数据驱动找到化工最优解

海湾集团董家口产业园区年产50万吨苯乙烯装置

　　工业互联网对化工行业的重塑，在青岛海湾集团可以获得最为直观的感受。

　　自2010年启动环保搬迁，海湾集团不仅获得了物理空间的释放，同时也踏上了数字化转型的全新赛道。通过对化工装置实施数字化、智能化升级，海湾集团实现了对全流程生产数据的实时采集、监控、集中存储；通过打通不同层级与流程间的数据壁垒，海湾集团已经构建起了数据采集、传输、存储、处理和反馈的闭环，利用数据流动，为企业寻找到了更多的最优解……

　　在海湾集团，伴随着这个全新数字经济体系的不断生长，工业互联网在化工领域的应用场景也逐渐明晰。

　　让变化“数据化”

　　在海湾集团旗下位于董家口的海湾化学厂区，放眼望去，半空中银色管廊纵横交织，聚合釜、精馏塔等大型装置如高楼林立。一天24小时、一年300多天，这些装置内每时每刻都涌动着悄无声息的化学反应。在这个过程中，每一个节点都在产生液位、压力、温度、剂量、流量等复杂的变化……对这些变化必须实时掌控，否则分毫之差都将引起“蝴蝶效应”，影响产品品质，甚至带来安全隐患。

　　在实现装置自动化之前，企业一直是依靠一线职工的手动操作来把控这些变化。人的经验是保障产品质量最核心的因素。海湾化学生产部部长明坤告诉记者，像在盐酸生产线，氢气与氯气的配比是决定盐酸产品质量的重要因素。生产过程中，技术人员搬个小板凳坐在合成炉附近，透过炉子上的视镜观察炉火的颜色，“颜色发黄就是氯气加多了，颜色发白就是氢气加多了。这可是很考验人的眼力和经验的。”明坤笑着说。

　　要应用工业互联网，首先就是要让这些凭经验观察的感性“变化”转化为精确的“数据”。正如国内数字化设计与制造权威、中国工程院院士谭建荣所言，数据是工业互联网的核心，走向工业互联网的第一步，就是要将散落在生产流程中的碎片化的信息量化、收集。

　　海湾集团有关负责人介绍，海湾集团自上世纪90年代就开始引入DCS工业控制系统，对生产基础设施进行数字化改造，而2010年9月启动的整体搬迁，则开启了数字化建设的新征程。

　　“厂区的每一台装置都安装了不同种类的监测仪器和自动控制阀，这就是我们收集信息数据的基础，也是进行智能化控制的基础。”明坤以氯氢工段的氢气锅炉为例，烟气出口处有温度计，能够实时感知烟气出口处的温度，而这些温度信息最终通过信号传输显示在了DCS系统的屏幕上。除了温度数据，生产过程中产生的压力、液位、流量等数据也都尽在DCS控制系统的“掌控中”。

　　目前，仅海湾化学生产环节就配置了1万余块智能仪表仪器，实时数据库共有6万个监测点，实现了氯碱、VCM、PVC、苯乙烯生产过程的全流程、全环节监测，控制回路自控率达到99%以上。

　　不只在生产环节，在产品质量监测环节，海湾化学还引入了LIMS化验数据系统，收集了生产过程中所有原料、产品的检测数据；在出入库环节，所有物料称重等数据都直接由地磅称重管理系统 “收入囊中”；在仓储环节，全自动包装码垛系统让每一批产品都可随时定位、全程追溯。

　　通过数字化改造，海湾集团实现了对所有跟生产相关数据的实时采集、监控和集中存储。

　　用数据“精准驱动”

　　对数据的精准掌控，是为了不断优化生产、管理、研发的各项流程。

　　海湾化学苯乙烯装置区内机器轰鸣，进料、反应、出成品、包装、配送，各个环节流畅有序，生产线和操作区域基本已实现无人化操作。而驱动这一切的，正是数据。

　　对苯乙烯工段的主操刘春林来说，DCS系统不仅是他的“千里眼”，更是他的“精密大脑”和“灵活四肢”。坐在DCS中央控制室的系统屏幕前，刘春林可以实时掌握苯乙烯工段内各个装置的生产情况。脱氢反应器的蒸汽带压力不能高于150kpaA、床层温度差必须保持在85℃以内、精馏塔内塔顶温度不能超过103℃，这些关键指标已经在刘春林的意识中形成“条件反射”。

