Старт дан
Фактически цифровизация в нефтепереработке началась гораздо раньше, чем сам термин вошел в активный оборот. Крупные заводы оснащены автоматизированными системами управления производством (АСУП) и технологическими процессами (АСУТП), актуальными контрольно-измерительными приборами и аппаратурой (КИПиА), непрерывно развивается ИТ-инфраструктура предприятий.
Но сейчас отрасль идет дальше – ВИНКи переводят свои НПЗ на более «продвинутые» системы усовершенствованного управления технологическим процессом, или СУУТП (в международной практике – Advanced Process Control, APC). Это системы, построенные на основе многопараметрических регуляторов и виртуальных анализаторов. Система способна сама вносить корректировки в управление технологическим процессом, выбирая оптимальный режим в зависимости от внешних факторов и качества сырья. За человеком остается только контроль за работой самой СУУТП.
Так, в 2015 г. была внедрена СУУТП на установке гидроочистки бензина каталитического крекинга Московского НПЗ «Газпром нефти» (поставщиком системы стала Emerson). В 2016 г. аналогичное решение было применено на установке первичной переработки нефти того же предприятия. Система помогла повысить выход бензиновой фракции и дизельного топлива, сократить расход топливного газа.
СУУТП работают на ряде НПЗ «Роснефти» (а всего их 13), благодаря чему был получен экономический эффект свыше 1,4 млрд руб. (по подсчетам компании, данные на сентябрь 2019 г.). Так, СУУТП управляет установкой первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ-6 Сызранского НПЗ, с помощью чего увеличен отбор целевой продукции требуемого качества. Аналогичные системы предприятие планирует внедрить и на установках низкотемпературной изомеризации и каталитического риформинга. СУУТП на ЭЛОУ-АВТ-6 Новокуйбышевского НПЗ позволила оптимизировать работу установки, повысить эффективность и увеличить отбор целевой продукции на 0,3 %. До 2024 г. «Роснефть» обещала внедрить более 80 СУУТП.
Также ведется внедрение технологий автоматизации для повышения надежности отдельных видов оборудования НПЗ. Сызранский НПЗ в прошлом году ввел в промышленную эксплуатацию цифровую систему контроля герметичности трубопроводов. Автоматизированная система сбора и обработки информации непрерывно получает и анализирует данные от высокоточные КИПов, смонтированных вдоль трубы от завода до нефтебазы. Это позволяет быстро и точно обнаружить место разгерметизации, а при отклонениях в режиме эксплуатации поступает сигнал прекратить перекачку нефтепродуктов.
На «Рязанской нефтеперерабатывающей компании» (РНПК), крупнейшем НПЗ «Роснефти», внедрена система контроля технических устройств (СКТУ), которая собирает, обрабатывает и хранит данные о фактическом состоянии технологического оборудования, определяет оптимальный срок и объем его замены. А с прошлого года РНПК в качестве пилотного проекта ведет мониторинг коррозионного состояния оборудования методом ультразвуковой толщинометрии.
Завод 4.0
В последние годы крупные НПЗ начали использовать такие технологии, как промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT), большие данные (big data), «цифровой двойник» (digital twin), нейротехнологии, искусственный интеллект (ИИ) и другие.
Технология «цифровой двойник» (или «гибридный двойник», hybrid twin) – программный аналог, достоверно моделирующий работу своего физического прототипа, – считается одной из важнейшей на пути создании «цифрового» НПЗ. Для построения «двойников» используется целый комплекс передовых технологий, включая ИИ, машинное обучение, большие данные, 3D-моделирование и другие.
На «ТАНЕКО» «Татнефть» вместе с ChemTech создает «цифровой двойник» установки ЭЛОУ-АВТ-7. Как сообщалось ранее, в ходе проекта обработаны исторические данные за несколько лет работы установки, создана термодинамическая модель действующего производства, разработаны виртуальные анализаторы с возможностью предсказания составов технологических потоков, определены возможности оптимизации технологического режима.
«Газпром нефть» создала цифровые «двойники» установки гидроочистки бензина каталитического крекинга на Московском НПЗ и установки первичной переработки нефти АТ-9 на Омском НПЗ. Также над подобной технологией активно работают в «ЛУКОЙЛе», «Роснефти».
Ожидается, что в будущем будут создаваться «двойники» целых заводов, всей цепочки поставок и еще далее – нефтяной компании в целом.
Перспективной технологией для НПЗ считается роботизация, позволяющая автоматизировать простые операции и свести к минимуму участие человека в производственном процессе. Этому направлению уделяют большое внимание, в частности, в «ЛУКОЙЛе».
В нефтепереработке также могут успешно применяться беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Например, на ряде НПЗ «Роснефти» аппараты с тепловизионным контролем и системой видеоаналитики служат для охраны объектов и мониторинга состояния нефтепроводов. «Газпром нефть» применяла дроны для мониторинга капитального строительства на своих НПЗ. По предварительным оценкам компании, беспилотники позволяют на 60–70 % снизить затраты на строительный контроль, на 30 % сократить нарушения требований к выполнению работ и вдвое повысить оперативность контроля.
На ряде российских НПЗ есть опыт применения технологий дополненной (AR) и виртуальной реальности (VR). Например, обучающие тренажеры виртуальной и дополненной реальности применяются на предприятиях «Башнефти», «Газпром нефти».
