Высокие технологии на мини-НПЗ: цифровые двойники без больших затрат
Москва, 3 дек - ИА Neftegaz.RU. Оптимизация связана, прежде всего, с внедрением новых технологий и усовершенствованием работы различных структур. В настоящее время на рынке существует множество компаний, предлагающих промышленным предприятиям помощь в решении перечисленных задач. Одна из наиболее опытных RRT Global. Компания разрабатывает цифровые двойники (ЦД), системы онлайн-мониторинга производств (СМ) и оптимизаторы реального времени (т. н. RTO) для крупных и маленьких заводов. При этом в число ее самых востребованных продуктов входит система RТО для установки АТ/АВТ любого НПЗ (первичная переработка). Именно оптимальное управление установкой тот аспект, которому зачастую предприятия оказывают недостаточное внимание, но который напрямую влияет на экономические показатели предприятия.
Что подразумевает под собой оптимальное управление установкой? Во-первых, это необходимость поддержания оборудования в режиме максимальной эффективности и производительности. Во-вторых, это учет текущих характеристик сырья и подстройка технологического процесса под эти особенности, т. е. правильный подбор погонов колонны с учетом объективных параметров сырья. В-третьих, это учет условий окружающий среды, в том числе для урегулирования вопроса температуры охлаждающей воды в летний/зимний период. И наконец, четвертая составляющая это учет таких рыночных факторов, как стоимость конкретной фракции нефти или продукта, а также умение оперативно подстраиваться под конъюнктуру рынка.
Выполнение всех этих задач, объединяемых общим понятием оптимальное управление установкой, может усложняться по экономическим причинам. Разумеется, содержание отделов непрерывной оптимизации и улучшений или математического моделирования, требует существенных расходов. Далеко не все компании могут позволить себе открыть их. Особенно чувствительны в этом смысле небольшие НПЗ. На их плечи ложится множество других задач, от решения которых зависит успешность существования завода. Это закупка и сбыт сырья; найм сотрудников, способных ответственно и с пониманием управлять установкой; обеспечение бесперебойной логистики сырья / продукции; решение проблем и поддержание в работе объектов ОЗХ (блок оборотного водоснабжения, системы пожаротушения, сигнализации, связи, факельная система, котельная, др.); взаимодействие с Ростехнадзором, МЧС, РПН, и др. ведомствами и т. д.
На фоне всех этих ежедневных забот не всегда можно распознать необходимость в трансформации предприятия. Если же руководство и видит потребность в усовершенствовании процессов, реализовать это на небольшом НПЗ не всегда легко. Причин тому может быть несколько:
управление установкой по регламенту, разработанному много лет назад и не всегда включающему все изменения, внесенные в конструкцию;
отсутствие на предприятии специалистов, знакомых на практике с термодинамическим моделированием и обладающих достаточными компетенциями для комплексного анализа установки и разработки ее математической модели;
общий скепсис, а также убежденность специалистов или руководителей предприятия в том, что их знания о функционировании установки полны и оптимизировать ее работу не представляется возможным.
Так, для разработки цифрового двойника в первую очередь понадобится собрать исходные данные по производству. Чем больше документации будет вовлечено в процесс, тем более качественный продукт получится в итоге. Важны и регламенты предприятия с технологическими схемами, и паспорта на оборудование с чертежами, и режимные листы за несколько лет работы, и информация о проведенных модернизациях. Если часть данных отсутствует, разрабатываются альтернативные способы построения математической модели предприятия они могут быть не столь точными, но их достаточно для реализации общих целей проекта.
После этого специалисты приступают к анализу исходных данных. Они осуществляют проверку режимных листов на предмет неверных значений датчиков и таким образом исключают ошибочные показания из основы для моделирования. Кроме того, проводится анализ схем и оборудования предприятия.
Следующий шаг построение математической модели, которая может включать в себя несколько блоков (термодинамическая модель; статистическая модель; модель, описывающая гидродинамический режим, и т. д.). Этот этап позволяет специалистам RRT Global предоставить заказчику точную копию его установки, которая обязательно проходит верификацию проверку точности на вновь поступающих показаниях датчиков. Параметры качества, рассчитанные моделью и полученные на установке, редко отличаются больше, чем на 2-3 %, как правило, это зависит от полноты исходных данных.
Четвертым звеном в цепочке оптимизации становится комплексный анализ установок предприятия заказчика с учетом дополнительной информации о работе каждого аппарата, полученной с помощью математической модели, а также разработка оптимизационных сценариев. Последние позволяют сократить издержки производства и энергозатраты, повысить выход наиболее дорогостоящего продукта и уменьшить потери сырья или целевого продукта. По итогам работы заказчик получает конкретные рекомендации по достижению целей оптимизации, будь то изменение режима работы конкретного аппарата, чистка темплообменников, замена внутренних устройств колонного оборудования с указанием типа вновь устанавливаемых устройств или установка новых позиций аппаратов. Примечательно, что оптимизационные решения могут быть и высокозатратными, и практически бесплатными. Заказчик может сопоставить размер затрат со сроком окупаемости и принять решение о целесообразности реализации сценария. Еще один важный аспект работы на данном этапе состоит в том, что специалисты разрабатывают различные сценарии управления установкой, отличающиеся, например, разной выработкой того или иного типа продукции (бензиновая фракция, керосин, ДТ, печное топливо и т.д.). Эти сценарии впоследствии лягут в основу системы RTO, которая сможет подстраивать режим работы оборудования на выработку наиболее дорогого продукта с учетом физических возможностей установки, таких как приходящее сырье, условия окружающей среды и пр.
После всех проведенных операций команда RRT Global предлагает заказчику создание цифрового двойника установки, который, работая независимо от контура управления установкой, получал бы данные от ее приборов и производил бы расчет математической модели для текущего состояния. Такой цифровой двойник становится большим помощником в производстве. Он позволяет оператору и менеджменту предприятия получать в онлайн-режиме дополнительную информацию о процессах, происходящих в оборудовании установки. Это касается данных и о фактической загрузке оборудования, и об эффективности работы теплообменников, и о текущем расходе и составе всех продуктовых потоков. А значит, появляется возможность более эффективно управлять самой установкой.
Но на этом процесс оптимизации завершается далеко не всегда. Специалисты RRT Global занимаются также разработкой системы what if анализа. Она направлена на расчет различных сценариев работы установки при изменении конкретных параметров. Например, можно рассчитать, насколько увеличиться погон бензиновой фракции и каким будет ее качество при увеличении температуры куба колонны. Это также позволяет производить более комплексный анализ текущего состояния установки или же выбрать сценарий для продолжения работы.
Таким образом, небольшое предприятие вполне может повысить уровень знаний о существующем производственном процессе. Главное выбор правильного подхода. Даже при небольших издержках он поможет выйти на один уровень с передовыми компаниями.