Автор: Джон Хейг (Исполнительный вице-президент по операциям Aspen Technology)
Опубликовано на портале «Химическая техника», май 2021
Незапланированные простои всегда сказываются на производительности и прибыльности нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Неожиданные сбои имеют не только финансовые последствия. Снижение загрязнения окружающей среды не уступает по важности безопасности на предприятии. Сегодня под давлением общественности компании вынуждены устанавливать и соблюдать строгие экологические нормы и снижать количество выбросов. В связи с этим все больше внимания уделяется влиянию незапланированных простоев на природу.
С этой точки зрения простои предприятия губительны. Например, всего несколько часов простоя могут привести к попаданию в атмосферу годового объема выбросов. Вынужденная остановка НПЗ в Калифорнии в 2017 г. привела к попаданию в атмосферу 14 т диоксида серы за сутки — больше, чем за 2015 и 2016 годы вместе взятые. Это лишь один из примеров.
Помимо выбросов завод сталкивается с потерей доходности в результате снижения производительности, роста затрат на обслуживание и увеличения объема отходов из-за нестабильной работы. Наглядным примером этой проблемы является сжигание попутного газа или избыточных продуктов, которое обычно происходит при увеличении давления, например, во время незапланированных простоев. Чрезмерное горение говорит о том, что завод работает не в пределах нормы и возросла угроза безопасности.
Горение факела также является источником выбросов парниковых газов. Согласно спутниковым данным, опубликованным в рамках программы Всемирного банка по сокращению объемов сжигания попутного газа (GGFR), в результате этого процесса в атмосферу попадает 145 млрд. куб. м газа в год. Этот объем равен выбросам 270 млн. т углекислого газа за тот же период.
Картина складывается неутешительная, но есть и хорошие новости из сферы промышленных технологий. Внедрив машинное обучение и предиктивную аналитику, компании могут снизить количество внезапных остановок и обратить ситуацию в свою пользу. Технологии, которые исключают фактор внезапности, позволяют свести к минимуму опасные ситуации, сократить объемы выбросов в атмосферу и получить существенную финансовую выгоду за счет бесперебойной работы предприятия.
Предотвращение внезапного выхода оборудования из строя, бесспорно, принесет пользу и не только с финансовой точки зрения.
Технология для динамичного реагирования
Что, если бы энергетические и химические компании могли планировать простои? Что, если бы можно было узнать, какое оборудование выйдет из строя и когда это произойдет, и заняться его ремонтом во время плановой остановки? Преимущества налицо: это помогло бы повысить прибыльность и эффективность усилий по снижению количества выбросов.
Современные технологии управления производительностью активов могут заранее уведомлять о будущих сбоях благодаря сочетанию предиктивной и прескриптивной аналитики. Для этого используется интегрированное ПО, которое включает искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение. Решения такого типа обеспечивают наглядное представление оборудования, систем, объектов и сетей и открывают доступ к возможности, которую мы называем динамичным реагированием.
Это значит, что благодаря планированию простоев и комплексному подходу к деятельности завода можно увидеть, как решение изменить любой из бизнес-процессов повлияет на все предприятие. Специалисты сразу поймут, как оно скажется на планах и графиках, как затронет закупки сырья, как повлияет на оборудование и даже на работу отдела продаж и приведет ли к потере потенциальных заказов.
Правильная технология позволяет моделировать влияние любого события на систему, процессы и активы. Заранее зная результат, операторы и инженеры смогут совместно принимать самые безопасные и выгодные решения и вместе разрабатывать план действий. Этот план указывает, как добиться поставленных целей и на что потратить каждую копейку, чтобы максимально увеличить окупаемость инвестиций. Технология поддерживает масштабирование для охвата нескольких заводов в регионе, позволяет увидеть их взаимосвязи и понять взаимозависимости.
Поэтому, когда возникает проблема на одном объекте, ПО показывает, как она повлияет на ведущие к заводу трубопроводы и расписание судов, перевозящих готовую продукцию, а также какова вероятность не выполнить контрактные обязательства.
Помогая принимать лучшие решения, эта технология снижает риски во всех сферах деятельности предприятия. И выгоду этого решения можно подсчитать. Некоторые компании из сферы страхования, которая также опирается на данные, начали советовать своим клиентам цифровые решения для прескриптивного обслуживания и поддержки принятия решений. Они рекомендуют такие технологии для сокращения времени простоев и связанных с этим событий, а также для снижения страховых тарифов.
Возможность видеть ситуацию целиком и при этом погружаться в детали открывает новые пути управления бизнесом. Благодаря цифровой трансформации стало легче бороться с разрозненностью данных и появились инструменты их систематизации на уровне предприятия.
Претворение в жизнь
Для достижения этого уровня интеграции технологий начать нужно с наращивания цифровых возможностей организации. Такие технологии, как высокопроизводительные вычисления, искусственный интеллект и передовая аналитика, давно используются во всех секторах для более глубокого анализа операционных данных.
На основе этой информации ведущие программы моделирования подсчитывают реальную ценность и стоимость любого новшества, изменения в обслуживании, улучшения производственного процесса или ограничивающих факторов цепочки поставок. Эта технология использует метод статистической выборки, чтобы прогнозировать производительность системы и модели поведения оборудования и подсчета времени до сбоя.
