Задайте нам вопрос
Отвечаем в течение дня, кроме выходных.
Нажимая кнопку Отправить, вы соглашаетесь
с Политикой конфиденциальности и даете
Согласие на обработку персональных данных
с Политикой конфиденциальности и даете
Согласие на обработку персональных данных
Иван Лисицын
Коммерческий директор
Создание системы контроля движения материальных потоков
Решение для оперативного нахождения и идентификации причин дебаланса между приходом и расходом углеводородных смесей в трубопроводах
Повышение достоверности информации о движении нефтепродуктов в трубопроводах НПЗ
Снижение материальных потерь за счет оперативного выявления и устранения их причин
Обнаружение неисправных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации (КИПиА)
Содержание
Предпосылки
При подготовке данных несогласованного материального баланса в системе производственного учета выявляется дебаланс. Известно, что каждый нефтеперерабатывающий завод несет дополнительные финансовые убытки из-за дебаланса материальных потоков. Причины дебаланса определить достаточно сложно: они могут быть из-за неверных показателей приборов, потерь из-за неисправности запорной арматуры, а также вследствие утечек, когда непонятно, как и по какой причине они произошли. НПЗ вынуждены терпеть убытки не только на самих фактах потерь сырья, нефтепродуктов, но и при ликвидации их последствий. Сведение материального баланса при имевшихся расхождениях в показаниях приборов остается для заводов проблемой.
Персонал НПЗ решает проблему определения потерь, мест, где произошли технологические нарушения, а также поиск причин дебаланса: для этого просматриваются большие объемы данных с датчиков, анализируются и сопоставляются их изменения в динамике, на что тратится много времени. Однако это не снимает саму проблему и не позволяет организовать системный поиск и идентификацию возможных причин материального дебаланса.
Объем углеводородных смесей в допустимых пределах может уменьшаться по технологическим причинам, то есть в процессе производства продукта. Однако имеющиеся потери иногда бывают выше допустимых пределов. Очевидным, но достаточно дорогим в реализации решением является установка дополнительных датчиков.
К решению задачи обнаружения несоответствий в количественных данных о расходах при перекачке углеводородных смесей между различными производственными объектами и определения причины дебаланса компания NAUKA совместно с НПЗ подошли системно.
Персонал НПЗ решает проблему определения потерь, мест, где произошли технологические нарушения, а также поиск причин дебаланса: для этого просматриваются большие объемы данных с датчиков, анализируются и сопоставляются их изменения в динамике, на что тратится много времени. Однако это не снимает саму проблему и не позволяет организовать системный поиск и идентификацию возможных причин материального дебаланса.
Объем углеводородных смесей в допустимых пределах может уменьшаться по технологическим причинам, то есть в процессе производства продукта. Однако имеющиеся потери иногда бывают выше допустимых пределов. Очевидным, но достаточно дорогим в реализации решением является установка дополнительных датчиков.
К решению задачи обнаружения несоответствий в количественных данных о расходах при перекачке углеводородных смесей между различными производственными объектами и определения причины дебаланса компания NAUKA совместно с НПЗ подошли системно.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикНа участках трубопроводов, технологических установок уже располагаются приборы учёта: расходомеры. С их помощью измереятся объем углеводородной смеси на входе и выходе с участка. Специалисты NAUKA оценили характеристики приборов, их расположение, класс точности и предположили: имеющегося оборудования достаточно, чтобы на его основе построить информационно-аналитическую систему для выявления возможных расхождений в показаниях величин материальных потоков, которые могут быть причиной дебаланса, и определения соответствующих проблемных участков
Цели и задачи проекта
Разработка методики и программно-алгоритмического обеспечения для поиска и идентификации причин дебаланса материальных потоков НПЗ.
Основные цели:
Основные цели:
- Повышение оперативности определения причин потерь углеводородных смесей.
