经济损失。长期以来,石化企业采用的计划维修管理模式逐渐暴露出“失修”和“过修”等问题【2】,因而正在向预防性维修转变。利用好当前的监测数据与故障诊断技术来指导预防性维修,具有重要的意义和实用价值。

1 炼化企业设备管理普遍存在的问题

1.1 监测数据庞杂,缺乏统一的管理

现阶段,设备管理基础数据和各类监测数据十分庞杂,这些数据的来源是分散的,例如腐蚀监测数据有腐蚀监测管理平台,机组等特护设备监测数据有状态监测系统平台,加热炉监测数据有集散控制系统(以下简称DCS),水质监测的数据主要来自实验室信息管理系统(以下简称LIMS)。目前国内没有完善的设备管理平台做支持,要想进行统一管理和综合分析是很难的,这一现状也削弱了数据的价值【3】。另外,多数企业对于监测数据的处理只是简单的收集,缺乏先进有效的数据分析处理软件,各项监测数据不能有机地结合起来反映装置整体运行情况,无法实现数据的深挖功能。

1.2 设备监测手段有限,缺乏预警机制

炼化装置DCS控制系统以满足工艺要求为主,部分实时监控数据虽然关注了设备的安全,但不能反映出设备性能早期的退化,因而也不能提前做出预警【4】。常用的监测手段所采集的数据通常未设置预警阈值、标准值和临界值,而一旦超出预警值,运行时就不能保证设备的安全了,如果一直在预警值至临界值之间的状态下运行,将会发生设备失效,若操作超出临界极限,则将加速失效。

1.3 检维修模式落后,“失修”、“过修”问题突出

传统的设备管理基本采用计划维修管理模式,如定期拆检、定期更换、定期清洗、定期润滑等,经验的、定性的方法仍然是确定设备检查、维护内容的主要方法,缺乏对关键设备的风险识别和分类,维修资源分配不合理,“失修”、“过修”问题突出,系统安全生产隐患大、事故多,设备可靠性、可用性和安全性难以得到控制和保证【5】。

1.4 信息不畅通,降低了工作效率

在信息互动方面,设备管理从操作层到决策层都是有关的,而目前,企业决策层与装置操作人员缺少信息交流平台,信息不畅通,降低了工作效率和效果。

因此,企业急需一种设备监测预警管理平台作为支持,实现数据统一管理和综合分析。而设备监测预警关联到装置的生产、设计、设备、工艺、检修等多个方面,若以装置设计、运行、检维修的数据为基础,将收集到的以及检查得到的数据标准化和规范化,建立设备监测预警管理平台,挖掘数据的最大作用,则不仅可帮助企业管理好各种监测数据,同时在企业之间也能很好地实现数据共享。

2 设备监测预警平台的架构思路

设备监测预警平台基于C#语言开发,采用前后端分离、模块化开发和权限控制技术。前端采用Vue框架,后端采用 ASP.NET Core WebApi框架;应用ES6、Vue、Canavs、Echarts、SqlSugar、Dapper、SignalR等前沿技术,可以通过自动化采集和实时传输关键部位的各项监检测数据,实时智能分析海量数据,提出预防和解决方案,提升预测预警能力。

整体架构分为应用层、业务层、支撑层、数据层和数据源。应用层支持Web网站,计算机和移动客户端;在业务层,可查看在线和离线监测数据,对数据进行统计分析,智能生成报告等;支撑层主要是相关的标准、计算方法和核心引擎,引用的标准和计算的方法主要根据行业内的规范和要求,以确保数据的可靠性;数据层主要由数据中心和数据库(以下简称BA)系统数据集成组成,可从不同的资料库(以下简称DB)中提取数据;数据源主要用于各监测系统在线和离线数据的导入、数据集成等。具体架构见图1。

