CN103140866A - 用于化学数据存储库的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有效地确定管理化学或工业设施的效力的方法。该方法涉及识别不同的工业站点资产以及记录那些资产随着时间的过去的不同的规格。根据某种层级诸如位置、待解决的问题或者仅仅资产类型对各种不同的资产进行分组。规格与可接受的范围比较，并被肯定地或否定地评分。系统允许用户通过资产类型、规格类型或通过层级中的位置来确定趋势。这种系统允许小规模和大规模透视，并且可用于反应性的和先发制人的决策。

Description

用于化学数据存储库的方法和装置

相关申请的交叉引用

无

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用

发明背景

本发明大体涉及化学工厂中的用于数据的收集、分析和应用的系统和方法。化学及工业设施利用多种复杂设备，其通常要经受苛刻的化学和物理条件。这样，开发了许多技术来监测设备的状态、效率以及预期寿命。这样的技术包括历史系统（historian system），其收集并归档来自化学工厂中的不同来源的数据。

监测设备通常涉及在其中测量并记录多种过程变量的系统。美国公开专利申请2009/0149981A1中描述了一种这样的系统。然而，这样的系统经常产生大量的数据，仅仅数据的一小部分可被追踪以检测异常状态，并且由那些系统搜集的信息具有有限的实际用途。

因此，存在对化学工厂中的用于数据的收集、分析和应用的系统和方法的明确的需求和应用。在这个章节中所描述的技术并非意图构成对在本文中提及的任意专利、出版物或其它信息是相对于本发明的“现有技术”的承认，除非明确指定为这样。另外，这个章节不应被解释成意味着已经进行了检索或不存在如37CFR§1.56(a)中所定义的其它相关信息。

发明概述

本发明的至少一个实施方案涉及用于有效地观察工业设施的效力的方法。所述方法包括：将来自一个或多个数据源的关于两个或更多资产（asset）的物理属性的一个或多个规格(spec)输入计算机中，根据层级来组织资产，并以允许用户按照资产类型、规格类型或在层级中的位置比较规格的格式来显示数据。

规格可以是选自由以下项组成的列表的规格：pH、温度、电压、使用年限、粘度、密度、重量、盐度、特定组成物质的浓度、或其任意组合。层级可选自由以下项组成的列表：资产种类、地理位置、所有权单位、操作时间、操作费用、及其任何组合。所述方法还可包括如下步骤：通过确定至少一个规格是否落入值的可接受范围内来给所述至少一个规格评分，使至少一个资产的规格的至少一些聚集并确定所聚集的规格是否落入值的可接受范围内，对某些规格提供不等的权重，和/或通过使多个资产的规格聚集来确定整体评级。

至少一个资产的操作可涉及至少两个规格，改变每个规格的值直接引起操作或维护资产的费用的具体改变，并且改变一个规格减轻了与改变另一个规格相关的费用，其中方法还包括显示一个或多个规格的各种不同的可能的改变的相关费用的步骤。资产可根据与最低的可能的费用组合相一致的规格的维护来操作。至少一个资产可选自由以下项组成的列表：锅炉、热交换器、冷却塔、导管、原油精炼装置、反应器皿、磨机、存储容器、混合容器、泵、阀门、水处理设施、及其任何组合。

操作或维护资产的费用的改变可以是选自由以下项组成的列表的项目的费用的改变：能量、给水、工业化学品、结垢控制化学品、减轻腐蚀的化学品、消耗废弃物的微生物、脱机时间、修理费用、部件更换费用、滞销、机会成本、及其任何组合。显示可包括由根据所显示规格操作至少一个资产所挣得的收入。

方法还包括在合理地选择费用与收入的所期望的比的基础上实施至少一个资产中的至少两个规格。实施可根据选自由以下项组成的列表的一个项目来完成：手动人工操作、由接收数据的过程控制设备的自动响应、及其任何组合。

