切换行业
1数字化LNG工厂的意义
数字化LNG工厂是借助计算机和仿真技术，集成各方面数据进行可视化建模，基于流程与交换的业务协同情况下进行全面管理的基础平台。它能够根据管理平台中业务需求的变化和差异，推进人与人之间、人与应用系统之间、人与生产工作之间的整合与调整以达到提高工作效率目的。当前数字化LNG工厂平台主要解决了生产工艺协同管理、员工培训、设备设施检修、HSE应急指挥等问题。
2LNG工厂特点
天然气液化工艺是利用低温冷冻技术使天然气变为液体，得到LNG产品。LNG工厂主要工艺流程为:原料气经过滤分离后进入三脱单元，脱除CO2、H2O、汞后进入液化装置液化，得到的LNG产品进入LNG罐区储存并装车外运。BOG由BOG压缩机增压后，一部分作为燃料气，一部分返输回分输站，见图1。
LNG工厂最大特点是液化工艺的不同。某厂液化装置采用多级单组分制冷液化工艺，该工艺总体上为传统阶式制冷工艺，最后一级改进为混合冷剂制冷工艺，具体采用了三个制冷循环:第一级丙烯制冷循环为天然气、制冷剂乙烯和制冷剂甲烷提供冷量;第二级乙烯制冷循
环为天然气和制冷剂甲烷提供冷量;第三级甲烷混合冷剂制冷剂循环为天然气及自身提供冷量。通过6个换热器和1个板翅式换热器冷却，天然气的温度逐渐降低，直至液化。本工艺流程有效降低了工艺过程的传热温差和制冷压缩机的单机功率，减小了压缩机启动时对电网的冲击。与混合冷剂工艺相比，由于压缩机冷剂组成不变，操作更稳定、可靠。但制冷工艺复杂，机组设备较多，要求操作人员短时间内掌握工艺、设备、仪表等相关知识，人员初期培训与操作难度较大，迫切要求数字化LNG工厂平台发挥功效。
3数字化LNG工厂总体设计
数字化LNG工厂采用多层架构模式，底层为基础平台，包括产品成分数据、设备数据、工艺数据、企业知识库;中间层为基础应用，实现数字化LNG工厂的具体应用功能;上层为表示层，完成人机交互，通过采用可视化和虚拟现实技术表现出真实感的数字化LNG工厂，实现设备培训、工艺培训、生产管理、应急安全等业务应用。
4数字化LNG工厂建设方案及功能实现
数字化LNG工厂项目以地理空间信息技术GIS、虚拟现实技术VＲ、三维图形技术、物联网技术IOT为基础，对企业地理信息数据、设备数据、生产数据及业务系统进行综合管理，实现培训可视化、业务系统的高度集成化以及生产控制一体化，提高企业信息化水平和管理水平。
4.1项目设计、采购、施工数据采集
数字化LNG工厂项目根据建设单位信息化建设的要求，结合中国石油信息化建设的具体情况，在前期进行大量数据收集工作。主要对黄冈500m3/dLNG工厂项目设计资料，施工物资采购、库存、使用情况及施工进度进行收集整理，并对下步工序所需的物资数量进行估算，为后续正常生产和停工检修提供物料使用参考。优化备料采购、人员安排结构，预留业务系统集成接口，提高工作效率。
4.2工厂可视化场景建设
数字化LNG工厂现场管线布局复杂，设备众多;地下稳高压消防水管线、循环水管线、生活给水管线、各类光缆电缆错综复杂，为了有效管理所有设备设施，对厂区地下部分重点关注，需要数据完整的三维可视化模型数据对全厂进行综合展示、管理。
4.2.1三维场景搭建
通过平台，加载数字高程模型、数字正射影像图、周边矢量等信息，构建三维数字地球。通过加入DEM数据(通过遥感技术，采用UTM投影和采用地理坐标以秒为单位的多平台地理格网数据)，参与切图直观展示LNG工厂周边的地理场景真实地貌状况，帮助主管单位对工厂环境进行监测，保障生产安全。
4.2.2全厂设备设施建模
