LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用

潘 箭

（華油天然氣廣安有限公司，四川廣安 638000）

我國(guó)能源市場(chǎng)十分廣闊，在環(huán)境保護(hù)理念越來(lái)越深入人心的今天，類(lèi)似于液化天然氣的清潔能源開(kāi)始得到市場(chǎng)的認(rèn)可和關(guān)注，保證液化天然氣的生產(chǎn)效率和安全性，是滿(mǎn)足能源市場(chǎng)需求的必然選擇。LNG液化工廠(chǎng)是生產(chǎn)液化天然氣的主要單位，通過(guò)數(shù)字化管理建設(shè)優(yōu)化LNG液化工廠(chǎng)的生產(chǎn)效率和管理效果，是未來(lái)工作的重中之重，但是從實(shí)際情況來(lái)看，受到技術(shù)條件和理論體系的影響，很多LNG液化工廠(chǎng)在進(jìn)行數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的過(guò)程中，都遇到了問(wèn)題，對(duì)本課題進(jìn)行研究，是解決問(wèn)題、促進(jìn)發(fā)展的必然選擇。

1 LNG液化工廠(chǎng)概述

液化天然氣屬于有一定安全風(fēng)險(xiǎn)的能源，LNG液化工廠(chǎng)潛在的危險(xiǎn)也比較多：①低溫危險(xiǎn)性。液化天然氣往往需要在高壓超低溫條件下保存，在液化天然氣發(fā)生泄漏的情況下，周邊的環(huán)境溫度會(huì)大幅下降，空氣中的水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生霧團(tuán)，如果未能得到妥善解決，周邊的生產(chǎn)設(shè)備都會(huì)在超低溫影響下發(fā)生故障甚至被損壞，給LNG液化工廠(chǎng)的正常運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。②BOG的危害性也不容忽視，在儲(chǔ)罐與外界環(huán)境連通的情況下，液化天然氣將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速蒸發(fā)，形成的大量天然氣將會(huì)給LNG液化工廠(chǎng)造成燃燒甚至是爆炸等一系列安全風(fēng)險(xiǎn)。③火災(zāi)危險(xiǎn)性大?？諝庵刑烊粴夂吭?%～15%的情況下，遇到明火即會(huì)發(fā)生爆炸事故，但是LNG液化工廠(chǎng)當(dāng)中存儲(chǔ)有大量的天然氣，稍有不慎就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。④威脅到受眾人身安全。在沒(méi)有經(jīng)過(guò)管理建設(shè)的LNG液化工廠(chǎng)當(dāng)中，往往存在大量安全風(fēng)險(xiǎn)因素，很容易給工作人員造成低溫凍傷等傷害，這顯然不符合LNG液化工廠(chǎng)管理的目標(biāo)[1]。

根據(jù)實(shí)際工作情況來(lái)看，LNG液化工廠(chǎng)的總體工藝形式非常復(fù)雜，其中天然氣凈化和液化更是具有不可忽視的困難性，一般需要通過(guò)載硫活性炭脫汞、采用MDEA溶液脫二氧化碳等方法對(duì)原材料進(jìn)行凈化，再通過(guò)自動(dòng)化加壓降溫設(shè)備對(duì)其進(jìn)行液化處理，最終才能得到液化天然氣成品。而在進(jìn)行液化處理的過(guò)程中，主要是利用三段繞管換熱器作為主換熱器，對(duì)經(jīng)過(guò)凈化處理的天然氣進(jìn)行冷卻，最后使液化的天然氣通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入到LNG儲(chǔ)罐中進(jìn)行保存，對(duì)天然氣進(jìn)行液化處理的過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行降溫處理，冷源的種類(lèi)比較多，但是混合冷劑膨脹節(jié)流制冷的方式最為常見(jiàn)。進(jìn)行一系列處理生產(chǎn)出來(lái)的液化天然氣需要通過(guò)特殊儲(chǔ)罐進(jìn)行保存，保存環(huán)境的壓力值應(yīng)高于環(huán)境大氣壓，并保持高度密封性和絕熱性，否則液化天然氣可能會(huì)重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)并帶來(lái)一系列安全問(wèn)題[2]。

2 LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用

2.1 LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理建設(shè)

2.1.1 建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)

LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)絕非易事，需要從建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)入手，為液化天然氣的生產(chǎn)處理等提供有力支持。具體來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行三維數(shù)字系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程中，首先要做好設(shè)施和其他管線(xiàn)的查找工作，并對(duì)工廠(chǎng)設(shè)備的位置數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄和勘察，加強(qiáng)坐標(biāo)量測(cè)、水平和垂直距離量測(cè)等工作。除此之外，還需要考慮到各種儀表和閥門(mén)等合理化設(shè)計(jì)形式，并嚴(yán)格遵守LNG液化工廠(chǎng)的設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄等，確定三維數(shù)字系統(tǒng)建設(shè)的切入點(diǎn)，同時(shí)對(duì)LNG液化工廠(chǎng)周邊的地形參數(shù)進(jìn)行記錄，比如坡度、廠(chǎng)區(qū)周邊的地理信息等都屬于重要的地形參數(shù)，能夠?yàn)榻ㄔO(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)提供有力支持。從實(shí)際情況來(lái)看，建設(shè)三維數(shù)字化模型具有一系列重要價(jià)值，通過(guò)建立PDMS模型的方式，保證模型建設(shè)的準(zhǔn)確度，再將轉(zhuǎn)化過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字化系統(tǒng)當(dāng)中，能夠有效提升LNG液化工廠(chǎng)的設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量、結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量等[3]。

2.1.2 建設(shè)智能巡視檢查系統(tǒng)

LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)內(nèi)容非常多，除了要建設(shè)三維數(shù)字系統(tǒng)之外，還需要對(duì)現(xiàn)在常用的巡視檢查系統(tǒng)進(jìn)行完善。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，LNG液化工廠(chǎng)的檢查工作都需要人工進(jìn)行，工作人員通過(guò)填寫(xiě)紙質(zhì)表格的方式記錄檢查結(jié)果，在周期性檢查結(jié)束以后，再通過(guò)人工錄入的方式把收集到的信息數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)當(dāng)中，這樣的工作模式存在效率較低、準(zhǔn)確度存疑等一系列問(wèn)題，與LNG液化工廠(chǎng)新時(shí)期的發(fā)展需求截然不同。而借助數(shù)字化技術(shù)建成的巡視檢查系統(tǒng)則能夠有效規(guī)避這一問(wèn)題，其具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)作為支撐，在后續(xù)的LNG液化工廠(chǎng)巡查工作中，可以利用智能化巡查設(shè)備，按照規(guī)定的巡視檢查路線(xiàn)，對(duì)LNG液化工廠(chǎng)設(shè)備的運(yùn)輸情況進(jìn)行巡查，同時(shí)還能夠按照設(shè)定的巡查次數(shù)進(jìn)行常態(tài)化巡查，保證了LNG液化工廠(chǎng)巡視檢查工作的有效性。更重要的是，建成以后的智能巡視檢查系統(tǒng)，具有及時(shí)上傳數(shù)據(jù)資料的功能，不需要工作人員手動(dòng)輸入各類(lèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性也比較低，在后續(xù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)閱時(shí)也能更加省時(shí)省力[4]。

2.1.3 建設(shè)設(shè)備管理系統(tǒng)

LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)包括多方面內(nèi)容，設(shè)備管理系統(tǒng)無(wú)疑是其中最重要的組成部分之一，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)并提升設(shè)備管理的規(guī)范程度，是保證液化天然氣生產(chǎn)效率的必然選擇。從實(shí)際情況來(lái)看，建成數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)以后，設(shè)備管理工作的準(zhǔn)確性將會(huì)比過(guò)去有巨大的提升。更重要的是，相比于傳統(tǒng)的設(shè)備管理系統(tǒng)，數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)具有集成性特點(diǎn)，可以將設(shè)備管理系統(tǒng)和智能巡視檢查系統(tǒng)的功能統(tǒng)一起來(lái)，根據(jù)巡查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的液化天然氣設(shè)備運(yùn)營(yíng)情況，確定設(shè)備參數(shù)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤等一系列問(wèn)題，同時(shí)還可以借助自動(dòng)化控制功能，自動(dòng)切斷故障設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)自控、生產(chǎn)管理一體化的發(fā)展目標(biāo)，將可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃里。除此之外，數(shù)字化設(shè)備管理系統(tǒng)還具有對(duì)維修備件、工具和人力資源等設(shè)備相關(guān)因素進(jìn)行管理的功能，可以最大限度地提升設(shè)備管理的有效性。

2.1.4 建設(shè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同樣是LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的重中之重，其能夠通過(guò)線(xiàn)上監(jiān)測(cè)的形式，對(duì)LNG液化工廠(chǎng)的故障和意外情況進(jìn)行判定，準(zhǔn)確確定報(bào)警等級(jí)和報(bào)警信息，同時(shí)還能夠在生產(chǎn)管理的同時(shí)，對(duì)設(shè)備管理系統(tǒng)和巡查系統(tǒng)收集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)等，第一時(shí)間進(jìn)行處理，以避免不必要的故障風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.5 優(yōu)化數(shù)字化LNG工廠(chǎng)建設(shè)方案