附图简述

在下文中，具体参照附图来描述本发明的详细描述，在附图中：

图1是阐释发明的方法的至少一个实施方案的流程图。

图2是发明的方法的至少一个实施方案中的层级逻辑图。

发明详述

在至少一个实施方案中，提供了化学品管理系统，其包括至少一个计算机和至少一个数据源，这些数据源被输入计算机中。数据源包括与受管理的项目相关的选自以下项的至少一个原始数据源：控制系统输出、湿化学测试结果、手动观察数据、由手持式设备收集的数据、实验室管理系统（LIMS）、计量表、发送器、统计过程控制、统计质量控制、存货管理软件、及其任何组合。这一信息由计算机存储并且按时间索引。数据源也可包括由过程历史收集的信息，诸如但不限于由US2009/0149981所描述的那些。

收集的数据是相关的不同资产的不同规格（specification）（或规格（specs））的不同读数。收集的规格包括但不限于温度、压力、pH、电压、密度、粘度、及感兴趣的一种或多种材料的浓度。规格从不同的“资产”收集，资产包括但不限于具体的锅炉、热交换器、冷却塔、导管、反应器皿、磨机、存储容器、混合容器、泵、阀门、及类似物、及其任何组合。在特定时间时记录每个资产的每个规格。包含规格、资产和时间的数据量被称为原始数据。然后对原始数据进行计算，以相对于特定资产的已知性能参数对其进行评价。参数是基于工业标准、确定的最佳实践或专有信息的对于给定的资产的可接受的测量值。图1阐释了对不同资产收集规格的至少一个实例。

将原始数据分配给模板。为了本申请的目的，“模板”的定义是对给定类型的设备通常定义的数据结构，其中，如此的定义使得其包括该设备的所有实例，不论这样的变量是位置、构造和顾客，不必修改数据结构。

在至少一个实施方案中，模板对应于客户指定的层级。为了本申请的目的，“层级”的定义是从组织的较小的或更多的局部单元（诸如单个资产）到组织的渐增的较大的单元（诸如大型公司或政府的全部特定资产，或者大陆产业的所有设施）的顺序关系。模板可被组织到诸如阵列、队列、链接表、面向对象的程序结构、或适合于数据组织的任何其它形式的数据结构中。在至少一个实施方案中，层级包括测量资产中的时间-规格、区域内的资产以及工业中的区域的不同的单元。模板包含定义数据项的至少一个层级（诸如单一资产或一类资产）以及用于该项的至少一个规格（诸如该资产中的pH）。模板和资产也可被限制为仅仅对特定任务所指定的或生产特定产品所涉及的那些件设备。

例如，在不同地点具有多个炼油厂的公司可在层级模板中具有低级别，其对应于一个特定的精炼厂中用于单独的蒸馏塔的一个或多个规格。其还可以在层级模板中具有各种中间级，该层级模板是指对其各种不同设施中的一些或全部蒸馏塔的一个或多个规格。其可在层级模板中具有最高级，该层级模板是指对其全部设施中的每个蒸馏塔（或者甚至每个资产）的一个或多个规格。模板可至少根据以下项来组织：资产类型、位置、问题资产地址、问题资产外观、以及时间。

在至少一个实施方案中，对模板的各种不同规格中的一个或多个提供评分。评分可以是确定模板的一个或多个规格是否在可接受的界限之内，并且通过偏差的大小确定不在。

在至少一个实施方案中，用户可通过向上或向下“滚动”层级获得有用的了解。当滚动时，用户选择一个或多个规格且然后观察层级中较高或较低的模板并比较模板之间的规格的变化。层级较高的模板的规格是该模板定义中的单个资产的聚集值。这种方法允许用户确定一个特定资产总体上相对于用户的商业组织是否异常地表现好或表现欠佳。这种方法也可用于观察并预测组织宽泛的趋势并且可用于启动先发制人的对策或其它对策。

图2阐释了用户的可能的层级。顾客模板包括用于所有用户站点的规格。每个站点进而含有用于该站点的工艺区域的规格。工艺区域含有用于特定单元的规格。所述单元含有用于该单元诸如锅炉或冷却塔的设备的不同件的规格。向上和向下滚动该层级允许用户在有用的全局视图和技术上具体的局部视图之间进行调整。

