Статья в Научно-производственном журнале - Автоматизация и IT в нефтегазовой отрасли - №1(3) 2011 г:
Контроль систем регулирования увеличивает отдачу от модернизации
Статья MikkoRönkä,(Borealis Polymers Oy), и George Buckbee, (ExperTune, Inc.)
www.chemicalprocessing.com/articles/2008/052.html?page=full
Адаптивный перевод НПО ТЕХНОКОНТ.
НПО ТЕХНОКОНТ
Телефон/факс (495) 652-91-30.
E-mail:
http://technocont.ru,
http://www.planttriage.ru
 Контроль систем регулирования увеличивает отдачу от модернизации (pdf, 404 Кб) - версия статьи для сохранения на компьютер.
Для просмотра PDF-файла не нужно ничего, кроме самого файла и бесплатной программы Acrobat Reader
Модернизированная установка крекинга по производству этилена вышла на требуемую производительность за рекордное время.
Бореалис располагает свои производственные мощности в Порво (Финляндия), где выпускается этилен, пропилен, дивинил, ацетон, фенол и полиэтилен. Комплекс, на котором работают около 900 человек, находится в одной технологической цепочке с нефтеперерабатывающим заводом. Здесь, весной 2007 г. Бореалис модернизировал установку крекинга по производству этилена. Чтобы получить большую отдачу от миллионов евро, инвестированных в этот проект, было важно выйти на требуемую производительность как можно быстрее после запуска установки в работу. В компании понимали, что улучшение работы систем регулирования имеет решающее значение для достижения этой цели. Поскольку на 1000 контуров регулирования установки этилена было всего несколько инженеров АСУ ТП, Бореалису необходимо было сконцентрировать свои усилия на наиболее важных местах.
О ПРОЕКТЕ
Целью модернизации являлось увеличение производительности с 330 000 до 380 000 тонн. Проект включал замену оборудования на газовом компрессоре, установке очистки водорода и нескольких ректификационных колоннах. Системы регулирования и расширенное управление процессом (Advanced Process Controls (APC)) были также заменены для управления модернизированным технологическим процессом. Для получения лучших результатов от работы АРС все системы базового регулирования должны функционировать надлежащим образом.
Без каких-либо специальных инструментов или методов контроля функционирования контуров регулирования в Бореалисе полагались на инженеров КИП и инженеров АСУ ТП для выявления проблем. Этот пассивный подход означал, что лишь наиболее очевидные и видимые проблемы были учтены.
Для подготовки систем управления к успешному запуску компания приняла три основные стратегии:
- обучение операторов на симуляторе;
- ревизия АРС;
- улучшение работы систем регулирования.
Обучение операторов – установка этилена останавливается примерно один раз в пять лет, поэтому операторы не имеют достаточного опыта по запуску и остановке. Чтобы восполнить этот пробел, в Бореалисе установили тренажер обучения операторов.
На тренажере операторы обучаются управлять запуском, остановом, процессом в нормальном режиме, процессом в нештатных и аварийных ситуациях.
Расширенное управление – с изменением технологического процесса возникла необходимость провести ревизию АРС. Она была расширена для того, чтобы охватить новое технологическое оборудование, модели также были пересмотрены в соответствии с параметрами новой системы. Для того чтобы получить от АРС наибольшую отдачу, на Бореалисе уделили особое внимание стабилизации и улучшению качества работы базовых систем регулирования. Даже незначительные колебания или нестабильность могут вызвать уход АРС от оптимальных режимов работы.
Улучшение работы систем регулирования – на Бореалисе признали, что такие вопросы, как механические проблемы управляющих клапанов, слабые настройки регуляторов и плохая работа датчиков, негативно сказываются на функционировании систем регулирования и напрямую влияют на работу завода. Для выявления этих проблем была установлена система контроля функционирования PlantTriage производства ExperTune. Это программное обеспечение подключается к действующей системе управления по ОРС и на основании получаемых данных определяет и расставляет по приоритетам возможности улучшения работы систем регулирования. Программное обеспечение позволяет в первую очередь оценить функционирование всех важных контуров на заводе. В течение нескольких дней после установки программного обеспечения было обнаружено множество позиций, где работу систем регулирования можно значительно улучшить.
ДЕТАЛЬНАЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ
Команда Бореалиса использовала инструментальную панель параметров предприятия для определения наиболее важных проблем (рис. 1). Посредством этой панели персонал предприятия может быстро обнаружить проблему, найти её причину и предпринять соответствующие меры.
Одним из наиболее используемых инструментов был список “Наиболее окупаемых контуров”, который показывает 10 контуров, ранжированных по техническим и экономическим критериям, обладающих наибольшим потенциалом для улучшения работы. Используя этот список, инженеры систем управления могли распределить своё время таким образом, чтобы получить наибольшую отдачу. Детализированная информация по каждому контуру из этого списка показывает специфические подробности и вероятные причины плохой работы. Например, у контура FC-16026 было выявлено чрезмерно интенсивное перемещение клапана, что являлось причиной нестабильности процесса и увеличивало износ клапана и риск его выхода из строя. Всего лишь добавление небольшого фильтра в сигнал измерения позволило решить проблему. Процесс стал стабильным почти сразу. “На большинстве предприятий ход клапана можно уменьшить на 50 % или более за счёт применения фильтра и соответствующих настроек, – говорит Джон Герри, президент и основатель ExperTune. – Когда на заводе впервые запускают систему мониторинга, то очень просто найти “лежащие на поверхности” проблемы. Эти проблемы не были в поле зрения, потому что на большинстве предприятий нет мониторинга наиболее важных ключевых показателей эффективности”. На Бореалисе обнаружили “лежащие на поверхности” проблемы в виде неэффективно работающих клапанов, отсутствующей фильтрации сигналов и неоптимальной настройки регуляторов.
Рис. 1. Инструментальная панель предоставляет общую картину, детализация выявляет главные возможности улучшения
ВЫЯВЛЕНИЕ СКРЫТЫХ ПРОБЛЕМ КЛАПАНОВ
Система контроля функционирования автоматически определяет разнообразные механические проблемы регулирующих клапанов. Это такие проблемы, как:
- завышенная пропускная способность клапана;
- заниженная пропускная способность клапана;
- клапаны, имеющие залипание и гистерезис.
Стандартные отчёты располагают по приоритетам вопросы ремонта клапанов в соответствии с техническими и экономическими факторами. Эта информация помогает команде более подробно разобраться в проблемах и составить план и график соответствующего технического обслуживания. В некоторых случаях решение проблем клапана требует лишь небольшой подстройки, такой как калибровка позиционера или корректировка давления воздуха.
Результат решения этих проблем может быть драматичным. В Порво программное обеспечение PlantTriage обнаружило проблемы с клапанами на подаче пара крекинг-печи, поэтому график обслуживания этих клапанов был перенесён на более ранний срок. Работа печи стабилизировалась, снизив потребление энергии. На рис. 2 показан график составной величины, называемой “Здоровье контура”, которая используется для измерения эффективности работы контуров регулирования. На графике видно влияние настройки регулятора и ревизии клапана на управление температурой печи. При лучшей работе системы регулирования, сокращение изменчивости привело к повышению качества и большей эффективности использования производственной мощности.
Рис. 2. Настройка и ревизия клапана значительно улучшили работу регулятора температуры в печи
В НЕКОТОРЫХ СЛУЧАЯХ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ КЛАПАНА ТРЕБУЕТ ЛИШЬ НЕБОЛЬШОЙ ПОДСТРОЙКИ, ТАКОЙ КАК КАЛИБРОВКА ПОЗИЦИОНЕРА ИЛИ КОРРЕКТИРОВКА ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА
Отчёт по клапанам заниженной пропускной способности выявляет ограничения процесса или узкие места. В некоторых случаях узкие места могут быть ликвидированы относительно небольшими изменениями в оборудовании. Клапаны завышенной пропускной способности усиливают механические проблемы в них, проблемы настройки и недостатки проекта системы управления. Замена клапана или его исполнительного механизма значительно уменьшает этот эффект и возвращает процесс в нормальный режим управления.
ДРУГИЕ УЛУЧШЕНИЯ
Стабильность технологического процесса во многом зависит от работы отдельных контуров регулирования. На установке этилена управление температурой было крайне затруднено. Предыдущие попытки вручную улучшить работу контура привели к тому, что регулятор работал, но далеко не оптимально. Использование встроенного в PlantTriage инструмента настройки и оптимизации контура регулирования позволило вывести регулятор на близкий к оптимальному режим работы. Результаты сразу стали очевидны (рис. 3).