收集项目图纸、现场影像、重点设备三视图、设施设备工艺参数等资料，按1∶1的最高限度精细化要求比例建模，并在项目竣工后依据现场施工临时变更情况修改，建立可以存储三维模型数据集，分层入库。勾勒模型数据层间的关联性，预留数据关联接口，导出模型。
4.2.3地下管线可视化
通过项目设计方获取地下管线、电缆、通讯光缆部署与走向，进行真实建模。在建设时，以现场施工为准，及时修正模型。保证地下管网数据的准确性、实用性。地下管线可视化建模、入库后可以对该部分数据有效管理。防止人员流动、调岗导致地下数据缺失的问题出现，保证LNG工厂运行期地面施工的安全，减少施工对管道管线的影响。
4.3设备管理及培训、检维修
数字化LNG工厂建设周期较长，安装过程由基建单位负责，业主方很难全程参与，对设备情况了解不全。竣工交接后，操作人员仅靠图纸文档指导生产、维修设备，导致工作效率低下。基于三维可视化场景下的设备管理，能够将设备属性信息与模型进行绑定，用户能直接查看各种规格参数，同时查阅该设备所有电子资料、图纸。对于重点设备、特殊设备进行精细化建模，以三维虚拟现实技术剖切展示设备内部结构、组装流程，使员工直观、生动地了解设备。在设备进行检修时，数字化LNG工厂与设备检维修系统进行关联，通过设备位号查询设备历史维护记录，直接调用设备工单信息。对工单进行维护、更新，建立统一单点登录，使处理所有业务一体化。
4.4工艺培训、仿真
数字化LNG工厂工艺复杂，不同介质、不同规格管线密度相当高。依托二维图纸去现场进行工艺学习，费时、费力，而且危险系数很高。数字化LNG工厂系统将二维图纸经过数据转换，直接显示在数字工厂平台。
同时能够读取设备、管线各种设计参数，模拟管线中液体流动，展示地下管线流程。但传统二维图纸更容易了解工厂整体工艺状况和各设备生产参数，为此，数字化LNG工厂平台提供二、三维生产工艺流程对照显示功能。结合两者优点，用户可以在三维场景下查看工艺流程，并在二维流程图上找到对应的设备以及相应的压力、温度等各种参数，全面学习工厂工艺流程，提升工作效率。[pagebreak]
4.5HSE应急指挥
应急预案多数为纸质版，通过文字、图片、流程图进行表述，学习起来枯燥无味;同时由于数字化LNG工厂的特殊性，不可能组织大规模的真实演练。两方面现实情况导致应急演练效果不佳，在突发险情时员工很难作出准确判断，执行正确抢险步骤。数字化LNG工厂平台对LNG工厂区域进行地理信息数字化，并对主要装置区、危险源等的设备装置以及管道进行建模和虚拟场景搭建，并建立应急资料综合数据库。在此基础上实现应急预案和救援方案的仿真展示功能，实现人员、资源、设备的综合调度演练，达到企业安全运营的目标。
5结论
数字化LNG工厂是智能化发展的趋势，系统平台有效地对生产工艺的各个环节在不同层次，小到操作步骤，大到生产单元、生产线乃至整个工厂进行设计、仿真、分析和优化。它具有健康、安全和环保，提高可靠性及可用性等特点。数字化LNG工厂技术有如下好处:
1)缩短新员工培训的周期。
2)减少新产品的开发成本和风险。
3)降低设备、管线维护难度，有效提高生产效率。
4)优化设备检修备料，减少开工准备步骤，缩短停工时间。
5)模拟计划工艺设备生产力，有效节约资源。
6)减小员工的劳动强度，提高产品质量。
LNG工厂由三脱、液化、LNG储存、辅助设施等部分组成，具有生产工作严密、人员培训复杂、安全等级高等特征。传统的DCS系统及现场巡检工作制度已经不能满足未来LNG工厂的工作需要。如何达到自动化、数字化、模型化、可视化、智能化的现代化LNG工厂，成为迫在眉睫的问题。数字化LNG工厂具有面向对象、面向服务的设计开发模式，能在正常生产时，智能监控设备当前工况，安排检修时间与具体事项，并对工厂进行协同调度、全面管理。本文基于数字化LNG工厂总体设计构架，通过对LNG工厂建设、投运、维修等阶段的用户需求分析，演绎数字化LNG工厂功能应用。
