Современный НПЗ должен быть цифровым

Российские НПЗ в поисках модернизации

«Большинство крупных российских заводов нефтегазовой отрасли построено в 50-80-е годы ХХ века, — говорит Сергей Полевой, директор департамента нефтегазовой промышленности SAP СНГ. — Несколько НПЗ, запущенных в постсоветские времена, по большей части представляют собой установки первичной перегонки нефти и не производят моторное топливо. Но в последнее время можно отследить значительные изменения в отрасли. Кризис конца 2010-х годов и дефицит топлива запустили программу модернизации нефтепереработки с объемом инвестиций в триллион рублей. В 2011-2013 гг. многие предприятия занялись ее реализацией, то есть модернизировали или построили новые установки, которые помогли повысить глубину переработки нефти и перенастроить производство на выпуск продуктов высокого качества. 2014 год и санкции задержали модернизацию, но не остановили ее. Сегодня НПЗ всех крупных вертикально-интегрированных нефтегазовых компаний постепенно приближаются к европейским стандартам автоматизации на производстве и в управлении. Тем не менее, маржа у многих НПЗ сокращается, некоторые вынуждены уменьшать объемы производства, в этих условиях строительство новых заводов в большинстве случаев нецелесообразно».

По наблюдениям Алексея Бурочкина, директора по маркетингу Eaton в России, в последние годы крупные нефтяные компании вынуждены сворачивать некоторые проекты, но в первую очередь речь идет о разработке новых труднодоступных месторождений. В то же время игроки рынка продолжают инвестировать в модернизацию действующих мощностей, в том числе НПЗ.

«Конечно, изменение экономической ситуации повлекло за собой уменьшение инвестиций, и проекты по модернизации сейчас реализовываются лишь там, где это необходимо, — говорит он. — Однако российские НПЗ продолжают целиком удовлетворять внутренний и экспортный спрос. В стране появляется всё большее количество предприятий, которые способны конкурировать с ведущими западными нефтеперерабатывающими объектами, как по объёмам производимой продукции, так и по уровню технической оснащённости. Производимое на отечественных НПЗ топливо отвечает самым высоким мировым стандартам, а доля экспорта высококачественного дизельного топлива и другой продукции с высокой добавленной стоимостью растёт.

В то же время, в прошлом году Министерство энергетики разработало проект стратегии развития отрасли до 2035 года, который допускает падение объёмов нефтепереработки на 8% до 2020 года, — добавляет А. Бурочкин. — В этом случае можно ожидать снижения объемов переработки до уровня, который удовлетворит спрос на внутреннем рынке и сдержит экономически неэффективный экспорт, что благоприятно скажется на доходности нефтепереработки».

Помимо секторальных санкций и снижения мировых цен на нефть, на ситуацию в отрасли также повлиял и т.н. «налоговый маневр», предполагающий, одновременное увеличение ставок экспортных пошлин на нефтепродукты и снижение ставок акцизов на моторные топлива. Одна из целей маневра — прекратить поддержку неэффективных НПЗ, специализирующихся на производстве мазута, и стимулировать более глубокую переработку. По словам Сергея Попова, директора по маркетингу подразделения «Промышленная автоматизация» компании Honeywell, налоговый маневр вызвал значительный объем инвестиций в модернизацию НПЗ, что обусловило рост на рынке систем автоматизации. Однако сейчас начинается определенное замедление.

«Системы автоматизации имеют длительный срок службы, — говорит Сергей Попов. — На Западе многие компании эксплуатируют их по 40 лет, стремясь получить максимум от вложенных средств. В России обновление  систем управления проводится значительно чаще. Таким образом, по уровню автоматизации российские НПЗ не только не уступают зарубежным предприятиям, но порой и обгоняют их».


Современное рабочее место оператора

В то же время общий технологический уровень российских нефтеперерабатывающих заводов в среднем ниже мирового. Так, по данным Сергея Полевого, на начало 2016 года лишь у двух российских заводов коэффициент Нельсона (показатель, характеризующий технологическую сложность НПЗ) был больше 8, что в Европе считается средним показателем. Тем временем, на новых НПЗ в США и в Европе индекс Нельсона в среднем составляет 15. «Сегодня это мировой стандарт», — констатирует представитель SAP.
«Одна из особенностей отечественного рынка нефтепереработки — определённый уровень консерватизма по сравнению с глобальными компаниями, — считает Алексей Бурочкин. — Российские НПЗ не всегда демонстрируют открытость к инновациям. На рынке немало опасений, связанных с возможными проблемами при внедрении новых решений.
В то же время для сохранения конкурентоспособности большинство предприятий вынуждены заняться поиском внутренних источников повышения рентабельности, которые заключаются в оптимизации операционных затрат».

