Статьи
12 января 2018
Система «высшего порядка». Автоматизация системы теплоснабжения предприятия

 

Промышленная безопасность — вопрос не в последнюю очередь экономический: ни для кого не секрет, что выход оборудования из нормального рабочего режима — это затраты, складывающиеся из расходов на ремонт, и потерь, понесенных вследствие простоя. Суммы этих потерь в некоторых случаях бывают оглушительными, а потому, неудивительно, что их предотвращение — задача для производственных предприятий приоритетная, по сравнению, например, с мероприятиями, повышающими энергоэффективность. Однако неверно было бы рассматривать эти направления как конкурентов в борьбе за инвестиции, поскольку последовательное внедрение мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности, оказывает неизбежное влияние и на безопасность систем и энергетической инфраструктуры. О том, как решение, разработанное специалистами нашей компании для повышения энергоэффективности крупных производств, позволяет вывести управление производственными процессами на новый уровень и ликвидировать риски инцидентов и аварий, я расскажу в этой статье.

Многокомпонентные системы теплоснабжения (TC)

Особенную сложность вопросы надежности и энергоэффективности приобретают в масштабных системах, включающих несколько (три и более) источников и несколько потребителей тепловой энергии. В нашей практике это чаще всего встречается на предприятиях нефтепереработки, вообще же подобные системы есть и у крупных производителей из других отраслей: металлургии, ЦБП и других.

Особенности таких систем, думаю, хорошо известны нашим читателям:

  • Необходимость бесперебойного снабжения приоритетных потребителей теплоносителем требуемых параметров.
  • Система выработки и потребления тепла состоит из различных подсистем, координированная работа которых затруднена.Происходящие в системе сложные переходные процессы являются причиной критических и хаотичных режимов работы.
  • Сложная и неэффективная топология теплосетей, являющаяся результатом эволюционного развития предприятия.
  • Сложный для математического моделирования профиль энергопотребления.

Работая именно с такой системой на одном из российских НПЗ, для решения этой задачи мы решили провести оптимизацию системы теплоснабжения, учитывая динамическое взаимодействие процессов распределения, аккумулирования и потребления тепла.

Декомпозировав основную задачу, рассмотрим основные требования к решению:

  • бесперебойное снабжение потребителей паром нужных параметров,
  • максимальное и эффективное использование всех внутренних энергоресурсов предприятия,
  • определение путей эффективного распределения энергоресурсов предприятия,
  • обеспечение баланса прихода и расхода теплоносителя в любой момент времени с учетом графика работы производства,
  • минимизация потерь,
  • повышение эффективности контроля над системой теплоснабжения для снижения риска нарушения производственного техпроцесса,
  • снижение уровня аварийности, снижение ущерба от инцидентов и аварийных ситуаций и сокращение сроков ликвидации последствий инцидентов и аварийных ситуаций.

Как известно, самые интересные решения возникают на стыке двух проблем. Наш случай не исключение: разработка инженеров нашей компании — комплексная программа «Система ПИ» по внедрению автоматизированного управления промышленным теплоснабжением — возникла на пересечении задач: оптимизация тепломеханической части заводской инфраструктуры выработки и потребления тепловой энергии и разработка математического аппарата предиктивного управления сложными распределенными системами.

Что такое «Система ПИ»?

«Система ПИ» — комплекс мероприятий, сочетающий в себе инжиниринг, монтажные работы, комплекс технических и программных средств, позволяющий вывести систему на качественно новый уровень надежности и эффективности. Целью этих мероприятий является модернизация системы теплоснабжения предприятия (ПП) до уровня системы с автоматическим регулированием процесса, на базе предиктивной модели управления для поддержания параметров теплоносителя на различных режимах работы.

«Система ПИ» работает с объектами:

  • пароконденсатная система, включая станции сбора и перекачки конденсата,
  • теплопункты и теплосети,
  • паровые и водогрейные котельные, котлы утилизаторы,
  • газовые турбины, паровые турбины,
  • технологические потребители пара.

Схема 1

Пример системы теплоснабжения ПП, для которой «Система ПИ» является необходимым решением, представлен на рисунке выше.

Поскольку задача, которую предстояло решить, была многосоставной, то и решение получилось комплексным:

  • выполнение тепловых и гидравлических расчетов существующих сетей теплоснабжения для определения участков с максимальными потерями,
  • анализ работы системы ТС во всех регламентных режимах и определение критических участков,
  • разработка мероприятий области энергоэффективности и экологической безопасности,
  • разработка сценариев работы системы теплоснабжения ПП,
  • модернизация системы теплоснабжения с учетом возможности автоматического управления,
  • выбор предпочтительно варианта построения автоматической предиктивной системы управления.

