炼油石化大切换 数字化思维升级时刻
在鲁西南与河南交界处,黄河入鲁的第一个县城里,尽管2021年GDP不到500亿元,但却藏着一个销售收入超过千亿元的巨头企业。这就是坐落在东明县城的东明石化:一个小池塘里长出来的巨龙。
巨龙也是从小鱼开始长大。二十年前,它的收入只有20亿元。在更早的时候,这是一个濒临倒闭的地方炼油国企。混合股改为私营企业,拯救了这个鱼苗。当年的鲤鱼,现在早已跃过龙门。
山东省有着独特的石化产业风貌,石化产业发达。烟台万华2021年产值超过1400亿元,是精细化工的王者。它生产的异氰酸酯MDI,超过了德国巴斯夫和拜耳,在市场上具有强大的议价权。而位于菏泽东明的这个人口不到80万的小县城,昔日也曾出现三家位列“中国企业500强”的企业。山东的地方炼油高度发达,而炼油产业是一个高度规模化的行业。企业家的胆量和眼界,都是企业成功的关键因素。
东明石化早在2007年就感受到了交通不便导致的区位劣势,于是展开了乾坤大挪移,硬是从日照港到东明县,横跨了四个大市,从地下挖通了一个近500公里的输油管道。2011年投产后,彻底解决了东明石化的油源输送问题。海运来的石油原油,落地日照码头之后,就喷涌向西而去。这个锦衣夜行的创举,决策者需要面对中国地图看很长时间,才能看透地下藏着财富的奥秘。
而在2015年,东明石化取得了非国营企业的进口原油使用权和原油进口权,这更是进一步打通了它在上游原油的源头链条。上下游的供应链,越夯越实。
炼油的门槛越来越高。1990年的时候,能够提炼年产量7万吨就是奇迹。而现在,连年产250万吨的产能,也面临着收紧的可能性。年产500万吨,快成了入门级的要求。巨大的投资、安全的高压线,都使得投身这个行业的企业步履薄冰。而小心行舟者则继续开足马力远航,目前东明石化原油一次加工能力已经可以达到每年1050万吨。
不仅是暴风,整个炼油行业还迎来了压顶的黑色乌云。炼油向石化,石化向精细化工的转型,已经势不可挡。
东明石化有着更急切的目标。坚定地向下游化工进军,东明石化需要在十四五期间,将炼油与石化的产值从7:3转向3:7。减油增化、低碳绿色都是它已经全力以赴的命题作文。
巨龙已经甩动尾巴,面向未来的制高点。年产20万吨的恒昌聚丙烯,去年已经投产上马。而其它化工项目如前海化工的混合脱氢等,也都如火如荼进行。东明化工园区一条宽阔的马路上,路边以北是炼油厂,而路边以南则是化工厂。到处都是忙碌的景象。
它投入近2亿元跟中国石油大学联合开发的“原油催化裂解制烯烃(UPC)成套技术”已经通过鉴定。目前已经通过小试,中试5万吨也已经实现工业化验证,并取得良好效果。作为国内空白的工艺自主知识产权,解决了卡脖子的技术问题。而且重要的是,乙烯、丙烯、三烯等含量能达到相当高的水平。据说石化有18个工艺,国内某石化巨头唯一没有搞定的就是UPC。作为山东省“丙烯—聚丙烯/工程塑料及改性材料的链主企业”,东明石化努力要站在产业链条制高点,拉长产业链。
企业长大过程中伴随着管理手段的提升。二十年来,东明石化每年都会有一个工作主题——深化管理理念。而随着企业深层次的结构调整,数字化转型、组织结构优化、提升运营效率都需要更加精细的管理,也需要外部数字化伙伴进行有力支撑。2021年,通过同施耐德电气的深度合作,上线部署了先进过程控制+实时优化(APC+RTO)系统,仅仅针对500万吨原料的预处理装置,就为企业带来可观的经济效益。这也进一步坚定了企业数字化转型、利用先进技术赋能企业、实现“提产增效”的信心。
数字化顶层设计