- Повышение контроля за движением материальных потоков на предприятии, а именно за тем, как углеводородные смеси и нефтепродукты движутся в трубопроводах цеховых и межцеховых коммуникаций, резервуарных парках и местах отгрузки.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикГлавную задачу для себя мы видели в том, чтобы оперативно находить участок НПЗ, где может происходить дебаланс, и определить, связано ли это с некорректными показаниями датчиков, несанкционированным отбором или есть другая причина
Чтобы достичь необходимого результата, было предложено создать систему, которая анализировала бы информацию с имеющихся приборов учёта на трубопроводах, в резервуарах НПЗ и местах отгрузки. Во-первых, она должна была бы выявлять ситуации, которые выходили за рамки поведения технологического процесса согласно регламенту. Во-вторых, система должна уметь идентифицировать эти ситуации. В-третьих, своевременно уведомлять персонал предприятия.
Этапы работ
Поставленная перед NAUKA задача потребовала проведения исследований и разработки инструментов поиска причин дебаланса, и состояла из следующих этапов:
1. Разработка алгоритмов поиска нарушений в движении углеводородных смесей и построения прототипа системы;
2. Разработка «редактора технологических схем»;
3. Разработка алгоритмов анализа корректности показаний датчиков и анализа работы резервуаров и участков отгрузки;
4. Повышение быстродействия и точности системы;
5. Создание механизмов автоматической проверки участков НПЗ и информирования персонала.
2. Разработка «редактора технологических схем»;
3. Разработка алгоритмов анализа корректности показаний датчиков и анализа работы резервуаров и участков отгрузки;
4. Повышение быстродействия и точности системы;
5. Создание механизмов автоматической проверки участков НПЗ и информирования персонала.
Алгоритмы поиска и прототип
Для решения поставленной задачи эксперты NAUKA сначала должны были получить представление о том, как выглядит общая схема движения материальных потоков предприятия. До начала работ она существовала в виде схем отдельных участков, и потребовалось объединить их в одну общую схему.
Были разработаны алгоритмы и программное обеспечение, с помощью которого стало возможным обнаружить потери, используя данные с приборов учета на входе и выходе с анализируемого участка. Например, если прибор в начале участка показывает определённый объем прокаченных нефтепродуктов, а прибор в конце — меньший (хотя должен показывать такой же), значит, где-то есть нарушения.
Автоматизированное проведение подобных сопоставлений послужило прообразом системы.
Были разработаны алгоритмы и программное обеспечение, с помощью которого стало возможным обнаружить потери, используя данные с приборов учета на входе и выходе с анализируемого участка. Например, если прибор в начале участка показывает определённый объем прокаченных нефтепродуктов, а прибор в конце — меньший (хотя должен показывать такой же), значит, где-то есть нарушения.
Автоматизированное проведение подобных сопоставлений послужило прообразом системы.
Рисунок 1. Обнаружение нарушения по алгоритму «Возможна утечка»
В границах измерений обнаружено равномерное снижение объема. Характер изменения показаний свидетельствует о возможной утечке на анализируемом участке трубопровода.
Алгоритмы поиска нарушений позволили достаточно оперативно выявлять проблемные участки, которые могли указать на потери нефтепродуктов. Однако их причины были не всегда понятны.
Алгоритмы поиска нарушений позволили достаточно оперативно выявлять проблемные участки, которые могли указать на потери нефтепродуктов. Однако их причины были не всегда понятны.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикЕсли на участке между приборами учёта есть байпас, то понижение объема смесей на выходе может быть вызвано вполне понятной причиной: смесь, в соответствии с технологическим процессом, может идти также по другой смежной трубе. Иной возможной причиной возникновения проблемы может быть неисправность задвижки, которая не закрылась или вовсе осталась открытой. В этом случае причиной расхождений является нежелательное перенаправление смеси в другую часть установки. Мы посчитали важным, чтобы система могла различать такие нарушения.
Редактор технологических схем
Чтобы научить систему точнее определять причину расхождений в показаниях прихода и расхода нефтепродуктов, ей нужно было «объяснить», как выглядит производство: какие и где стоят приборы учёта и задвижки, в каком направлении и при каких условиях движутся смеси.
Для этого эксперты создали «редактор технологических схем» — модуль системы, который представляет схему НПЗ в машиночитаемом виде.
Чтобы система «научилась понимать» схемы трубопроводов завода, разработчики модуля перевели их из формата изображений в формат логической схемы с графами и объектами, у которых есть уникальные свойства. Этот этап оказался одним из самых трудоёмких, поскольку просто загрузить изображения схем в редактор было весьма непростой задачей. Потребовалось воссоздать схемы трубопроводов внутри редактора. В результате в модуле появилась подробная, а главное, «понятная» информационно-аналитической системе «карта» завода.
