工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案在石油和天然氣公司中的應(yīng)用介紹

根據(jù)Kimberlite的研究，一年中僅3.65天的計(jì)劃外停機(jī)就能讓一家石油和天然氣公司損失503.7萬(wàn)美元。一家海上石油和天然氣公司平均每年會(huì)經(jīng)歷約27天的計(jì)劃外停機(jī)，這可能會(huì)造成3800萬(wàn)美元的損失。在某些情況下，這個(gè)數(shù)字可能高達(dá)8800萬(wàn)美元。

為了消除設(shè)備意外故障的風(fēng)險(xiǎn)并最大化資產(chǎn)回報(bào)率，石油和天然氣公司正在尋求新的、更有效的維護(hù)方法。在本文，我們將介紹為什么需要考慮基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案。

它是如何工作的？

簡(jiǎn)而言之，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)利用從設(shè)備傳感器（例如溫度、振動(dòng)、流量傳感器等）獲取的數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別設(shè)備行為是否存在異常，并預(yù)測(cè)設(shè)備是否有可能在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生故障。簡(jiǎn)單流程如下：

第一步、收集物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)

預(yù)測(cè)性維護(hù)始于在傳感器的幫助下從設(shè)備的潛在故障點(diǎn)（例如真空泵的軸承）收集數(shù)據(jù)。最好有一個(gè)數(shù)據(jù)集來(lái)說(shuō)明設(shè)備在其整個(gè)生命周期中的健康狀況和性能，并顯示可識(shí)別的故障。數(shù)據(jù)科學(xué)家將使用這些數(shù)據(jù)集作為創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)。

第二步、添加上下文

為了提高未來(lái)預(yù)測(cè)模型的可靠性和準(zhǔn)確性，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要與設(shè)備元數(shù)據(jù)（模型、配置、操作設(shè)置等）、設(shè)備使用歷史和維護(hù)數(shù)據(jù)相結(jié)合。這些數(shù)據(jù)可以從ERP、EAM、EMS和其他企業(yè)系統(tǒng)中獲取。

第三步、尋找模式

數(shù)據(jù)科學(xué)家研究物聯(lián)網(wǎng)和上下文數(shù)據(jù)的組合數(shù)據(jù)集，以確定相關(guān)性，并對(duì)可能導(dǎo)致故障的故障信號(hào)和使用模式進(jìn)行技術(shù)假設(shè)。

第四步、創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型

該階段的本質(zhì)歸結(jié)為通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法運(yùn)行組合數(shù)據(jù)集，以識(shí)別設(shè)備故障模式，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。這些模型經(jīng)過(guò)精確性測(cè)試，一旦被批準(zhǔn)，將用于預(yù)測(cè)設(shè)備故障的可能性。

隨著越來(lái)越多的數(shù)據(jù)變得可用，這些模型將被更新、重新訓(xùn)練和再次測(cè)試，以使它們準(zhǔn)確并能代表現(xiàn)實(shí)。

要維護(hù)什么？

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有能力提高設(shè)備生產(chǎn)效率，減少石油和天然氣行業(yè)三個(gè)領(lǐng)域的計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間：上游（勘探和開(kāi)采）、中游（運(yùn)輸和儲(chǔ)存）和下游（煉油和加工）。

上游

平均而言，42%的開(kāi)采、勘探和鉆探設(shè)備使用時(shí)間超過(guò)15年，并且只能以其最高生產(chǎn)率的77％進(jìn)行工作。為了緩解這一缺陷，上游石油和天然氣公司可以利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)。

在上游，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)用于監(jiān)測(cè)勘探、開(kāi)采和鉆井設(shè)備及其部件的健康狀況:潛水泵、分離器、冷凝器、壓力閥、熱交換器、壓縮機(jī)、渦輪機(jī)等。

為此，潛在故障點(diǎn)配備有壓力、溫度、扭矩、振動(dòng)、流量和其他類型的傳感器。預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案接收傳感器讀數(shù)，將其與上下文數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法運(yùn)行數(shù)據(jù)集，并創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型，然后用于識(shí)別設(shè)備故障并提供有關(guān)問(wèn)題發(fā)展的預(yù)警通知。

中游

中游企業(yè)利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)確保管道、原油處理系統(tǒng)和氣體處理設(shè)備的安全性和可靠性。光纖分布式聲音傳感器、超聲波傳感器和溫度傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)液體(例如原油)泄漏的聲音變化信號(hào)，而碳?xì)浠衔飩鞲须娎|則可用于監(jiān)測(cè)碳?xì)浠衔镄孤?/p>

