Интеллектуальная переработка

Интеллектуальная переработка

Основные направления автоматизации нефтеперерабатывающих производств

Комплексная автоматизация — ключ к эффективному и высококонкурентному производству Фото: Евгений Уваров, Владимир Антропов, Александр Таран

Ежегодные операционные потери на НПЗ из-за неэффективных бизнес-процессов (млн $/год)

ПИРАМИДА АВТОМАТИЗАЦИИ

BI/BW — информационная система, предназначенная для решения задач бизнес-анализа, позволяет обрабатывать большие объемы данных и выстраивать неявные зависимости, формировать отчетность при обращении к различным источникам данных.

ТОРО — техническое обслуживание и ремонт оборудования.

ERP — организационно-информационная система, интегрирующая производство и операции, управление трудовыми ресурсами, финансовый менеджмент и управление активами, ориентированная на оптимальное использование ресурсов предприятия.

EAM — Enterprise Asset Management: информационная система, нацеленная на оптимальное управление физическими активами и режимами их работы, рисками и расходами на протяжении всего жизненного цикла для достижения и выполнения стратегических планов организации.

SCM — информационная система, предназначенная для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля всего товародвижения. Охватывает весь товарный цикл: закупку сырья, производство, распространение готовой продукции.

MES — информационная система, предназначенная для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках предприятия.

АСУТП — автоматизированная система управления технологическим процессом: группа технических и программных средств, предназначенных для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях.

APC — Advance Process Control: усовершенствованное управление технологическим процессом.

РСУ — распределенная система управления (англ. DCS — Distributed Control System) — система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределенной системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных. Как правило, применяются для управления непрерывными технологическими процессами.

Рамблер Инфографика / Антон Осипов

История развития промышленности — это история инноваций, технологических или организационных, каждая из которых позволяла сделать производство чуть более эффективным, безопасным, легко приспосабливающимся к изменениям. Сегодня на повестке дня — концепция цифрового производства. Ее реализация сулит изменения, сопоставимые с результатами внедрения конвейера и распространения принципов фордизма* в начале XX века: столь многочисленные аспекты она затрагивает

Программный курс

Ключевая составляющая концепции цифрового производства — использование определенного программного обеспечения, позволяющего всем сотрудникам НПЗ осуществлять свою деятельность более оперативно и эффективно. Причем в большинстве случаев речь идет не о выполнении привычной работы другим способом, а о совершенно новых, более эффективных бизнес-процессах и высоком уровне автоматизации.

Нефтегазовый сектор достаточно консервативен, однако потребность во внедрении подобных систем лидеры отрасли уже осознали. «Скорость обработки информации сегодня выросла многократно, а время на принятие решений сократилось. Компании должны на это реагировать», — считает директор департамента производственных систем управления ИТСК Николай Воробьев.

Как отмечает директор направления нефтепереработки Emerson Process Management Дуглас Уайт, одна из главных тенденций в управлении НПЗ сегодня — переход от реагирования на проблемы к их предвидению. Среди других трендов он называет резкое увеличение количества данных о работе завода, которые собираются и анализируются в реальном времени, рост значения компьютерного моделирования процессов, повышение уровня автоматизации и значительное внимание к подготовке персонала.

К наиболее продвинутым предприятиям в области автоматизации специалисты относят завод Reliance в Индии, а также производственные мощности Saudi Aramco. Впрочем, примеров полной реализации комплексного решения по управлению НПЗ в мире пока не существует. Так что у российских производств еще есть шанс догнать западных коллег, тем более что отечественные нефтеперерабатывающие предприятия в последние годы развивались весьма активно, внедряя самые современные технологии.

Расширенное управление

В конце 1980‑х годов средства контроля и автоматизации на российских НПЗ преимущественно основывались на пневматических системах управления. Точность их была невысока, но они были достаточно надежны, дешевы и просты в эксплуатации. Однако технологии переработки нефти совершенствовались, и с течением времени возникла потребность в более точном управлении всем технологическим процессом и получении готовой продукции с определенными параметрами качества. Пневматика с этими задачами уже не справлялась, и ей на смену пришли сначала аналоговые, а затем цифровые электронные системы.

