Улучшение работы атмосферного блока

Большинство ЭЛОУ АВТ предоставляют возможность усовершенствования при использовании современных систем управления технологическими процессами. Тим Олсен и Гэри Хоукинс Emerson Process Management

Надежность и эксплуатационная гибкость атмосферного блока на нефтеперерабатывающем заводе имеет существенное влияние на рентабельность всего НПЗ. Атмосферный блок имеет большое значение для процесса в целом, так как распределяет полуфабрикаты в качестве сырья для последующих стадий переработки на широко используемых установках, производящих дорогие нефтепродукты. Большинство руководителей НПЗ и операторского персонала хотят, чтобы атмосферный блок бесперебойно работал и не создавал никаких проблем. Тем не менее, это может стать причиной повышенного использования электроэнергии, снижения производительности труда, понижения качества полуфабрикатов, высокой стоимости технического обслуживания и возрастания угроз безопасности. Всё это происходит, потому что атмосферный блок часто находится в числе наиболее запущенных частей любого завода, со всеми проблемами инфраструктуры изношенных объектов. Сегодня почти каждая установка первичной переработки нефти сталкивается с серьезными эксплуатационными проблемами низкой энергетической производительности, недостаточной загрузки технологической установки и ненадежности активов, а также проблем безопасности, охраны труда и охраны окружающей среды.

Среди некоторых обычных явлений можно перечислить неожиданные отказы насоса, ускоренное закоксовывание труб огневой печи, высокое давление в колонне, а также не конденсирующееся и недостоверное измерение высоковязкой жидкости. Энергетические проблемы часто связаны с загрязнением труб теплообменника и недостаточной эффективностью теплопередачи, неспособностью оптимизировать огневые печи и неудовлетворительные измерения температуры, необходимые для оптимизации работы установки первичной переработки нефти.

Однако, улучшение возможно. По словам сотрудника крупнейшего американского НПЗ: "Избирательное применение передовых технологий может помочь установки первичной переработки нефти преодолеть присущие недостатки и фактически улучшить выработку до достижения лидирующей позиции в промышленности.

Кроме усовершенствования точности и долгосрочной стабильности, современные переносные контрольно-измерительные приборы на основе микропроцессоров обеспечивают большим количеством информации о состоянии процесса, чем простые измерения производственных показателей по старым приборам. Эти технические решения позволяют повысить эффективность производственных процессов, снизить затраты и увеличить доходы.

Такие производственные предприятия в компании Emerson называются как  смарт-НПЗ (с англ. "разумные НПЗ") – объекты, на которых персонал лучше информирован о режиме технологического процесса, о неисправных производственных активах и основных причинах существующих или грозящих проблем. На смарт-НПЗ, операторы ЭВМ получают информацию, касающуюся управляющих приложений особой важности, техники по обслуживанию и ремонту осведомлены о необходимости предстоящего техобслуживания, а  инженер по технике безопасности уведомлен о проблемах системы безопасности (SIS). Эффективная работа установки первичной переработки нефти зависит от достижения высокого уровня развития в областях эффективного использования электроэнергии, каждодневной безотказной работы, использования основных фондов и безопасности. Всё это может быть усовершенствовано за счет внедрения современных технологий, которых часто недостаточно в старых установках.

Модернизация

Установка первичной переработки нефти может быть ликвидирована как больной вопрос для НПЗ и стать визитной карточкой, с модернизированной системой регулирования и внедренной конфигурацией цифровой техники. Инвестиции в технологии обеспечивают эффективность, снижают влияние  явлений дестабилизации атмосферного блока на работу установки первичной нефтепереработки. Существующие технические средства совершенствуются посредством последовательной модернизации компьютерных программ,  за льготы от ранних установок программ на покупки более поздних версий.

Замена устаревших традиционных систем управления

Современные технические средства автоматизации быстрее, мощнее и имеют функции, позволяющие управление потоками информации за рамками простых регулируемых параметров технологического процесса, задания и выходного значения. Встроенные средства модернизированного управления технологическим процессом (APC) легки в использовании и обслуживании, не требуют дополнительного аппаратного или программного обеспечения, и могут существенно сократить графики установки нового оборудования.