注:1. 反再器监测系统是指催化装置反应再生器监测系统;2. 三顶下水pH主要指常减压装置初馏塔、常压塔、减压塔塔顶含硫污水的pH值。

图1 设备监测预警平台架构

3 影响炼化装置主要设备的关键参数与预警值的确定

3.1 腐蚀监测

确定腐蚀监测监控部位时要根据腐蚀机理对装置进行细分,将温度、介质、材质、流速等相同或相似的流程划分为一个腐蚀回路,然后对不同的腐蚀回路进行分析,找出回路的腐蚀薄弱点,最后筛选出应重点监控的部位。

重点监控部位确定后,应设定影响设备腐蚀的关键参数(IOW),包括物理型参数(设计和操作温度、压力,露点温度,流速等)和化学型参数(如pH值、硫含量、盐含量、酸值等)。选择参数的关键要求是可测量性和可控制性。然后,设置这些参数预警值、标准值和临界值,三者之间的关系见图2。预警值和标准值的设置主要参照《中国石化炼油工艺防腐蚀管理规定及实施细则》、API 571—2020、API 581—2016等有关规定。

图2 预警值、标准值和临界值之间的关系【6】

3.2 状态监测

状态监测主要是对各种转动设备及管道、构架等进行振动测试及分析以及油液分析,对设备运行状态优劣作出评价,如存在故障则进一步指明故障原因、故障发生的部位、故障严重程度,预测设备未来的状态变化趋势,并提出运行、维修建议。重点监测的设备参数有振动、油液磨粒数及类型、颗粒度等。这些参数能直观地反映设备的运行状态,且对这些参数进行分析能确定大多数设备故障。首先通过对这些参数设置预警值和标准值来判断设备的运行状态,然后再进行精密分析(包括趋势分析、频谱分析、铁谱分析)即可判断导致设备故障的原因。预警值和标准值的设置主要参照SHS 01003—2004《石油化工旋转机械振动标准》和NAS 1638—2011等相关规定。

3.3 水质监测

循环水腐蚀和结垢是导致冷换设备损坏和影响热效率的主要原因。水质指标和控制指标是反映水处理技术的一面镜子。目前,对循环水水质的监测主要是监测其腐蚀和结垢倾向,因此,水质控制指标应根据补充水水质和换热设备的结构型式、材质、工况条件、腐蚀速率等,并结合水处理剂等因素综合确定,其控制指标应参照中国石化企业标准Q/SH 0628.2—2014《水务管理技术要求 第2部分:循环水》中的有关规定,预警值则根据循环水近年来的运行情况和企业实际情况确定。

3.4 加热炉监测

加热炉监测项目和监测控制指标的确定,既要参照已经颁布的相关标准,又要结合石油化工工艺加热炉的特点和现状,其关键参数要能全面、真实地反映出加热炉的整体运行状况,并能从中查找分析工艺加热炉所存在的问题。监测项目至少包括但不限于氧含量、排烟温度、热效率、烟气中一氧化碳含量等,其控制指标参照《中国石化加热炉管理规定》确定。

4 设备监测与预警信息平台的设计及主要功能

设备监测与预警信息平台总体上突出设备状态预警、预防性维修(设备监检测、数据深挖)和绿色企业创建(加热炉排放、节能等),主要包括腐蚀监测、水质监测、加热炉监测、机组监测、带压作业、管道保温等。将上述各个监测系统统一到一个管理平台,便于进行综合分析,实现数据深挖、预防性维修等功能。

4.1 设备监测预警平台的设计

4.1.1 主页面的设计

为使不同的用户均可在主页面方便地查看设备运行状态,针对专业处室和作业部设备管理的不同侧重点,主页面共设计了7个主要板块,分别是作业部设备管理、专业处室设备管理、预警信息、异常信息、监测月报和周报、在线留言以及预警和异常分布平面图。在预警和异常分布平面图上用红色(代表异常)和黄色(代表预警)进行标记,可直观显示出作业部的异常和预警信息,方便管理人员针对存在的问题及时整改,避免问题的发生。设备监测预警平台主页面如图3所示。