Охватывая множество операций, программы моделирования могут уведомлять сотрудников о скорых сбоях и помогают понять их потенциальное влияние на другие системы. Операторы могут моделировать потоки в трубопроводах и уровни сырья в цистернах, а также задействованные и доступные мощности любой установки.
Это позволяет найти события, которые увеличивают расходы или отрицательно влияют на производительность и приводят, например, к загрязнению окружающей среды. Список всех снижающих производительность событий с присвоенными приоритетами помогает распределять бюджет и назначать сотрудникам задачи первостепенной важности, принимая каждое решение на основе данных.
После внедрения на заводе это ПО может, например, уведомлять о том, что в течение месяца выйдет из строя установка каталитического крекинга или компонент градирни, что приведет к значительным сбоям на уровне всего предприятия. Однако упреждающие уведомления от ПО и запас времени для планирования позволяют персоналу с помощью моделей планирования найти оптимальное время для вывода компонента из эксплуатации и даже дополнительного обслуживания, чтобы использовать плановый простой максимально эффективно.
А если уведомление приходит с большим запасом времени, например, за шесть-восемь недель до сбоя, то сотрудники могут загрузить данные в модель долгосрочного планирования и определить влияние на планирование продаж или операций, или даже интегрированное бизнес-планирование.
С помощью двух этих моделей компания не только защищает себя от незапланированных событий, но и оценивает экономическое влияние. Сотрудники могут принимать взвешенные решения и действовать наилучшим образом в цепи поставок, которая включает несколько сетей и предприятий, производящих различные товары. Чем больше окно прогнозирования по сравнению с горизонтом планирования, тем больше у компании вариантов действий. Это позволяет перейти от обсуждения целесообразности действий по выходу из кризиса «малой кровью» к поиску наиболее результативных решений проблемы.
Словом, управляющим всегда известно, когда лучше остановить систему и что нужно сделать во время этой остановки, чтобы выполнить заказы и соблюсти договоренности с ключевыми клиентами, а также сохранить минимальный уровень выбросов.
Обзор результатов
Инвестиции в передовые технологии не только хорошо окупаются за счет сокращения времени незапланированных простоев, но и делают операции более безопасными, а также обеспечивают соответствие целевым показателям влияния на окружающую среду.
Как упоминалось ранее, внеплановые простои и неустойчивое давление приводят к увеличению объема сжигания в факеле, а значит, попаданию продуктов в атмосферу. Именно здесь предиктивная аналитика, интегрированная на уровне системы, может принести наибольшую пользу. Предотвращение незапланированных простоев приведет к исключению большей части выбросов в результате горения факела.
Что, если бы проблему с горно-шахтным оборудованием можно было обнаружить до того, как оно начнет изнашиваться? Что, если бы можно было получать предупреждения о сбоях на морской нефтедобывающей платформе до того, как они приведут к серьезным проблемам? Это возможно, а значит, внезапные простои можно превратить в запланированные остановки.
Кроме того, эту технологию можно интегрировать с моделями планирования и получать рекомендации, какие меры следует предпринять для соблюдения ограничений и квот по выбросам парниковых газов.
Курс на оптимизацию операций
В результате увеличения времени бесперебойной работы и повышения производительности компании выигрывают не только с точки зрения влияния на окружающую среду, но и в финансовом плане. Те из них, которым удалось оптимизировать обслуживание и сократить количество незапланированных простоев, добились невероятной окупаемости инвестиций в технологию прескриптивной аналитики.
Например, один НПЗ, где постоянно выходил из строя водородный компрессор, благодаря прогнозированию сбоев с упреждением в 35 дней смог сократить время простоя на 8 дней. Кроме того, плановое обслуживание оказалось на 30% дешевле, чем аварийный ремонт. Другим нефтегазовым компаниям, использующим предиктивную аналитику, удалось достичь похожих результатов.
В год внеплановые простои обходятся нефтегазовым компаниям в круглую сумму. Согласно подсчетам, из-за сбоев оборудования нефтегазовые компании теряют в среднем 42 млн. дол. США в год или до 88 млн. дол. США в год при наихудшем варианте развития событий. Министерство энергетики США сообщило, что с 2006 по 2017 год произошло 1700 остановок НПЗ, причиной 46% которых стали поломки механизмов.
Даже частично сократив количество сбоев, которые снижают производительность предприятия, можно сохранить в его бюджете миллионы долларов. Когда компании смогут точно подсчитать, во сколько им обходится каждое событие, они будут знать, какой должна стать техническая стратегия для получения максимальных результатов.
Начинать действовать нужно уже сейчас
Благодаря внедрению таких технологий компании получают серьезное конкурентное преимущество и доступ к новым уровням доходности, а также социальное одобрение за счет повышения безопасности и эффективного устойчивого развития. Многие занялись внедрением решений, которые помогут избежать критических ситуаций, сократить объемы выбросов парниковых газов и поддерживать эффективность процессов.
По мере повышения давления на компании со стороны контролирующих органов и потребителей растет потребность в гибкости, устойчивом развитии и экологичности. Снижая уровень риска и неопределенности за счет внедрения передовых технологий сегодня, компании получают преимущество в гонке за первенство на рынке завтрашнего дня.
