Нефтяная и химическая промышленность: автоматизация технологических процессов как основа успеха

  Нефтяная и химическая промышленности являются важными отраслями, которые обеспечивают формирование энергетической, технологической независимости России, продвигают развитие смежных отраслей народного хозяйства. Эти секторы экономики характеризуются не только колоссальной энергоемкостью, но инновационными технологиями, формируя существенную часть ВВП страны.

  Производственные процессы переработки в нефтяной и химической промышленностях во многом схожи по своей структуре. Они, как правило, включают стадии:

1. Транспортировки.
2. Подготовки.
3. Переработки.
4. Получения готовой продукции.

  При кажущейся простоте структуры переработки на предприятиях используются сложные технологические установки с высокотемпературными процессами, которые также сопровождаются поддержанием высокого давления. Большая часть процессов являются взрыво-, пожароопасными, что в итоге требует дополнительного оснащения системами противоаварийной защиты, пожаротушения.

  Несмотря на сходства процессов, есть принципиальные различия. В нефтяной промышленности большинство процессов составляют:

1. Хранение,
2. Перегонка,
3. Очистка,
4. Транспортировка.

  В то же время в химической промышленности преобладают сложные химические реакции, требующие точного дозирования реагентов и тонкой настройки, а именно:

1. Синтез,
2. Катализ,
3. Полимеризация.

  То есть различия не только в производственных методах, но в природе самих технологических процессов.

  Ужесточение экологических требований, повышение требований к энергоэффективности, рост конкуренции требует от предприятий инновационных решений. В этих условиях автоматизация технологических процессов становится необходимостью. Автоматизация открывает широкие возможности: от снижения производственных затрат, повышения качества продукции до минимизации человеческого фактора и оперативного реагирования на отклонения в работе оборудования.

  Как было указано выше, особое значение АСУ приобретают с точки зрения обеспечения безопасности производства. Системы противоаварийной защиты (ПАЗ), которые строятся с использованием элементов АСУ, позволяют заранее выявлять потенциально аварийные ситуации, оперативно реагировать на них, исключая или предотвращая развитие, сводя к нулю возможный вред. ПАЗ обеспечивают не только сохранность оборудования, исключение негативных экологических последствий, но гарантируют безопасность персонала, гражданского населения. Таким образом, автоматизация технологических процессов является условием эффективного, устойчивого, безопасного развития предприятий нефтехимической промышленности.

 

Особенности технологических процессов нефтяной промышленности

  Нефтяная промышленность включает все производственные этапы: от разведки и добычи углеводородов до их переработки, транспортировки, хранения как самих углеводородов, так готовой продукции. Технологические процессы в этой отрасли характеризуются следующими признаками:

1. масштабность, то есть протяженные по территории с существенными объемами,
2. непрерывным характером, который относится как процессам транспортировки, так переработки и хранения,
3. взрыво-, пожароопасностью,
4. высокой сложностью.

 

  В технологических процессах задействовано множество установок, оборудования, работающих в различных климатических, геологических условиях нашей страны. Каждая технологическая стадия — от бурения, извлечения нефти до ее перегонки и очистки — требует строгого соблюдения технологических параметров. Это связано с тем, что любое отклонение параметров от номинальных значений может повлечь за собой не только снижение качества выработанной продукции, но угрозу развития аварии.

 

  Как было указано выше, производство является непрерывным, поэтому требует круглосуточной контроль и управление. Только автоматизированные системы управления могут с минимальными рискам для безопасности справиться с таким режимом работы. В связи с этим автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) в нефтяной отрасли должны соответствовать ряду требований. Важнейшими из них являются:

• высокая надежность,
• отказоустойчивость,
• возможность работы в широком диапазоне внешних условий,
• быстрое реагирование на изменения,
• распределенность,
• ремонтопригодность.

  Кроме этого, АСУ в нефтяной промышленности должны быть легко масштабируемыми, интегрируемыми с другими цифровыми системами, включая корпоративные платформы управления производством, логистикой. Эффективные системы управления становятся основой рентабельности предприятий нефтяной промышленности. Они позволяют:

• наилучшим образом использовать ресурсы, сырье,
• сократить затраты на энергопотребление и техобслуживание,
• повысить выход целевых продуктов,
• стабилизировать качество,
• соответствовать федеральным требованиям промышленной безопасности.

  АСУ ТП должны обеспечивать интеграция с системами диспетчерского контроля и управления (СДКУ) и производственного планирования. Современные АСУ позволяют в режиме реального времени:

1. Вести производственный процесс в автоматическом режиме.
2. Контролировать состояние оборудования и его загрузку,
3. Обеспечивать дистанционное управление,
4. Предотвращать развитие аварийных ситуаций.

  Это существенно снижает вероятность инцидентов, защищает персонал и окружающую среду от негативных последствий. Автоматизация также ускоряет выполнение операций, повышает точность дозирования и управления, что в конечном итоге приводит к росту производственных показателей и более эффективному использованию всех ресурсов.