Для этого эксперты создали «редактор технологических схем» — модуль системы, который представляет схему НПЗ в машиночитаемом виде.
Чтобы система «научилась понимать» схемы трубопроводов завода, разработчики модуля перевели их из формата изображений в формат логической схемы с графами и объектами, у которых есть уникальные свойства. Этот этап оказался одним из самых трудоёмких, поскольку просто загрузить изображения схем в редактор было весьма непростой задачей. Потребовалось воссоздать схемы трубопроводов внутри редактора. В результате в модуле появилась подробная, а главное, «понятная» информационно-аналитической системе «карта» завода.
Рисунок 2. Окно редактора технологических схем.
На схему нанесены трубопроводы, резервуары, приборы учёта и задвижки.
Информация о показаниях приборов и положениях задвижек загружается из баз данных АСУ ТП, управляющей этим оборудованием. Так система получает детальное «представление» о движении углеводородных смесей и может производить более глубокий анализ достоверности данных о материальных потоках на производстве.
Информация о показаниях приборов и положениях задвижек загружается из баз данных АСУ ТП, управляющей этим оборудованием. Так система получает детальное «представление» о движении углеводородных смесей и может производить более глубокий анализ достоверности данных о материальных потоках на производстве.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикРедактор — это инструмент для создания своего рода цифрового двойника завода в той его части, которая связана с движением углеводородных смесей. Благодаря редактору была установлена связь между приборами, нанесёнными на схему, и их реальными показаниями, хранимыми в базе данных АСУ ТП. Это позволило нам разработать и реализовать в системе дополнительные эффективные алгоритмы поиска.
Возможность учитывать большее число технических параметров позволила специалистам NAUKA создать решения, которые способствовали идентификации причин расхождения в показаниях КИПиА. В том числе алгоритмы, направленные на выявление некорректной работы приборов на трубопроводах, а именно:
- Отсутствие сигнала с датчика
- Некорректные данные датчиков расхода, установленных на трубопроводах, и датчиков уровня на резервуарах
- Ошибка в измерениях (рис.3)
- Шум: Значительная шумовая составляющая в сигнале расхода, которая может быть связана с влиянием внешних помех, насосов, и т. п.
Рисунок 3. Обнаружение нарушения по алгоритму «Ошибка в измерениях»
На анализируемом участке система фиксирует резкий рост и возвращение к нулевым значениям расхода в трубопроводе, по которому на самом деле ничего не идет. Скачки давления возникают в пустом трубопроводе в результате технической неисправности или неправильной эксплуатации и фиксируются средством измерения расхода.
Кроме того, эксперты разработали алгоритмы анализа данных с приборов, установленных в резервуарных парках, так как и они могли служить причиной дебаланса материальных потоков предприятия.
Причиной дебаланcа также могут стать технические проблемы в резервуарах - в тех случаях, когда они связаны между собой трубами. Чтобы нефтепродукты не перетекали из одного резервуара в другой тогда, когда это не нужно, между ними устанавливаются задвижки. НПЗ отгружает нефтепродукты из резервуаров, и именно на этом этапе информация о количестве отгруженного продукта учитывается в материальном балансе.
Кроме того, эксперты разработали алгоритмы анализа данных с приборов, установленных в резервуарных парках, так как и они могли служить причиной дебаланса материальных потоков предприятия.
Причиной дебаланcа также могут стать технические проблемы в резервуарах - в тех случаях, когда они связаны между собой трубами. Чтобы нефтепродукты не перетекали из одного резервуара в другой тогда, когда это не нужно, между ними устанавливаются задвижки. НПЗ отгружает нефтепродукты из резервуаров, и именно на этом этапе информация о количестве отгруженного продукта учитывается в материальном балансе.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикЕсли в момент отгрузки задвижка между резервуарами неисправна, то есть высокий риск возникновения дебаланса, так как часть продукта из резервуара перетечет в соседний резервуар, и фактически уйдет больше нефтепродукта, чем будет отгружено с НПЗ по документам.