　　他告诉记者，如果精馏塔内塔顶温度超过103℃，会造成塔顶苯乙烯含量过多，催化剂的转化效率由此降低，反应器表面会造成结焦。如果塔釜温度低了，精馏塔上层的乙烯就会下沉到苯乙烯产品中，会导致苯乙烯产品纯度降低。而对化工产品而言，0.01%的纯度提升即是技术层面的巨大进步，“所以温差的精确度要控制在0.2℃—0.3℃之间，越精准产品质量就越稳定。”刘春林说，DCS系统自动化控制远比人的经验稳定、精准。

　　对于数据驱动下的安全生产，明坤深有体会。一天，氯氢工段的DCS系统提示氢气锅炉烟气出口温度低于正常温度，现场巡查人员查看后，发现了设备漏水隐患。“漏水是比较难发现的，而且现场巡检通常要间隔两个小时，如果不是系统提示，那我们发现问题的时间肯定是远远滞后的，这就有安全隐患了。”明坤解释，漏水会导致氢气锅炉内液位波动下降，将触发一系列连锁反应，甚至会造成氢气锅炉的干烧、爆炸。目前，海湾集团在物料生产的关键工序上建立了安全仪表系统，还设置了可燃、有毒有害气体检测报警装置，一旦出现指标或状态失控情况，与安全仪表系统相连的关键指标联锁系统、紧急停车装置将第一时间启动联锁动作，确保安全生产。

　　信息化、数字化驱动着海湾集团的生产、管理模式不断升级换代。海湾化学搬迁一期项目达产后，万元产值综合能耗降至0.48吨标煤，不到搬迁前的1/4。伴随着数字化、智能化程度不断提升，2019年海湾化学人均年产值已超过700万元，与2010年搬迁前相比整整提高了10倍。

　　让数据“流动起来”

　　与离散型生产不同，化工企业是连续不断的流程型生产，原料从进入装置后就一刻不停地前往“下一站”，直至成品产出。这种持续的流程型生产也意味着，数据必须要能够驱动生产的全流程、全周期，要一刻不停地跟随产品物料“流动起来”。

　　“要想让数据流动，就要打破 ‘数据孤岛’。”有关负责人介绍说。要把研发、设计、营销、生产、物流、仓储之间的数据边界打破，让数据在自由流动和耦合互动中为企业发展赋予能量。

　　2017年起，在基础控制系统已经完备的基础上，海湾集团以SAP/ERP实施为龙头，自上而下搭建业务财务一体化管控体系，实现了ERP系统与地磅称重管理系统、LIMS化验数据系统、PI实时数据库系统等的互联互通，从根本上解决了信息孤岛问题。SAP/ERP系统为多个系统的集成运行提供了开放性接口，让海湾集团实现了集团一体化管控，全面整合了生产、采购、销售、库存、运输、人力资源、财务管理等业务，构建了实时动态的业务财务一体化管控系统。不断完善的企业信息网络，让海湾集团实现了生产控制网、数据采集网、管理办公网间的互联互通，数据信息共享，数据自由流动。

　　而数据的流动正在突破各类边界，让海湾得以不断寻获发展的最优解。

　　海湾集团旗下共有二十余家控股和参股企业，数据的共享和流动正在提升海湾集团的信用管理和财务管控效率。“因为销售业务中存在赊销现象，我们通常会给客户设定信用额度，防止应收账款失控影响现金流，产生坏账，这样一个系统性、协同性的工作就要靠信息化来完成。”集团副总经理黄虎林说，有时一个客户会在海湾集团下属多个公司有业务，在没有进行数据集成管理前，集团通常无法实时掌控同一个客户在海湾多个下属公司的信用状况和赊销额度，造成潜在风险。“现在就没问题了，SAP/ERP系统实施之后，通过信用管理功能的实现，客户如果超过了赊销信用额度，订单就会被锁定，产品不能出货。”

　　流动的数据，让海湾集团找到了最优的能源配置方案。对化工企业来说，水、电、气等各种能源消耗是主要运营成本之一。通过数据的共享分析，操作人员可以实时监控各类储罐液位、流量、温度和其他关键参数，计算关键环节的能耗指标，和既定的能耗基线进行对比，找出能耗差距。同时结合工艺限制条件的数据分析，能够实现同时满足产品生产质量和产能要求的最优能源配置。

　　“对数据的深入挖掘使用是我们下一步重点要做的事情，尤其是在研发环节，研发人员可以实时调取某一化学指标在一年甚至更长周期内的变化趋势，分析研究这个指标的影响因素，为产品研发和质量提升提供数据支撑。”海湾化学计控部部长刘培军说。

　　未来，海湾集团还将在庞杂的数据信息中找到新价值、创造新模式，不断求出更多的最优解，在数字化生长的道路上奋力奔跑。