來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)與上下文數(shù)據(jù)相結(jié)合，并根據(jù)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析。一旦監(jiān)測(cè)到傳感器讀數(shù)出現(xiàn)異常偏差，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案就會(huì)觸發(fā)警報(bào)，并通知維護(hù)專家管道故障。

下游

僅在美國(guó)，由于計(jì)劃外停機(jī)，煉油廠就損失了66億美元。停機(jī)的主要原因之一是煉油廠設(shè)備維護(hù)不善。

在下游，需要維護(hù)的一些最關(guān)鍵和最常見(jiàn)的部件是石油蒸餾裝置、柴油加氫處理裝置、流化催化裂化裝置和硫回收裝置中的泵和壓縮機(jī)，以及原油裝置中的預(yù)熱機(jī)組。

將來(lái)自潛在故障點(diǎn)的振動(dòng)、溫度和流量傳感器的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)和環(huán)境數(shù)據(jù)相結(jié)合，并將這些數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)模型相關(guān)聯(lián)，煉油廠就能在問(wèn)題出現(xiàn)之前預(yù)測(cè)部件是否可能出現(xiàn)故障。

好處

應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案有助于石油和天然氣公司獲得巨大收益，包括：

▲提高資產(chǎn)可靠性并推動(dòng)成本節(jié)約

物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案有助于石油和天然氣公司在設(shè)備故障對(duì)其公司的安全水平和利潤(rùn)產(chǎn)生重大影響之前進(jìn)行預(yù)測(cè)。施耐德電氣公司報(bào)告稱，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)支持的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案可幫助公司節(jié)省400萬(wàn)美元。

▲提高運(yùn)營(yíng)效率

物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案通過(guò)提高操作的靈活性和敏捷性來(lái)提高資產(chǎn)利用率和生產(chǎn)力。（來(lái)自物聯(lián)之家）通過(guò)比較多種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)解決方案有助于評(píng)估機(jī)器的利用率，確定最佳性能周期，并建立最佳實(shí)踐，以改善整個(gè)油氣供應(yīng)鏈（從勘探到精煉）的性能。

▲減少環(huán)境足跡

雖然石油和天然氣行業(yè)產(chǎn)生了29%的甲烷排放，但甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的86倍。僅在美國(guó)，由于泄漏，石油和天然氣行業(yè)每年都會(huì)向環(huán)境中排放100萬(wàn)噸甲烷污染物。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)幫助石油和天然氣公司識(shí)別并減少管道泄漏，從而減少對(duì)環(huán)境的破壞。

挑戰(zhàn)和局限性

盡管石油和天然氣行業(yè)是預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案的最有希望和最成功的采用者，但仍有一些局限性使采用變得復(fù)雜：

▲將傳統(tǒng)設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)解決方案

石油和天然氣公司多年來(lái)一直在使用諸如SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）這樣的管理系統(tǒng)。然而，80%的傳統(tǒng)設(shè)備連接到本地網(wǎng)絡(luò)，并且不能跨TCP/IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。盡管有物理網(wǎng)關(guān)可以在傳統(tǒng)系統(tǒng)和新協(xié)議之間轉(zhuǎn)換，但集成挑戰(zhàn)仍有待解決。

▲需要有足夠數(shù)量的資產(chǎn)數(shù)據(jù)

為了進(jìn)行可靠的預(yù)測(cè)，需要在機(jī)器的整個(gè)生命周期中收集傳感器數(shù)據(jù)集，并指示可識(shí)別的故障。收集所需的數(shù)據(jù)量可能需要長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間，這可能會(huì)延遲解決方案的實(shí)施。

▲在網(wǎng)絡(luò)覆蓋率低的地區(qū)工作

石油和天然氣作業(yè)需要多種多樣的復(fù)雜資產(chǎn)，這些資產(chǎn)往往在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差的偏遠(yuǎn)、難以進(jìn)入的地區(qū)運(yùn)行。通信網(wǎng)絡(luò)中斷可能會(huì)導(dǎo)致資產(chǎn)數(shù)據(jù)不可用或延遲可用，從而導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)故障信號(hào)，并最終導(dǎo)致設(shè)備故障。

總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)可用于提高整個(gè)石油和天然氣行業(yè)的設(shè)備可靠性，從勘探和開(kāi)采開(kāi)始，經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)和運(yùn)輸，直到精煉和加工。（來(lái)源物聯(lián)之家網(wǎng)）美國(guó)能源部表示，將物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的解決方案應(yīng)用于設(shè)備維護(hù)，有助于石油和天然氣公司將產(chǎn)量提高25%，維護(hù)成本降低30%，設(shè)備停機(jī)時(shí)間減少45%。
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