在至少一个实施方案中，用户可通过观察一个或多个复合的规格获得有用的知识。复合规格是多个规格的加权评估，其可以是或者可以不是直接相关的（诸如，例如，结垢沉积、泄露和pH）。复合规格可用于确定是否存在整体维护或可靠性问题或者总体上是否观察到质量标准。高层级复合规格可提供深入公司广泛的质量成功或失败的理解并且可随时间的过去来使用以测量质量中的组织广泛变化。

在至少一个实施方案中，过程控制设备被构造和布置为通过启动对策而响应表明一个或多个资产中的低评分规格的消息。响应可以是自动的响应、手动制定的人工响应、或其任何组合。在至少一个实施方案中，过程控制设备包括化学品供给和混合装置诸如美国专利7,550,060中描述的那些。

在至少一个实施方案中，本发明利用美国专利7,233,910和/或美国公布专利申请2008/0201181A1中公开的标杆管理方法和算法。在至少一个实施方案中，对资产水平以及在各种不同的更高和更低的层级水平下，目标变量、第一原则特征、可用的特征都被确定和组织。此外，做出了分析模型、开发的特征、限制以及等同因素，以在各种不同的层级水平搜集信息。

在至少一个实施方案中，数据显示器或“仪表板”利用收集的信息来显示资产和模板的可选使用的各种不同费用和益处。例如，系统可收集并显示一个或多个资产中当前的腐蚀程度。可利用信息来推断进一步腐蚀的速率和影响，具体地是，腐蚀引起的无效、减轻腐蚀的化学品的费用、以及所得到的产品的质量的下降。系统还可获得关于目前修理和更换的费用或者在一个或多个未来的时间因修理而造成的损失的信息。系统可将该信息与关于利润的数据进行比较，该数据可由利用一个或多个资产生产特定产品而产生。然后显示器将给用户显示推迟修理的实时实际费用对比继续生产的益处的关系，并且允许用户利用信息以资产水平做出最新的实际的商业决策。

在至少一个实施方案中，可确定生产“最有效点”。一般地，可通过连续地生产有价值的产品来获得更多的利润。然而同时，如果生产资产中的一个或多个受损（例如因腐蚀问题），则因为必须应用更大量的补救策略（诸如补偿腐蚀的化学品）而招致更多的费用，系统必须更长期地脱机来进行更综合的修理，且/或系统的一个或多个部件可受到不能修复地损坏并且最终必须被更换。这可因产品而改变，因为不同的产品对其生产设施产生不同程度的损害。

最有效点是就在出现收益递减的点之前的生产的程度，其中甚至高度有益的产品由于复合的损害费用而显现出缩减的利润幅度。例如，可能有益的是对特定产品运行生产直到就在关键部件失效之前，因为产品的市场价值超出腐蚀补救化学品的费用，但是市场价值未超出更换该部件的费用。在至少一个实施方案中，数据被用于保证生产运转直到将要出现利润的特定降低并且没有增进。

使做出合理的商业决定所需的因素相关联的这种能力允许用户确认各种不同决定的机会成本。例如，如果两倍或三倍生产将使收入加两倍或三倍，但是仅仅较少量地增加腐蚀费用，则增加生产是有意义的。然而，如果腐蚀补救费用以大于增加生产的收入的增加的速率增加，但是腐蚀费用因减少生产而减少至甚至更大的量，则以降低的速率继续生产是有意义的。通过允许用户实时地查看各种不同生产选择的真实费用以及那些选择的财务结果，可做出有用的决定。在至少一个实施方案中，腐蚀补救的费用至少部分地包括利用美国专利5,326,482和5,252,524中公开的方法和组合物的费用。