尽管企业认识到顶层规划对于数字化转型的重要性,但制定战略步伐并不一致。根据一项调研显示,100%的领军企业都已制定转型战略并展开行动,而一般企业却只有42%的比例。东明石化的转型战略已经在悄然拉开,而施耐德电气在石油化工领域可以提供贯穿能源管理与工业自动化的整体解决方案,则为其提供了有力的支撑。
在数字化转型方面,东明石化采用了纵深战略合作的方式,将配电、自动化和数字化转型方案进行了深度绑定。可以将东明石化数字化转型的顶层设计,用一种“心脏、大脑、四肢、血液”的比喻,来进行形象的描述。
首先需要认识的是数据价值。数据,就像是血液。东明石化将企业的数据分成三类。第一类数据是要收集物的数据,所以要有实时数据库来进行有效管理。比如某一个能耗表上的能耗数值来自于能源管理的应用,则需要进行数据采集。第二类数据是整个工厂的建设与运维数据,其中机器的设备运维数据是至关重要的。目前,东明石化忙碌的工地建设跟后期运维还处于分离状态。下一步将要在全生命周期内实现数据打通,也就是实现建设、运维一体化,而这需要提前收集工程数据,实现数字化交付。第三类数据是经营数据,涵盖订单、库存和采购等方面的数据。在2021年11月,东明石化已经跟SAP公司签约,以加速企业数字化转型。只有这三种数据无缝地集中在一起,才能高效率的工作。这些数据,就像血液一样遍布全身,要交叉去看。通过这些血液,可以将业务流程、生产流程以及供应链流程连通起来,否则就可能产生孤岛、孤点。
第二部分是四肢,也就是信息化领域的各种应用或系统,包括工厂安全管理应用、工厂质量管理应用,还有经营管理ERP生产管理模块、销售模块、订单模块等。这些四肢灵活的动作,需要与具体业务场景结合起来,在完成业务实现的同时,也同时在收集数据。
第三部分则是心脏,也就是是IT基础设施。企业要有非常强健的数据中心、网络、存储,类似施耐德电气的AVEVA PI数据库。心脏相当于数据源的交换站,强健有力,把含氧的血液送过来,把营养输送出去。企业有大量数据需要融合,但数据最后真正能变成有营养的有氧血液必须经过心脏,不仅要有持续的动力推送过去,重要的是还要对它进行净化,即数据治理、数据分析。
只有数据做到有质量,才能进行有效的分析,也才会出现第四个关键部位,那就是用于智能决策的大脑。在这个位置,需要数据中心进行支撑,在接通各种信息化系统的基础上,建立大数据分析和引擎能力,能提供各种报表,帮助领导者进行决策分析。
借鉴“心脏、大脑、四肢和血液”的设计思路,东明石化也在积极思考数字化转型工作。炼化行业的自动化程度已经比较高,但需要在精细化管理方面下更大的功夫。为此东明石化也专门成立了信息中心,开展整体的数字化规划。企业准备用两三年时间,把东明石化园区打造成数字化、低碳、清洁园区,大力提升数字化水平。
数字老法师,安稳长满优
炼油化工属于典型的流程行业,具有流程连绵不断、过程数据量大、相互关联度强的特点。由于不同装置分布在广泛的户外区域,各自都有不同的风险点。任何一套装置的加工过程出现问题,都会影响最终产品的质量。
这对炼化企业的经营提出了挑战,实现装置“安、稳、长、满、优”的运行是非常重要的任务。东明石化的产品众多,包括无铅汽油、煤油、柴油、石脑油等多种产品和牌号。而汽油、柴油等都是油品的不同馏份段,可由一个塔里不同抽出口出来,后续进行加氢、调和等工序。如何保证抽出产品的质量合格,同时最大化实现高价值产品生产,是炼油加工面临的难题。这涉及到复杂的生产调度,大多数企业往往凭借以往经验来工作。
而随着数字化转型,企业开始推进精细化管理。