Цифровая архитектура средств автоматизации предоставляет нефтепереработчикам возможность безопасного управления рядом с технологическим процессом и сокращения оборудования без ущерба для техпроцесса, и одновременного контроля состояния множества активов в режиме реального времени. Информация, полученная благодаря смарт-технологиям, помогает работникам справляться с затянувшейся неуверенностью в том, являются ли наблюдаемые проблемы результатом ухудшения приборов, или, в действительности, это нарушения технологического процесса.

Для заводов с частым включением сырой нефти, нарушения работы установки первичной переработки нефти часто перерастают в более крупные проблемы в последующей переработке. В таком случае имеет смысл устранять такие проблемы непосредственно в источнике для того, чтобы достичь эффективной и безотказной работы по всему НПЗ.

Управление переходом из одного трубопровода поступающей нефти к другому требует автоматического уровня управления с динамическими характеристиками, необходимыми для быстрого и точного реагирования на изменения уставок. Тем не менее, значение автоматического уровня управления часто недооценивается в устаревших системах управления. Например, энергопотребление и материальный баланс должны быть восстановлены после переключения для того, чтобы привести полуфабрикаты в соответствие с нормативными пределами. Средства модернизированного управления технологическим процессом сокращают издержки управления оператором первичной переработки. На устройство оптимизации ректификационной колонны подается автоматический сигнал, что минимизирует шанс ошибки человека-оператора, ускоряет время разгона и уменьшает повреждение атмосферного блока во время переключения. Также важно эффективно использовать уровни технологического аппарата установки первичной переработки нефти в качестве глушителя возмущений. Операторам придется изменить привычный тип мышления для того, чтобы позволить промежуточным уровням колебаться значению в районе 25-75% и не стараться поддерживать заданную уставку в 50%. Если возмущения глушатся в атмосферном блоке, полуфабрикаты могут эффективнее обрабатываться в последующих блоках.

Установка цифровых измерительных приборов

Цифровые измерительные приборы повышают надежность и использование технологического оборудования атмосферного блока. «Умные» периферийные устройства выдают большое количество полезной информации, которая находится в свободном доступе и хранится усовершенствованным программным обеспечением по управлению ресурсами. При свободном доступе к информации в режиме реального времени о состоянии средств измерения, исполнительных устройств и других активов, переработчики могут предсказать, когда эти средства потребуют техобслуживания и отремонтируют их, прежде чем они окажут отрицательное влияние на производственный процесс. Кроме того, можно избежать несвоевременного ремонта этих средств в отсутствие необходимости. Эта стратегия диагностирования неисправностей сохраняет работу установки и сводит к минимуму случайные отключения технологического процесса. В результате, количество незапланированных остановов и снижений темпов работы уменьшается или устраняются вовсе, и установка надежно работает в границах безопасности, тем самым повышая рентабельность.

Не все изменения требуют крупных капиталовложений для обеспечения быстрой и долгосрочной прибыли. Например, добавление недостающих измерительных точек для оптимизации, добавление "умных" приборов на основе микропроцессоров для накопления информации об охране труда, а также средства модернизированного управления технологическим процессом, которые могут быть реализованы для ключевых рабочих параметров при минимальных затратах и обеспечивают значительный экономический эффект за короткий период.

Преимущества передовых технологий

Без сомнения, применение передовых технологий позволяет повысить производительность большинства установок первичной переработки нефти в современных НПЗ, с учётом рационального потребления энергии, надежности, загрузки и безопасности.

Рациональное потребление энергии

Значительная экономия энергии может быть достигнута за счет сокращения избыточного количества топочного воздуха на установку и вакуумные подогреватели. Задача состоит в том, чтобы уменьшить избыточный топочный воздух при сохранении достаточного количества воздуха для полноценного безопасного горения. Если топочного воздуха недостаточно, последующее сгорание может производиться в верхних частях нагревателя, что вызовет необходимость более высоких температур, чем предусматривается для этой секции. Это может привести к повреждению труб нагревателя, опоры трубопровода и строения топки. В крайних случаях, топливная смесь в топке может стать взрывоопасной.

