中國(guó)石化煉油工藝平穩(wěn)性管理體系研究與實(shí)踐
摘自《煉油技術(shù)與工程》2021年第51卷第9期
李鵬1，徐偉2，王春利2，李傳坤2
李鵬1，徐偉2，王春利2，李傳坤2
(1.中國(guó)石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，2.中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院)
摘要：為落實(shí)中國(guó)石化以精細(xì)管理促發(fā)展、平穩(wěn)安全保發(fā)展的策略，立足企業(yè)管理現(xiàn)狀，融合國(guó)內(nèi)外石化企業(yè)先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行模式，創(chuàng)新性地提出并建立了一套針對(duì)煉油企業(yè)的工藝平穩(wěn)性管理體系，并研發(fā)了相關(guān)支撐技術(shù)和管控平臺(tái)，將報(bào)警評(píng)估管理、控制回路性能評(píng)估與診斷、PID(比例積分微分)控制參數(shù)整定等底層控制技術(shù)有效整合，全面提升煉油企業(yè)的精細(xì)化管理水平和本質(zhì)安全。某大型煉油企業(yè)的應(yīng)用結(jié)果表明，12套裝置的時(shí)平均報(bào)警數(shù)降至6次以內(nèi)、有效自控率由75.72%提升至98%以上，效果良好。
關(guān)鍵詞：煉油工藝 平穩(wěn)性 管理體系 報(bào)警評(píng)估 控制回路 性能評(píng)估與診斷
在煉油工藝管理方面，國(guó)外石油公司(如埃克森美孚、雪佛龍等)工藝管理起步較早，均建立了保障工藝平穩(wěn)運(yùn)行的管理體系，使其生產(chǎn)事故發(fā)生率總體保持較低水平[1]。從20世紀(jì)90年代起,?？松梨诒阒鸩叫纬闪艘园踩⒔】?、環(huán)保及產(chǎn)品安全為核心的操作完整性管理體系，在事故管理和控制方面成效顯著[2]。雪佛龍公司建立了HSE&ESIA(環(huán)境和社會(huì)影響評(píng)估)管理體系，利用管理手段削減和控制可能出現(xiàn)的危害[3]。此外，國(guó)外石油公司非常重視開發(fā)先進(jìn)的技術(shù)工具、分析方法等輔助手段,以確保管理體系的有效實(shí)施，主要集中在報(bào)警性能評(píng)估、控制回路性能評(píng)估與診斷等方面[4]。
為了保障裝置在不同負(fù)荷運(yùn)行工況下都能安全平穩(wěn)受控，國(guó)內(nèi)一些石油公司采用了信息化手段來提升煉油工藝的預(yù)警能力，如中國(guó)石化的“智能工廠”項(xiàng)目[5]。但以往開發(fā)的信息化工具往往集中在公司級(jí)應(yīng)用(上層應(yīng)用)上，沒有關(guān)注DCS(集散控制系統(tǒng))等底層系統(tǒng)對(duì)裝置平穩(wěn)性的作用[6]。
中國(guó)石化在工藝技術(shù)管理方面已經(jīng)形成了相對(duì)完整的管理制度，但是在體系化、規(guī)范化程度以及相關(guān)支撐技術(shù)的應(yīng)用等方面與國(guó)外一流石油公司還存在一定的差距[7]。這些差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①工藝管理制度缺乏具體的管理流程；
②關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)不夠明確，未形成工藝績(jī)效指標(biāo)體系；
③報(bào)警管理仍處于起步階段，未建立一套完善的管理流程；
④控制回路管理亦處于起步階段，缺乏相關(guān)的管理理念和技術(shù)工具；
⑤缺乏統(tǒng)一的綜合技術(shù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，管理資源整合不充分。
①工藝管理制度缺乏具體的管理流程；
②關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)不夠明確，未形成工藝績(jī)效指標(biāo)體系；
③報(bào)警管理仍處于起步階段，未建立一套完善的管理流程；
④控制回路管理亦處于起步階段，缺乏相關(guān)的管理理念和技術(shù)工具；
⑤缺乏統(tǒng)一的綜合技術(shù)應(yīng)用支撐平臺(tái)，管理資源整合不充分。
當(dāng)前，國(guó)際石油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體多元化，建立符合中國(guó)石化自身實(shí)際的工藝平穩(wěn)性管理體系可進(jìn)一步提高中國(guó)石化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)世界一流煉油企業(yè)宏偉目標(biāo)的必然選擇。文中采用“體系+技術(shù)+平臺(tái)”的模式，創(chuàng)新性地提出一套既遵循國(guó)際石油公司最佳實(shí)踐又符合中國(guó)石化煉油企業(yè)管理實(shí)際的工藝管理體系。