2021年,东明石化生产500万吨/年的原料预处理装置,采用施耐德电气AVEVA先进过程控制系统和AVEVA工艺实时优化技术,可根据油品性质的变化以及下游加工处理的质量要求,自动调节相关操作点,实现装置的精细化操作。利用APC技术实现装置稳定控制,利用RTO技术实现装置的实时优化操作。为了真正实现装置效益最大化,系统会录入相关的油品性质、各测线产品价格,以及公用工程成本等,通过机理建模及优化技术,实时确定装置的最优操作点,保证装置时时刻刻均运行在最优化点上,一改传统的“经验主义”操作方式,实现数字化的“精耕细作”,为企业创造更多的效益。目前,系统已经投运正常。
生产链条的控制,就像是飞轮的惯性,以前很难控制。如何控制投料、参数温度等,都有一个最佳时机。这往往靠着经验丰富的操作工才能把握,这类员工成为工厂里的“老法师”。然而,毕竟这类员工只是少数,而且他们也陆续退休,找到接班人并不容易。而采用先进控制和实时优化系统,可以根据现场工艺与设备情况及时调整设备参数,设备异常则实时优化,从而高效解决现场问题并提高了运行水平。这意味着传统决策的“经验型”、“直觉型”生产方式,正在被数据驱动的精准决策方式所逐步替代。
就炼油生产过程而言,装置效益最大化,是智能决策的关键部分。而化工反应过程中的二次加工是关键的重点。重油有很多加工工艺,适合焦化还是催化、还是渣加,都要选择最优的加工方案。只有最优的装置加工负荷,才能实现效益最大化。日积月累,通过每周的优化,来确保每月的优化。这些都是通过智能决策的方式模拟计算出来的。而现在借助于内部数据与外部市场数据,通过施耐德电气的优化软件,可以对生产实际状态给出优化方案,如当前生产调度优化与计划排产等。
石油化工行业的采购有两个重要场景:一是大宗原材料如原油的采购。由于工厂需要实现连续生产,而采购则需要跨江过海,周期也比较长;二是石化行业是重装备产业,投资主要是在装备上,装备的维护运行和备品备件非常重要。这些采购都有非常复杂的流程,而且是长周期进行管理,采用施耐德电气的全价值链AVEVA Spiral一体化供应链软件,正好可以应对这类复杂采购的系统性难题。未来要做全产业链的优化,就可以计算原料成本、加工量,以及要销售多少产品才能达到盈利平衡点,直接通过系统就进行完成。原油采购从原油性质、匹配度和性价比等方面,包括采购什么性质的原油,是石蜡级、中间级,还是高硫、低硫,如何调度不同的生产装置,从而快速计算出损益水平。
只有横跨时间维度,既要关心毫秒级的化学反应釜的速度,又要能对跨国油品漫长的海上运输进度控制,才能彻底将物流、信息流、资金流打通,从而真正实现智能决策。
八合一摆脱孤岛监控
企业的信息化设施往往容易呈现孤岛系统。这是由于时代的限制而造成的,企业无法一次策划得大而全,只能根据需要,逐步地渐进实施。IT发展变化快,而工厂周期长。因此,这个过程中,孤立的信息烟囱系统会逐步形成。
孤岛现象,也在被数字化手段有力地铲平。在已建成的信息化平台基础上,东明石化采取填平补齐、完善提升的方式,推进互联互通,逐步建立面向数字化、网络化、智能化的数字化炼厂平台。
东明石化东区原来有8个设备操作室,采用内操与外操相结合的模式进行管理。内操主要是看仪表,通过DCS的数据来对现场情况进行掌控,并及时调整参数;而外操则是通过厂区巡检,现场解决跑冒滴漏等问题。改造之前,很多信息是企业无法及时掌握的,不得不需要外操人员按时、按点、按路线来进行巡检。
通过数字化改造,将设备操作室进行合并。现在将近5000亩地的东、西两个大区,则只有两个中控室。有问题可以在中控室进行调节,或在现场操作室的界面上进行。通过现场直接感知设备的可视化,包括视频监控、在线设备感知、新数据分析等,比如通过塔器等设备数据结焦量的分析,进行智能化判断。
