西北油田：数字孪生技术驱动“深地一号”站库运行提档升级

□本报记者 王福全 通讯员 付 莲

7月22日，在位于塔克拉玛干沙漠顺北油田生产运行指挥中心控制大厅，运行人员正在通过墙上巨幅的电子屏幕，实时监测顺北油田联合站的整体运行情况。

“顺北油田联合站是中国石化首座实现国产化数字孪生工厂和实体工程同步建设、同时交付的数字化联合站。我们运用数字孪生技术构建虚拟联合站，在助力提升生产运行、安全生产、绿色低碳、精细化管理水平的同时，用工数量较传统联合站减少一半以上，有力推动了站库运行提档升级。”西北油田采油四厂安全生产中心副总工程师杨耀辉介绍，自2021年7月投运以来，顺北油田联合站累计处理原油262.23万吨、天然气36.1亿立方米，为深地油气增储上产提供了重要支撑。

优化生产运行带来新提升

联合站运行班班长朱鑫涛和6名同事正在负责当天白班的运行管理工作。

“联合站占地面积18.5万平方米，集原油和天然气处理、硫黄回收等工艺于一体，设备多、工艺复杂，生产运行工作量大。”朱鑫涛介绍，“运用数字孪生技术1∶1复刻全站现场工艺流程，通过可视化虚拟场景实现了线上巡检，巡检时间由原来1小时缩短为20分钟，减负提效效果明显。”

线上巡检就在顺北油田生产运行指挥中心进行。在距离联合站1公里的指挥中心大厅里，电子屏幕上循环切换着站内各个区域的监控画面。负责不同分区的员工只需轻点鼠标，就能有序对全站设备进行巡检。遇到异常情况，他们或通过远程功能调整参数，或通知站内的运行人员到现场查看处置。

朱鑫涛介绍：“数字孪生就是利用物理模型、传感器更新、运行历史数据，在虚拟空间孪生出物理世界实体装备的全生命周期。通俗地说，就像在手里拿了一个数字化的联合站模型，可以随意转动、缩放。点击任何一个部位，都可以看到它的‘前世今生’。虚拟联合站仿真分析和预测功能能够帮助我们以最优指标提升实体联合站的运行水平。”

依托数字孪生技术，顺北油田联合站原油、天然气和水处理系统的主工艺流程自控率达100%。特别是针对站内14台天然气压缩机等核心设备，技术人员安装了在线状态监测系统，每台设备配备27个温度、压力、振动传感器，对汽缸动态压力、十字头振动、汽缸振动、活塞杆沉降/偏摆等情况进行实时监测。监测结果经过专家模型诊断分析，形成诊断报告，帮助技术人员精准把脉设备，实施预防性维护或维修。近两年，顺北油田联合站的压缩机未发生严重机械故障，对比无在线状态监测系统的压缩机，单台压缩机维修费用降低20%。

现场安全生产拓展新方式

7月22日，顺北油田联合站天然气处理区进行空冷器水帘降温系统加装作业，联合站运行人员在作业现场进行安全监督。

在顺北油田生产运行指挥中心，另一双“眼睛”也盯着现场。在大厅的电子屏幕上，不仅实时展示着现场的作业画面，而且精准显示联合站所有人员的准确定位和运行轨迹，一旦非运行人员进入“禁区”，系统便发出警告。

应用数字孪生技术，西北油田将人员定位等功能嵌入管控平台，为联合站提升现场安全水平拓展了新方式。

在联合站道路两旁，每隔50米就有一个类似五孔插座的装置，这是蓝牙接收器，联合站共安装了1000个接收器，功能范围覆盖了全站区域。

“这类似于我们微信好友中的位置共享功能。当施工作业人员刷卡进站后，工作卡与附近的蓝牙接收器就建立了连接，监控平台上会显示我们的位置，并根据行动轨迹实时更新。”西北油田采油四厂安全生产中心信息自动化岗员工段光毅介绍，仅这一项功能就能在全站范围内监测运行人员的巡检轨迹、外来作业人员的行动轨迹，并对进入危险区域的人员或长时间静止等情况进行预警，实现了人员的动态管理。

设备安全运行管理水平同样得到了提升。顺北油田联合站内架设有325个火气监测仪表及红外成像视频监控摄像头。他们随时监测设备及周边环境的安全状态，一旦相关监测指示超过设定的报警极限值，就立即发出预警。工作人员可快速定位到相关设备或部件，远程或现场处置，大幅提升了异常情况发现和处置效率。

数字孪生技术也为员工安全培训带来了新变化。在生产指挥大厅的模拟机前，新入职的员工尚明柱戴上VR眼镜，借助虚拟联合站熟悉站内的巡检流程。“真的像在站里巡检一样，结合知识点练习了几遍，我就记住了很多操作要领。”尚明柱说。采用VR虚拟模式能够实现站内设备日常操作、新技能培训和应急演练的仿真培训，他和一起入职的同事对尽快胜任岗位工作充满信心。

绿色站库建设增添新亮点

“效能同比提升3.6%！”杨耀辉随口报出数据。这是今年西北油田在顺北投运能流智能管控平台后，顺北油田联合站关键动力设备提升的主要指标。

联合站油气处理量大、设备运行周期长，优化能耗是体现站库提质增效水平的重要指标。西北油田充分运用数字孪生技术，通过虚拟联合站仿真分析和预测等功能优势，助力挖掘联合站能源效率潜能，为绿色低碳站库建设增添了新亮点。

他们建设的顺北油田能流智能管控平台，设置了能源监测、能源计划、能源平衡、能源统计等8个模块，实现多层次能流可视化管理、设备能效管理、核心单元对标管理、能源日常管理等多项功能。

“我们依托新技术，加快推动用能管理从自由用能向优化用能转变、能流变化从在线监测向智能监控转变，多项用能指标明显提升。”杨耀辉介绍，“2023年，顺北油田联合站压缩机等关键用能设备能效等级达到1级，效率比上年提升3.6个百分点，每年可减少碳排放1899吨。”

5月，杨耀辉和同事们又在节约电能上下起了功夫。他们将在线仪表采集回来的各工艺单元、重点设备的电耗或气耗数据输入能流智能管控平台，平台通过大数据分析比对，全面诊断装置能耗节点。他们根据诊断报告，通过调整压缩机运行组合方式和压缩机调频模式持续优化站内设备用能，6月，联合站日用电量最高降低11万千瓦时，基本实现装置运行效率最好、用能最优目标。