Принцип автопилота

Принцип автопилота

Внедрение усовершенствованных систем управления технологическими процессами в переработке

Фото: Александр Таран

Смотреть в большом размере

Экономический эффект от создания «умной» АСУП

Инфографика: Рамблер Инфографика / Алексей Столяров
НПЗ «ГАЗПРОМ НЕФТИ» ОСНАЩАЮТСЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМИ СИСТЕМАМИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Автоматизация управления различными технологическими процессами дает живой экономический эффект и позволяет свести к минимуму пресловутый человеческий фактор. Причем польза от внедрения автоматизированных систем управления значительно возрастает по мере их интеллектуализации. На заводах «Газпром нефти» в этом уже убедились

Текст: София Зорина

Минимизацию участия человека в производственном процессе предсказал еще Карл Маркс, говоривший об «автоматической системе машин» как о будущем бурно развивавшейся в XIX веке механизации. Однако по-настоящему эта идея начала воплощаться в жизнь лишь во второй половине ХХ столетия: появление вычислительной техники позволило отодвинуть оператора от промышленной установки. С тех пор это расстояние непрерывно увеличивается благодаря созданию и активному развитию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Суть современной АСУТП хорошо описывает цепочка взаимодействий: оператор — компьютерный интерфейс — программируемые контроллеры — датчики и исполнительные механизмы — объекты управления. Причем именно технологическое развитие центрального звена цепи — программно-технического комплекса (компьютерный интерфейс и программируемые контроллеры) — позволило преодолеть пропасть, разделявшую в ранних АСУТП «голову» системы в виде ЭВМ и «руки» — в виде различных датчиков, регуляторов, клапанов и прочих механизмов локальной автоматизации, соприкасающихся непосредственно с «телом» технологического процесса. Для управления и связи со всевозможными устройствами в современных программируемых контроллерах предусмотрены специальные блоки. В то же время, будучи по своей сути цифровыми, контроллеры совместимы с машинами верхнего уровня — персональными компьютерами.

Широкое распространение ПК открыло новую эру в развитии программируемых контроллеров на микропроцессорах. Это значительно удешевило внедрение АСУТП и открыло им путь во многие не охваченные ранее промышленные сферы. Широко использовать обновленные АСУТП на нефтеперерабатывающих производствах на Западе стали в конце 80‑х — начале 90‑х годов прошлого века. В России об этом задумались несколько позднее. Тем не менее на одном из самых продвинутых сегодня заводов страны — Омском НПЗ — к идее использования АСУТП на базе микропроцессорных программируемых контроллеров также пришли в начале 1990-х, когда на производстве началась масштабная замена средств управления различными параметрами с пневматических на электронные. К началу 2000‑х автоматизированные системы вышли уже на новый виток развития: за счет возможности переложить часть управляющих функций на автопилот или системы усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП). Такие системы начали внедрять на ОНПЗ в 2003 году.

Умная АСУТП

Первые АСУТП на базе ЭВМ внедрялись на Омском заводе еще в 1970-е и были гордостью отечественной автоматики. Но есть нюанс: понятие «автоматизированный» в названии систем в отличие от понятия «автоматический» подчеркивает необходимость участия человека в отдельных операциях. Это одновременно и сильное, и слабое место АСУТП. С одной стороны, без контроля человека в сложном и опасном производстве не обойтись. С другой — стандартные, рутинные операции машина выполняет гораздо эффективнее человека. Понимание этого факта привело к появлению «умных» АСУТП.

Повышение интеллекта АСУТП возможно за счет дополнения их сложными многопараметрическими контроллерами. Так происходит в случае с внедрением систем усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП), или Advance Process Control (APC) в зарубежном варианте (схема на стр. 37).

Именно многопараметрический контроллер — ключевое звено СУУТП. Он программируется на основе статистической модели технологического процесса, которая строится «вживую» в процессе тестирования работы конкретной заводской установки и выявления зависимости между различными параметрами технологического процесса. Созданная таким образом система практически заменяет собой оператора, управляя процессом в соответствии с построенной моделью.

Важные компоненты СУУТП — виртуальные анализаторы. Они представляют собой математическую модель, которая, используя прямые измерения различных параметров (температуры, расхода, давления), в реальном времени рассчитывает качество выпускаемого продукта. Опираясь на эти расчеты, автоматика корректирует различные параметры технологического процесса.

На основе запрограммированных моделей можно построить не только систему, управляющую технологическим процессом, но и целый ряд других «помощников» оператора.

Повышая IQ

Первым шагом к повышению интеллекта АСУТП и переходу к использованию систем усовершенствованного управления на омском заводе «Газпром нефти» можно считать внедрение на установке первичной переработки нефти АВТ-10 виртуальных анализаторов — неотъемлемой части СУУТП. Позднее, в 2005 году, началась работа над созданием многопараметрических контроллеров-автопилотов для установки АВТ-10 и комплекса глубокой переработки нефти КТ-1/1. В общей же сложности к настоящему времени на ОНПЗ в разной стадии реализации проекта находятся восемь СУУТП, еще пять — внедрены или внедряются на Московском НПЗ. Что это дало?

