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中國石化煉油工藝平穩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
(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(shí)中國石化以精細管理促發(fā)展、平穩安全保發(fā)展的策略,立足企業(yè)管理現狀,融合國內外石化企業(yè)先進(jìn)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)的應用結果表明,12套裝置的時(shí)平均報警數降至6次以?xún)?、有效自控率?5.72%提升至98%以上,效果良好。
關(guān)鍵詞:煉油工藝 平穩性 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90年代起,??松梨诒阒鸩叫纬闪艘园踩?、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(zhù)[2]。雪佛龍公司建立了HSE&ESIA(環(huán)境和社會(huì )影響評估)管理體系,利用管理手段削減和控制可能出現的危害[3]。此外,國外石油公司非常重視開(kāi)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受控,國內一些石油公司采用了信息化手段來(lái)提升煉油工藝的預警能力,如中國石化的“智能工廠(chǎng)”項目[5]。但以往開(kāi)發(fā)的信息化工具往往集中在公司級應用(上層應用)上,沒(méi)有關(guān)注DCS(集散控制系統)等底層系統對裝置平穩性的作用[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、規范化程度以及相關(guān)支撐技術(shù)的應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(jì)效指標不夠明確,未形成工藝績(jì)效指標體系;
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缺乏統一的綜合技術(shù)應用支撐平臺,管理資源整合不充分。
    當前,國際石油市場(chǎng)競爭主體多元化,建立符合中國石化自身實(shí)際的工藝平穩性管理體系可進(jìn)一步提高中國石化的競爭優(yōu)勢,是實(shí)現世界一流煉油企業(yè)宏偉目標的必然選擇。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(shí)踐又符合中國石化煉油企業(yè)管理實(shí)際的工藝管理體系。
 
1、工藝平穩性管理體系的研究
    工藝平穩性管理體系以中國石化煉油企業(yè)管理現狀為出發(fā)點(diǎn),系統梳理組織架構,完善管理制度,開(kāi)發(fā)相關(guān)支撐技術(shù)和指標體系,自下而上建立底層系統與上層應用間的連接紐帶。
 
1.1體系結構
    工藝平穩性管理體系基于ISO管理體系結構,遵循PDCA(計劃—執行—檢查—處理)原理,突出“領(lǐng)導作用”對體系其他要素的支持和驅動(dòng),強調基于風(fēng)險的管理和業(yè)務(wù)流程的融合。具體結構如圖1所示。
圖1工藝平穩性管理體系總體結構
 
    工藝平穩性管理體系是用來(lái)管理企業(yè)風(fēng)險并促使企業(yè)持續改進(jìn)的綜合管控框架。與管理制度側重于局部性的輔助作用不同,工藝平穩性管理體系以管理制度為基礎,重點(diǎn)關(guān)注制度間的相互關(guān)聯(lián)和相互補充,以系統化的思維集成職能管理、技術(shù)指導等全流程要素。
 
1.2組織架構
    中國石化煉油事業(yè)部負責組織制定股份公司級工藝平穩性管理體系文件及技術(shù)規范,對企業(yè)工藝平穩性管理情況進(jìn)行監督與檢查,推進(jìn)體系實(shí)施工作。
    各煉油企業(yè)根據工藝平穩性管理體系要求,成立平穩性體系建設領(lǐng)導小組與工作小組。其中企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)負責歸口管理,主抓工藝平穩性的管理工作;企管部門(mén)負責定期評審平穩性管理體系,確保整體方針與企業(yè)的發(fā)展規劃保持一致;運行部(或分廠(chǎng))負責執行工藝平穩性的具體工作,并指導員工為工藝平穩性管理體系提出改進(jìn)建議;車(chē)間(聯(lián)合裝置)負責配合職能部門(mén)的相關(guān)工作,確保實(shí)施達到預期目標。
 
1.3管理制度
    以法律法規、標準、過(guò)程安全管理實(shí)踐等作為依據,制定了工藝平穩性管理體系實(shí)施指南,最終編制成《煉油工藝平穩性管理體系》。具體文件包括《中國石化煉油企業(yè)工藝平穩性體系要求》《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)規范》《控制回路PID參數整定管理規范》《先進(jìn)控制系統管理技術(shù)規范》《工藝平穩性績(jì)效指標管理規范》《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),保障工藝平穩性體系有效落地。
(1)報警評估與優(yōu)化技術(shù)。從報警設置、儀表及控制系統優(yōu)化等措施入手,減少現場(chǎng)無(wú)效報警干擾,提升報警響應效率,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(guò)穩定性、準確性、快速性等關(guān)鍵指標,實(shí)時(shí)監測控制回路的性能,對低性能控制回路進(jìn)行故障診斷并提出優(yōu)化方案,提升控制參數的平穩運行水平。
(3)工藝平穩性績(jì)效指標監控平臺。圍繞自控率、平穩率等關(guān)鍵要素構建指標體系,形成平穩性績(jì)效指標監控平臺,實(shí)現對各關(guān)鍵指標的在線(xiàn)監測、預警與分析。
 