1、工藝平穩(wěn)性管理體系的研究
工藝平穩(wěn)性管理體系以中國(guó)石化煉油企業(yè)管理現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)梳理組織架構(gòu)，完善管理制度，開發(fā)相關(guān)支撐技術(shù)和指標(biāo)體系，自下而上建立底層系統(tǒng)與上層應(yīng)用間的連接紐帶。
1.1體系結(jié)構(gòu)
工藝平穩(wěn)性管理體系基于ISO管理體系結(jié)構(gòu)，遵循PDCA(計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—處理)原理，突出“領(lǐng)導(dǎo)作用”對(duì)體系其他要素的支持和驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)基于風(fēng)險(xiǎn)的管理和業(yè)務(wù)流程的融合。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1工藝平穩(wěn)性管理體系總體結(jié)構(gòu)
工藝平穩(wěn)性管理體系是用來管理企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)并促使企業(yè)持續(xù)改進(jìn)的綜合管控框架。與管理制度側(cè)重于局部性的輔助作用不同，工藝平穩(wěn)性管理體系以管理制度為基礎(chǔ)，重點(diǎn)關(guān)注制度間的相互關(guān)聯(lián)和相互補(bǔ)充，以系統(tǒng)化的思維集成職能管理、技術(shù)指導(dǎo)等全流程要素。
1.2組織架構(gòu)
中國(guó)石化煉油事業(yè)部負(fù)責(zé)組織制定股份公司級(jí)工藝平穩(wěn)性管理體系文件及技術(shù)規(guī)范，對(duì)企業(yè)工藝平穩(wěn)性管理情況進(jìn)行監(jiān)督與檢查，推進(jìn)體系實(shí)施工作。
各煉油企業(yè)根據(jù)工藝平穩(wěn)性管理體系要求，成立平穩(wěn)性體系建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組與工作小組。其中企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)部門負(fù)責(zé)歸口管理，主抓工藝平穩(wěn)性的管理工作；企管部門負(fù)責(zé)定期評(píng)審平穩(wěn)性管理體系，確保整體方針與企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃保持一致；運(yùn)行部(或分廠)負(fù)責(zé)執(zhí)行工藝平穩(wěn)性的具體工作，并指導(dǎo)員工為工藝平穩(wěn)性管理體系提出改進(jìn)建議；車間(聯(lián)合裝置)負(fù)責(zé)配合職能部門的相關(guān)工作，確保實(shí)施達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
1.3管理制度
以法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、過程安全管理實(shí)踐等作為依據(jù)，制定了工藝平穩(wěn)性管理體系實(shí)施指南，最終編制成《煉油工藝平穩(wěn)性管理體系》。具體文件包括《中國(guó)石化煉油企業(yè)工藝平穩(wěn)性體系要求》《工藝報(bào)警管理辦法》《工藝聯(lián)鎖管理辦法》《控制回路性能評(píng)估管理技術(shù)規(guī)范》《控制回路PID參數(shù)整定管理規(guī)范》《先進(jìn)控制系統(tǒng)管理技術(shù)規(guī)范》《工藝平穩(wěn)性績(jī)效指標(biāo)管理規(guī)范》《工藝變更管理辦法》《巡回檢查及交接班管理制度》《異常工況管理辦法》《工藝平穩(wěn)性平臺(tái)管理辦法》等。
1.4支撐技術(shù)
研發(fā)報(bào)警評(píng)估與優(yōu)化、控制回路性能評(píng)估與診斷等支撐技術(shù)，保障工藝平穩(wěn)性體系有效落地。
(1)報(bào)警評(píng)估與優(yōu)化技術(shù)。從報(bào)警設(shè)置、儀表及控制系統(tǒng)優(yōu)化等措施入手,減少現(xiàn)場(chǎng)無效報(bào)警干擾，提升報(bào)警響應(yīng)效率，優(yōu)化日常工藝操作。
(2)控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)。通過穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制回路的性能，對(duì)低性能控制回路進(jìn)行故障診斷并提出優(yōu)化方案，提升控制參數(shù)的平穩(wěn)運(yùn)行水平。
