Разработка и внедрение системы согласования материального баланса на НПЗ

Предприятие Заказчика, как и большинство НПЗ в России, было построено в 60-е годы ХХ века. В то время нефтеперерабатывающая промышленность ставила перед собой задачу выполнения плана по переработке сырья и выпуску товарной продукции по заданию Миннефтехимпрома СССР. Цены на продукцию - бензин, дизельное топливо и другие — были в Советском Союзе повсеместно одними и теми же. Заводы следили за состоянием технологического оборудования, соблюдением норм потребления электроэнергии, газа, воды и т. п., вели учет ресурсов. Рассчитывались плановая и фактическая себестоимости, сводился материальный баланс производства. Переход к рыночной экономике заставил каждое предприятие проводить скрупулёзный анализ и прогноз своей работы, предпринимать действенные меры для максимизации прибыли от реализации продукции.

Коммерческая эффективность любого НПЗ в условиях конкуренции напрямую зависит от того, насколько точно ведётся производственный учет. Это влияет на оптимальное планирование производства и, в конечном итоге, на его эффективность.

Персоналу предприятия Заказчика было довольно сложно собрать необходимый объем непротиворечивых данных для расчета материального баланса производства из-за их неполноты, некорректности измерений, ошибок калибровки, дефектов датчиков, а иногда — просто из-за отсутствия приборов учета на производственных участках.

Чтобы снизить финансовые потери из-за ошибок и неточностей в измерениях и повысить эффективность управления производством, персонал должен иметь возможность своевременно обнаруживать проблемные участки в технологических схемах потоков НПЗ.

Имея в своем распоряжении автоматизированный процесс создания согласованных материальных балансов, предприятие может оперативно получать достоверную и актуальную информацию о ключевых параметрах работы – расходах сырья, углеводородных фракций, количестве товарной продукции. Формула успеха проста: чем точнее учет, тем меньше потерь на производстве, тем оно эффективнее.

Руководство НПЗ обратилось в NAUKA с запросом на создание решения, которое помогло бы автоматизировать процесс согласования материальных балансов на предприятии. Цели проекта сформулировали следующим образом:

• Улучшить качество данных производственного учета: оптимизировать процесс сбора и обработки информации;
• Обеспечить согласованность материального баланса для контроля над потерями и оптимизации использования ресурсов за счет создания подробной потоковой модели всего производства;
• Создать единое информационное пространство, которое обеспечит оперативный обмен данными, принятие обоснованных управленческих решений и составление согласованного материального баланса.

В рамках проекта сформулировали три основные задачи:

• Оценить эффективность расположения приборов учета и их точность;
• Применить разработанную NAUKA методику анализа и расчета данных, которая обеспечит их согласование по материальным балансам узлов, резервуаров и технологических установок по всем переделам;
• Разработать систему производственного учета, которая будет собирать, хранить и обрабатывать большие объемы данных о работе оборудования, затратах сырья и других параметрах, которые актуальны для других систем. Она должна быть способна предоставлять информацию о производственном процессе в оперативном режиме.

Для расчета согласованного материального баланса NAUKA применила разработанную методику для сбора и анализа параметров технологических процессов.

Особенность методики заключается в формировании исходных данных с приборов учета и вычислении недостающих параметров с помощью виртуальных приборов, а кроме того — в расчете материального баланса по переделам (участкам) производства.

Полученные данные о работе отдельных участков производства система согласовывает так, чтобы материальный баланс одного участка не противоречил балансу другого. Для этого специалисты NAUKA «научили» математический аппарат системы учитывать потери, возникающие при работе каждого производственного передела и погрешности приборов учёта.

Для составления материального баланса всего завода система верифицирует результаты расчетов и, при необходимости, пересчитывает материальные балансы каждого участка, начиная от резервуара с готовой продукцией и заканчивая нефтехранилищем сырья. Таким образом данные уточняются и выявляются участки, на которых имеются потери, превышающие допустимые значения.

Реализация проекта по разработке системы учета на базе методики NAUKA включала в себя несколько основных этапов.

Цифровая модель завода содержит в себе информацию, собранную с приборов на установках. В ней отражены связи между установками, резервуарными парками и данные о направлении движения потоков углеводородных смесей, представлены межцеховые коммуникации. Это своего рода цифровая схема производства.

Для участков, где измерительных приборов нет, но данные с которых получить нужно, реализованы виртуальные приборы.

Потоковая модель отображает непрерывность производства, где нет дискретных “отсечек”, позволяющих чётко провести границу между массой сырья и конкретной массой полученного из него продукта.
Измерительные приборы на НПЗ собирают информацию об объёмных расходах углеводородов, в то время как материальные балансы оперируют массой сырья, смесей и готовой продукции.

