Автоматизация технологических установок на нефтеперерабатывающих производствах приносит миллионы рублей прибыли. Но получаемый эффект легко потерять, если не контролировать работу самих автоматизированных систем и сопутствующего оборудования. На НПЗ «Газпром нефти» эту задачу решает Центр мониторинга и диагностики. На омском заводе компании такой центр открылся в 2015 году, в этом году аналогичный сервис был запущен и на МНПЗ.
Благодарим редакцию корпоративного журнала "Сибирская нефть" ПАО «Газпром нефть» за предоставление данного материала.
Современный нефтеперерабатывающий завод сложно представить без средств автоматизации. Например, на Московском НПЗ установлены 54 автоматизированные системы управления (АСУТП) и противоаварийной защиты (ПАЗ), а также более 60 тысяч контрольно-измерительных средств и автоматики (КИПиА). Несмотря на солидные цифры, автоматизацию одного из самых прогрессивных отечественных НПЗ нельзя назвать завершенной. Специалисты завода предпочитают говорить, что этот процесс только начался и впереди еще большая работа.
Между тем «автоматически» еще не означает «эффективно». Любые средства автоматизации могут давать сбои, и контроль за ними — отдельная немаловажная задача. Выведение технологического процесса в автоматический режим может принести предприятию миллионы рублей дополнительной прибыли. Но если АСУТП настроена неправильно и не отражает реальный физический процесс, происходящий на установке, то ее работа оборачивается для предприятия прямыми или косвенными убытками. Если же говорить о контрольно-измерительных приборах, то от их исправности порой зависят не только экономические показатели, но и безопасность производства.
Разумеется, средства автоматизации, будь то системы управления или КИП, как и любое другое оборудование на заводе, проходят своевременное техобслуживание. Однако практика показывает, что стандартные процедуры не всегда эффективны, а контроль может быть намного продуктивнее, если осуществлять его с использованием последних достижений IT-отрасли, включая элементы Индустрии 4.0. Такой подход уже активно применяется мировыми нефтяными гигантами. Так, бразильская Petrobras выстроила полноценную real time систему контроля и обслуживания систем усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП или Advanced Process Control (APC)), функционирующих на 24 перерабатывающих установках. Экономический эффект от непрерывного поддержания работоспособности управляющих систем компания оценивает в $42 млн в год, из них $16 млн приходится на увеличение энергоэффективности. При этом отмечается и положительный экологический эффект: за счет экономии топлива удалось снизить выбросы углекислого газа и диоксида серы.
В «Газпром нефти» задача отслеживания эффективности и работоспособности средств автоматизации на НПЗ возложена на Центр мониторинга и диагностики (ЦМиД). Хотя срок работы центров на заводах компании еще не так велик, но уже можно определенно говорить об их полезности и необходимости дальнейшего развития. «Центр мониторинга и диагностики — это новый инструмент, который полностью вписывается в программу цифровизации активов «Газпром нефти», — считает директор департамента по развитию компании «Автоматика-сервис» Александр Рубштейн. — Он обеспечивает интеллектуальный сервис систем автоматизации, делающий их работу стабильно эффективной, и решает задачи, связанные с повышением эксплуатационной готовности оборудования, уменьшением числа отказов, оптимизацией затрат на ремонты и обслуживание».
Сегодня все чаще можно услышать рассуждения о построении цифрового НПЗ. По сути это будет производство, где каждый самый маленький винтик окажется под контролем — в любой момент можно будет узнать, где и когда он произведен, как себя «чувствует» и есть ли на складе для него подходящая замена. Эта картина кажется идеальной, но частично она уже реализована. Появление цифровых протоколов передачи данных повлекло за собой повальную «интеллектуализацию» сначала небольших датчиков и измерительных приборов, а затем и сложного технологического оборудования. Современные КИПиА вместе с непосредственно измеряемыми параметрами передают в «центр» и массу диагностической информации. Регистрация и дальнейший анализ этих данных — ключ к бесперебойной работе оборудования.
«Обычный датчик может передавать до 50 диагностических параметров о своем состоянии, — объясняет ведущий специалист отдела по автоматизации МНПЗ Александр Овсянников. — Раньше эти параметры считывались только при плановом осмотре или после того, как оператор технологической установки жаловался, что какой-то датчик не работает. Теперь задача отслеживания «здоровья» КИП перенесена в Центр мониторинга и диагностики». Аналитическая работа с диагностической информацией, а это огромные массивы данных, дает возможность переходить на ремонт по состоянию. Мало того, предиктивная аналитика позволяет предсказывать грядущие поломки и полностью менять организацию ремонтов: отказываться от жесткого плана и концентрироваться на превентивных ремонтах. Все это, несомненно, положительно влияет на общую эксплуатационную готовность оборудования.
