5G技术在石化行业的应用场景及预期效益简析
时间：2023-04-08 08:45:06 来源：千叶帆 本文已影响人
＊王 鹏
（石化盈科信息技术有限责任公司 北京 100020）
5G带来了超越光纤的传输速度、超越工业总线的实时能力以及全空间的连接。5G网络下行峰值数据速率可达20Gbps，上行峰值数据速率可能超过10Gbps，大大降低时延并提高整体网络效率。5G技术与工业互联网已成为石油化工行业推进数字化、智能化转型升级的重要载体[1]。5G技术应用在工业物联网层面，可快速构建泛在感知的工厂运行环境，实现物料、产品、设备、环境、人员的感知、识别和控制。利用5G技术的高带宽、低时延、大连接的特性，实现现场海量传感器、高清工业现场视频和生产实时数据的无线实时传输，可为企业搭建信息高速公路支撑现场数据传输和向云端汇聚以及分析。
石油化工行业作为国民经济的重要基础与支柱产业，在国民经济发展中占有举足轻重的地位，经过多年的发展，国内石油化工行业不仅面临着产能过剩、产品创新、环保要求、安全要求、节能降耗等多种压力与挑战。5G技术对石化行业的企业数字化转型、智能化发展起到了巨大的推动力，开拓了新的产业格局。一方面5G的发展为工业互联网落地起到加速助推的作用，加速产业融合，助推企业转型升级；
另一方面，企业在5G+工业互联网下也推动石油化工行业在数字化推进过程中发展出现代化运营新模式，石化行业衍生产品也参与到5G行业的建设与扩张中，对化工产业升级起到推动作用。
国内石油石化自动化程度与国际先进水平还有一定差距，中国仍处于智能化起步阶段。以油田勘探业务为例，BP利用先进的地震成像技术大幅度提升油田的数据分析效率，加速油田发现；
挪威国家石油公司进行无人平台建设，运营交付成本远低于预算，项目盈亏平衡从34美元/桶降至20美元/桶以下；
埃克森美孚引入微软云平台，收集、共享油田实时数据，制定更快的钻井决策，优化安全人员部署，检测泄露并监测温室气体排放[2]。而国内受到石油化工企业自身管理水平和整体投资的影响，石油化工企业的自动化技术应用程度还处于较低水平，当前多数企业处于数据采集、简单处理和系统展示的阶段。石油化工行业急需形成5G行业应用规范、5G行业应用方案及标杆案例，以促进石油化工企业在新技术驱动下开拓产业新格局。一方面采用现代化技术解决石化企业智能化发展过程中的难题；
另一方面，石化企业要结合5G新技术科学制定创新的发展策略，在行业市场竞争中提升竞争力。
（1）5G国外实践。目前全球5G商用发展初具规模。截至2020年8月，全球有24个国家/地区的47家运营商已开始计划部署或试验面向公众的5G SA网络。韩国、欧洲、美国、日本等国家和地区均积极推动5G建设，鼓励开展5G融合应用。5G产业生态逐步丰富，应用探索不断深入，5G促进经济社会发展效能初步显现。
德国化工巨头巴斯夫集团公司应用5G技术在生产领域的各个层面，如图1所示。结合5G技术及化工行业的专业知识，不断提高生产流程的安全、效率与有效性，为客户创造额外的价值。
图1 BASF 5G技术应用案例
（2）5G国内实践。我国高度重视5G应用发展，国家领导人在2020年2月3日的中央政治局常委会上指出要积极丰富5G技术应用场景，并加快5G网络等新型基础设施建设[3]。2017年初，中国石化启动了5G技术预研，加入GTI组织（全球TD-LTE计划合作伙伴）及5G联合创新中心，开展流程行业应用研究，为下一步中国石化企业建设5G奠定基础。2019年初，中国石化启动了“面向石化企业5G工业物联网技术及应用研究”课题，结合石油石化企业实际业务需求，联合开展了5G工业物联网技术的实地应用研究。2020年选取茂名石化、九江石化、镇海炼化作为5G工业物联网试点建设单位，基于“5G+CPE”开展了“VR高清视频、AR远程检维修、NB-IoT无线数采、变电房无人值守和高压电线无人机巡线”等方面的典型应用技术验证工作。中国石油于2018年底发布了首个主营业务智能共享平台——“梦想云”，2019年7月在蜀南气矿初步实现了5G通信技术的工业化应用。中海油则一直努力拓展海洋通信与5G应用方面的创新研究，于2021年立项5G智慧海油项目，着重打造中国海油海陆生产作业一体化专网架构设计，搭建上、中、下游生产智能化运营支撑环境，首创海上5G长距离通信应用，可实现海上平台在台风环境下远程操控，全面赋能海洋油气行业。
与前几代移动网络相比，5G网络的能力有飞跃发展。大疆5G无人机已在油气田和炼化企业进行了探索应用，场景主要包括油田管道与设施安全自动巡护、数字三维实景模型重建、应急态势感知和气液泄漏检测。清华大学智能机器人研究中心每年得到国家和省市大量资金支持，在机器人自主装配、混合物料分拣等方面进行了自主学习机器人的研发、设计与生产。华为分别与中国电信和中国移动合作进行了5G技术在江西星火有机硅和东营港石化园区的探索应用。