图3 设备监测预警平台主页面

4.1.2 二级页面的设计

1) 作业部设备管理界面

从作业部设备管理板块进入后,可查看作业部所属装置关键设备的运行情况,包括整个作业部设备的预警和异常信息监测时间、原因分析、解决措施、责任人和闭环情况等,同时也可查看设备腐蚀监测、状态监测、水质监测、加热炉监测等详细设备档案、监测数据、统计分析结果等,详细界面见图4～图6。

图4 作业部设备管理界面

图5 脱后原油酸值、硫含量变化趋势

图6 电脱盐趋势分析

2) 专业处室设备管理界面

专业处室设备管理界面的设计突出某一个专业的监测分析情况,腐蚀监测专业管理除了显示全厂的设备监测异常与预警信息外,还有油品分析、定点测厚、工艺防腐(电脱盐分析、含硫污水分析等)等相关数据;机组状态监测除了显示常规的监测数据外,还建立了案例库,用户输入关键字后通过引擎搜索便可查找相关的案例;加热炉监测专业管理包含监测加热炉台数、负荷率、排烟温度、氧含量、一氧化碳含量、热效率等多个信息,可根据不同的需要,实时查看监测数据的对比分析结果。专业处室设备管理界面见图7。

图7 专业处室设备管理界面

4.2 主要功能

4.2.1 数据信息化

设备监测预警平台综合了DCS、LIMS、设备管理信息系统(简称EM)、状态监测系统、腐蚀监测系统等相关数据,数据全面集中,实现了设备运行监测、关键指标控制和设备状态等参数的信息化和综合管理,方便用户在一个系统中查看不同设备、不同专业的监测信息。

4.2.2 数据可视化

目前,多数监测系统还停留在数据分析阶段,无法将复杂的数据信息进行图形化展示。设备监测预警平台基于Echarts技术,可将数据转化为图形,方便用户更高效地利用分散、繁杂的数据进行分析,使零散的数据变得更加有价值。

4.2.3 决策智能化

设备监测预警平台通过对各种监测数据进行采集,不断充实各类设备的监测数据,并在此基础上,建立计算、分析评估模型,结合理论知识和专家经验,对设备运行过程中存在的问题进行诊断,同时,依托大数据处理技术,筛选最优数据,建立基准值数据集。系统平台通过软件联合编程,实现模型的自动计算以及运行工况的评价和诊断,并最终实现运行决策智能化管理。

4.2.4 维护维修主动化

传统的计划维修管理模式“失修”、“过修”问题突出,系统安全生产隐患大,可用性和安全性难以得到控制和保证。设备监测预警管理平台以装置设计、运行、检维修的数据为基础,将收集和检查的数据标准化和规范化,可对各类异常的监测数据进行预警,实现数据挖掘的功能,及时发现设备劣化状态、故障隐患,并适时提出预防性维修需求,变事后维修为预防性主动维修,减少设备故障停机时间,延长设备使用寿命。

5 结语

自2022年设备监测预警平台正式投用后,实现了多个监测系统的数据集中、 分析等功能。该平台可依据理论知识、 专家经验和大数据处理技术, 诊断设备在运行过程中存在的问题, 筛选最优运行数据, 建立基准值数据集, 实现运行决策智能化管理。此外, 该平台还对影响生产装置关键设备的参数进行了预警设置,当监测数据超过预警值后, 系统即会形成报警信息(包含数据异常信息、 原因分析及建议), 并及时推送到相关人员的手机、 邮箱等, 提醒设备管理人员和现场操作人员及时采取相关措施, 同时, 系统也会自动跟踪问题的进展, 实现了闭环管理以及预防性维修。

第一作者 伍伟 荆门石化

为了提升石化行业本质安全，保障石化企业“安稳长满优”运行，解决设备运行与检维修“卡脖子”技术热点、痛点、难点问题，提高石化企业设备管理完整可靠性，设备智能化运维、预知性维修和检维修水平，引领我国石化智慧运维与检维修行业发展新质生产力，在中国石油、中国石化、中国海油、中国中化、国家管网、国家能源、延长及地方石油、天然气、LNG、管道、炼油、石化、煤化工、化工、精细化工、新材料企业设备管理部门的大力支持下，中国化工学会拟于2026年6月10-12日在陕西西安举办“2026年（第七届）石油化工设备智慧运维与检维修技术大会暨展览会”（IOMT CHEM 2026）。