Изменение процесса оказания услуг (смотреть в большом размере)
Инфографика: Алексей Столяров
Впрочем, выход из строя оборудования — это далеко не все, что определяет работоспособность отдельных технологических установок и всего производства в целом. Так, например, в ЦМиД централизованно решается задача контроля систем противоаварийной защиты через мониторинг состояния деблокировочных ключей. Функция деблокировочных ключей — отключать аварийную защиту технологического процесса. Это бывает нужно, например, при вводе в строй установки после реконструкции или ремонта, когда технологический процесс еще не стабилизировался и может восприниматься системой как аварийный. В свою очередь контроль за состоянием деблокировочных ключей позволяет полностью исключить ситуации, когда деблокировка происходит не по регламенту. Дальнейшее расширение функционала соответствующей системы может включать в себя сбор данных не только о статусе ключей, но и информацию об ответственных лицах, причинах и статистике смены статусов. В конечном итоге эта система обеспечивает не просто эксплуатационную готовность, но безопасную работу производства.
Среди других решений, реализуемых в Центре мониторинга и диагностики, — система управления сигнализациями. «Аларм-менеджмент значительно облегчает работу операторов, технологического процесса, — рассказывает Александр Рубштейн. — Благодаря этой системе можно собрать статистику по срабатыванию различных сигнализаций, выявить среди них наиболее проблемные, определить и устранить причины их частого срабатывания. В конечном итоге все это избавляет оператора от лишних сигналов, отвлекающих от решения главных задач».
Отдельное внимание при внедрении контролирующих систем уделяется работе с автоматизированными системами управления и их более «умными» версиями — системами усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП).
Автоматизированные системы управления технологическим процессом сегодня стали неизменными помощниками оператора. Их внедрение способно увеличить эффективность переработки на несколько процентов. Для таких масштабных производств, как НПЗ, это миллионы рублей дополнительной прибыли. Задача АСУТП — вести технологический процесс в заданном режиме. Решается она с помощью цепочки оператор — компьютерный интерфейс — программируемые контроллеры — датчики, регуляторы и исполнительные механизмы — объекты управления. Причем результативность работы АСУТП напрямую зависит от правильности работы отдельных звеньев этой цепи.
В ЦМиД реализованы не только системы контроля за полевыми приборами и исполнительными механизмами, но и системы, отслеживающие состояние контуров регулирования. Система диагностики позволяет оценить точность автоматической регулировки тех или иных параметров, а также работает ли регулятор в автоматическом режиме в принципе. «В случае каких-то сбоев в технологическом процессе или при нестабильной работе регуляторов оператор может перевести регулировку в ручной режим, — поясняет Александр Рубштейн. — Причины могут быть разные, но итог один — компания теряет деньги на неэффективном ведении технологического процесса. Централизованный контроль за контурами регулирования позволяет решать как технические проблемы, так и организационные».
Анатолий Чернер, заместитель генерального директора «Газпром нефти» по логистике, переработке и сбыту:
Центр мониторинга и диагностики — это часть глобального проекта «Газпром нефти» по созданию единой технологической платформы управления эффективностью переработки и сбыта. Мы последовательно реализуем комплексную программу автоматизации нефтепереработки, направленную на внедрение и развитие высокотехнологичных решений, позволяющих повысить эффективность и операционную надежность НПЗ компании, а также уровень производственной безопасности перерабатывающих активов.
Постоянная подстройка регуляторов, так же как и своевременное обслуживание других элементов АСУТП, увеличивает время работы системы в оптимальном режиме, а значит, повышает объемы выпуска высококачественных нефтепродуктов. Аналогичный эффект достигается и за счет мониторинга и диагностики СУУТП. Работа усовершенствованной системы управления основана на статистической модели, описывающей технологический процесс. Эта модель строится в процессе тестирования работы конкретной заводской установки и выявления зависимости между различными параметрами. Постепенно модель деградирует и перестает в точности соответствовать реальному технологическому процессу. По данным экспертов, мониторинг работы СУУТП и ее своевременная настройка могут увеличить производительность технологической установки на 5%. Существенные дивиденды производству удается получить за счет энергосбережения, стабилизации технологического процесса, увеличения операционной безопасности и жизненного цикла работы оборудования.
Работа Центра мониторинга и диагностики дает еще одну статью экономии — оптимизацию затрат на ремонт оборудования в целом. ЦМиД полностью меняет схему сервисного обслуживания. Общепринятый подход подразумевает два вида ремонта — планово-предупредительный и ремонт по заявкам. При этом, согласно различным инструкциям, специалистам приходится проводить огромный объем плановых ремонтов независимо от реального состояния средств автоматизации. Не менее значительный объем работ связан и с внеплановыми ремонтами, поток заявок на которые носит случайный характер, что ведет к неравномерной нагрузке дежурных групп.