На сегодняшний момент все перерабатывающие предприятия «Газпром нефти» оснащены цифровыми распределенными системами управления (РСУ). Ряд контрольно-измерительных приборов (КИП) все еще остаются аналоговыми, однако им на смену также приходят цифровые. В первую очередь речь идет о средствах коммерческого учета, точность измерений которых имеет юридическую значимость. Кроме того, это касается контроля ключевых технологических параметров на наиболее важных установках. Там же, где нет первоочередной необходимости повышать точность измерений (общезаводское хозяйство, обеспечение паром, водой и т.д.), старое оборудование пока сохраняется. Его модернизация — достаточно дорогое удовольствие, и экономическая целесообразность выходит здесь на первый план.

Системы РСУ не являются полностью автоматическими и требуют значительного участия оператора. Получая с контрольно-измерительных приборов данные о ходе технического процесса, он принимает решение о том, какие действия необходимо предпринять при различных отклонениях параметров. Эти действия зависят от компетенции оператора, его внимательности и опыта. Он должен держать в голове множество параметров, понимать их взаимозависимости и своевременно реагировать на поступающие сигналы, что бывает непросто, если ситуация развивается по непредсказуемому сценарию. Кроме того, часть управляющих воздействий по-прежнему осуществляется вручную полевым оператором, который находится рядом с технологическим оборудованием и в случае выявления нештатных ситуаций принимает необходимые меры.

Повысить эффективность работы и уменьшить роль человеческого фактора призваны системы расширенного управления процессами (APC — от англ. Advance Process Control), представляющие собой своего рода автопилот, который берет на себя функцию принятия решения в случае отхода от нормативного режима. Такие системы удерживают процесс в рамках установленного режима и заданной целевой функции (увеличение выпуска определенного продукта, снижение энергопотребления установки и т.п.) более эффективно, так как быстрее реагируют на изменения. Оператор, в свою очередь, разгружается и получает возможность лучше отрабатывать существенные события, когда его вмешательство действительно необходимо: когда процесс выходит за определенные границы или требуется изменить режим работы.

Внедрение таких систем — одно из актуальных направлений развития на нефтеперерабатывающих заводах «Газпром нефти». Сегодня компания входит в группу лидеров по использованию систем APC. На Омском НПЗ ими уже оснащены 7 установок, еще 2 проекта реализуется на Московском НПЗ. Полное оснащение всех ключевых установок позволит предприятиям перейти на следующий уровень управления технологическими процессами.

В новом качестве

Коренные изменения претерпевает сегодня и система управления качеством НПЗ. Ключевой элемент в этом процессе — установка поточных анализаторов. Эти устройства позволяют фиксировать изменения характеристик сырья и продукции в реальном времени, передавая данные в лабораторную информационную менеджмент-систему (ЛИМС). Например, если изменилось качество поступающей на завод нефти, система даст сигнал о том, что необходимо внести коррективы в технологический процесс.

Еще более важно иметь такие анализаторы в товарных парках, где идет смешение готовой продукции. «Поточные анализаторы позволяют уйти от повторного смешения в тех случаях, когда мы не выходим на требуемое качество и вынуждены отказывать в паспортизации партии продукции, — поясняет начальник управления информационных технологий, автоматизации и телекоммуникаций блока логистики, переработки и сбыта „Газпром нефти“ Павел Бутаков. — Также они дают возможность избежать избыточного завышения качества, на которое при ручном смешении иногда идут сознательно, чтобы подстраховаться — такая страховка повышает себестоимость продукции».

В настоящее время на заводах «Газпром нефти» реализуется пятилетняя инвестиционная программа по внедрению поточных анализаторов. Кроме того, в системах расширенного управления производством активно применяются так называемые виртуальные анализаторы качества — математические модели, позволяющие прогнозировать качественные показатели без их фактического замера — на основании ранее выполненных лабораторных тестов.