(3)工藝平穩(wěn)性績(jī)效指標(biāo)監(jiān)控平臺(tái)。圍繞自控率、平穩(wěn)率等關(guān)鍵要素構(gòu)建指標(biāo)體系，形成平穩(wěn)性績(jī)效指標(biāo)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各關(guān)鍵指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警與分析。
1.5績(jī)效指標(biāo)
工藝平穩(wěn)性績(jī)效指標(biāo)按照兩級(jí)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置。一級(jí)指標(biāo)包括工藝指標(biāo)合格率、工藝參數(shù)報(bào)警率等5項(xiàng)，二級(jí)指標(biāo)包括工藝卡片合格率、餾出口合格率等13項(xiàng)。各項(xiàng)績(jī)效指標(biāo)分別建立企業(yè)級(jí)和裝置級(jí)指標(biāo)。企業(yè)級(jí)指標(biāo)以整個(gè)煉油企業(yè)(公司)為統(tǒng)計(jì)單位，用于各企業(yè)工藝平穩(wěn)性績(jī)效指標(biāo)的橫向?qū)Ρ?。裝置級(jí)指標(biāo)以單獨(dú)的煉油裝置為統(tǒng)計(jì)單位，用于評(píng)估企業(yè)內(nèi)部各裝置間及各企業(yè)同類裝置間的平穩(wěn)性管理水平。
2、報(bào)警評(píng)估技術(shù)
通過報(bào)警設(shè)置優(yōu)化、性能評(píng)估、不合理報(bào)警消除等工作，建立報(bào)警管理體系，見圖2。
圖2報(bào)警評(píng)估與優(yōu)化技術(shù)總體路線
2.1報(bào)警參數(shù)選擇與優(yōu)先級(jí)設(shè)置
為了實(shí)現(xiàn)煉油裝置報(bào)警設(shè)置的統(tǒng)一，對(duì)常減壓、催化裂化、延遲焦化等8類主要煉油裝置梳理出1885個(gè)報(bào)警的設(shè)置規(guī)范。
2.1.1報(bào)警參數(shù)選擇
根據(jù)過程危險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)分析、工藝安全要求等要素，全面識(shí)別和評(píng)估裝置可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，確定需要設(shè)置報(bào)警的參數(shù)，包括帶聯(lián)鎖的參數(shù)、工藝卡片參數(shù)等。通過評(píng)估報(bào)警后果嚴(yán)重性及處置時(shí)間緊迫性，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣對(duì)報(bào)警優(yōu)先級(jí)進(jìn)行劃分。
2.1.2報(bào)警優(yōu)先級(jí)劃分
(1)緊急報(bào)警。包括可能導(dǎo)致泄漏、爆炸等的事件,可能造成大范圍非計(jì)劃停車的事件,其他可能造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的事件等。
(2)重要報(bào)警。包括除嚴(yán)重事件以外的安全聯(lián)鎖參數(shù)、裝置關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行參數(shù)、可能造成裝置非計(jì)劃停車的參數(shù)等。
(3)一般報(bào)警。包括企業(yè)運(yùn)行部級(jí)工藝卡片，除緊急、重要報(bào)警外可能影響裝置局部異常的參數(shù)等。
報(bào)警優(yōu)先級(jí)分布比例：緊急報(bào)警約5%，重要報(bào)警約15%，一般報(bào)警約80%。
2.2報(bào)警性能指標(biāo)及報(bào)警消除策略
報(bào)警性能指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)裝置報(bào)警性能的量化，為報(bào)警優(yōu)化提供整改方向。報(bào)警性能的部分關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)見表1。
表1報(bào)警性能的部分KPI
根據(jù)表1分析裝置的報(bào)警分布，提出了問題報(bào)警的消除策略。
(1)頻繁報(bào)警：評(píng)估最頻繁的10個(gè)報(bào)警，檢查產(chǎn)生的原因。
(2)持續(xù)報(bào)警：評(píng)估是否存在長(zhǎng)時(shí)間(24h)沒有消除的報(bào)警，確定是否需要調(diào)整報(bào)警級(jí)別甚至取消報(bào)警。
(3)滋擾報(bào)警：對(duì)于備用設(shè)備暫時(shí)產(chǎn)生的無效報(bào)警，利用DCS系統(tǒng)的報(bào)警擱置功能，由操作員手動(dòng)操作或設(shè)置觸發(fā)信號(hào)暫時(shí)擱置報(bào)警，等設(shè)備投用后再由操作員手動(dòng)恢復(fù)或根據(jù)觸發(fā)信號(hào)自動(dòng)恢復(fù)報(bào)警。