Технопарк
Технопарк промышленной автоматизации создан и работает в Омске на базе IT-дочки «Газпром нефти» — компании «Автоматика-сервис». Задача технопарка — объединять современные разработки в сфере промышленной автоматизации. На площадке, не имеющей аналогов в России, представлены последние достижения отечественных и зарубежных разработчиков и производителей современных измерительных приборов и систем автоматизации. Здесь тестируется новое оборудование и программное обеспечение, оценивается возможность его применения на Омском нефтеперерабатывающем заводе и других предприятиях «Газпром нефти». В фокусе внимания специалистов оказываются как инновационные разработки для уже знакомых продуктов — средств измерения и автоматики, систем противоаварийной защиты, систем управления производством, так и принципиально новые программные решения российских и зарубежных разработчиков.
В свою очередь непрерывный мониторинг и диагностика оборудования позволяют в корне изменить этот подход и перейти к ремонтам по состоянию. Такая схема сервисного обслуживания дает возможность оптимизировать график планово-предупредительных ремонтов, избавившись от ненужной работы. А также значительно сократить число заявок от производственных подразделений, не доводя ситуацию до того момента, когда неполадки в том или ином приборе или системе станут явными и начнут сказываться на технологическом процессе.
Анализ использования систем мониторинга и диагностики КИПиА на установках Омского НПЗ подтверждает эффективность изменения сервисной схемы: трудозатраты на техническое обслуживание сократились здесь на 10%, причем без ухудшения интегрального показателя «эксплуатационная готовность». «Для двух установок МНПЗ мы внедрили систему диагностики СУУТП, — приводит еще один пример Александр Рубштейн. — И уже сейчас трудозатраты на сопровождение СУУТП сократились на 5%. Но хотелось бы отметить, что такие высокотехнологичные решения, как ЦМиД, требуют трансформации бизнес-процессов взаимодействия, которые охватывают различные службы предприятия и сервисные структуры. Только так можно добиться максимальных результатов от внедрения интеллектуальных систем, и хорошо, что в этом направлении работа также идет».
Помимо необходимости нового взгляда на бизнес-процессы, при создании такой структуры, как Центр мониторинга и диагностики, возникают и другие организационные сложности.
Исторически сложилось так, что автоматизация нефтеперерабатывающих производств «Газпром нефти», как и большинства других российских НПЗ, происходила с участием нескольких иностранных вендоров, делящих между собой большую часть рынка. Покупка решений мировых лидеров была оправдана, несмотря на их дороговизну: компания получала готовое проверенное решение, способное обеспечить эффективную и, что самое главное, безопасную работу оборудования.
В случае с созданием систем для Центра мониторинга и диагностики ситуация сложилась иным образом. Опыт работы первого центра, организованного на ОНПЗ, показал, что компания обладает собственными ресурсами для создания надежного программного обеспечения ряда систем. При этом разработки дочернего предприятия «Газпром нефти», компании «Автоматика-сервис», оказываются в два раза дешевле аналогичного лицензионного ПО при меньших расходах на обслуживание. Также в рамках программы импортозамещения на базе омского технопарка идет активный поиск и апробация отечественных разработок.
«В прошлом году мы запатентовали три продукта — прототипы будущих систем, — рассказывает директор департамента по развитию компании «Автоматика-сервис» Александр Рубштейн. — Речь идет о системе мониторинга и диагностики СУУТП и контуров регулирования, модуле анализа состояния деблокировочных ключей, системе верификации виртуальных анализаторов. Часть этих решений отсутствует у иностранных вендоров».
К сожалению, отечественных разработок в области промышленной автоматизации российским НПЗ сегодня не хватает. Но препятствием к полноценному использованию возможностей цифровизации могут становиться и устаревшие нормы и правила. Так, инструкции Ростехнадзора устанавливают строгий порядок технического обслуживания того или иного оборудования. Эти правила могут идти вразрез с идеей оптимизации планово-предупредительных ремонтов и внедрения новых подходов к обслуживанию оборудования. «На Западе нет такого понятия, как плановое ТО, — констатирует Александр Рубштейн. — Для них естественный подход — это ремонт по состоянию. Мы же пока только пытаемся влиять на изменение существующих нормативов».
Тем не менее развитие ЦМиД в Омске и Москве продолжается. Увеличивается число установок, охваченных системами мониторинга и диагностики. Идет разработка новых систем, в частности, совместно с Омским государственным техническим университетом проводится НИОКР по созданию отечественной системы для диагностики клапанов в режиме оффлайн. В планах — распространение технологии автоматизированного мониторинга и диагностики на технологическое и теплоэнергетическое оборудование. В будущем же Центр мониторинга и диагностики станет неотъемлемой частью цифрового завода, обеспечивая его безопасность и эффективность.
Текст: София Зорина, Фото: Владимир Антропов, Николай Рыков, Александр Таран Инфографика: Алексей Столяров