«Существует общая экспертная оценка эффективности внедрения СУУТП на производстве, — рассказал начальник отдела автоматизации систем управления предприятием Омского НПЗ Алексей Козлов. — Но мы хотели оценить экономический эффект от внедрения систем конкретно на наших установках. В 2013 году мы создали необходимую методику. Полученные результаты превзошли все наши ожидания».

Анализ эффекта по разработанной методике показал, что срок окупаемости систем может составлять от одного месяца, в дальнейшем позволяя экономить десятки миллионов рублей. В отдельных случаях, например, для установки КТ-1/1 на ОНПЗ экономический эффект составил 30 млн рублей в месяц при инвестициях на внедрение 17 млн рублей. Эффекты от внедрения подтверждены и на других установках как омского, так и московского заводов. Что касается факторов, обеспечивающих столь внушительную экономию, то их можно насчитать около десятка.

В первую очередь денежному выражению поддается эффект, достигаемый за счет минимизации запаса по качеству продукта и, соответственно, увеличения отбора наиболее ценных фракций. «Виртуальные анализаторы, входящие в СУУТП, позволяют постоянно оценивать качество конечного продукта, а сама система управляет процессом так, чтобы это качество было приближено к предельным значениям, — объяснил Алексей Козлов. — Например, если по спецификации конец кипения керосина — 250°C, то при наличии только лабораторного контроля оператор должен вести технологический режим с некоторым запасом. На деле это означает, что мы немного недобираем керосиновую фракцию. В свою очередь автоматизированное управление дает возможность довести конец кипения фракции до максимального значения и получить больше наиболее ценного нефтепродукта».

Вторая денежная составляющая — минимизация расхода энергоресурсов за счет автоматической регулировки потребления энергоносителей, отслеживания температуры подачи сырья в зависимости от многих возмущающих факторов, в том числе погодных условий. По словам технологов, в абсолютных величинах это небольшие значения, но с учетом масштаба производства в сумме получаются внушительные цифры экономического эффекта.

Кроме того, автопилот позволяет стабилизировать технологический режим, не допуская отклонения от нормы контролируемых параметров. Это дает уже качественный эффект — оборудование меньше изнашивается, а безопасность ведения технологического процесса повышается за счет сокращения количества нарушений. Помимо этого, к качественному эффекту можно отнести снижение нагрузки на оператора и рост производительности, сокращение числа вмешательств оператора в технологический процесс, уменьшение потерь при сменах технологических режимов.

План на базе оценки

Ближайшая стратегическая реперная точка развития «Газпром нефти» — 2020 год. К этому времени глубина переработки на НПЗ компании должна достигнуть 95%. Добиться этого результата будет намного проще, если последовательно повышать автоматизацию всех технологических процессов. Именно поэтому сегодня в планах заводчан внедрение базовой АСУТП на всех установках и «умной» — там, где это даст заметный экономический и качественный эффект. Сегодня на омском заводе системы усовершенствованного управления внедряются на установках каткрекинга и изомеризации, затем в планах расширение функционала на уже имеющихся системах управления и внедрение автоматизированных систем на комплексах переработки газов, риформинга, коксового производства. «Мы должны изучить возможности получения эффекта от внедрения „умных“ модулей АСУТП на всех установках и выявить, где именно это принесет конкретную пользу, — поделился планами Алексей Козлов. — Всего нам нужно оценить 30 установок». Такая же работа ведется и на московском заводе. Только в 2015 году здесь начинается реализация проектов по четырем СУУТП.

За сухими цифрами планов и не всем понятными аббревиатурами скрываются процессы, достойные пера фантаста XX столетия. В режим автопилота переводится все больше функций и параметров сложнейшего производства. Процесс управления становится проще, эффективней и безопасней. Один из самых свежих и ярких примеров — внедрение в прошлом году в Омске системы ранжирования сигнализаций на установке переработки газа ГФУ-2. Этот дополнительный модуль сортирует поступающие оператору сообщения в зависимости от их важности, и в уже ранжированном виде передает на пульт управления. Актуальность подобной системы нетрудно оценить, если учесть, что ежеминутно на оператора сваливаются десятки сигналов — предупредительных, оповещающих, неотложных, аварийных, и от оперативности реагирования на них может зависеть не только качество конечного продукта, но и безопасность производства.

Среди других дополнительных систем, входящих в «умную» АСУТП, можно назвать систему управления по сценариям, прогнозирование опасных состояний, систему поддержки принятия решений. Все они будут внедряться на установках нефтеперерабатывающих заводов «Газпром нефти», позволяя повысить IQ систем управления и технологический уровень переработки компании в целом.

Согласно утвержденной программе автоматизации к 2018 году необходимо обеспечить переход к управлению технологическими процессами на Омском и на Московском НПЗ через единые операторные. Это возможно только при значительном росте интеллекта АСУТП. Первый шаг в этом направлении уже делается — с внедрением систем расширенного управления, которые еще можно назвать интеллектуальным оператором или автопилотом управления технологическим процессом. Они существенно разгружают операторов и приносят прямой экономический эффект, который впечатляет по уже оборудованным системами установкам на омском заводе. Завершить внедрение систем расширенного управления мы планируем в 2018 году.

СЕРГЕЙ ОВЧИННИКОВ,
руководитель проектного офиса блока логистики, переработки и сбыта «Газпром нефти»