除了上文已經(jīng)提到過(guò)的幾方面建設(shè)要點(diǎn)之外，想要真正實(shí)現(xiàn)LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)，還需要對(duì)其具體的建設(shè)方案進(jìn)行調(diào)整和完善。目前數(shù)字化LNG工廠(chǎng)往往離不開(kāi)地理空間信息技術(shù)GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR、三維圖形技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持，而為了切實(shí)提升這些技術(shù)的一體化應(yīng)用價(jià)值，可從以下幾方面入手調(diào)整建設(shè)方案。

（1）項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工數(shù)據(jù)采集。LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理建設(shè)難度比較大，要根據(jù)液化天然氣工廠(chǎng)的具體情況，做好建設(shè)之前的數(shù)據(jù)整合工作，結(jié)合過(guò)往類(lèi)似成功案例對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行分析，明確液化天然氣工廠(chǎng)數(shù)字化建設(shè)所需要的各項(xiàng)原材料和設(shè)施設(shè)備，確保建設(shè)能夠一次性成功，避免停工返工等導(dǎo)致的成本上升，對(duì)于以后可能投用的處理設(shè)備，可以提前預(yù)留業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成接口，提高工作效率。

（2）要加強(qiáng)工廠(chǎng)可視化場(chǎng)景建設(shè)。數(shù)字化LNG工廠(chǎng)的建設(shè)復(fù)雜性還體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境上，其需要統(tǒng)籌設(shè)計(jì)的設(shè)備非常多，還需要綜合考慮原有的地下穩(wěn)高壓消防水管線(xiàn)、循環(huán)水管線(xiàn)、生活給水管線(xiàn)以及各類(lèi)光纜電纜等，稍有不慎就可能出現(xiàn)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要集中關(guān)注廠(chǎng)區(qū)地下結(jié)構(gòu)，并利用三維可視化模型數(shù)據(jù)對(duì)全廠(chǎng)進(jìn)行綜合模擬，從根本上解決地下情況導(dǎo)致的一系列建設(shè)問(wèn)題[5]。

（3）要做好設(shè)備管理及培訓(xùn)、檢維修工作。LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)往往需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能取得實(shí)質(zhì)性成果，整個(gè)建設(shè)過(guò)程可以繼續(xù)細(xì)分為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備建設(shè)等，在對(duì)設(shè)備交接不到位的情況下，很容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，特別是在竣工以后，工作人員往往只能按照?qǐng)D紙文檔指導(dǎo)生產(chǎn)或者是維修設(shè)備，這不符合LNG液化工廠(chǎng)的發(fā)展要求。而利用好三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備管理，則能夠讓每個(gè)設(shè)備的屬性信息和可視化模型對(duì)應(yīng)起來(lái)，工作人員在查看設(shè)備參數(shù)的過(guò)程中，就能了解該設(shè)備所有電子資料、圖紙，在后續(xù)的工作中必將會(huì)更加得心應(yīng)手。除此之外，利用可視化三維模型技術(shù)進(jìn)行員工培訓(xùn)，也是LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)的重中之重，借助這一技術(shù)，員工將能夠更加清晰直觀(guān)地了解液化天然氣生產(chǎn)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，這對(duì)于提升員工培訓(xùn)的有效性有一定的積極作用。

（4）優(yōu)化工藝培訓(xùn)、仿真。LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)過(guò)程中涉及到大量的原材料和工藝技術(shù)，僅管道材料就可以分成不同介質(zhì)、不同規(guī)格，在進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)的過(guò)程中，僅按照傳統(tǒng)的工作模式，很難保證建設(shè)質(zhì)量。因此可以利用好數(shù)字化技術(shù)的轉(zhuǎn)換功能，把二維圖紙轉(zhuǎn)化成數(shù)字化數(shù)據(jù)并直接顯示在數(shù)字工廠(chǎng)平臺(tái)上，同時(shí)還能夠根據(jù)液化天然氣的特性，模擬其在管線(xiàn)和生產(chǎn)設(shè)備中的流動(dòng)傳輸情況，這對(duì)于提升建設(shè)質(zhì)量有一定的積極作用。

