中國石化煉油工藝平穩(wěn)性管理體系研究與實踐
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.中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，2.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院)
摘要：為落實中國石化以精細管理促發(fā)展、平穩(wěn)安全保發(fā)展的策略，立足企業(yè)管理現(xiàn)狀，融合國內(nèi)外石化企業(yè)先進管理經(jīng)驗和運行模式，創(chuàng)新性地提出并建立了一套針對煉油企業(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，將報警評估管理、控制回路性能評估與診斷、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套裝置的時平均報警數(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 報警評估 控制回路 性能評估與診斷
在煉油工藝管理方面，國外石油公司(如?？松梨?、雪佛龍等)工藝管理起步較早，均建立了保障工藝平穩(wěn)運行的管理體系，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,埃克森美孚便逐步形成了以安全、健康、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)境和社會影響評估)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，國外石油公司非常重視開發(fā)先進的技術(shù)工具、分析方法等輔助手段,以確保管理體系的有效實施，主要集中在報警性能評估、控制回路性能評估與診斷等方面[4]。
為了保障裝置在不同負荷運行工況下都能安全平穩(wěn)受控，國內(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，如中國石化的“智能工廠”項目[5]。但以往開發(fā)的信息化工具往往集中在公司級應(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)對裝置平穩(wěn)性的作用[6]。
中國石化在工藝技術(shù)管理方面已經(jīng)形成了相對完整的管理制度，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)在以下幾個方面：
①工藝管理制度缺乏具體的管理流程；
②關(guān)鍵績效指標(biāo)不夠明確，未形成工藝績效指標(biāo)體系；
③報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，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)鍵績效指標(biāo)不夠明確，未形成工藝績效指標(biāo)體系；
③報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，管理資源整合不充分。
當(dāng)前，國際石油市場競爭主體多元化，建立符合中國石化自身實際的工藝平穩(wěn)性管理體系可進一步提高中國石化的競爭優(yōu)勢，是實現(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”的模式，創(chuàng)新性地提出一套既遵循國際石油公司最佳實踐又符合中國石化煉油企業(yè)管理實際的工藝管理體系。
1、工藝平穩(wěn)性管理體系的研究
工藝平穩(wěn)性管理體系以中國石化煉油企業(yè)管理現(xiàn)狀為出發(fā)點，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(計劃—執(zhí)行—檢查—處理)原理，突出“領(lǐng)導(dǎo)作用”對體系其他要素的支持和驅(qū)動，強調(diào)基于風(fēng)險的管理和業(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)險并促使企業(yè)持續(xù)改進的綜合管控框架。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)，重點關(guān)注制度間的相互關(guān)聯(lián)和相互補充，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)
中國石化煉油事業(yè)部負責(zé)組織制定股份公司級工藝平穩(wěn)性管理體系文件及技術(shù)規(guī)范，對企業(yè)工藝平穩(wěn)性管理情況進行監(jiān)督與檢查，推進體系實施工作。
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)部門負責(zé)歸口管理，主抓工藝平穩(wěn)性的管理工作；企管部門負責(zé)定期評審平穩(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；運行部(或分廠)負責(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建議；車間(聯(lián)合裝置)負責(zé)配合職能部門的相關(guān)工作，確保實施達到預(yù)期目標(biāo)。
1.3管理制度
以法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、過程安全管理實踐等作為依據(jù)，制定了工藝平穩(wěn)性管理體系實施指南，最終編制成《煉油工藝平穩(wěn)性管理體系》。具體文件包括《中國石化煉油企業(yè)工藝平穩(wěn)性體系要求》《工藝報警管理辦法》《工藝聯(lián)鎖管理辦法》《控制回路性能評估管理技術(shù)規(guī)范》《控制回路PID參數(shù)整定管理規(guī)范》《先進控制系統(tǒng)管理技術(shù)規(guī)范》《工藝平穩(wěn)性績效指標(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)性平臺管理辦法》等。
1.4支撐技術(shù)
研發(fā)報警評估與優(yōu)化、控制回路性能評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)報警評估與優(yōu)化技術(shù)。從報警設(shè)置、儀表及控制系統(tǒng)優(yōu)化等措施入手,減少現(xiàn)場無效報警干擾，提升報警響應(yīng)效率，優(yōu)化日常工藝操作。
(2)控制回路性能評估與診斷技術(shù)。通過穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等關(guān)鍵指標(biāo)，實時監(jiān)測控制回路的性能，對低性能控制回路進行故障診斷并提出優(yōu)化方案，提升控制參數(shù)的平穩(wěn)運行水平。