Рис. 3. Эффективные настройки позволяют практически оптимально поддерживать регулируемую переменную
Правильный подход к настройке регуляторов устраняет колебания и взаимовлияние контуров, увеличивает стабильность технологических процессов. Это, в свою очередь, позволяет использовать АРС в полной мере и довести весь процесс до оптимальной производительности. Также было сконцентрировано внимание на регулирующих клапанах, поскольку они обладают наибольшей вероятностью отказов в контуре. Используя диагностику хода клапанов, были выявлены контуры с чрезмерно высоким уровнем износа. Причина обычно связана с настройками или недостаточной фильтрацией сигнала датчика, что может быть исправлено довольно легко. Надлежащая фильтрация и настройка могут значительно сократить ход клапана.
ТЕПЕРЬ МЫ ИСПОЛЬЗУЕМ ИНСТРУМЕНТЫ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ УЗКИХ МЕСТ, ПРОДОЛЖАЯ УВЕЛИЧИВАТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Стандартные измерения и пороговые значения – например, залипание клапана, гистерезис и шум датчика – будут служить ориентиром при планировании будущего обслуживания клапанов и контрольно измерительных приборов. Назначение необходимых параметров и их пороговых значений помогает:
- Обратить внимание на клапаны, когда их работа начинает ухудшаться.
- Уменьшить ненужное обслуживание. Оборудование, которое работает нормально, получает низший приоритет обслуживающей команды.
ВПЕЧАТЛЯЮЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Запуск был самым быстрым в истории завода. Бореалис вышел на новый рубеж производительности по всей номенклатуре продукции за 20 дней после запуска. В настоящее время завод превышает проектную производительность.
Невозможно разделить отдачу от инвестиций в обучение операторов, расширенное управление (АРС) и систему контроля функционирования. Однако конечным результатом было сокращение времени выхода на режим на несколько дней. Инвестиции окупили себя за счёт того, что дали возможность заводу работать на пределе ограничивающих факторов. С увеличением производительности в Порво продолжают “дожимать” процесс, одновременно выявляя всё новые узкие места. Эти инструменты позволяют Бореалису выходить на новые рубежи производства в целом, в то же время увеличивая стабильность и безопасность. “Это был фантастический запуск. Ультрасовременные технологии и инструментальные средства, используемые в Порво, помогли нам достичь высокой доходности нашего бизнеса, – говорит Хану Луото, директор завода в Порво. – Поддержание хорошей работы систем управления и надежности оборудования является ключевой целью на будущее. Но Бореалис продолжает искать возможности для улучшения. Теперь мы используем инструменты контроля функционирования для выявления узких мест, продолжая увеличивать производительность. Поскольку большинство из очевидных ограничений устранены, мы применяем некоторые более совершенные инструменты для поиска и устранения колебаний, повышения эффективности и увеличения производительности. Так как мы интегрировали систему контроля функционирования в нашу повседневную жизнь, мы рассчитываем раскрывать новые возможности не только для поддержания, но и для постоянного улучшения работы завода”.
Бореалис также рассматривает возможность применения этих инструментов на своих заводах по всему миру.
О PlantTriage & ExperTune.
Программное обеспечение PlantTriage было разработано ExperTune, Inc и уже установлено на сотнях установках по всему мире. PlantTriage помогает экономить деньги, уменьшает энергопотребление и увеличивает производительность в самых разных отраслях промышленности. Более чем 20-летний опыт ExperTune в сфере оптимизации процессов и экспертной оценки функционирования систем управления контроля вошел в программный пакет PlantTriage.
О НПО ТЕХНОКОНТ
НПО ТЕХНОКОНТ — предприятие, специализирующееся на решении проблематики систем автоматического регулирования (САР). Более 15-ти лет разрабатывает методики и инструментарии, позволяющие существенно повысить эффективность работы технологических установок за счет оптимизации работы САР и повышения квалификации эксплуатационного персонала, выполняет специализированные услуги по разработке и наладке САР.
НПО ТЕХНОКОНТ является представителем ExperTune в России.
Телефон/факс: (495) 652-91-30.
E-mail:
http:// technocont.ru
http://www.planttriage.ru |