Измерения кислорода и угарного газа/горючего анализаторами в составе дымового газа печи, расположенными в радиантной части топки печи указывает, когда будет необходимое количество топочного воздуха для безопасной работы. «Умные» анализаторы возможностями контроля технического состояния снабжают оператора ЭВМ достоверной информацией о точности измерений дымовых газов. В результате, состав горючей смеси может быть безопасно оптимизирован путем сокращения использования дорогостоящего избыточного топочного воздуха.

Средства модернизированного управления технологическим процессом могут быть использованы для оптимизации работы нагревателя, чтобы максимально эффективно использовать электроэнергию. Современные цифровые автоматизированные системы управления технологическими процессами с встроенным функционалом APC обеспечивают более быструю реализацию, облегченное сопровождение и больший срок службы, чем традиционные методы внедрения APC.

Оптимальная энергоэффективность, как правило, требует большее количество измерений, чем предусмотрено в большинстве установок первичной переработки нефти. Например, измерения температуры в каждом узле теплообменника часто настраиваются вручную только при подготовке к предстоящему ремонту для определения теплообменников, нуждающихся в очистке. В наши дни беспроводная технология позволяет легко и экономично добавлять измерительные точки для получения недостающих измерений, необходимых для контроля производительности теплообменника.

Другим важным направлением, на которое стоит обратить внимания, является передача тепла от горячих выходных продуктов  для подогрева поступающей сырой нефти, так как загрязнение трубопровода печи негативно сказывается на эффективности теплопередачи. Десятипроцентное снижение эффективности теплопередачи теплообменника предварительного нагрева потребует соразмерное увеличение энергопотребления.  Дальнейшее снижение производительности теплообменника предварительного нагрева сырой нефти вызовет достижение нагревателем своего предела обжига, что делает необходимым сокращение пропускной способности по сырой нефти.

Надежность

Отказы оборудования, вызывающие большое количество снижения темпов работы или полные остановы техпроцесса, могут быть значительно сокращены за счет использования выявления неисправностей, осуществляемых "умных" приборов КИП и цифровых контроллеров клапанов.  Эти данные легко получить благодаря усовершенствованному программному обеспечению по управлению ресурсами и предоставить в пользование персоналу НПЗ. Когда один из контролируемых устройств начнет работать за пределами положенных параметров, возникнет аварийный сигнал, указывающий о том, что этот пункт нуждается в проверке.  Кроме того, подробная информация по каждому из средств в управляющей сети содержится в базе данных, для использования в различных рутинных задачах по обслуживанию, включая цикличную проверку, настройку, калибровку, отладку и точного документирования о выполненном техническом обслуживании.

Большинство не имеющих критической важности ротационных машин периодически контролируются техниками, с использованием анализаторов данных о вибрациях по заранее установленным маршрутам для создания общей картины о рабочем состоянии двигателей, насосов, вентиляторов, компрессоров, турбин  и прочего.  Объекты, которые, скорее всего, выйдут из строя, можно определить изменениями уровней вибрации из-за недостаточного центрирования вала, изношенных подшипников, ослабленных или сломанных оснований монтажных опор, трещины рабочего колеса или кавитации. Важнейшие машины могут контролироваться непрерывно в режиме реального времени, при использовании безвозвратно установленных датчиков. Для беспроводных основных средств доступны вибрационные датчики с дистанционной передачей показателей, это значительно уменьшает расходы на пути к непрерывному мониторингу. Даже вращающиеся средства второго и третьего уровня могут быть под постоянным контролем, что позволяет обслуживающему персоналу определять и заниматься проявленными неполадками.

Передовых технологии мониторинга и анализа способны повысить качество аварийной сигнализации в тех случаях, когда на производственных средствах развиваются признаки неполадок, таким образом, будут приняты корректирующие воздействия, чтобы предотвратить отключение установки, угрозу безопасности или аварии с экологическими последствиями. Кроме того, можно определить какие ремонтные работы могут быть отложены до запланированного периода обслуживания или другого подходящего времени. Суть экономичного диагностического обслуживания – повышение надежности оборудования и большая загрузка установки.

Загрузка установки

"Умные" цифровые технологии обеспечивают не только точные измерения состояний процесса, таких как уровень вибрации, температура, расход, давление и уровень границы раздела ЭЛОУ, это также дает персоналу НПЗ знание степени исправности приборов и установок предприятия. Информация об основной причине позволяет людям хорошо подготовиться, прежде чем обходить сектор предприятия. Техническое обслуживание, основанное на информации с рабочих мест, является наименее дорогостоящим типом техобслуживания и вносит существенный вклад в максимальное использование активов НПЗ.