以前,催化装置的反应、分流、稳定等几个岗位分开查看,每个岗位只关注一部分。而现在,则是将各个流程阶段,如反应、分流、稳定等,都放在同一个中控室进行查看,可以统一兼顾。在减员的同时,拓宽人员技能,大大减少了外操团队的人员数量,而且培育并提升了内操人员的专业性,使得企业的智能化水平得到大幅度改善。
这种方式,也大大开拓了监控室人员的决策边界。以前,在每个操作室只能掌控局部的信息,决策行为难免有失偏颇。而现在,可以同时看到不同的异构数据,决策就会相对全面的多。
而高压配电值班室,也正在从分布式走向集中化。东明石化园区有5个11万伏的电力分转站,每个都会有一个值班室。11万伏送到不同的工厂和车间,每个车间的高压配电室会再设立一个值班室。如果采用电力监控软件,那就可以在每一个11万伏站直接进行监控。这样分转站可以同时进行监控,那么将不再需要车间级的值班室,从而大大节省人员,而且使得电力输送更加可靠。
同样,通过数字化的集约处理,使得低碳行动也变得简单起来。绿色主要还是体现在耗煤、耗电、耗原料方面。东明石化提出来“三化五节”,借助“数字化、绿色化、自动化”实现热效率提升、高耗能设备的替代等措施,来实现“节能、节电、节燃料、节蒸汽、节燃气”。例如每套装置都有计量表,能耗数据都需要上传到能源管控平台,如果环保指标、颗粒物指标等超标就会有提示报警,还有数据分析。
与此同时,也将传统的炼化厂的各个系统都进行集成。通过建立一个中央数据中心,把所有的生产数据都集中在一起。其它系统要应用,可以从数据库中去提取。新老设备都集中在管控中心,从过去单一的分布式监控到实现一体化的集中式管控。在进行集成的时候,对企业的组织功能也提出了全新的挑战,大数据分析是一个全新的命题。为此,东明石化也形成了自己的数据分析团队,针对各个系统奔涌而来的异构数据,建立众多模型库和机理库,查找薄弱环节,逐步消除隐患,从而提高装置的利用效率。
重新定义劳动力
作为传统行业的典型代表,炼化行业也同样面临着巨大的人员挑战。一方面是员工老龄化严重,有经验的操作工逐渐退休,另一方面年轻人不愿意进工厂工作。这些都导致了人员成本在不断提高。
尽管近年来自动化水平的提高,操作环境越来越得到优化。但是炼化企业往往容易给人留下呆板僵硬的印象,诸如有害、有危险、离市区远、任务繁重等。如何解决工厂的少人化、年轻劳动力不足问题?
对于年轻员工的新人入职,东明石化广泛借助数字化手段,快速培训员工上岗。目前员工在培训时,会使用技能模拟仿真系统如OTS,通过信息化数字化系统来缩短员工的学习时间。
从长远来看,除了继续提高自动化程度和数字化水平,也要增加更多的数字化操作界面,来适应00后这样的数字原生居民。面对作为屏时代的主力军,东明石化也在思考如何让工厂的操作装置具有更好的亲和力,满足数字原生劳动力的需求。
工厂的装置系统需要加上良好的数字化界面,才能真正迎接新一代的劳动力大军。目前配电值班室的软件使用的是施耐德电气软件电力监控系统PO,一般而言,10千伏以上的配电室都会使用该软件。但由于原来的粗放式用电,软件的一些功能并没有用起来。现在,随着精细化管理的加深,以监控为主的PO软件也在逐渐被深度使用。
更深的数字化技术应用,如送电流程的数字孪生也在讨论之中。通过施耐德电气的ETAP软件,可以建立上电过程的数字孪生,从而可以在没有合闸送电之前先进行场景模拟,构建出一个标准操作流程(SOP)。只要按照流程去操作,就不会有违规操作。同时,它也可以验证电路方案设计的合理性。电机、综合保护器、变频器等需要有一定的参数设计,需要调节功率、电压等。如果参数设计错误,可能会导致电机无法启动而造成起火,或者因逻辑设计错误造成短路等。这些都可以通过数字孪生电路,对不合理的设计进行提前分析预判,从而大大降低送电可能发生的事故。
