1 Разработка системы усовершенствованного управления технологическим процессом газоразделения Студент группы 8Т11 Уфимцев Андрей Владимирович 18.03.2025 г.
Колонна дебутанизации АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОЕКТА Человеческий фактор и риск ошибок Недостаточная оптимизация и эффективность процессов Неэффективный расход ресурсов 47 тонн олефинов Недозагруз производства Низкая эффективность работы колонны УМД 3,1 млн. ₽ в мес. Актуальность работы
Цель и задачи Цель: Разработка нового метода управления колонной газоразделения, который способен принести экономический эффект опираясь на существующие мощности производства Задачи: Анализ исторических данных работы колонны газоразделения Проведение степ-теста Идентификация полученных данных Настройка полученных моделей управления контроллера СУУТП Проектирование структуры управления контроллера СУУТП Проведение корреляционного анализа на достоверность
СУУТП в структуре автоматизации
Принцип работы СУУТП 5 Одной из основных проблем в нефтехимической промышленности является управление процессами, которые имеют сложную динамику и требуют постоянного мониторинга и регулирования. Например, при переработке нефти в различные фракции, необходимо поддерживать определенные параметры, чтобы обеспечить высокую эффективность процесса и минимизировать потери. APC-системы осуществляют автоматический контроль этих параметров и оптимальное оперативное управление
Анализ исторических данных MES 6 Регрессионный анализ концентрации углеводородов Исторические данные содержащие ступенчатое воздействие на параметры тех процесса Представленные данные позволяют определить воздействие параметра MV – расхода орошения, на параметры CV – перепад давления, температуру верха колонны, уровень жидкости в кубе колонны Исторические данные отражают низкую точность текущей системы управления
Идентификация моделей управления контроллера 7 Идентификация параметров модели — это процесс определения параметров математической модели, которые наилучшим образом описывают поведение реальной системы на основе экспериментальных данных
Идентификация динамической модели 8 Весовые коэффициенты и приоритет Настройка параметров модели динамической модели Настройка параметров модели динамической модели Взаимосвязи данной динамической модели в контроллере СУУТП
Многопараметрический контроллер 9 Процесс дебутанизации в виде модели контроллера СУУТП Детализация параметров контроллера СУУТП
Структурная схема спроектированной СУУТП 10
ДО Идентификация моделей управления в контроллере СУУТП ПОСЛЕ В программе PCTP Yokogawa составлен расчетный тег теплового потока колонны дебутанизации DIFF PRESS_CALC Использование данного подхода к регулирования температуры верха колонны значительно снизило «шумы» сигнала Данные модели были подгружены в матрицу контролера СУУТП, что позволило протестировать и убедиться в их эффективности Результат Значение контролируемой температуры Зашумленный сигнал управления Смоделированный сигнал управления СУУТП Значение контролируемой температуры Смоделированный сигнал управления СУУТП Скорректированный сигнал управления
Корреляция исторических данных и модели контроллера Исторические данные температуры верха колонны за 2021 год Температуры верха колонны построенная контроллером СУУТП на основе данных за 2021 год Кросс-плот данных параметров показывающий количество точек в выборке по средним значения температуры верха Корреляция построенных моделей теплового потока колонны К-3 показывает высокую точность с историческими данными MES, а также низкий уровень MSE R-sq 98,6% Достоверность модели StDev (Within) 98,6% Краткосрочное стандартное отклонение StDev ( Overall) 98,6 Долгосрочное стандартное отклонение P-value 0, 0 Значимость фактора
Экономика решения 13 NPV, млн. ₽ IRR, % PP, лет dPP, лет 34,9 210,7 1 1
4 1 2 5 3 Влияние риска Вероятность риска редкий маловероятный возможный вероятный низкий высокий Факторы риска Влияние на метрики Митигационные мероприятия 1. Повышение температуры в летний период Не достижение ЭЭ проекта из-за ухудшения теплосъема, повышение температуры верха колонны дебутанизации. Недовыпуск олефинов из за достижения максимальных оборотов М-1 на меньших нагрузках NPV Управление температурой верха колонны контроллером СУУТП Построение новой идентификационной модели контроллера СУУТП на основе расчётных тегов теплового потока с помощью орошения и температуры верха колонны 2. Отказ/поломки двигателей аппаратов воздушного охлаждения Выход из строя аппаратов воздушного охлаждения Недополучение пирогаза, изменение его свойств и состава NPV Выполнить анализ чувствительности по объемам сырья Возможность установки потокового анализатора - заложить в доп. финансирование 3. Недостижение эффекта по проекту в связи с выходом из строя контролера СУУТП Аппаратный или программный отказ СУУТП Неверно установленные границы технологических процессов работы контроллера NPV Провести предварительные симуляции работы контроллера на виртуальной машине Постоянный контакт с производством и операторами в области установления границ работы контроллера 4. Увеличение срока реализации проекта Загруженность службы СУУТП в указанное по проекту время Наличие замечаний смены по отработке процедур управления NPV Распределение приоритетности задач, координация корпоративного центра Работа по устранению неполадок в постоянном контакте с подрядчиком 5. Сопротивление изменениям со стороны сотрудников Отключение СУУТП операторами Непонимание принципов работы контроллера NPV Контроль метрик эффективности СУУТП посредством ЭКОНС: сигнализирование операторам о необходимости включения Обучение операторов, постоянный контакт со службой СУУТП Тепловая карта рисков
Это только начало! Возможность масштабирования решения на предприятиях компаний: Еврохим, Ростех, Сибур Газпром, Росатом, Лукойл, Новатэк Экономия ресурсов 19,2 млн. ₽ в год электроэнергия 43 МВт щелочная смесь 27 тонн вода 212 338 тонн 37,6 млн. ₽ в год +47 тонн олефинов 18,4 млн. ₽ в год Увеличение выпуска продукта 5 Дипломов всероссийских и международных конкурсов 6 Дипломов всероссийских и международных конференций 15 статей опубликовано в журналах ВАК, РИНЦ и сборниках конференций Полуфинал ВИК Сотрудничество с крупными нефтехимическими компаниями в продолжении научного исследования