Например, устройство оптимизации ректификационной колонны SmartProcess может применяться для увеличения выхода продуктов установки первичной переработки нефти и эксплуатационной гибкости, особенно при использовании интеллектуальных периферийных устройств, способных быстро реагировать на изменения уставок. Такие устройства также помогают в обнаружении начала процесса захлёбывания ректификационной колонны, так что операторы смогут своевременно принять соответствующие меры. Эти решения предназначены для совершенствования использования атмосферно-вакуумной трубчатки и сокращения избыточного потребления электроэнергии.

Безопасность

Безопасные условия эксплуатации достигаются с помощью современных функциональных групп и технических характеристик автоматизации, включая использование тренажеров для обучения операторов, интеллектуальный контроль степени исправности приборов и интеллектуальные логические устройства обеспечения безопасности с автоматизированным испытанием предохранительных клапанов при неполном ходе.  Имитационные модели обучения обеспечивают операторов ЭВМ реалистичными сценариями для наработки навыков работы с редкими событиями, например, запуск, останов или непредвиденные чрезвычайные ситуации. С более глубокими знаниями и близким знакомством со стандартным рабочими процедурами, операторы способны немедленно, уверенно и надлежащим образом реагировать на редкое, но быстрое развитие ситуации.

Диагностические возможности интеллектуальных приборов могут усовершенствовать как доступность, так и надежность систем безопасности (SIS). Выявление неисправностей позволяет руководителям завода быть уверенными, что функции SIS работают должным образом. Также они помогают избавиться от ненужных остановов, показывая, когда будет необходимо техническое обслуживание (как было описано ранее).

Испытание отключения предохранительных клапанов при неполном ходе подтверждает способность клапанов к переключению по требованию при минимизации эксплуатационных сбоев, оповещающих операторов. Тем не менее, проверка переключения не гарантирует безопасности полного переключения клапана при необходимости.  На аварийном клапане, которые не двигается в течение многих лет, могут накопиться осадочные соли, накипь или коррозия на штоке клапана, не допуская осуществления полного хода при необходимости. Задокументированное комплексное испытание отключения предохранительных клапанов при неполном ходе обеспечивает как подтверждение хода, так и информацию о том, как часто клапан способен переключаться – важное свойство автоматизированной системы безопасности управления жизненным циклом оборудования.

Выводы

Почти все атмосферно-вакуумные трубчатые установки дают возможность совершенствования. Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами со встроенными функциями средств модернизированного управления непрерывно контролируют качество регулирования, выявляют проблемы и автоматически решают проблемы настройки контура. Цифровые измерительные устройства генерируют огромное количество информации, которая может использоваться для управления автоматических сигналов тревоги, диагностирования неисправностей, архивирования диагностических данных и составления отчётов о воздействии на окружающую среду.  Технология диагностики значительно уменьшает количество времени, требуемое для таких задач, как конфигурация, контроль контура и пусконаладка, калибровка измерительных приборов и отладка с сопоставлением с аналоговыми приборами, подключенных к традиционным системам регулирования.

Тим Олсен – консультант по переработке нефти в международной промышленной группе по нефтепереработке компании Emerson Process Management, в которой он поддерживает техническую и бизнес стратегии компании Emerson. Он является вице-председателем отдела по национальному топливу и нефтехимии (FPD) AIChE, получил степень бакалавра в химической технологии Университета штата Айова, со специализацией в области промышленного инжиниринга и управления технологическими процессами, а также степень MBA Университета Айова.

Гэри Хоукинс – консультант по вопросам ведения бизнеса в мировой нефтепереработке компании Emerson Process Management с 2007 года. До прихода в Emerson, работал в компании UOP около 31 года, разрабатывая технические нормативы UOP для управления технологическими процессами и управляя группой специалистов по контрольно-измерительному оборудованию и группой управления процессами в проектном отделе UOP. Гэри получил степень бакалавра в химической технологии в Университете Иллинойса в городе Урбана-Шампейн. Links

Ещё больше статей из следующих категорий: Автоматизация и управление производственными процессами; ЭЛОУ АВТ.