1.5績(jì)效指標
工藝平穩性績(jì)效指標按照兩級指標進(jìn)行設置。一級指標包括工藝指標合格率、工藝參數報警率等5項,二級指標包括工藝卡片合格率、餾出口合格率等13項。各項績(jì)效指標分別建立企業(yè)級和裝置級指標。企業(yè)級指標以整個(gè)煉油企業(yè)(公司)為統計單位,用于各企業(yè)工藝平穩性績(jì)效指標的橫向對比。裝置級指標以單獨的煉油裝置為統計單位,用于評估企業(yè)內部各裝置間及各企業(yè)同類(lèi)裝置間的平穩性管理水平。
 
2、報警評估技術(shù)
通過(guò)報警設置優(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(jiàn)圖2。
圖2報警評估與優(yōu)化技術(shù)總體路線(xiàn)
 
2.1報警參數選擇與優(yōu)先級設置
為了實(shí)現煉油裝置報警設置的統一,對常減壓、催化裂化、延遲焦化等8類(lèi)主要煉油裝置梳理出1885個(gè)報警的設置規范。
 
2.1.1報警參數選擇
根據過(guò)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,確定需要設置報警的參數,包括帶聯(lián)鎖的參數、工藝卡片參數等。通過(guò)評估報警后果嚴重性及處置時(shí)間緊迫性,采用風(fēng)險評估矩陣對報警優(yōu)先級進(jìn)行劃分。
 
2.1.2報警優(yōu)先級劃分
(1)緊急報警。包括可能導致泄漏、爆炸等的事件,可能造成大范圍非計劃停車(chē)的事件,其他可能造成嚴重經(jīng)濟損失的事件等。
(2)重要報警。包括除嚴重事件以外的安全聯(lián)鎖參數、裝置關(guān)鍵設備安全運行參數、可能造成裝置非計劃停車(chē)的參數等。
(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報警性能指標及報警消除策略
    報警性能指標可以實(shí)現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(jì)效指標(KPI)見(jiàn)表1。
表1報警性能的部分KPI
 
根據表1分析裝置的報警分布,提出了問(wèn)題報警的消除策略。
(1)頻繁報警:評估最頻繁的10個(gè)報警,檢查產(chǎn)生的原因。
(2)持續報警:評估是否存在長(cháng)時(shí)間(24h)沒(méi)有消除的報警,確定是否需要調整報警級別甚至取消報警。
(3)滋擾報警:對于備用設備暫時(shí)產(chǎn)生的無(wú)效報警,利用DCS系統的報警擱置功能,由操作員手動(dòng)操作或設置觸發(fā)信號暫時(shí)擱置報警,等設備投用后再由操作員手動(dòng)恢復或根據觸發(fā)信號自動(dòng)恢復報警。
 
3、控制回路性能評估與診斷技術(shù)
    通過(guò)對控制回路的運行狀態(tài)、控制效果、性能指標等做出評估,發(fā)現性能差的控制回路并對其進(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行的安全平穩水平。
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(jiàn)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(mǎn)足不同的工藝需求,控制回路的特性依據設定值的變化可以分為長(cháng)期平穩型、目標跟蹤型、快速響應型和手動(dòng)調節型。
(2)評估控制回路的性能。根據實(shí)際監測的運行數據,計算所涉及的準確性、穩定性及快速性指標,將計算的3個(gè)指標相結合得到評估總成績(jì)。
(3)低性能控制回路故障診斷。對于性能不達標的控制回路,分析其性能下降的原因。
(4)提出改進(jìn)措施。根據導致控制回路性能較低的原因,制定相應的優(yōu)化措施。
 
3.2評估與診斷性能指標
    根據快速、穩定、準確等控制性能要求及儀表、閥門(mén)、PID參數設置等故障模式,研發(fā)了83個(gè)控制回路性能評估指標,部分KPI見(jiàn)表2。
表2控制回路性能評估與診斷技術(shù)的部分KPI
 
4、應用情況
    工藝平穩性管理體系在中國石化某大型煉油企業(yè)成功進(jìn)行了應用。該企業(yè)建立了工藝平穩性工作組,由公司分管領(lǐng)導任組長(cháng),部門(mén)分管領(lǐng)導、技術(shù)專(zhuān)家參加,策劃、建立了工藝平穩性體系并對運行過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行了分析,提出了解決措施。
    報警評估與優(yōu)化技術(shù)應用后,經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)化,至2021年2月,在16套8大類(lèi)主要煉油裝置中,有12套裝置的時(shí)平均報警數小于6次,2套裝置的時(shí)平均報警數小于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于2019年8月底正式運行。某裝置74個(gè)回路的評估結果見(jiàn)圖4。分別對評估結果為較差的4條回路和評估結果為一般的8條回路進(jìn)行了故障診斷,根據診斷結果進(jìn)行了優(yōu)化,低性能的控制回路全部消除。通過(guò)實(shí)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果
    該業(yè)的應用效果表明,工藝平穩性管理體系可以幫助企業(yè)規范工藝管理,實(shí)現工藝平穩性績(jì)效定期評估并持續優(yōu)化,保障裝置的安全、平穩、長(cháng)周期運行。
 
5、結論
(1)構建了一套具有中國石化特色的煉油工藝平穩性管理體系,完成各類(lèi)管理制度、技術(shù)指標、要素基準的融合與提升。
(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),打破底層控制系統與上層應用的壁壘。
(3)應用效果表明,工藝平穩性體系的實(shí)施能顯著(zhù)提高工藝平穩運行水平,保障煉油企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)。
 
參考文獻
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