Из единого центра

Следующее направление развития — консолидация управления технологическими установками. Смежные установки объединяются в комплексы, которые можно контролировать из единого центра и с одного пульта. «Логика управления перестраивается таким образом, чтобы один человек мог управлять большим количеством контуров. Сегодня в среднем на одного оператора приходится около 70 контуров, а будет — 400–500, как на передовых предприятиях мира. При этом оператор получит возможность принимать решения на уровне экономических показателей, а не только работать в терминах конкретного технологического процесса. Это довольно сложная задача, и сейчас мы находимся только в начале этого пути, — говорит Павел Бутаков. — Вкупе с системами расширенного управления это позволяет обеспечить новый уровень контроля над производством и предоставить бизнесу более надежные системы».

Когда такие комплексы будут созданы, наступит очередь построения единых операторных, а затем — центров управления производством (ЦУП). В них разместятся все сотрудники, задействованные в управлении, что существенно упростит коммуникацию между ними, сократит цепочки принятия решений, создаст благоприятную среду для решения проблем и совершенствования процессов. В настоящее время идет проектирование таких центров для Омского и Московского НПЗ.

В планах также развитие системы календарного планирования, которая позволит к расчету оптимального месячного плана, который существует сегодня, добавить автоматизированное планирование на каждый день. Внедрение решения даст возможность с минимальными потерями адаптировать технологические процессы под изменения как на производстве, так и во внешней среде.

Эффективность превыше всего

Главная задача всех инноваций в области автоматизации завода — повысить эффективность производства. А значит, любое нововведение оправдано только в том случае, если вложенные средства окупаются. Современные технологии позволяют творить чудеса. Например, можно окружить оператора своего рода невидимой звуковой стеной, отсекающей любые шумы и звуки, кроме тех, которые ему необходимо слышать. Однако эффект от таких нововведений оценить довольно сложно, и не всегда игра стоит свеч.

«Сегодня в явном виде окупаются системы расширенного управления производством (APC). Есть прецеденты, когда затраты на их установку были возвращены за месяц, после чего они стали приносить дополнительную прибыль. Системы ТОРО и диагностики оборудования также позволяют сэкономить на количестве ремонтов, затратах на материалы и услуги подрядчиков», — рассказывает Павел Бутаков.

Эффективность автоматизации повышается, когда она осуществляется комплексно, с созданием единого информационного пространства. Конечно, построение комплексной системы требует времени и значительных вложений, но когда отдельные элементы мозаики сложатся, наконец, в общую картину, на месте традиционного производства возникнет цифровой завод, готовый эффективно работать в самых жестких рыночных условиях.

* Фордизм — одно из социально-экономических направлений. Название происходит от имени Генри Форда. В основе фордизма лежит точка зрения, согласно которой общественное благосостояние и высокие корпоративные прибыли могут быть достигнуты за счет высоких зарплат рабочих, что позволит последним покупать продукцию, которую они производят

Экономика автоматизации

Специалисты компании Honeywell рассчитали ожидаемый эффект от внедрения автоматизированной системы оперативного управления производством (АС ОУП) на НПЗ. Оценка была сделана для НПЗ со средней производительностью по сырью 370 тыс. баррелей нефти/сутки, чистой прибылью около $3 за баррель и такой же стоимостью энергоресурсов. По прогнозам, увеличение производительности должно составить 1–3%, что принесет $4–11 млн. Энергопотребление снизится на 2–5% ($8–19 млн экономии). На 1–2% ($4–8 млн) вырастет чистая прибыль, а затраты на техобслуживание сократятся на 2–3% ($4–8 млн). Таким образом, потенциальный эффект для одного НПЗ может достигать $15–38 млн в год.

Электронные помощники

Ряд технологий предназначены для того, чтобы помочь людям работать эффективнее или проконтролировать их, если это необходимо.

Управление сигнализациями ранжирует и выводит на консоль оператора поступающие сигналы в зависимости от их важности и актуальности. Если по какой-то причине оператор не реагирует на событие, система отправляет сигнал выше — на уровень руководства. Вся история записывается, при необходимости можно изучить то, как персонал отрабатывал нештатные ситуации, и принять решение о том, что необходимо изменить.

Системы сценарного управления позволяют в значительной мере автоматизировать процессы пуска и останова установок, делая их более предсказуемыми и снижая время простоев.

Help-операторы, анализируя множество параметров, дают упреждающие рекомендации о том, какие действия могут потребоваться через некоторое время.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