Цифровой завод

Реализуя проекты модернизации, нефтеперерабатывающие компании стремятся достичь:
— максимальной производительности благодаря бесперебойной работе;
— высокого уровня промышленной безопасности и защищенности от кибреугроз;
— сокращения издержек, в том числе за счет совершенствования технологий производства и повышения энергоэффективности.
Инструментом решения этих задач сегодня становится концепция «цифровой завод», в англоязычных источниках также известная как Connected Plant («подключенное предприятие») или Smart Plant («умный завод»).
«Концепция цифрового завода предполагает непрерывный мониторинг состояния каждого актива, каждого элемента оборудования в совокупности с каждой стадией производственного процесса, — поясняет Сергей Полевой. — Реализация такой концепции позволяет получать аналитику в реальном времени и принимать обоснованные управленческие решения. Кроме того, цифровой НПЗ подключен к информационному пространству, где связываются производители оборудования и сервисные компании. Такая среда взаимодействия обеспечивает мгновенный обмен информацией между участниками, что имеет прямое влияние на качество принятия решений, а значит, гарантирует отсутствие аварий и простоев».


По мнению экспертов Honeywell, концепция Connected Plant предполагает соединение процессов, активов и людей для непрерывного поддержания эффективности производства

Быстрый возврат инвестиций

Стоит подчеркнуть, что цифровые технологии помогают решать задачи бизнеса уже на стадии реализации проекта, сокращая капитальные затраты, сроки внедрения и окупаемости новых систем управления. Как мы писали ранее, одно из главных требований современных заказчиков — высокая скорость проектирования и ввода систем автоматизации в эксплуатацию.

«Быстрой реализации проектов помогает использование универсальных модулей ввода-вывода, конфигурируемых программным путем, — говорит Сергей Попов из Honeywell. — В этом случае проектирование АСУ ТП и физическая поставка оборудования на объект происходит параллельно, а не последовательно, как это бывает при использовании традиционного оборудования. Также заказчик получает гибкость, возможность вносить изменения в проект на самых поздних стадиях без дополнительных финансовых затрат и временных потерь. Не менее важны и технологии виртуализации, позволяющие производителю системы управления осуществлять настройку и отладку в виртуальном пространстве (с использованием виртуальной инженерной платформы), а затем инсталлировать готовое решение на реальном объекте. Благодаря облачным технологиям к совместной работе над проектом можно привлекать необходимых специалистов вне зависимости от их местонахождения».
Также на рынке систем автоматизации наблюдается такая тенденция, как появление «распределенного интеллекта». Иными словами, часть управляющих модулей перемещается на полевой уровень. В результате облегчается монтаж систем, сокращается количество кроссовых шкафов, клеммных блоков и т.д.
Другой способ ускорить и удешевить монтаж связан с использованием беспроводных каналов передачи данных. В то же время нельзя забывать об ограниченной пропускной способности таких каналов: как правило, на беспроводную связь рекомендуют переводить не более 15-20% устройств.

Снижение технологических рисков

«Пожалуй, главным приоритетом по модернизации в нефтепереработке остаются вопросы безопасности на производстве, — говорит Алексей Бурочкин. — НПЗ работают с большим количеством взрывоопасного сырья, поэтому нарушение технологических процессов и правил безопасности может привести не только к серьезным материальным потерям, но и к экологической катастрофе и гибели людей. В этой связи особую важность при модернизации предприятий приобретают системы, способные снизить риск возникновения критической ситуации. К ним можно отнести взрывозащищенное оборудование, промышленные источники бесперебойного питания, системы мониторинга возникновения электрической дуги и другие.
Один из примеров — управляющее ПО Intelligent Power Manager для мониторинга ИБП, моментально идентифицирующее нарушения питания и другие аварийные события. При необходимости IPM перемещает виртуальные машины на функционирующие сервера, гарантируя целостность данных и обеспечивая нулевое время простоя. Другой пример — модульные приборы защиты xEffect, в которых реализована функция визуального мониторинга тока утечки в режиме реального времени. Встроенная микропроцессорная технология измерения в несколько раз увеличивает надёжность приборов, и, что важно, позволяет вовремя повлиять на процесс при возникновении аварийной ситуации».

«На примере Бхопальской катастрофы еще в 80-х годах весь мир убедился в том, как дорого может обойтись экономия на ремонтах на нефтяном и химическом производстве, — замечает Сергей Полевой. — Коррозия в цистерне с реактивами на заводе «Юнион карбайд» вызвала аварию с выбросом химического вещества. Число жертв измерялось тысячами. Так что все, что касается техобслуживания, ремонтов и безопасности, должно неукоснительно выполняться на любом заводе, а надежность и безотказность работы оборудования, контроль соблюдения требований промышленной безопасности — основа эффективной и безопасной жизни завода. Соответственно, технологии управления ремонтами на основе надежности, а также мониторинг состояния оборудования и технологических процессов позволяют существенно снизить показатели технологического риска».