Система собирает оперативные данные об объемах переработанного сырья и смесей и пересчитывает их в массовый расход. В расчете учитываются расхождения между показателями баланса на разных участках производства и выполняется их согласование.

Автоматизированная система расчёта материального баланса работает эффективно лишь в том случае, если она имеет доступ к данным со всех участков производства.

Поэтому специалисты NAUKA поэтапно внедряли модули системы, рассчитывающие материальный баланс на участках первичной и вторичной переработки нефти, в резервуарных парках и участках отгрузки товарной продукции, а также в цехе, отвечающим за межцеховые коммуникации.

Материальный баланс завода складывается из показателей балансов, собранных этими модулями и согласованных между собой.

Ключевая ценность системы — в возможности оценить состояние производства практически в любой момент времени. С регулярной периодичностью система рассчитывает материальный баланс НПЗ, и диспетчер или оператор может оперативно ознакомиться с отчётом о его состоянии. В конце каждой рабочей смены у персонала есть подробные сведения, которые позволяют понять, укладывается ли работа предприятия в плановые показатели.

Функция отчётов предоставляет возможность не просто получить непротиворечивые данные о материальном балансе, но и указывает на участки производства, где в процессе согласования система выявила нетипичные в условиях стационарной работы показатели — то есть отметить потенциально проблемные места, требующие внимания персонала.

Другими словами, даже если в производственной цепочке присутствуют технические проблемы, негативно влияющие на материальный баланс, система всё равно сможет составлять непротиворечивые отчёты, чтобы бизнес-процессы, зависящие от них, не нарушались. Однако она укажет, в каких местах сделаны допущения, чтобы персонал предприятия смог обнаружить и исправить потенциальные проблемы.

На материальный баланс могут повлиять различные факторы, обнаружить и устранить которые непросто. Неисправности трубопроводов, задвижек на них, неисправности приборов измерения, неэффективное движения материальных потоков или незапланированное их изменение — всё это скажется на цифрах в итоговых отчётах.

Чтобы оперативно выявлять причины дебаланса углеводородных смесей на нефтеперерабатывающем заводе, специалисты NAUKA разработали информационно-аналитическую систему контроля движения материальных потоков. Система анализирует показатели на участках производства, где был выявлен дебаланс, и определяет его возможную причину, после чего персонал предприятия может оперативно её устранить, тем самым приводя показатели баланса в норму.

Специалистам NAUKA удалось сформировать «озеро» данных, в котором хранится информация со всех производственных систем в непротиворечивом виде. На основе этих данных формируются отчёты, и уже исходя из них возможен актуальный анализ производства: какие имеются отклонения от плановых показателей, какие нужны корректировки и т. д.

Система согласования материального баланса НПЗ включает в себя следующие модули:

Основной модуль системы. Модуль является центром информации о всех событиях на НПЗ, влияющих на материальный баланс. В нем фиксируется данные о состоянии объектов предприятия: установок, парков, резервуаров, насосов, запорной арматуры и прочих.

Модуль содержит данные о химико-физических свойствах сырья, полуфабрикатов и готовой продукции: в частности, о плотности смесей, которые впоследствии используются для расчёта массы углеводородов, учитываемых в материальном балансе.

Модуль фиксирует уровни, температуру, состав компонентов, плотность и массу смесей в резервуарах, а также направления движения потоков между резервуарами и установками.

На основе данных с приборов учёта АСУ ТП модуль формирует материальные балансы переделов производства, которые впоследствии аккумулируются в согласованный баланс.

Модуль собирает данные о потреблении топливно-энергетических ресурсов на НПЗ и сопоставляет их с плановыми показателями. Данные учитываются при формировании баланса предприятия.

С помощью этого модуля формируются акты поступления сырья, кроме того, здесь хранятся данные о его качестве.

Модуль предназначен для выпуска итоговой отчётности.

В итоге NAUKA удалось разработать систему согласования материального баланса, основанную на цифровой модели производства.

Система позволяет повысить скорость и точность расчета согласованных значений массовых расходов материальных потоков.

В частности, система:
— уточняет структуру, которую имеет каждый контролируемый материальный поток (например, в межцеховых коммуникациях),
— описывает дополнительные балансные соотношения (например, между входными и выходными потоками сырьевых парков),
— учитывает пропорции между расходами сырьевых и продуктовых потоков, обусловленных особенностями технологического процесса.

В результате использования системы согласования материальных балансов Заказчику удалось:
— Снизить риски финансовых потерь из-за материального дебаланса и повысить эффективность принимаемых управленческих решений за счет оперативного получения данных, соответствующих реальному положению дел на производстве;
— Повысить точность и корректность расчета себестоимости продукции за счет достоверности согласованного материального баланса НПЗ;
— Получить возможность оперативно составлять отчетность «план-факт на основе актуальных данных о производстве.