毫无疑问,这些软件的应用,对员工数字化技能提出了更高的要求,但同时也将石化行业操作员工的危险性和复杂度大幅降低。
东明石化也对人员组织进行了集中式管理。以前在东明石化的20多个工厂,每一个分厂都是分散管理,每个电气班都有一个电气主任。由于操作的设备与信息化系统都不一样,导致一个员工往往只能适应有限岗位。经常操作某种工位,适用某种软件,如果换一个工位就会碰到新的软件系统,员工就很不容易适应。由于不同分厂的工序特点各自不同,一个工厂有人员需求时,很难从另外一个工厂补上。
在施耐德电气的咨询支持下,东明基地成立了一个统一的综合电力公司,只有两个正主任,分别负责高压和低压。而100多电气班人员都是集中管理,人员统一调配。以前润泽工厂有员工请假时,很难将恒昌聚丙烯的员工借调过来。而现在,不存在这两个工厂的差别,电气人员可以被派往不同的工厂进行支援操作。
这意味着,所有规划都是统一的,培训也是统一的。此前的技术交流会,往往只是跟某个局部系统的员工进行交流。而现在,可以面向整个电气系统的员工。这背后,也得益于施耐德电气的整体支持。
管家式服务
从2020年底开始,东明石化跟施耐德电气采用了“亮出底牌”的纵深战略合作,将整个工厂的配电项目和服务全部交给了后者,提供一站式的管家服务。
以前,工厂里的配电品牌有六七个厂家供货,而且往往采用常见的低价中标的方式,对后续的维护考虑不多,往往导致售后服务跟不上来。而且在实际运维过程中,有些品牌可能没有备件,有的品牌甚至会消失,这些都会导致昂贵的维护成本。像变频器、开关的维护与调试,如果是采用多个品牌的产品,而且考虑交货周期问题,对运营人员而言会是一个大的挑战。如果运维人员调岗或产品发生变化,则需要重新学习。这对员工的技术专业性要求也会上升,这都会进一步增加人员成本。
而现在,针对特定品牌签长协服务的框架,则容易从全生命周期来考虑服务的深度。由于长协服务,施耐德电气也可以从更长的时间维度来考虑服务的匹配性,并且提出了“有问题24小时满足需求”等响应理念。
一个从建设到运维往往分属不同时空的作业,现在被拉到一个维度上。在整个建设过程中,包括后期的运营环节,施耐德电气起到至关重要的作用。在东明石化配备常驻员工,可以做到24小时随叫随到。而在项目建设关键期,甚至建立“5+2”、“白+黑”的作息模式,这给了东明石化极大的支持。
东明石化的重整加氢全套项目,100万吨的连续重整和100万吨的加裂,都是由施耐德电气提供全流程的配电产品。这种长协性服务,凸显了新型伙伴主义的合作意愿,从而真正助力企业的效益提升、节能降耗等全流程优化。
当前,东明石化各种变频器、开关、配电柜等都由施耐德电气一家企业负责。这种一站式服务,减轻了工厂对以前层次不一的多品牌产品的维护。而深度服务也代表了一种新商业文明的趋势,让双方都聚焦在服务大质量方面。
小记:切换时刻
在这样一个地偏人远的内陆之地,与外部打通资源,对于企业发展是决定性的。这里方圆50平方公里,几乎都是东明石化园区。未来一期二期三期工程,将逐步在此落地。然而,企业真正发生变化的,不仅仅是做大,而是如何做优。这其中,既有管理手段的不断更新,也有数字化转型的理念的辉映。
一方水土,一业矗立。每一个巨头企业的成长都是独一无二的。但抓住市场机会,则是一条长盛不衰的法则。在差异性比看上去更大的两个行业,炼油与化工正在处于关键性的切换时刻。绿色低碳目标的倒逼,需要每一个企业更新惯性思维,加速产品创新。而精细化管理与数字化转型,则是区位劣势企业面临的重大挑战。