 

Характеристика производственных процессов химической промышленности

  Химическая промышленность представляет одну из наиболее наукоемких и технологически сложных отраслей. Она охватывающую широкий спектр производств, а именно: от органического и неорганического синтеза до фармацевтики и переработки. Производства отличаются как высокой интенсивностью, так и разнообразием, так как основаны на физико-химических процессах, многоступенчатых химических реакциях, протекающие при строго заданных условиях. Комплексность таких производственных процессов требует точной координации между различными стадиями, постоянный контроль параметров, от которых напрямую зависит качество конечной продукции.

  Технологические процессы в химической промышленности характеризуются высокой чувствительностью к изменениям физических параметров: температуры, давления, концентрации, количества реагентов, времени протекания реакций. Незначительные отклонение от заданных технологических режимов может привести к ухудшению качества продукта, выходу из строя оборудования или даже к развитию аварийной ситуации. Так как значительная часть производственных процессов протекает в непрерывном режиме, требуется обеспечение бесперебойной работы установок с точным поддержанием технологических параметров. Как в нефтяной промышленности, так в химической соответствовать всем указанным условиям может только производство, оснащенное АСУ ТП. К автоматизированным системам в целом, к отдельным элементам предъявляются особые требования:

1. устойчивость к агрессивной среде,
2. высокая надежность,
3. точность измерений,
4. гибкость настройки под конкретные технологические задачи.

  Современные АСУ ТП химических производств должны обеспечивать автоматическое управление в режиме реального времени, возможность интеграции с системами планирования и анализа. Благодаря автоматизации технологических процессов предприятия получают возможность внедрять современные техпроцессы, основанные как на математических моделях физико-химических процессов, так на моделях искусственного интеллекта с машинным обучением.

 

Внедрение систем управления в нефтяной и химической промышленностях

  Выбор порядка внедрения АСУ зависит от специфики конкретного производства, существующего уровня автоматизации, поставленных производственных задачи, иных критериев.

  В химической промышленности ключевым этапом при внедрении АСУ ТП становится выбор подходящей системы управления, учитывающей специфику конкретного производства. При этом важны такие параметры, как точность регулирования, устойчивость к внешним воздействиям, возможность интеграции с лабораторными и ERP-системами, а также наличие функций анализа, визуализации процессов, регистрации данных. Выбранное решение должно не только обеспечивать безаварийное управление производственными процессами, но быть гибким для технологических изменений в случае расширения производства. Зачастую при выборе АСУ предпочтение отдается модульным архитектурам с открытыми протоколами обработки информации.

  В нефтяной отрасли РФ АСУ ТП в первую очередь должно соответствовать федеральным требованиям, которые включают как промышленную, так информационную, технологическую безопасность. При внедрении необходимо выполнит определённые этапы, каждый из которых требует тщательной подготовки, координации, участия опытных команд. Изначально проводится аудит техпроцессов с определением оборудования, подлежащего автоматизации. Зачастую может подбираться оборудование, имеющее свои локальные АСУ. Далее разрабатывается техническое задание, выбирается программно-аппаратная платформа, соответствующая федеральным нормам. После проектирования системы следует этап согласования проекта в Ростехнадзоре и иных государственных надзорных органах. Только после этого выполняется закупка/изготовление, монтаж АСУ с интеграцией в существующую инфраструктуру предприятия. Завершающими шагами, как в любой системе управления, становятся наладка, тестирование, обучение персонала, ввод в эксплуатацию.

 

Стоимость систем управления в нефтяной и химической промышленности

  Стоимость систем управления в нефтяной и химической промышленности является существенной по сравнению со стоимостью АСУ, например, пищевых производств, но все еще ниже стоимости АСУ объектов атомной энергетики. Итоговая стоимость таких систем зависит от множества факторов:

• уровня автоматизации,
• используемых первичных средств измерения отечественного или иностранного производства,
• сложности технологических процессов,
• требований по безопасности,
• устойчивости к агрессивной среде, температурным режимам,
• совместимости с существующей инфраструктурой,
• соответствия современным требованиям РФ к элементам программно-технических средств промышленно-опасных производств.

  Расчет стоимости автоматизации промышленного объекта должен базироваться на комплексном анализе не только прямых затрат, но потенциальных выгод. К основным статьям расходов относятся:

• проектирование системы,
• закупка, монтаж оборудования,
• затраты на разработку, сопровождение программного обеспечения,
• затраты на информационную безопасность промышленно опасного производственного объекта в соответствии с федеральными требованиями,
• обучение персонала,
• последующее техническое обслуживание, текущий ремонт,
• итоговая утилизация.

  Все указанные затраты в итоге компенсируются за счёт повышения производительности, снижения потерь сырья, сокращения простоев, улучшения качества продукции, повышения уровня безопасности. Финансовый расчет позволяет определить точку окупаемости, рассчитать экономическую целесообразность реализации проекта.