Для повышения квалификации операторов сегодня используются виртуальные тренажеры (Скриншот UniSim Competency Suite)

Стоит подчеркнуть, что онлайн мониторинг состояния оборудования, предусмотренный концепцией «цифровой завод», позволяет не только существенно повысить надежность, но и снизить расходы на техническое обслуживание и ремонты за счет отказа от избыточных операций. Несомненно, такой подход — экономически выгодная альтернатива традиционной системе ППР.

«По данным Консорциума по управлению нештатными ситуациями (Abnormal Situation Management — ASM Consortium), 42% аварий на производстве связаны с ошибочными действиями операторов, — отмечает Сергей Попов. — Ошибки, вызванные человеческим фактором, возникают из-за недостаточного уровня подготовки персонала, а также нередко связаны с перегруженностью оператора. Часто системы автоматизации могут выводить такое количество тревожных сообщений, которое мешает операторам адекватно и своевременно реагировать на наиболее важные из них. В этих случаях на помощь приходят инструменты, которые позволяют проанализировать и рационализировать систему сигнализации, выявить и устранить некорректные сигналы, документировать и отслеживать изменения, снабдить аварийные сигналы справочной информацией. Пример такой системы — DynAMo Alarm Suite».

Управление эффективностью

«Управление эффективностью в каждой компании должно учитывать множество факторов, и выбор соответствующих технологий бесконечно разнообразен, — размышляет Сергей Полевой. — Предлагаю разобрать два примера высокотехнологичных НПЗ из-за рубежа.
Компания Valero Energy Corporation, работающая в Северной и Южной Америке, внедрила на своих НПЗ единую систему онлайн-мониторинга производства, энергопотребления и безопасности с использованием SAP MII. Данные о технологических параметрах оборудования, перемещении активов, потреблении энергии и безопасности сотрудников в реальном времени выводятся на портал для руководителей 15 НПЗ и на панели управления — для топ-менеджеров. Благодаря этому, ключевые руководители компании могут сравнивать работу разных заводов, выделять лучшие НПЗ и тиражировать их опыт. Кроме того, они могут оперативно отслеживать процент выполнения плана переработки. Каждое отклонение параметров производства от нормы можно оперативно проанализировать с руководителем, ответственным за процесс или актив.


Valero Energy Corporation управляет 15 заводами

Другая крупная компания, SASREF, рассчитывает KPI завода в реальном времени с помощью решения на платформе SAP S4/HANA, интегрированного с производственными решениями ряда производителей. За счет оперативного мониторинга компания может быстро реагировать на конъюнктуру рынка, управлять себестоимостью продуктов на основе точных данных о запасах, анализировать состояние оборудования в реальном времени по сценариям интернета вещей.

На сегодня тотальный учет информации о бизнес-процессах — это самый перспективный подход к управлению прибыльностью НПЗ. Он, по некоторым оценкам, помогает добиться прироста выработки до 7% и уменьшить капитальные затраты на 4%. Чтобы достичь таких результатов, необходимо детально анализировать точки, где возможно сокращение затрат или где нужны инвестиции. Чтобы делать это обоснованно и без рисков, необходимо иметь актуальную информацию в реальном времени. Что важно, модель цифрового НПЗ позволяет адаптировать предприятие к изменениям спроса, высокой ценовой конкуренции и т.д. В этом плане SASREF – показательный пример управления на цифровом НПЗ».


НПЗ SASREF находится в Саудовской Аравии

«Основные резервы повышения эффективности технологических процессов связаны с применением систем усовершенствованного управления (Advanced Process Control), к примеру, Profit Suite от Honeywell, — говорит Сергей Попов. — До их появления системы управления практически не учитывали перекрестные связи между различными переменными процесса, а также возмущающими воздействиями, что в целом не позволяло достичь высокого качества управления сложными системами, особенно в переходных режимах, и создавало существенный запас по качеству конечного продукта.

Система усовершенствованного управления технологическим процессом выступает своего рода автопилотом, который вместо оператора управляет параметрами процессов вблизи технологических ограничений, устраняя возможные запасы, связанные, в частности, с человеческим фактором. Технологическая основа такой системы – это многопараметрический контроллер с предсказанием на основе математической модели процесса».
Математические модели, помимо прочего, фиксируют оптимальный уровень потребления энергоресурсов. Если потребление энергии контролируется в режиме онлайн, операторы могут моментально отслеживать отклонения от нормативов и не допускать перерасхода. Таким образом, на цифровом заводе оперативный персонал управляет не только техпроцессом, но и прибыльностью актива.