Повышение быстродействия и точности системы
Одним из вызовов, с которыми столкнулись специалисты NAUKA, было требование по скорости работы системы. С контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации поступает более 200 тысяч сигналов. Получается, что приборов на анализируемых участках много, а сами участки — это многокилометровые сплетения труб, производственных установок и резервуаров. Поэтому алгоритмам требовалось много времени, чтобы обработать данные от всех участков схемы завода. Чтобы ускорить этот процесс, разработчики создали функцию проверки актуальности технологических схем.
На практике это означало, что, прежде чем анализировать данные от приборов на участке, система запрашивала информацию о состоянии положения запорной арматуры. Если задвижка закрыта, то сырьё в проверяемом участке отсутствует, а значит, анализировать данные с приборов учёта в нём смысла нет. Система «отсекает» от проверки неработающие участки и ускоряет таким образом свое быстродействие.
Отдельная функциональность отвечает за ведение проверки корректности измеренных данных. Система ведёт журнал событий, в котором «объясняются» причины обнаруженных ею расхождений.
На практике это означало, что, прежде чем анализировать данные от приборов на участке, система запрашивала информацию о состоянии положения запорной арматуры. Если задвижка закрыта, то сырьё в проверяемом участке отсутствует, а значит, анализировать данные с приборов учёта в нём смысла нет. Система «отсекает» от проверки неработающие участки и ускоряет таким образом свое быстродействие.
Отдельная функциональность отвечает за ведение проверки корректности измеренных данных. Система ведёт журнал событий, в котором «объясняются» причины обнаруженных ею расхождений.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикДаже самые точные и исправные приборы иногда могут выдавать некорректные значения данных. Это может быть обусловлено технологическими причинами, погрешностями измерений и прочим. Движение по трубопроводам нефтепродуктов происходит при наличии неконтролируемых возмущений. Например, если в трубе нет смеси, то ее наличие в связанной с ней трубе может вызвать падение давления в трубопроводной системе в целом, что послужит основанием показать приборам учета наличие расхода в пустой трубе.
Некорректные показания приборов также могут стать причиной дебаланса, когда вместо нуля в расчет попадает несуществующее значение расхода, что может направить процесс поиска подозрительных участков по ложному следу. Для таких ситуаций были разработаны дополнительные алгоритмы. Они позволили точнее и быстрее определять события, в которых расхождение показаний вызваны реальными проблемами.
Механизмы автоматической проверки участков НПЗ и информирования персонала
На НПЗ очень многое зависит от того, как быстро персонал завода узнает о проблемах на контролируемом им участке и как оперативно их решает. Поскольку процесс переработки нефти весьма сложен и небезопасен, операторы установок получают различного рода уведомления от систем автоматизации.
То, насколько правильно персонал интерпретирует и определяет приоритеты уведомлений, зависит от опыта и квалификации работника.
Поэтому в задачу NAUKA входило также создание механизма оповещения конкретных работников, который:
Если система «подозревает» неисправность прибора учёта, она уведомляет об этом метрологическую службу, отвечающую за работу КИПиА, а не все подразделения сразу (операторов-технологов, механиков и т. д.). И так с каждым участком, где проводится проверка. Ведется журнал событий, в котором сохраняется не только само событие, но и то, как отреагировал на него соответствующий работник.
В результате в системе появилась функция регулярных автоматических проверок участков, по итогам работы которых ответственному персоналу отсылался подробный отчёт.
То, насколько правильно персонал интерпретирует и определяет приоритеты уведомлений, зависит от опыта и квалификации работника.
Поэтому в задачу NAUKA входило также создание механизма оповещения конкретных работников, который:
- Позволил бы оперативно информировать персонал, в чьей зоне ответственности находится «проблемный» участок;
- Содержал бы в себе механизмы, помогающие работнику оперативно на эти уведомления реагировать.
Если система «подозревает» неисправность прибора учёта, она уведомляет об этом метрологическую службу, отвечающую за работу КИПиА, а не все подразделения сразу (операторов-технологов, механиков и т. д.). И так с каждым участком, где проводится проверка. Ведется журнал событий, в котором сохраняется не только само событие, но и то, как отреагировал на него соответствующий работник.
