生产执行系统在聚乙烯生产装置的应用

lihuolin958

　　在石油化工领域，随着以企业资源计划系统(简称ERP)为核心的经营管理系统和与生产操作相关的控制系统的推广应用，日益突显出的生产经营计划和生产过程控制之间的信息断层，成为公司级的生产经营与装置级的生产操作管理集成的主要障碍。生产执行系统（简称MES）向上连接企业资源规划，向下连接过程控制，它能有效集成生产的实时数据，为企业生产管理提供一致、唯一和共享的数据源，同时为企业资源规划提供物料数据与公用工程数据，使生产计划、调度、排产、物料采购与调拨、成品销售等生产活动从整体上进行全局优化与协调，有效推动生产效率与工艺水平的提高。近十年来，MES技术已在石油、化工、能源、食品、制药和造纸等行业得到了广泛的实施和应用。
　　中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司（简称燕山石化）下属单位化工六厂按照公司的统一规划从2008年8月开始研究开发推广MES系统，经过近三年的运行已逐渐趋于成熟，本文详细介绍了聚乙烯装置的MES实现过程及应用效果。
　　1 聚乙烯装置流程简介
　　化工六厂有三套聚乙烯装置，分别为高压聚乙烯装置、二高压聚乙烯装置和低压聚乙烯装置，三套装置生产流程基本相似。下面以低压聚乙烯装置为例进行说明。
　　1.1 物料流程
　　从化工一厂引入的乙烯、丙烯(或储运二厂引入的1-丁烯)、氢气在一定的温度、压力下送往低压装置，进行双釜聚合、闪蒸处理、分离干燥，生产出聚乙烯粉料，部分粉料送往塑料分公司，其余进行混炼造粒生成聚乙烯颗粒，风送至颗粒料仓，然后送往储运二厂的包装装置，混炼过程需加入物装中心提供的各种添加剂。生产过程中产生的低聚物输送到集联贸易公司，部分中副产品送往储运二厂，其余中副产品经低压装卸台直接拍卖出厂。其中化工一厂、储运二厂、塑料分公司、物装中心都是燕山石化下属单位，与其相关的进出物料叫互供物料；集联贸易公司是独立于燕山石化外的公司，与其相关的物料叫进出厂物料。图1列出了低压聚乙烯装置的MES物料模型图。
　　1.2 能源介质流程
　　为满足装置生产的需要，低压聚乙烯装置从界区外引入中压氮气、低压氮气、电、净化风、循环水、除盐水、新鲜水、3.5MPa蒸汽和1.5MPa蒸汽，其中部分循环水、净化风、除盐水、氮气供给塑料分公司，装置自产的蒸汽凝液送往动力车间，切粒水送往水汽车间，0.3MPa蒸汽外供储运二厂和集联贸易公司。图2是低压聚乙烯装置的能源介质流程图。
　　2 MES系统的设计
　　为了实现装置管理、生产调度、统计及计量等业务都在MES系统上进行，并生成生产过程的各种报表、台帐等，聚乙烯生产装置的MES系统功能包括七大模块，分别为物料移动、生产调度、生产统计、能源管理、综合展示、调度报表、能源报表。其中物料移动、生产调度、生产统计和生产调度针对物料，实现了物料的“日平衡、旬确认、月结算”，能源管理和能源报表针对能源介质，实现了能源介质的“日跟踪、旬平衡、月结算”，综合展示模块展示了全厂的生产运行情况和数据对比分析。这些模块的相互关系如图3所示。
　　3 MES系统的实现
　　3.1 物料平衡的实现
　　按照统计层的需求，乙烯、丙烯、氢气、1-丁烯、三剂、聚乙烯产品、中副产品、低聚物的仪表数据和产品料仓检尺数据在物料移动的化工装置中以班为单位收集，数据从实时数据库自动采集，并设置了数据修正平台，当仪表数据出现大误差时进行人工修正，建立了与实际生产中原料收和产品付相对应的收付关系，并在化工装置投入产出中形成班组级平衡台账。需要本装置仲裁的班量由本装置提报，包括低聚物出厂班量，丙烯、三剂的互供班量，不需要本装置仲裁的班量，包括乙烯、氢气、1-丁烯、中副产品由对方相关厂提报。
　　物料移动模块收集的数据在生产调度模块被解析形成移动记录。此过程可以检查物料移动模块的数据提交情况，当存在未提交的数据时系统通过不同的标识符进行提示，只有物料移动中的数据全部提交时，形成的移动记录才可以继续提交。然后按照系统预先设定的规则进行平衡，从移动组、装置、罐、其他节点等角度显示平衡结果，并突出显示大误差报警，以便及时发现生产过程中的问题。
　　数据达到调度级班平衡后，生产统计模块从生产调度模块抽取模型和数据，每日对数据进行归并确认，每旬、每月基于互供仲裁量、进出厂计量单量进行实物平衡，每月基于实物平衡量以及采购、销售单据进行所有权平衡，最后的数据直接导入ERP系统。
　　调度报表是反映厂级生产情况的报表，它记录着产品的牌号信息、产量的完成情况、原料供应情况、罐存变化量、生产异常情况和安全环保情况，是管理人员每天获知生产运行情况并下达生产指令的的重要依据。报表中的数据直接从生产调度模块提取。
　　3.2 能源管网平衡的实现
　　按统计层的需求，能源管理的操作以日为单位进行。能源管理模块包括仪表数据录入校正、测量点合计、确认节点量、能源互供、管网平衡、能源结算、封帐与输出报表七个页面。