1数字化LNG工厂的意义
数字化LNG工厂是借助计算机和仿真技术，集成各方面数据进行可视化建模，基于流程与交换的业务协同情况下进行全面管理的基础平台。它能够根据管理平台中业务需求的变化和差异，推进人与人之间、人与应用系统之间、人与生产工作之间的整合与调整以达到提高工作效率目的。当前数字化LNG工厂平台主要解决了生产工艺协同管理、员工培训、设备设施检修、HSE应急指挥等问题。
2LNG工厂特点
天然气液化工艺是利用低温冷冻技术使天然气变为液体，得到LNG产品。LNG工厂主要工艺流程为:原料气经过滤分离后进入三脱单元，脱除CO2、H2O、汞后进入液化装置液化，得到的LNG产品进入LNG罐区储存并装车外运。BOG由BOG压缩机增压后，一部分作为燃料气，一部分返输回分输站，见图1。
LNG工厂最大特点是液化工艺的不同。某厂液化装置采用多级单组分制冷液化工艺，该工艺总体上为传统阶式制冷工艺，最后一级改进为混合冷剂制冷工艺，具体采用了三个制冷循环:第一级丙烯制冷循环为天然气、制冷剂乙烯和制冷剂甲烷提供冷量;第二级乙烯制冷循
环为天然气和制冷剂甲烷提供冷量;第三级甲烷混合冷剂制冷剂循环为天然气及自身提供冷量。通过6个换热器和1个板翅式换热器冷却，天然气的温度逐渐降低，直至液化。本工艺流程有效降低了工艺过程的传热温差和制冷压缩机的单机功率，减小了压缩机启动时对电网的冲击。与混合冷剂工艺相比，由于压缩机冷剂组成不变，操作更稳定、可靠。但制冷工艺复杂，机组设备较多，要求操作人员短时间内掌握工艺、设备、仪表等相关知识，人员初期培训与操作难度较大，迫切要求数字化LNG工厂平台发挥功效。
3数字化LNG工厂总体设计
数字化LNG工厂采用多层架构模式，见图2。底层为基础平台，包括产品成分数据、设备数据、工艺数据、企业知识库;中间层为基础应用，实现数字化LNG工厂的具体应用功能;上层为表示层，完成人机交互，通过采用可视化和虚拟现实技术表现出真实感的数字化LNG工厂，实现设备培训、工艺培训、生产管理、应急安全等业务应用。
4数字化LNG工厂建设方案及功能实现
数字化LNG工厂项目以地理空间信息技术GIS、虚拟现实技术VＲ、三维图形技术、物联网技术IOT为基础，对企业地理信息数据、设备数据、生产数据及业务系统进行综合管理，实现培训可视化、业务系统的高度集成化以及生产控制一体化，提高企业信息化水平和管理水平。
4.1项目设计、采购、施工数据采集
数字化LNG工厂项目根据建设单位信息化建设的要求，结合中国石油信息化建设的具体情况，在前期进行大量数据收集工作。主要对黄冈500m3/dLNG工厂项目设计资料，施工物资采购、库存、使用情况及施工进度进行收集整理，并对下步工序所需的物资数量进行估算，为后续正常生产和停工检修提供物料使用参考。优化备料采购、人员安排结构，预留业务系统集成接口，提高工作效率。[pagebreak]
4.2工厂可视化场景建设
数字化LNG工厂现场管线布局复杂，设备众多;地下稳高压消防水管线、循环水管线、生活给水管线、各类光缆电缆错综复杂，为了有效管理所有设备设施，对厂区地下部分重点关注，需要数据完整的三维可视化模型数据对全厂进行综合展示、管理。
4.2.1三维场景搭建