Еще один тренд в сфере оборудования систем управления НПЗ — минитюаризация. Производители уходят от громоздких шкафов, которые занимали большие площади и потребляли много энергии. Более того, часть систем верхнего уровня теперь размещается в «облаках», что снимает с пользователей расходы на содержание серверов.

Персонал: обученный и подключенный

Требования к операторам, контролирующим сложные техпроцессы, постоянно растут, а вместе с ними усиливается и дефицит квалифицированных кадров в отрасли. Решением проблемы могут стать виртуальные 2D и 3D тренажеры для операторов (к примеру, пакет UniSim Competency). Такие программные решения напоминают компьютерную игру, построенную на основе панорамных фотографий реального производства — для полевых операторов или динамические модели сложных производственных процессов в сочетании с реальными операторскими интерфейсами — для персонала диспетчерской. Усилить реалистичность нарабатываемого опыта можно с помощью очков виртуальной реальности. Пользуясь таким ПО, работодатель может настраивать спектр компетенций, которые необходимо развить у начинающих сотрудников, и контролировать прогресс в обучении.

Современные системы управления и технологии миграции позволяют сохранять весь накопленный интеллектуальный потенциал предприятия в единой базе, делая его собственностью компании, а не отдельных квалифицированных сотрудников.
Вместе с выходом в интернет предприятия получают возможность неограниченной поддержки со стороны экспертов, причем не постфактум, а в режиме реального времени. Представители компаний-производителей оборудования, используемого на НПЗ, либо другие территориально удаленные специалисты, могут помочь разобраться в нестандартных ситуациях и оперативно решить возникающие проблемы. Для этого используются так называемые Connected Solutions («подключенные решения»). Образно говоря, теперь не эксперты будут приезжать на предприятие, а предприятие в виде своего цифрового двойника будет приходить к ним на рабочий стол.


Honeywell Connected Worker

Вместе с концепцией Connected Plant популярность набирает и концепция Connected Worker («подключенный работник»). Она предполагает использование средств индивидуальной защиты (СИЗ), оснащенных набором датчиков, позволяющих отслеживать местоположение и перемещения человека на экране в диспетчерской и контролирующих его самочувствие и состояние окружающей среды. Встроенные в спецодежду газоанализаторы позволяют отправлять оператора-обходчика на опасные производственные объекты без сопровождающих. Такие устройства сообщают работнику класс опасности и факторы риска той зоны, в которую он входит, и предупреждают его и ответственное лицо за пультом о возможных нештатных ситуациях. К тому же человек становится своего рода мобильным датчиком, позволяющим отслеживать параметры среды в отдаленных уголках промпредприятия.

Благодаря мобильным устройствам, ремонтный и иной персонал, работающий в полевых условиях, может моментально связаться со своим руководством или обратиться к электронной базе данных, чтобы получить точные ответы на возникающие по ходу выполнения работ вопросы.


Пример реализации подхода Connected Worker от SAP

Некоторые датчики помогают контролировать правильность использования СИЗ. К примеру, российская компания «СофтЛайн» недавно выпустила «умные каски», которые, помимо прочего, отправляют сигнал при снятии головного убора или падении сотрудника. Очевидно, что «подключенный работник» будет склонен куда строже соблюдать производственную дисциплину, график труда и отдыха.

Спрос на цифровые решения будет расти

Подводя итоги, стоит подчеркнуть, что добиться высокой производительности, эффективности и безопасности в работе НПЗ можно только при условии комплексной модернизации, предполагающей одновременную замену технологического оборудования и внедрение современных систем управления.
«Россия взяла курс на цифровую экономику, поэтому технологии управления производством и жизненным циклом оборудования будут развиваться, — говорит Сергей Полевой. — Думаю, что нефтепереработка будет двигаться в сторону безаварийного производства (ремонтов и техобслуживания по фактическому состоянию) и современных подходов к безопасности. Соответственно, среди НПЗ будет высокий спрос на решения для управления ремонтами, онлайн-обработки данных, мониторинга и анализа производственных процессов и конечных продуктов в реальном времени».
Алексей Бурочкин и Сергей Попов также прогнозируют дальнейшее увеличение спроса на «умные» решения, позволяющие сократить капитальные расходы, связанные с пуском в эксплуатацию новых систем автоматизации, электроснабжения и собственно производственных установок.
Одним словом, очень скоро тотальная цифровизация изменит традиционные взгляды на организацию технологических и бизнес-процессов на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Екатерина Зубкова

Фото предоставлены компаниями SAP и Honeywell