在至少一个实施方案中，继续生产的费用包括但不限于所使用的除垢化学品的费用、除垢费用、以及由于资产的降低的效率而导致的能量费用。这些费用自身可根据资产由于应用（水、电、气、废弃物处理）、劳动、原材料、运输，以及因资产的特定位置的基于气候的费用而改变。这些费用也可根据资产基于资产的使用年限或该资产所利用的特定技术而改变。在至少一个实施方案中，费用对比利益的资产分析以数据形式显示或产生，并且确定哪些资产应继续生产，哪些应增加生产，以及哪些应减少和/或停止生产。在至少一个实施方案中，数据被用于确定用于原油精炼装置的各种不同生产选择的机会成本。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为确定操作工业锅炉的各种不同选择的机会成本。锅炉在不同限制下进行操作。在低循环水平下，使用大量的给水并且降低了对系统的磨损，但是增加了给水费用。在高循环水平下，因为相同的水反复循环通过系统，所以使用较少的给水，但是系统中的水逐渐变硬并且更可能产生结垢或腐蚀，并且必须使用结垢或腐蚀化学品。此外，保持水的温度确定腐蚀或结垢累积中的哪一个更可能产生。然而，对于每个资产来说，产生结垢或腐蚀的特定温度是唯一的。此外，温度改变也涉及不同的能量费用。在至少一个实施方案中，系统被构造或布置为确定给水费用、结垢控制费用和腐蚀补救费用以及显示这样的信息。在至少一个实施方案中，用户调整循环水平和锅炉温度以利用给水、结垢控制化学品和腐蚀控制化学品的最低的可能的费用组合。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为确定操作冷却塔的各种不同选择的机会成本。类似于锅炉，冷却塔具有控制给水循环费用以及腐蚀和结垢费用的限制。另外，冷却塔利用填充填料来增加水的表面积以更好地使其冷却。然而，填充填料随着时间的过去而损坏并且损失效率。为了补偿，风扇必须更长期地吹风以达到相等量的冷却，从而招致更大的能量费用。在至少一个实施方案中，系统可被构造或布置为记录填充填料的效率并利用该信息来计算风扇使用的能量费用。然后，系统显示改变给水循环、腐蚀补救速率、结垢补救速率和风扇能量使用的各种不同费用以确定用于冷却塔的各种不同设置的机会成本。系统也可显示原样继续操作冷却塔或者使塔脱机并更换损坏的填充填料的费用差异。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为确定操作热交换器的各种不同选择的机会成本。关于热交换器，通常需要比较使交换器脱机以更换管子或以其它方式修理热交换器或者以较低效率的方式操作且从而招致另外的能量费用的费用，来做出成本效益决定。在至少一个实施方案中，系统显示继续操作热交换器对比更换管子或以其它方式修理热交换器的机会成本。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为确定操作废水设施的各种不同选择的机会成本。废水设施经常利用不同的微生物来分解水中的废产物且然后排出水。向废水设施中加入特定的热液体来杀灭微生物的至少一些。因此，冲突的费用限制涉及微生物有多么重要（微生物种群有多么大或多么健康，以及在微生物受损之前或者甚至完全被杀灭之前该群体可处理多少加入的热），更换微生物的费用，以及存储并转移需要处理的水直到水足够冷却或者微生物对处理水足够重要的费用。在至少一个实施方案中，系统显示准许不同量的废弃物进入处理设施和/或转移（diversionary）存储设施的费用。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为显示根据美国专利7,448,230和6,957,153中的方法和程序来操作一个或多个资产的费用。

在至少一个实施方案中，系统被构造并布置为显示机会成本以及对比机会成本的空转、（以产生一个或多个产品的一个或多个可能容量）操作、补救、和/或修理层级中资产的一种或多种中的一个或多个或者全部的机会收益。为了本申请的目的，“补救”意指特别地为了限制、减轻或抵抗在其操作过程中产生的现象的目的而向资产中加入化学品，该现象对一个或多个资产的一些或全部是有害的或有损害的。补救的实例是结垢控制、腐蚀控制、酸中和、碱中和、微生物控制、微生物保藏、及其任何组合。产品包括但不限于化学品、燃料、油、石油、柴油燃料、碳氢化合物产品、精炼品、制成品、加工商品、及在一些市场中经受波动价格的任何其它工业产品。费用包括但不限于固体、液体或气体污染费用以及损害、烟尘排放税、原材料费用，应用费用、运输费用、时间损失、市场占有率损失、劳动费用、安全费用、及其任何组合。