5G技术作为目前通信领域最前沿的技术，是产业变革和智能互联的基础和支撑。5G技术应用具有示范性及代表性，符合国家“制造强国”战略的核心内容，是5G技术应用在流程行业实践的重要举措[4]。“5G+工业互联网”“5G+人工智能”“5G+大数据”等是5G技术战略和实施的核心内容，其产业化推进是企业ERP、DCS、MES、EMS等系统与平台对接的必经之路，也是智能企业最重要的组成部分。5G技术应用的社会效益预期可观。
（1）对全面应用有标杆示范作用。通过5G网络连接，实现数据互联互通、动态闭环。提高企业产品产量和生产效率，缩减企业生产用工，降低生产成本，增强生产制造精益化，通过5G应用，实现生产实时化、透明化、管理便捷化，提升企业生产制造水平，进一步提升企业在石化行业的竞争力，带动我国石化行业的转型升级、快速发展。
（2）对石化行业有带动作用。5G应用智能工厂采用自动化、信息化、智能化手段，为我国乃至国际石化行业改造升级提供应用示范平台，树立样板标杆模式，进一步提升企业在石化市场的竞争力，带动我国石化行业的转型升级、快速发展。
（3）对关联产业有引导作用。5G应用成果将会在整个炼化和化工新材料行业中起到配套引领作用，同时还可向相近行业，如钢铁、建材、化工等关键重要领域延伸开发，带动相关行业智能工厂的发展推广。
石化盈科成立以来，在生产制造执行系统（MES）研发和实施的基础上，不断丰富工业软件套件种类，研发了ProMACE工业互联网平台、调度指挥、操作报警、能源管理、工艺管理、质量管理、安全管理、环保管理、APC等一批具有自主知识产权的核心工业软件，实现了工业技术软件化，形成了一整套较为完整的可推广、可复制的石油与化工行业智能制造的解决方案。以抢占我国面向石化行业工业级5G应用制高点，大力推进5G技术与石化生产过程核心环节的全链接和深度融合为目标，石化盈科与多家炼化企业及上游生产企业一起探索5G技术应用，在生产运行、现场安全、节能环保等典型场景应用进行了部署应用[5]，为企业的数字化转型发挥了重要作用。同时，为持续提升5G技术在我国石化领域的规模化应用水平做出了贡献。
（1）生产运行应用场景。基于5G移动通讯技术的新一代智能巡检系统（含移动端）满足企业多岗位巡检的统一管理的需求，实现现场巡检数据的及时上传和共享，确保现场巡检定时、定点、定内容，开展标准化巡检。借助5G通讯模组和5G网络实现现场图像视频实时回传，实现机器人长周期高频率自动巡检，减轻人工巡检劳动强度，具体应用场景如图3所示。采用多功能摄像头巡检，降低现场巡检人员劳动强度和人身伤害的风险，保障人员安全。通过自动采集现场数据，为现场操作人员提供综合分析，辅助现场操作，促进现场高效作业。
图3 智能巡检场景
（2）现场安全应用场景。基于5G技术，采集罐内的图像信息并远传展示，支持受限空间内部可燃气体浓度显示、支持远程行走路径控制、支持实现水射流和推铲清理工作；
采用智能清扫机器人替代人工开展污油罐进罐清理作业。可采集罐内的图像信息并远传展示，支持受限空间内部可燃气体浓度显示，支持远程行走路径控制，支持实现水射流和推铲清理工作，无人清罐场景如图4所示。其最大的功效是降低安全风险，提高工作效率。
图4 无人清罐/池场景描述
（3）节能环保应用场景。探索LDAR密封点标识新方式，通过图片建档及5G+北斗定位技术，实现LDAR组件的标识，方便检测人员根据定位实时调取密封图片，解决LDAR检测路径难找、点位难寻的难题；
利用智能检测终端、5G等技术的应用，实现LDAR现场检测流程的合规化监管、检测过程的自动记录、检测记录的智能化传输和检测路线回放，确保数据真实可靠，LDAR检测场景如图5所示。自动绘制并记录LDAR检测路径，大幅降低查找待检测点的时间，进而提高检测效率。检测人员降低至一人的条件下单人的检测工作强度同步降低。同时，可在环保地图上直观展示每个检测人员的检测轨迹，确保检测数据的真实性。
图5 5G+LDAR智能检测示意图
（4）特色政务应用场景。基于5G真正意义上的大数据，自下而上地刻画我国经济，深刻地揭示经济系统、金融系统的运行规律，服务于智慧政府，为海量数据资源赋能。打造两套产品，即区域石化产业大脑和B2B石化集栈。前者着力于石化企业间生产销售的优化，从企业外部把握产业链的动态供需关系，与石化企业内部的数字化转型互为补充，为企业和区域赋能。后者利用该平台整合现有的石化产品信息、电商资源，实现数据融通，形成具有国际竞争力的B2B石化产品电商平台。围绕九江石化、天津石化、福建石化已在省市工信厅倡导下通过自具特色的区域特点开始产业链延伸的行动举措[6-8]。
5G专网服务不仅仅是一张通信网络，更是一种融合网络、云计算、边缘计算、应用平台全面定制的综合解决方案。石油化工行业易燃易爆高温高压的特殊生产环境结合5G新特性可以创新出更多新业务场景，解决了传统技术手段长期困扰的问题，全面有效的提升生产效率，规避人员操作的安全风险。
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