李兆田

青島能源華潤燃氣有限公司管網(wǎng)分公司 山東青島 266000

目前國內LNG接收站的生產運行控制模式正從工業(yè)3.0時代的傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)向工業(yè)4.0時代的數(shù)字化、智能化方向轉變。未來，終端控制系統(tǒng)和頂層智能系統(tǒng)將以DCS系統(tǒng)為基礎，采集電力系統(tǒng)中低壓柜的現(xiàn)場儀表信號和運行數(shù)據(jù)。通過對大量現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行相應的算法分析，優(yōu)化生產工藝，降低操作能耗，提前預測現(xiàn)場設備儀表故障，從而降低各種安全風險，控制各類人員，以避免因操作失誤造成的生產風險，達到安全運行、降低成本、提高效率的目的[1]。

1 LNG接收站傳統(tǒng)控制系統(tǒng)架構及存在問題

LNG接收站的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)由以下系統(tǒng)組成：DCS生產控制系統(tǒng)、ESD緊急停車系統(tǒng)、FDS火焰檢測系統(tǒng)、GDS可燃有毒氣體檢測系統(tǒng)、VMS振動檢測系統(tǒng)、TGS罐表系統(tǒng)、AMS儀表管理系統(tǒng)，系統(tǒng)間存在一定的邏輯聯(lián)鎖控制，但無法實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)與智能運行分析的集成，存在“信息孤島”問題，無法實現(xiàn)“綜合感知、自動控制、趨勢預測、準確決策”功能。

2 LNG接收站控制系統(tǒng)數(shù)字智能化建設目標

智能LNG接收站控制系統(tǒng)的總體目標是提高運行效率，降低生產運行成本，有效管理和控制安全風險，實現(xiàn)以下目標：①生產管理可視化：實現(xiàn)各種工藝流程、運行數(shù)據(jù)的數(shù)字化和可視化安全風險，實現(xiàn)“一張安全管理地圖，一條指揮決策鏈”。②運行管理一體化：通過對設計、施工、運行階段各種工藝設備數(shù)據(jù)的綜合集成，采用數(shù)字化集成手段，有效減少人員的重復性工作，提高運行效率，實現(xiàn)終端生產經(jīng)營全業(yè)務流程管理的數(shù)字化[2]。③設備管理優(yōu)化：通過大數(shù)據(jù)集成分析技術，生成各種報表分析，根據(jù)各種故障案例庫和異常參數(shù)分析，合理制定檢修計劃，使設備設施在全壽命周期內以低成本、高可靠性運行。

3 LNG接收站控制系統(tǒng)數(shù)字智能化模塊辨識

LNG接收站智能模塊包括可視化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、生產信息管理系統(tǒng)、HSE應急管理系統(tǒng)、模擬培訓系統(tǒng)、設備完整性管理系統(tǒng)和能源管理分析系統(tǒng)?？梢暬瘮?shù)據(jù)管理系統(tǒng)是后續(xù)智能模塊建設的基礎。通過集成LNG接收站數(shù)據(jù)庫、地理空間數(shù)據(jù)庫、視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號、DCS、TGS等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提前實現(xiàn)了接收站工藝設備運行數(shù)據(jù)的可視化。國內LNG接收站已經(jīng)部分實現(xiàn)了可視化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、生產信息管理系統(tǒng)、HSE應急管理系統(tǒng)、模擬訓練系統(tǒng)等功能，但在數(shù)據(jù)處理、模型自適應、智能預測等功能實現(xiàn)效果不明顯，下面將對其進行分析從設備故障智能預測模型的建立與分析、能源管理分析和智能降耗[3]。

3.1 設備故障

智能預測設備故障智能預測是以各種儀表檢測信號和生產運行數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)設備設施的可視化資產管理、計劃維修任務分配、故障預測報警等不同于以往的功能簡單故障維修，建立和完善智能預防性維修的最大特點是維修任務主要是根據(jù)設備的狀態(tài)和點檢測量的結果，結合故障維修來實現(xiàn)設備的可靠性維修。功能實現(xiàn)主要包括：定期設備預防性維護設置、檢查記錄及預防性維護關聯(lián)、標準作業(yè)計劃、維護維修工單等。①數(shù)據(jù)處理：通過對振動傳感器、運行三相電流、電流等歷史數(shù)據(jù)的集成分析對故障模式進行了初步預測。②模型自適應：生成初始故障預測模型后，將設備實時數(shù)據(jù)與現(xiàn)有模型進行匹配，并不斷修改模型參數(shù)，使預測模型精度最大化。③智能預測：預測模型通過不斷學習自適應后，根據(jù)現(xiàn)場儀器設備的實時數(shù)據(jù)，預測設備運行趨勢，判斷設備運行故障類型，實現(xiàn)設備故障預警等功能。

3.2 能源管理分析及智能降耗

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，按照500萬T/A的加工規(guī)模，LNG接收站年耗電約1億kW/h，耗電量是LNG接收站最大的運營成本。此外液化天然氣接收站下游產量受市場波動影響較大。如何根據(jù)天然氣出口需求，有效實現(xiàn)設備啟停聯(lián)動，合理匹配設備啟停次數(shù)和設備運行負荷水平，成為LNG接收站降低成本、提高效率的關鍵。另外，從運行維護的角度來看，LNG接收站電力系統(tǒng)在運行過程中存在著電力過載、過流、運行狀態(tài)不明、潛在故障不明、維護成本高等問題。在低壓配電系統(tǒng)中增加斷路器溫度傳感器，實現(xiàn)溫升的在線監(jiān)測。另外通過采集Pt和CT的相關信號，采集斷路器的開斷電流和開斷時間，建立模型，實現(xiàn)斷路器電氣壽命的在線監(jiān)測。電力監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)控LNG接收站主要設備的運行數(shù)據(jù)，如三相電流、功率因數(shù)等，能耗管理分析單元和智能降耗模塊可根據(jù)上述數(shù)據(jù)對啟動提出相應的調整建議并對設備進行停機，有效降低電耗，降低運行成本。通過對各6kV設備有功功率和無功功率的實時監(jiān)測，可以連續(xù)分析各設備的用電特性，生成電力故障預測模型。當負荷線路出現(xiàn)不規(guī)則電流和電壓時，可提前預測故障點，及時切斷故障電流，防止電力事故的蔓延。故障測距功能是電力系統(tǒng)智能分析與預測的關鍵之一，主要應用于6kV中壓配電系統(tǒng)的饋線管理。故障定位功能通過上層電源監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

4 結語

LNG接收站數(shù)字系統(tǒng)建設應為平臺式數(shù)字系統(tǒng)，滿足自身需求，與國家管網(wǎng)集團數(shù)字智能系統(tǒng)兼容，滿足當前及未來發(fā)展需求和產業(yè)網(wǎng)絡安全，是一個全面的數(shù)字可視化和局部智能化系統(tǒng)。