虽然本发明可以体现为许多不同的形式，但是附图显示了且本文详细描述了本发明的具体的优选实施方案。本公开内容是本发明原理的示例且不意图将本发明限于所阐释的特定实施方案。本文提到的所有专利、专利申请、科学论文以及任何其它参考材料在此通过引用全文并入。此外，本发明包括本文描述的和本文并入的一些或所有的各种不同实施方案的任何可能的组合。

上述公开内容意图是阐释性的且不是穷尽性的。本描述将使本领域普通技术人员想到许多的变化和可选方案。所有这些可选方案和变化意图被包括在权利要求的范围内，其中术语“包括”意指“包括，但不限于”。本领域技术人员可以认识到本文描述的具体实施方案的其它等同方案，这些等同方案也意图由权利要求所包括。

本文公开的所有范围和参数应理解为包括其中所包含的任何和所有的子范围以及端点之间的每个数。例如，所陈述的范围“1到10”应被认为包括最小值1与最大值10之间（且包括1和10）的任何和所有的子范围；即，所有子范围以最小值1或更大值开始（如，1到6.1）且以最大值10或更小值结束（如2.3到9.4、3到8,4到7），以及最后，每一个数1、2、3、4、5、6、7、8、9以及10被认为是包含在该范围内。

这完成了本发明的优选的和可选择的实施方案的描述。本领域技术人员可以认识到本文描述的具体实施方案的其它等同方案，这些等同方案意图由所附于此的权利要求所包括。

Claims (14)

1.一种用于有效地观察工业设施的效力的方法，所述方法包括：

将来自一个或多个数据源的关于两个或更多资产的物理属性的一个或多个规格输入计算机中，

根据层级组织所述资产，

以允许用户按资产类型、规格类型或在所述层级中的位置比较所述规格的格式来显示数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述规格选自由以下项组成的列表：pH、温度、电压、使用年限、粘度、密度、重量、盐度、物质的特定组成的浓度、或其任意组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述层级选自由以下项组成的列表：资产种类、地理位置、所有权单位、操作时间、操作费用、及其任何组合。

4.如权利要求1所述的方法，还包括通过确定至少一个规格是否落入值的可接受的范围内来给所述至少一个规格评分的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，还包括使至少一个资产的所述规格中的至少一些聚集并确定所聚集的规格是否落入值的可接受的范围内的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，还包括对某些规格提供不等的权重的步骤。

7.如权利要求5所述的方法，还包括通过使多个资产的所述规格聚集来确定整体评级的步骤。

8.如权利要求1所述的方法，其中至少一个资产的操作涉及至少两个规格，改变每个规格的值直接引起操作或维护所述资产的费用的具体改变，并且改变一个规格减轻了与改变另一个规格相关的费用，其中所述方法还包括显示对一个或多个所述规格的各种可能的改变的相关费用的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，还包括根据与最低的可能的费用组合相一致的对所述规格的维护来操作所述资产的步骤。

10.如权利要求8所述的方法，其中至少一个资产选自由以下项组成的列表：锅炉、热交换器、冷却塔、导管、原油精炼装置、反应器皿、磨机、存储容器、混合容器、泵、阀门、水处理设施、及其任何组合。

11.如权利要求8所述的方法，其中操作或维护所述资产的费用的一种改变是选自由以下项组成的列表的项目的费用的改变：能量、给水、工业化学品、结垢控制化学品、减轻腐蚀的化学品、消耗废弃物的微生物、脱机时间、修理费用、部件更换费用、滞销、及其任何组合。

12.如权利要求8所述的方法，还包括显示由根据所显示的规格操作至少一个资产所挣得的收入。

13.如权利要求12所述的方法，还包括在合理地选择费用与收入的期望比率的基础上实施至少一个资产中的至少两个规格。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述实施是根据选自由以下项组成的列表中的一项来完成：手动人工操作、由接收数据的过程控制设备的自动响应、及其任何组合。

Images