通过平台，加载数字高程模型、数字正射影像图、周边矢量等信息，构建三维数字地球。通过加入DEM数据(通过遥感技术，采用UTM投影和采用地理坐标以秒为单位的多平台地理格网数据)，参与切图直观展示LNG工厂周边的地理场景真实地貌状况，帮助主管单位对工厂环境进行监测，保障生产安全。
4.2.2全厂设备设施建模
收集项目图纸、现场影像、重点设备三视图、设施设备工艺参数等资料，按1∶1的最高限度精细化要求比例建模，并在项目竣工后依据现场施工临时变更情况修改，建立可以存储三维模型数据集，分层入库。勾勒模型数据层间的关联性，预留数据关联接口，导出模型。
4.2.3地下管线可视化
通过项目设计方获取地下管线、电缆、通讯光缆部署与走向，进行真实建模。在建设时，以现场施工为准，及时修正模型。保证地下管网数据的准确性、实用性。地下管线可视化建模、入库后可以对该部分数据有效管理。防止人员流动、调岗导致地下数据缺失的问题出现，保证LNG工厂运行期地面施工的安全，减少施工对管道管线的影响。
4.3设备管理及培训、检维修
数字化LNG工厂建设周期较长，安装过程由基建单位负责，业主方很难全程参与，对设备情况了解不全。竣工交接后，操作人员仅靠图纸文档指导生产、维修设备，导致工作效率低下。基于三维可视化场景下的设备管理，能够将设备属性信息与模型进行绑定，用户能直接查看各种规格参数，同时查阅该设备所有电子资料、图纸。对于重点设备、特殊设备进行精细化建模，以三维虚拟现实技术剖切展示设备内部结构、组装流程，使员工直观、生动地了解设备。在设备进行检修时，数字化LNG工厂与设备检维修系统进行关联，通过设备位号查询设备历史维护记录，直接调用设备工单信息。对工单进行维护、更新，建立统一单点登录，使处理所有业务一体化。
4.4工艺培训、仿真
数字化LNG工厂工艺复杂，不同介质、不同规格管线密度相当高。依托二维图纸去现场进行工艺学习，费时、费力，而且危险系数很高。数字化LNG工厂系统将二维图纸经过数据转换，直接显示在数字工厂平台。
同时能够读取设备、管线各种设计参数，模拟管线中液体流动，展示地下管线流程。但传统二维图纸更容易了解工厂整体工艺状况和各设备生产参数，为此，数字化LNG工厂平台提供二、三维生产工艺流程对照显示功能。结合两者优点，用户可以在三维场景下查看工艺流程，并在二维流程图上找到对应的设备以及相应的压力、温度等各种参数，全面学习工厂工艺流程，提升工作效率。
4.5HSE应急指挥
应急预案多数为纸质版，通过文字、图片、流程图进行表述，学习起来枯燥无味;同时由于数字化LNG工厂的特殊性，不可能组织大规模的真实演练。两方面现实情况导致应急演练效果不佳，在突发险情时员工很难作出准确判断，执行正确抢险步骤。数字化LNG工厂平台对LNG工厂区域进行地理信息数字化，并对主要装置区、危险源等的设备装置以及管道进行建模和虚拟场景搭建，并建立应急资料综合数据库。在此基础上实现应急预案和救援方案的仿真展示功能，实现人员、资源、设备的综合调度演练，达到企业安全运营的目标。
5结论
数字化LNG工厂是智能化发展的趋势，系统平台有效地对生产工艺的各个环节在不同层次，小到操作步骤，大到生产单元、生产线乃至整个工厂进行设计、仿真、分析和优化。它具有健康、安全和环保，提高可靠性及可用性等特点。数字化LNG工厂技术有如下好处:
1)缩短新员工培训的周期。
2)减少新产品的开发成本和风险。
3)降低设备、管线维护难度，有效提高生产效率。
4)优化设备检修备料，减少开工准备步骤，缩短停工时间。
5)模拟计划工艺设备生产力，有效节约资源。
6)减小员工的劳动强度，提高产品质量。
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