　　仪表数据录入校正是记录各能源节点仪表数据的平台，每天8：00自动采集中压氮气、低压氮气、净化风、循环水、除盐水、3.5MPa蒸汽、1.5MPa蒸汽、蒸汽凝液、切粒水和0.3MPa蒸汽等各能源节点的的当前表量，计算出各能源节点前一日消耗或供给总量。测量点合计用于计算各能源节点任意选定时间段的总量，这也是旬结和月结数据的基础。仪表数据录入校正和测量点合计以装置为单位收集数据。
　　确认节点量以父、子表的方式显示各装置和全厂各种能源介质的消耗和供给数据，包括需对方厂提报的电和新鲜水数据。能源互供对需我厂结算的能源节点数据进行仲裁，将仲裁量作为互供节点最终用量。管网平衡对操作时间段内的节点数据按供给、消耗分别汇总，并计算与结算量的差，以厂为单位对管网进行平衡数据调整，得到各节点的平衡量。基于管网平衡的结果，能源结算计算全厂和各装置的各种能源介质的消耗量或供给量。封帐与输出报表确认平衡后的数据，将数据送到ERP接口，输出结果报表。
　　能源报表是反映全厂和各装置各种能源介质日、旬、月消耗和供给情况的报表，数据直接从能源结算中提取。
　　3.3 综合展示模块
　　综合展示模块从以上各业务模块提取相关信息，按照管理层的要求对数据进行加工处理，并按数据差异对比、运行管理监控、综合查询等分类进行综合展示。
　　4 MES系统应用效果
　　4.1 提高了办公效率，实现了精细化管理
　　以往装置统计员每天去抄录DSC数据和分散在现场的仪表数据，然后收集整理，制作装置统计报表，再与相关厂针对互供、进出厂数据对量，然后上报厂级、公司级，这个过程大约需4天时间，也就是说4天以后公司管理人员才能根据数据对生产作出反馈[1]。而MES系统自动从实时数据库抽取数据，每天8：30就能对前一天的数据达到调度级平衡，10：00前就能实现统计层平衡，大大缩短了数据收集和分析的时间，并且实现了数据的高度集成和网上共享，各部门都能及时、全面、准确地获取生产信息，甚至在家或出差时也可以通过网络随时查询浏览装置生产运行情况，加强了各部门之间的信息联系和工作安排，提高了办公效率，实现了精细化管理。
　　4.2 节省了办公成本
　　以前每个装置配备一个统计员，每天都在紧张忙碌的抄表、核算、对量、制作报表，到现在全厂三套装置配备一个统计员，每天的日常工作就是10：00前对已经达到调度级平衡的数据进行确认，大大降低了劳动力成本和劳动强度，按每人每年支付6万元的工资计算，每年可为全厂节省12万元。以往大量的纸质调度报表、能源报表、统计报表已完全被MES系统取缔，节省了大量的纸张。由于系统实现了数据的网上共享，省去了各厂统计员之间的打电话对量的环节，也省去了管理人员、技术人员、统计人员、调度人员和操作人员之间的电话联系环节，大大降低了通信成本，平均每年可节省2.4万元。
　　4.3 降低了物耗、能耗
　　系统以班为单位对物耗进行核算和定量，以日为单位对能耗进行核算和定量，可以及时发现物耗、能耗发生较大变化的日期和班次，准确定位发生变化的测量点或能源节点，这样能够对其发生变化的原因作出准确的判断，从而及时下达生产指令，调整并优化生产，从而达到降低物耗和能耗的目的。MES系统从2008年11月份在聚乙烯装置上线运行，表1和表2列出了2007年至2010年的物耗和能耗对比数据。
　　表1 聚乙烯装置2007～2010年物耗对比（单位：kg/t聚乙烯）         表2 聚乙烯装置2007～2010年能耗对比（单位：kg标油/t聚乙烯）
　　由表1和表2可以看出，随着MES系统逐渐趋于成熟，物耗和能耗逐年下降。以低压聚乙烯为例，2010年与2007年相比，低压物耗降低17.329kg/t聚乙烯，能耗降低24.827kg标油/t聚乙烯，以年产量20万吨计算，每年可节约物耗、能耗共计4782.79万元，经济效益十分可观。
　　4.4 促进现代化企业管理制度的建立
　　MES系统的投用，使管理人员树立了科学管理的理念，使其能掌握大量的生产信息，定性定量地分析装置运转过程中的各项技术经济指标，从而提高了装置对市场的应变能力，提高装置了的竞争能力[2]。
　　5 总结与展望
　　MES系统作为聚乙烯装置信息建设的重要组成部分，自投用以来，在提高办公效率、实现精细化管理、节省办公成本、降低物耗能耗，促进现代化企业制度的建立方面取得了显著的成效，访问系统的人员遍布操作人员、技术人员、统计人员、装置级、厂级和公司级各级管理人员，已经成为人们办公的得力助手，极大地提高了整个生产体系的及时应变能力和控制能力，使管理手段和管理水平都得到较大提升。
　　随着MES应用的持续，积累的生产数据逐渐增多。通过挖掘与分析这些历史数据，逐步实现业务领域运行的优化，为实现装置的操作优化提供关键指标和预警，以便及早发现问题并应对各种紧急事件[3]。
　　随着燕山石化信息化项目的推进，MES的其它功能模块将陆续投入使用，包括计划管理、调度管理、操作管理和绩效管理等，这些模块将促进聚乙烯生产装置更好的执行生产计划、优化生产过程、减少产品缺陷、提高设备稼动率，从而降低成本，带来效益。