Вот, собственно и есть краткое описание «Системы ПИ» и пути ее разработки. Разумеется, все было гораздо сложнее, с большим количеством работы на действующих производствах, расчетов и моделей. Выбор математического аппарата и технических средств верхнего уровня, отвечающих нашим требованиям, — отдельная история. Мы провели серьезный анализ имеющихся в мировой практике решений. Итогом стало эксклюзивное партнерство с компанией Valmet, которая имеет огромный опыт в реализации задач управления подобными системами.

Как мы делаем это?

Внедрение «Системы ПИ» мы проводим в три этапа:

Этап I
«Комплексное обследование. Разработка ОТР»

Мероприятия:

  • замеры параметров при работе системы на различных режимах,
  • сбор статистических данных о работе системы,
  • сбор и анализ информации для формирования базовых сценариев,
  • обследование и анализ технического состояния строительных конструкций,
  • анализ перспективных проектов развития предприятия,
  • проведение тепловых и гидравлических расчетов,
  • моделирование базовых сценариев работы системы ТС,
  • описание основных технических решений,
  • подбор основного оборудования.

Результаты этого этапа — разработка ТЭО и укрупненное описание базовых сценариев работы системы. По окончании этого этапа заказчик и мы уже имеем все данные для формирования бюджета и разработки инвестиционной программы.

Этап II
«Реконструкция системы ТС. Автоматизированное управление системой ТС»

Мероприятия:

  • разработка подробных сценариев управления ТС предприятия в различных режимах работы источников и потребителей,
  • формирование функциональной схемы ТС под разработанные сценарии,
  • разработка системы раннего оповещения о возможности наступления инцидента,
  • исследование HAZOP для каждого сценария,
  • корректировка функциональной схемы, алгоритмов переключений и регулировок для каждого сценария,
  • разработка проектной продукции,
  • монтажные и пусконаладочные работ.

Результатом работы на этом этапе является полностью модернизированная система ТС с автоматизированным режимом управления.

Сценарии работы системы отражаются в регламентах для оператора и обслуживающего персонала, а выбор сценария работы осуществляется оператором. Как это выглядит для оператора:

Схема 2

На практике, уже на втором этапе предприятие получает существенный экономический эффект — до 15%. Помимо этого, повышается эффективность контроля, осуществляется накопление статистической информации о работе в различных режимах, в том числе и критических. И, разумеется, происходит снижение уровня аварийности, ущерба от инцидентов, аварий и сокращение сроков ликвидации их последствий.

Этап III
«Разработка адаптивной автоматической системы управления»

Мероприятия:

  • глубокий анализ накопленной на Этапе 2 информации о работе системы ТС,
  • разработка адаптивной системы управления. Моделирование сценариев автоматического управления,
  • исследование HAZOP для каждого сценария,
  • настройка программного и аппаратного обеспечения,
  • корректировка функциональной схемы, алгоритмов переключений и регулировок для каждого сценария,
  • разработка проектной продукции,
  • СМР и ПНР

По завершении третьего этапа система теплоснабжения работает в автоматическом режиме. Выбор сценария управления осуществляется автоматически, в зависимости от ситуации.

В итоге предприятие получает:

  • Дополнительный экономический эффект за счет комплексного динамического регулирования системы
  • Обеспечение бесперебойного снабжения потребителей энергоресурсами нужных параметров
  • Минимизация влияния человеческого фактора

Важно отметить, что на каждом этапе мы имеем законченный блок работ. Выход предыдущего блока программы внедрения является входом следующего блока. При этом мы получаем четко определенные результат и эффект на каждом этапе внедрения «Системы П».

В заключение отвечу на вопрос, который всегда задается после презентации нашего решения: «С чего начать?»

Нужно, всего лишь, отправить запрос в нашу компанию. Мы ответим на интересующие вопросы, а Вы подробнее расскажете нам о своем предприятии. Далее, мы оцениваем возможности применения нашего Решения, для чего нам потребуется некоторый объем технической информации о предприятии и консультации с вашими специалистами. Следующим шагом является разработка ТЭО. На этом шаге заканчивается подготовительная работа, и мы приступаем к первому этапу реализации программы.

Владимир Гриненко
Заместитель Генерального директора компании «Первый инженер»

Вернуться