3、控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)
通過對(duì)控制回路的運(yùn)行狀態(tài)、控制效果、性能指標(biāo)等做出評(píng)估，發(fā)現(xiàn)性能差的控制回路并對(duì)其進(jìn)行故障診斷，輔助技術(shù)人員進(jìn)行控制性能的優(yōu)化提升，從而從控制層面提高工藝運(yùn)行的安全平穩(wěn)水平。
3.1控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)操作流程
控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)流程見圖3。
圖3控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)流程
(1)分析控制回路的特性。不同的控制回路可滿足不同的工藝需求，控制回路的特性依據(jù)設(shè)定值的變化可以分為長(zhǎng)期平穩(wěn)型、目標(biāo)跟蹤型、快速響應(yīng)型和手動(dòng)調(diào)節(jié)型。
(2)評(píng)估控制回路的性能。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算所涉及的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及快速性指標(biāo)，將計(jì)算的3個(gè)指標(biāo)相結(jié)合得到評(píng)估總成績(jī)。
(3)低性能控制回路故障診斷。對(duì)于性能不達(dá)標(biāo)的控制回路，分析其性能下降的原因。
(4)提出改進(jìn)措施。根據(jù)導(dǎo)致控制回路性能較低的原因，制定相應(yīng)的優(yōu)化措施。
3.2評(píng)估與診斷性能指標(biāo)
根據(jù)快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確等控制性能要求及儀表、閥門、PID參數(shù)設(shè)置等故障模式，研發(fā)了83個(gè)控制回路性能評(píng)估指標(biāo)，部分KPI見表2。
表2控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)的部分KPI
4、應(yīng)用情況
工藝平穩(wěn)性管理體系在中國(guó)石化某大型煉油企業(yè)成功進(jìn)行了應(yīng)用。該企業(yè)建立了工藝平穩(wěn)性工作組，由公司分管領(lǐng)導(dǎo)任組長(zhǎng)，部門分管領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)專家參加，策劃、建立了工藝平穩(wěn)性體系并對(duì)運(yùn)行過程中的問題進(jìn)行了分析，提出了解決措施。
報(bào)警評(píng)估與優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用后，經(jīng)過多輪優(yōu)化，至2021年2月，在16套8大類主要煉油裝置中，有12套裝置的時(shí)平均報(bào)警數(shù)小于6次，2套裝置的時(shí)平均報(bào)警數(shù)小于12次，達(dá)到了較高的管理水平。
控制回路性能評(píng)估與診斷系統(tǒng)于2019年8月底正式運(yùn)行。某裝置74個(gè)回路的評(píng)估結(jié)果見圖4。分別對(duì)評(píng)估結(jié)果為較差的4條回路和評(píng)估結(jié)果為一般的8條回路進(jìn)行了故障診斷，根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化，低性能的控制回路全部消除。通過實(shí)施控制回路性能評(píng)估與診斷技術(shù)，企業(yè)煉油裝置的有效自控率由75.72%提升至98%。
圖4控制回路性能評(píng)估結(jié)果
該業(yè)的應(yīng)用效果表明，工藝平穩(wěn)性管理體系可以幫助企業(yè)規(guī)范工藝管理，實(shí)現(xiàn)工藝平穩(wěn)性績(jī)效定期評(píng)估并持續(xù)優(yōu)化，保障裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。
5、結(jié)論
(1)構(gòu)建了一套具有中國(guó)石化特色的煉油工藝平穩(wěn)性管理體系，完成各類管理制度、技術(shù)指標(biāo)、要素基準(zhǔn)的融合與提升。
(2)研發(fā)了報(bào)警評(píng)估與優(yōu)化、控制回路性能評(píng)估與診斷等支撐技術(shù)，打破底層控制系統(tǒng)與上層應(yīng)用的壁壘。
(3)應(yīng)用效果表明，工藝平穩(wěn)性體系的實(shí)施能顯著提高工藝平穩(wěn)運(yùn)行水平，保障煉油企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)。
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