Цифровизация начинает охватывать и работу персонала НПЗ. Используются «умные» браслеты, «умные» каски и другие мобильные устройства, подключенные к IIoT. Они помогают усиливать охрану труда и безопасность на производстве, повысить производительность.
На нефтеперерабатывающем заводе «Татнефти» «ТАНЕКО» применяется система раннего обнаружения отклонений (аномалий) в технологическом процессе установки ЭЛОУ-АВТ-7. Для этого используется продукт «Лаборатории Касперского» MLAD (Machine Learning for Anomaly Detection). Этот инструмент позволяет предотвращать опасные ситуации.
Собрать в один кулак
Еще одним шагом к «умному» НПЗ является централизация управления. Этот процесс растянут на годы и проходит поэтапно. Так, единую систему управления выстраивает РНПК. За последние годы «дочка» «Роснефти» интегрировала в систему «цифровой завод» управление несколькими объектами завода, в частности – установку гидроочистки дизтоплива.
«Газпром нефть» создала каждом из своих заводов Центр мониторинга и диагностики систем автоматизации управления производством – ЦМиД. К нему подключили КИПы, АСУ и СУУТП установок предприятий. ЦМиД Омского НПЗ был создан в 2015 г., на Московском НПЗ – в 2017 г. В том же году компания запустила новый проект – Центр управления эффективностью нефтепереработки и сбыта (ЦУЭ). В этом центре создается единая цифровая платформа управления эффективностью цепочки добавленной стоимости (от поступления нефти на НПЗ до реализации нефтепродуктов конечному потребителю). При этом используются инструменты предиктивного анализа, нейросети, ИИ, формируются цифровые «двойники» производственных объектов, сообщала компания.
В 2019 г. «Газпром нефть» заявила, что создает Центр управления производством своих НПЗ. Будущий Центр обеспечит переход от управления отдельными установками и комплексами к предиктивному управлению технологическими цепочками. Реализовать проект компания собирается совместно с японской Yokogawa.
Центр будет построен на работе современных плоских моделей кросс-функциональных команд, объединенных в единую среду IT-инструментов и систем анализа больших данных. Благодаря внедрению «цифровых двойников» всех технологических установок и комплексов НПЗ Центр сможет обеспечить прогнозирование и проактивное устранение возможных отклонений от оптимального режима производства и интегрированного плана, сообщала компания. В текущем году пилотный проект планируется реализовать на Омском НПЗ, а в 2021 г. — на Московском.
Проблемы
Пожалуй, важнейшие проблемы на пути цифровизации НПЗ связаны с кибербезопасностью. Согласно недавним исследованиям Positive Technologies, во всем мире растет количество уязвимостей в АСУТП предприятий. Так, в 2018 г. показатель увеличился на 30 %. При этом число компонентов АСУТП в России, доступных из интернета, увеличилось примерно 1,5 раза. Растет и число уязвимостей, которые могут эксплуатироваться удаленно без необходимости получения привилегированного доступа. Цифровизация повышает рентабельность нефтегазовой отрасли, однако требует применения современных средств защиты критической инфраструктуры от киберугроз, отмечено в материалах компании.
По мнению экспертов Positive Technologies, компании, которые ставят перед собой цель реально защитить себя в киберпространстве, сегодня сталкиваются с тотальным дефицитом кадров, имеющих достаточный уровень знаний и навыков. Это при том, что компетенции хакеров постоянно возрастают.
Напомним, в июне 2017 г. вирус-шифровальщик поразил компьютеры на НПЗ «Башнефти» (хотя основной «удар» пришелся на офисы «Роснефти»). Тогда обошлось без серьезных последствий. Но негативные последствия успешной для злоумышленников атаки на крупное нефтеперерабатывающее предприятие могут быть колоссальными, предупреждают эксперты.
Так, сохраняется высокая зависимость от иностранных технологий и ПО на фоне действия санкций – как и для всей «нефтянки» в целом. По оценке «Выгон консалтинг» (2018), импортозависимость российской нефтяной отрасли составляет 80–98 % в зависимости от сегмента бизнеса.
Некоторые эксперты говорят о несоответствии КИПиА многих НПЗ новым задачам. Поэтому для ряда предприятий потребуется дооснащение установок и оборудования первичными средствами измерений.
Также отмечается недостаток в России высококвалифицированных специалистов для реализации проектов по цифровизации. Особенно это актуально для НПЗ, расположенных в удаленных от центра регионах.
Цифровизация охватывает главным образом НПЗ ВИНКов. Некоторые независимые НПЗ также работают в этом направлении, однако в этом случае обычно подразумевается внедрение актуальных АСУТП и отдельных передовых технологий.
Кроме того, в России во всех крупных проектах важна роль государства. Чиновники много говорят о цифровизации, иногда излишне оптимистично. Но на рынке ожидают также и активной поддержки НИОКР, снятия излишних регуляторных ограничений и административных барьеров и, кроме того, выработки общих подходови целей для участников цифровизации отрасли. В последнем направлении определенное движение есть: сформированы федеральная и ведомственные программы цифровизации, действует рабочая группа «Цифровая трансформация нефтегазовой отрасли» при участии ключевых компаний.