(3)工藝平穩(wěn)性績效指標(biāo)監(jiān)控平臺。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)性績效指標(biāo)監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對各關(guān)鍵指標(biāo)的在線監(jiān)測、預(yù)警與分析。
1.5績效指標(biāo)
工藝平穩(wěn)性績效指標(biāo)按照兩級指標(biāo)進行設(shè)置。一級指標(biāo)包括工藝指標(biāo)合格率、工藝參數(shù)報警率等5項，二級指標(biāo)包括工藝卡片合格率、餾出口合格率等13項。各項績效指標(biāo)分別建立企業(yè)級和裝置級指標(biāo)。企業(yè)級指標(biāo)以整個煉油企業(yè)(公司)為統(tǒng)計單位，用于各企業(yè)工藝平穩(wěn)性績效指標(biāo)的橫向?qū)Ρ?。裝置級指標(biāo)以單獨的煉油裝置為統(tǒng)計單位，用于評估企業(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、報警評估技術(shù)
通過報警設(shè)置優(yōu)化、性能評估、不合理報警消除等工作，建立報警管理體系，見圖2。
圖2報警評估與優(yōu)化技術(shù)總體路線
2.1報警參數(shù)選擇與優(yōu)先級設(shè)置
為了實現(xiàn)煉油裝置報警設(shè)置的統(tǒng)一，對常減壓、催化裂化、延遲焦化等8類主要煉油裝置梳理出1885個報警的設(shè)置規(guī)范。
2.1.1報警參數(shù)選擇
根據(jù)過程危險與風(fēng)險分析、工藝安全要求等要素，全面識別和評估裝置可能存在的風(fēng)險，確定需要設(shè)置報警的參數(shù)，包括帶聯(lián)鎖的參數(shù)、工藝卡片參數(shù)等。通過評估報警后果嚴(yán)重性及處置時間緊迫性，采用風(fēng)險評估矩陣對報警優(yōu)先級進行劃分。
2.1.2報警優(yōu)先級劃分
(1)緊急報警。包括可能導(dǎo)致泄漏、爆炸等的事件,可能造成大范圍非計劃停車的事件,其他可能造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失的事件等。
(2)重要報警。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)備安全運行參數(shù)、可能造成裝置非計劃停車的參數(shù)等。
(3)一般報警。包括企業(yè)運行部級工藝卡片，除緊急、重要報警外可能影響裝置局部異常的參數(shù)等。
報警優(yōu)先級分布比例：緊急報警約5%，重要報警約15%，一般報警約80%。
2.2報警性能指標(biāo)及報警消除策略
報警性能指標(biāo)可以實現(xiàn)裝置報警性能的量化，為報警優(yōu)化提供整改方向。報警性能的部分關(guān)鍵績效指標(biāo)(KPI)見表1。
表1報警性能的部分KPI
根據(jù)表1分析裝置的報警分布，提出了問題報警的消除策略。
(1)頻繁報警：評估最頻繁的10個報警，檢查產(chǎn)生的原因。
(2)持續(xù)報警：評估是否存在長時間(24h)沒有消除的報警，確定是否需要調(diào)整報警級別甚至取消報警。
(3)滋擾報警：對于備用設(shè)備暫時產(chǎn)生的無效報警，利用DCS系統(tǒng)的報警擱置功能，由操作員手動操作或設(shè)置觸發(fā)信號暫時擱置報警，等設(shè)備投用后再由操作員手動恢復(fù)或根據(jù)觸發(fā)信號自動恢復(fù)報警。
3、控制回路性能評估與診斷技術(shù)
通過對控制回路的運行狀態(tài)、控制效果、性能指標(biāo)等做出評估，發(fā)現(xiàn)性能差的控制回路并對其進行故障診斷，輔助技術(shù)人員進行控制性能的優(yōu)化提升，從而從控制層面提高工藝運行的安全平穩(wěn)水平。
3.1控制回路性能評估與診斷技術(shù)操作流程
控制回路性能評估與診斷技術(shù)流程見圖3。
圖3控制回路性能評估與診斷技術(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期平穩(wěn)型、目標(biāo)跟蹤型、快速響應(yīng)型和手動調(diào)節(jié)型。
(2)評估控制回路的性能。根據(jù)實際監(jiān)測的運行數(shù)據(jù)，計算所涉及的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及快速性指標(biāo)，將計算的3個指標(biāo)相結(jié)合得到評估總成績。
(3)低性能控制回路故障診斷。對于性能不達標(biāo)的控制回路，分析其性能下降的原因。
(4)提出改進措施。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個控制回路性能評估指標(biāo)，部分KPI見表2。
表2控制回路性能評估與診斷技術(shù)的部分KPI
4、應(yīng)用情況
工藝平穩(wěn)性管理體系在中國石化某大型煉油企業(yè)成功進行了應(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，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)性體系并對運行過程中的問題進行了分析，提出了解決措施。
報警評估與優(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套裝置的時平均報警數(shù)小于6次，2套裝置的時平均報警數(shù)小于12次，達到了較高的管理水平。
控制回路性能評估與診斷系統(tǒng)于2019年8月底正式運行。某裝置74個回路的評估結(jié)果見圖4。分別對評估結(jié)果為較差的4條回路和評估結(jié)果為一般的8條回路進行了故障診斷，根據(jù)診斷結(jié)果進行了優(yōu)化，低性能的控制回路全部消除。通過實施控制回路性能評估與診斷技術(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，實現(xiàn)工藝平穩(wěn)性績效定期評估并持續(xù)優(yōu)化，保障裝置的安全、平穩(wěn)、長周期運行。
5、結(jié)論
(1)構(gòu)建了一套具有中國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)了報警評估與優(yōu)化、控制回路性能評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)性體系的實施能顯著提高工藝平穩(wěn)運行水平，保障煉油企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)。
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