大会将紧紧围绕“加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越”主题，推广应用新技术、新方法、新成果和新产品，共商当前设备管理与检维修中管理和技术方面堵点、难点、痛点的解决对策，防风险、除隐患，通过提升石油化工领域设备的安全运维水平，确保装置长周期安全稳定运行，助力行业可持续发展。遏制生产安全事故，为我国石化设备运维管理水平迈向国际化提供借鉴。特此通知，诚挚欢迎积极参加。

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大会主题

加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越

大会组织机构

主办单位

中国化工学会

特邀协办

中国化工学会化工安全专业委员会

中国化工学会化工机械专业委员会

中国化工学会智能制造专业委员会

中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专业委员会

中机维协石油石化建安检维修分会

会议重点研讨内容

1.国内外石油化工装置大型机组检维修发展现状与展望；

2.老旧装置超设计使用年限服役承压设备管理对策与思考；

3.石油化工装置机泵在线监测系统、预知性维护技术；

4.石化化工企业转动设备维护检修及节能改造升级技术；

5.特种机泵：螺杆机、真空压缩机、屏蔽泵等检修运维技术；

6.石油化工设备润滑要求、机组润滑系统运行及管理；

7.石油化工装置法兰密封结构安装与维修技术；

8.炼油化工装置烟气轮机长周期运行管理；

9.石油化工装置耐高温防腐防护和防火技术；

10.液压工具、法兰扭矩及法兰连接完整性管理；

11.风机、离心泵、各类压缩机等大型机组优化增效节能改造；

12.石油化工电气、仪表设备全寿命周期管理；

13.现场仪表、控制阀、泄压阀、安全阀、阻火器、爆破片、过程分析仪表、DCS、FCS等检修运维技术；

14.石油化工装置隐患治理、泄漏治理，大型在役老旧装置的升级改造；

15.石化罐区系统安全与VOCs一体化风险管控技术；

16.数字赋能设备全生命周期管理及智能巡检机器人应用、运维数字化转型、无人化升级方案，智能检修升降设备、火情侦测与消防机器人、无人机等新型技术的应用；

17.可燃、有毒等挥发性气体、挥发性有机物的泄露监测、气体探测传感器的应用；

18.露天设施的雷电预警技术、防雷接地技术、静电接地技术应用；

19.储罐隐患治理与改造提升之检验标准应用（储罐区技术改造、新型浮盘、原油储罐安全预警、安全阀、紧急泄压阀设计选型、雷电预警装置、内浮顶选型、消防安全、罐顶腐蚀、爬壁机器人、油罐浮盘密封等）；

20.炼油化工装置大型机组核心部件修复再制造；

21.石油天然气输配管网完整性管理与抢检修技术；

22.液化天然气（LNG）储运运营管理与设备维护技术；

23.煤化工设备运行安全与检维修技术；

24.油气田地面工程数字化安全与设备检维修技术；

25.泵设备助力石化化工领域节能新工艺的技术探讨；

26.设备智慧运维与检维修新设备、新技术、新材料在石油化工领域的应用。

会议日程安排

6月11日：开幕式及全体大会，特邀院士、领导、专家主旨演讲；

6月12日：全天分论坛。

分论坛一：石化企业转动设备智慧运维与检维修技术论坛；

分论坛二：石化设备润滑与装置节能降碳改造论坛；

分论坛三：石化企业腐蚀防护与管道罐区安全技术论坛；

分论坛四：石化设备健康体系建设与自愈调控修复论坛。

会议拟邀请代表

中国石化、中国石油、中国海油、国能集团、中化集团、国家管网、陕西延长、民营炼化企业及煤化工、罐区、码头、化工、氯碱、纯碱、磷肥、轮胎、精细化工生产企业设备部门管理与技术人员及工程建设公司、石化设备制造企业、检维修服务企业管理与技术人员和相关技术研究机构、大专院校等单位的科研与技术人员参加会议。

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