В результате в системе появилась функция регулярных автоматических проверок участков, по итогам работы которых ответственному персоналу отсылался подробный отчёт.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикТак как на заводчан возложена большая ответственность за отслеживание технологических процессов, сообщения от нашей информационно-аналитической системы рисковали затеряться среди потока поступающей информации. Реальная польза от системы наступает только тогда, когда на сигналы о проблемах, которые она обнаруживает, своевременно реагируют.
Результаты работ
Создана информационно-аналитическая система для оперативного поиска нарушений в движении нефтепродуктов по трубопроводам производства.
Выполнены следующие работы:
Выполнены следующие работы:
- Построена модель движения нефтепродуктов с возможностью ее расширения при вводе в эксплуатацию новых участков производства;
- Разработаны алгоритмы поиска некорректных показаний приборов учета;
- Разработан алгоритм поиска расхождений в данных о состоянии материальных потоков;
- Внедрен механизм автоматического анализа согласованности данных приборов учета.
- Существенно повысить скорость выявления проблем на трубопроводах, в резервуарах и местах отгрузки, связанных с нарушениями в движении нефтепродуктов и неисправным оборудованием;
- Существенно повысить скорость реагирования на возникающие нештатные ситуации и оперативность их устранения;
Примечательно, что нужного эффекта нам удалось достичь, опираясь только на имеющиеся у заказчика приборы учёта и другое уже установленное оборудование. Иные методы контроля движения нефтепродуктов потребовали бы немалых дополнительных инвестиций и трудозатрат. Для нас эти работы — пример того, что можно сделать даже с имеющейся информацией, если выбрать правильный подход к ее анализу.
Нужного эффекта удалось достичь, выбрав правильный подход к анализу уже имеющейся информации, опираясь только на имеющиеся у предприятия приборы учёта и другое уже установленное оборудование, что позволило избежать дополнительных инвестиций и трудозатрат.
Бизнес-эффекты
- Заказчик снизил издержки, которые нёс ранее из-за потерь углеводородных смесей, а также издержки на возмещение ущерба из-за нарушений в движении нефтепродуктов;
- Вырос уровень достоверности данных о процессах, связанных с перемещением смесей между участками НПЗ.
- Ульяна Осипенковедущий аналитикДостоверность информации о протекании технологических процессов с нашей точки зрения — главный бизнес-эффект, которого удалось достичь благодаря системе. Мы создали решение, которое позволяет не только упростить согласование материального баланса, но и выявить технические проблемы, напрямую влияющие на финансовое благосостояние предприятия
Информация о проекте
Заказчик
НПЗ, входящий в пятерку крупнейших заводов РФ. Один из крупнейших нефтеперегонных заводов России по количеству произведённого топлива. География рынка сбыта продукции — весь Северо-Западный регион РФ.
Используемое решение
Функциональность
- Реализована проверка актуальности технологических схем с целью «отсечения» от проверки участки, в которых отсутствует углеводородная смесь.
- Реализована возможность ведения проверки корректности измеренных данных. Ведется журнал событий, в котором обосновываются причины расхождений, обнаруженные системой.
- Разработаны алгоритмы поиска некорректных показаний приборов учета при движении нефтепродуктов.
Пользователи решения
- Операторы установок
- Метрологи
- Начальники цехов
- Операторы резервуарных парков
Год реализации
2020
Остались вопросы?
Оставьте контакты.
Оперативно свяжемся, обсудим детали, организуем встречу.
Оперативно свяжемся, обсудим детали, организуем встречу.
Нажимая кнопку Отправить, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности и даете
Согласие на обработку персональных данных
Согласие на обработку персональных данных
Почему клиенты доверяют нам?
Эксперты в предметной области
Каждый проект сопровождают аналитики и эксперты в производственных процессах, финансах, ТОиР, капитальном строительстве и документообороте с подтвержденной сертификатами экспертизой и релевантным опытом
Надежный партнер и работодатель
Ежегодно подтверждаем финансовую стабильность компании, уверенно растём и вкладываем средства в инновации, наём и развитие сотрудников
Безупречная репутация
Чётко выполняем обязательства перед нашими клиентами, партнерами и сотрудниками, соблюдаем нормы трудового и налогового законодательства
