数字引擎驱动石化工业智能化转型 ——记全球首座智能乙烯工厂的产业创新实践

 （作者系中国石油化工集团有限公司副总工程师 王子宗）

2023年10月，习近平总书记到九江石化视察时，指出要再接再厉，坚持源头管控、全过程减污降碳，大力推进数智化改造、绿色化转型。中国石油化工集团有限公司（以下简称中国石化）认真学习贯彻总书记视察九江石化重要指示精神，加快企业转型升级，打造绿色智能工厂，坚定不移走新型工业化道路，实现高质量发展。

中国石化全球首座数字孪生智能乙烯工厂——中科炼化智能乙烯工厂的建设运行，就是该公司推进数智化改造的典型案例。该工厂建设过程中，在石化工厂数字孪生技术、工业软件国产化及智能设备制造等关键领域取得重大突破，为我国石化行业数字化转型、智能化升级提供了示范。自2024年4月投运以来，至2025年3月中旬，该智能工厂已累计增效5000多万元。

牢记嘱托、感恩奋进 建设世界一流智能乙烯工厂

作为石化工业的基石，乙烯产能代表了一个国家石化产业的发展水平。其衍生产品涵盖塑料、化纤、橡胶等全产业链体系，支撑着农业、工业、交通、医疗等国民经济关键领域的发展。中国石化历经四十年持续攻关，基于自主研发的CBL裂解技术已建成裂解炉超过210台，总乙烯生产能力超过2000万吨/年。其中，中科炼化30万吨/年气体裂解炉不仅是国产CBL技术的首次工业化应用，更以单炉规模全球最大、综合性能指标国际领先的突破，实现了国产裂解技术从跟跑到领跑的历史性跨越。

如何在工艺、设备国产化的基础上，实现信息技术的国产化，做到全面自主可控，打造世界一流智能工厂，成为中国石化建设数字孪生智能乙烯工厂的目标和方向。中国石化坚决把总书记重要指示精神转化为加快打造世界一流、迈向世界领先的自觉行动，勇敢面对乙烯装置复杂过程机理与严苛运行要求的双重挑战，以智能乙烯工厂建设为抓手，通过工艺创新与人工智能深度融合，构建起覆盖资源统筹、控制优化、资产管理及安全管控等领域的数字孪生智能工厂，构建了覆盖“工艺研发—工程建设—生产运营”全生命周期的智能制造体系，形成了可迁移、可扩展的数字化转型方法论，在装置全生命周期管理、生产能效提升等方面形成创新突破，为行业走新型工业化道路、推进高质量发展提供了可复制的模板。

自主可控、创新发展 实现三大技术突破

乙烯作为典型的流程工业装置，在数智化改造、绿色化转型过程中需要解决多学科过程机理知识的数字化沉淀问题。中国石化打造的数字孪生智能乙烯工厂深度融合新一代信息通信技术与乙烯工艺，通过成套技术软件化封装、工程建设数字化交付及工业数据混合建模修正，构建基于工业互联网的数字孪生体系，提升智能化运营水平。

在技术研发过程中，中国石化坚持自主可控，坚持创新发展，坚定不移地走新型工业化道路。研发团队通过多学科技术攻关，提出智能工厂总体架构与实施路径，突破“工艺—设备—安全—IT协同”壁垒，研发了一批具有自主知识产权的核心工业软件及智能装备，实现了三大技术突破。

 一是构建数字孪生智能工厂体系，首创“成套技术成果软件化、工程建设交付数字化、石化工厂运营智能化”三位一体实施路径，定义行业首个数字孪生智能工厂架构标准，实现全流程数字孪生系统自主化建设。

二是攻克核心软硬件技术壁垒，自主研发边缘计算平台，支持涵盖石油化工相关产业的工业物联协议解析120余种；构建多维度数字孪生模型，突破国外反应模型封锁；研制3类9种智能监测装备，分析监测乙烯工厂运行状态的软硬一体化智能设备，形成体系化技术解决方案。

三是建立成套智能运营技术，创新研发了装置在线实时优化及智能控制软件，模型收敛率96.9%；研发了关键设备监控及故障预警技术，电气设备故障早期预警率超过90%；开发了基于风险演变全过程的链式安全防控技术，全流程典型工艺异常诊断准确率超过94%，降低DCS内操人员劳动强度60%；研究开发了节能减排的在线监测管控技术，实现乙烯裂解炉NOx排放浓度预测提前15分钟，模型预测误差≤5%。

深化应用、提质增效 推进企业数智化和绿色化转型

智能乙烯工厂的深化应用，为企业提升了工作效率，增加了经济效益，推进了安全环保水平的提升。经测算，智能乙烯工厂投运后，不仅年增效5000万元以上，还实现了生产运营的“五个转变”。

一是实现过程控制由平稳控制向实时优化转变。中国石化自主研发的裂解反应模型实现全原料/全炉型收率精准预测与实时智能寻优，双烯收率提升0.315个百分点；全流程智能控制系统突破多变量协同前馈控制技术，自控率由投用前的98.44%提升至99.50%以上；碳三加氢智能优化使丙烯选择性提升14.6个百分点，年增产丙烯1318吨。

二是实现设备管理由事后检修向预知维护转变。通过智能预警系统，工厂实现裂解炉异常工况预测与根源分析，确保裂解炉的长周期安全运行，提高了炉管寿命和裂解炉在线率；通过实时监控换热器污垢系数、仪表偏差和塔盘分离效率，提前发现设备运行异常。工厂借助人工智能诊断引擎实现核心设备故障预警准确率90%、诊断率87%，同步构建电气设备智能运检系统，集成阀门内漏在线诊断技术形成从预警预判到精准处置的全链路保障机制，有效降低非计划停工风险与物料损耗。

三是实现安全防控由事后处置向事前预警转变。工厂通过新型水质/烯烃泄漏检测技术实现急冷区COD与丙烯精馏塔顶烯烃快速检测，快速识别装置异常工况；通过全流程智能监控、预警、报警及处置技术，实现工艺异常溯源分析，缩短异常工况响应和处置时间；通过智能安全管控系统约束高危作业行为偏差，防范事故发生，减少事故损失；通过突发事件预警与应急联动技术降低50%火灾误报率，形成“监测—决策—处置”应急闭环，提高了应急救援效率。

四是实现作业模式由人工操作向人机协同转变。工厂形成了“智能巡检—精准操控—价值创造”的人机协同新范式，通过部署例如集成防爆型气体泄漏探测模块、电气设备全息感知单元等智能设备，构建“仪表识别—缺陷预警—环境监控”立体巡检网络。同时，工厂通过开发应用裂解炉智能操作系统，实现升温/投料等核心工艺自动化，人工操作频次降低60%以上。

五是实现节能减排由指标监测向源头减排转变。工厂结合碳足迹智能核算技术精准追踪工艺碳排放强度，形成“能耗监控—污染防控—资源循环—碳排管理”四位一体的绿色生产闭环，除裂解炉NOx排放浓度预测与低氮燃烧调控外，还同步构建碱液浓度实时监控—废碱减排联动体系，废碱排放减少19%。

可以预见，随着物联网、大数据、人工智能等新技术的发展，智能乙烯工厂将得到不断升级，具备更强的自学习、自适应、自控制、自优化和自决策能力，推动石化产业向更智能、更高水平迈进。中国石化将沿着总书记指引的方向，以数字引擎驱动石化产业升级，在构建现代化产业体系的征程中谱写中国制造的壮丽篇章。