（5）HSE應(yīng)急指揮系統(tǒng)。LNG液化工廠(chǎng)當(dāng)中包括大量危險(xiǎn)因素，稍有不慎就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的安全后果，而傳統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案都是紙質(zhì)文件，在處理突發(fā)事件時(shí)只能依靠文字、圖片、流程圖等進(jìn)行操作，這影響了處理的效率和水平。液化天然氣工廠(chǎng)本身又有一定的特殊性，不允許反復(fù)大規(guī)模進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練，這導(dǎo)致了液化天然氣工廠(chǎng)的應(yīng)急處理效果始終不能盡如人意。而數(shù)字化液化天然氣工廠(chǎng)管理系統(tǒng)，則能夠?qū)S(chǎng)區(qū)內(nèi)主要裝置區(qū)、危險(xiǎn)源等設(shè)備裝置以及管道進(jìn)行建模和虛擬場(chǎng)景搭建，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)字化應(yīng)急處理流程數(shù)據(jù)庫(kù)，從而在真正發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，協(xié)助工作人員快速完成應(yīng)急指揮。

（6）想要保證LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)質(zhì)量，就必須要做好溝通管理和沖突管理。LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)工作包含多種復(fù)雜因素，其中涉及到大量信息的收集處理工作，還有許多復(fù)雜細(xì)節(jié)需要進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整，即使是進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)方案設(shè)計(jì)，也很難一次性成型，往往需要和業(yè)務(wù)部門(mén)進(jìn)行大量溝通，才能獲得最準(zhǔn)確的建設(shè)方案。同時(shí)，項(xiàng)目組的工作人員往往擁有截然不同的工作經(jīng)驗(yàn)和受教育背景，在LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)中往往有自己的獨(dú)到見(jiàn)解，但是在溝通交流不到位、存在業(yè)務(wù)沖突的情況下，一些工作人員可能會(huì)不愿意表達(dá)自己的意見(jiàn)，最終的配合效果可能會(huì)大打折扣。在這種情況下，必須要采取行之有效的溝通手段，對(duì)工作人員之間存在的沖突進(jìn)行解決和處理，從而確保每個(gè)工作人員都能在LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)中發(fā)揮自己的最大努力，提升LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)的有效性。

2.2 LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理應(yīng)用

LNG液化工廠(chǎng)的數(shù)字化管理建設(shè)工作有一定的復(fù)雜性，如何確定數(shù)字化形式、如何建設(shè)數(shù)字化數(shù)據(jù)分析體系等，都是工作人員必須要探索的重要課題之一，在對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化管理建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)首先從系統(tǒng)總體框架入手進(jìn)行分析，將數(shù)字化管理系統(tǒng)劃分成不同的層級(jí)，比如數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層等，就是數(shù)字化系統(tǒng)的基礎(chǔ)性層級(jí)，能夠保證LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)的順利進(jìn)行。另外，還需要強(qiáng)化LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)硬件、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)等方面的逐個(gè)研究，確定不同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要注意的要點(diǎn)。數(shù)據(jù)層也是LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)的重中之重，其可以分成空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分，構(gòu)建不同數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，要結(jié)合LNG液化工廠(chǎng)基礎(chǔ)地理環(huán)境情況和三維模型技術(shù)等，確定最基本的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)。除此之外，平臺(tái)層也是不容忽視的重要系統(tǒng)組成部分，它可以分成數(shù)據(jù)接口平臺(tái)、企業(yè)共享平臺(tái)和SuperEarth企業(yè)可視化平臺(tái)等幾個(gè)部分，承擔(dān)著十分重要的數(shù)據(jù)接口處理責(zé)任，具有數(shù)據(jù)量大、建設(shè)較為復(fù)雜的特點(diǎn)，必須要給予其足夠的重視與關(guān)注。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)已經(jīng)取得了階段性成果，一些液化天然氣工廠(chǎng)基本實(shí)現(xiàn)了二維、三維一體化目標(biāo)，在進(jìn)行管理的過(guò)程中，許多傳統(tǒng)模式下常見(jiàn)的問(wèn)題都得到了妥善解決，尤其是三維可視化系統(tǒng)的應(yīng)用，更是讓工作人員得以更加清晰直觀(guān)地了解液化天然氣工廠(chǎng)的具體情況，其具有的檢索功能、漫游功能等，更是簡(jiǎn)化了液化天然氣工廠(chǎng)管道檢修、應(yīng)急搶險(xiǎn)等工作的流程，能夠從根本上保證操作和管理效率，LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理的應(yīng)用價(jià)值極高[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的清潔能源開(kāi)發(fā)利用效果十分可觀(guān)，尤其是兼具性?xún)r(jià)比的液化天然氣更是在人們的生產(chǎn)生活中扮演了重要角色。為了確保液化天然氣生產(chǎn)制造的效率與安全性，提出了對(duì)LNG液化工廠(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化的工作目標(biāo)。尋找LNG液化工廠(chǎng)數(shù)字化管理建設(shè)與應(yīng)用的具體方案，也是未來(lái)工作的重中之重。