Учет, мониторинг и расчет энергосберегающих норм потребления топливно-энергетических ресурсов на НПЗ

Один из крупнейших в РФ нефтеперерабатывающих заводов с объемом переработки 15 млн. тонн в год.

Служба главного энергетика предприятия ежемесячно рассчитывает энергетические балансы и формирует отчеты по энергопотреблению.
Чтобы оценить энергоэффективность производства и организовать онлайн-мониторинг расхода топливно-энергетических ресурсов на НПЗ, требуется знать потребление ТЭР для каждого технологического объекта и производства в целом в режиме реального времени.

К началу данной работы на заводе отсутствовал инструмент автоматизированной отчетности по энергетическим показателям из различных систем учета ТЭР (автоматизированных систем управления технологическими процессами, электроэнергией, технологическим обслуживанием и ремонтами оборудования), поэтому не существовало возможности оперативно сравнивать расход энергоресурсов с нормами их потребления, а также проводить анализ отклонений от норм по технологическим объектам в соответствии с их режимом работы. Более того, требовалось проверить актуальность значений самих норм.

Одной из проблем обеспечения учета ТЭР на НПЗ является различие свойств энергоресурсов, ведь каждый из них (природный газ, водяной пар, вода, электричество, мазут и т. д.) имеет свои особенности учета, измерения и контроля потребления. Необходимо интегрировать данные из разных систем учета и измерений, что требует разработки единого подхода к анализу данных, а также создания централизованной системы сбора и оценки соответствующей информации. При этом должны учитываться не только физико-химические свойства конкретного вида топлива или другого энергоресурса, но и ряд других факторов, влияющих на их потребление:
— загрузка установки;
— время года;
— время суток;
— характеристики оборудования и др.

Создать автоматизированную систему учета, мониторинга и расчета энергосберегающих рациональных норм потребления ТЭР.

Для успешной реализации цели в рамках проекта необходимо было реализовать следующие задачи:

• Оцифровать схемы энергетических потоков на НПЗ;
• Оценить оснащенность предприятия соответствующими приборами учета;
• Определить факторы, влияющие на расход основных и вспомогательных ТЭР на технологических установках;
• Построить зависимости для расчета норм потребления;
• Разработать модули мониторинга и анализа расходов ТЭР.

Основой решения является энергетическая модель – зависимость, которая описывает процессы преобразования и передачи энергии на предприятии. С ее использованием выполняется расчет энергетического баланса, анализ энергопотребления, разрабатываются меры по снижению энергозатрат и повышению энергоэффективности производства.

Именно на базе построенной специалистами NAUKA энергетической модели НПЗ была создана автоматизированная система «Энергоэффективность предприятия», состоящая из трёх основных частей:

• Энергетический учет
• Энергетические базовые линии
• Формирование отчетности

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.

В системе настроили сбор данных с серверов систем учета (АСУТП и других) и алгоритмы их приведения к универсальным единицам измерения в соответствии.

Для операторов технологических установок был разработан модуль онлайн-расчета энергетических параметров за необходимый им временной период. Он позволяет оценить текущий расход ТЭР и влияющие на него параметры: загрузку технологического объекта, качество сырья, температуру.

Таким образом был автоматизирован процесс расчета потребления ТЭР на технологических объектах. Это дало операторам и технологам возможность фиксировать отклонения от регламента (дебаланс по потреблению энергии) и получить систематизированную информацию для анализа таких ситуаций.

На основании рассмотренных выше мероприятий и методики, отражающей количественное соответствие между приходом и расходом энергоресурсов за выбранный интервал времени, был разработан стандарт предприятия по энергосбережению и энергетической эффективности, в написании которого приняли участие специалисты NAUKA.

Энергетическая базовая линия — это количественная оценка, являющаяся основой для сравнения энергетических параметров за период времени. Она является своего рода эталоном, с которым сравниваются реальные показатели энергопотребления производственных установок.

Энергетическая базовая линия описывается функциональной регрессионной зависимостью потребления ТЭР как функция переменных состояния работы производственных объектов и представляет собой рациональное энергосберегающее значение нормы потребления ТЭР.

Для построения энергетических базовых линий в рамках проекта были определены:
— режимы работы оборудования каждого технологического объекта на основании данных об его эксплуатации за последние годы. Учитывались периодические состояния объекта, а именно: режимы работы, например, в составе двух (одного) блока, работы со включением/отключением регенерации осушителей и т. п.;
— факторы, влияющие на расход энергоресурсов, такие как: загрузка производственной установки, температура окружающей среды, а также, где это было необходимо — свойства потоков (например, содержание серы в углеводородном сырье для процесса гидроочистки нефтяных дистиллятов и другие).

Использование функциональных зависимостей для расчета текущих значений потребления энергоресурсов дало возможность с заданной допустимой погрешностью расчетов сопоставлять фактические значения энергопотребления за отчётный период с базовыми (рациональными) и проводить их сравнительный анализ.

Энергетики и операторы установок получили инструмент поиска энергоэффективных режимов работы производственных объектов — печей, насосно-компрессорного оборудования, блоков оборотного водоснабжения и многих других.

Общий контроль за соблюдением требований энергоэффективности и установленных норм осуществляет служба главного энергетика.

На заводе была принята величина по отклонению фактического расхода ТЭР от планового – не более чем на 5%. Каждый эпизод превышения указанного значения фиксируется и служит основанием для исследования причины, которая привела к такой ситуации в работе оборудования для последующего ее устранения. Информация содержится в режимном листе.

Документ формируется по итогам работы предприятия за день.
Он содержит:

• Плановые значения потребления ТЭР на каждой установке;
• Фактические данные по потреблению электрической энергии, тепловой энергии в виде пара, топлива (мазут, газ), выработке пара - на каждой установке;
• Отклонения фактических значений потребления от плановых;
• Затраты ресурсов на переработку одной тонны сырья на установке.

Существуют и другие формы отчетности:
- Отчет по выполнению норм технологического режима. С его помощью осуществляется мониторинг выполнения норм технологического режима на выбранной установке за сутки. Предназначен для начальников установок и работников службы главного технолога.
- Отчет по оптимальному ежесуточному потреблению сырья и выпуску продукции. Данные приводятся в разрезе производственных вахт. Отчет позволяет получить информацию об изменении соотношении прихода и расхода по каждому виду ТЭР и его влиянии на выпуск продукции. Предназначен для административного персонала, сотрудников службы главного технолога. Стандартно формируется ежесуточно, но может быть получен за любой интервал времени.

Создан функционал формирования отчётности, которая послужила оперативным инструментом для принятия главными специалистами НПЗ обоснованных управленческих решений в области потребления энергетических ресурсов, оптимизации расходов ТЭР и повышения общей эффективности работы предприятия.

Система позволяет:

• Собирать данные о расходе энергоресурсов;
• Анализировать изменение использования ресурсов во времени;
• Рассчитывать нормы потребления и отслеживать их соблюдение;
• Формировать оперативную отчётность по объёмам энергопотребления в разрезе: установок, агрегатов и т.п., видов ТЭР, а также за различные временные периоды;
• Оценивать эффективность работы оборудования.

В результате внедрения автоматизированной системы «Энергоэффективность предприятия» заказчику удалось получить следующие бизнес-эффекты:

• Снижение затрат на обеспечение энергетическими ресурсами за счет рационального использования ТЭР;
• Повышение контроля за учетом используемых энергетических ресурсов за счет формирования оперативной информации об отклонениях в потреблении ТЭР;
• Повышение эффективности работы оборудования;
• Повышение оперативности работы персонала;
• Формирование обоснованных управленческих решений.