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提升操作员效率:从现场到控制室的数字化改造

作者:Meha Jha2024.02.27阅读 2295


本文图片来源:艾默生
  对控制室进行数字化改造可以提供解决问题的新方法,并通过提高自动化程度改进优化。
  由于燃料需求的波动、净零碳目标相关法规的推出以及新的可持续性愿景的推出控制工程网版权所有,炼油行业正在经历一个转型期。同时,过去几年COVID-19疫情带来的挑战和限制,使效率、工人安全和自动化获得更多的关注。所有这些变化都促使炼油厂重新评估其运营战略,以确保长期生存能力。投资范围包括将炼油厂改造为绿色柴油生产厂,向现有炼油厂增加绿色柴油装置,以及数字化改造现有运营,以对关键绩效指标(KPI)产生积极影响,如最大限度地提高利润率、提高安全性和保持可用性。
  以前,炼油厂的仪表主要用于过程控制。在过程控制和优化模型之外,增加额外的测量或实施软件解决方案往往被认为过于昂贵。最新的技术(例如无线技术等)和数字化工具(如预置的可靠性分析等)可以消除这些传统挑战,并提供解决问题、优化和执行工作实践的新方法。通过数字化增强运营的重点领域之一是提升现场和控制室操作员的效率。

▲图1:增加第二层在线测量和分析功能,用于监测泵等关键设备的健康状况,
可对潜在的故障源进行早期检测、识别和报警。
  01  自动化操作员巡检
  近年来,利用更少的资源做更多的事情已经成为共识,这对炼油厂来说也不例外。许多操作员要进行的巡检次数可能比以前更多,或者他们的任务已经扩大到包括更多的内容。
  由于数据不一致,人工巡检可能受限于工艺流程,这些数据只是时间的快照。测量可能会被遗漏,也可能频次不够,以致无法创建完整的工艺或设备健康数据。此外,如果仍然利用手动完成数据收集,则数据可能无法以电子方式持续上传到数据库中,因此除了验证与先前读数的明显差异外,无法使用这些数据。
  这也意味着潜在的问题可能不会被提前标记或发现。自动化操作员巡检所带来的好处,不仅仅在于减少人员在现场的工作时间或加快连续的数据收集过程,真正的好处来自于利用数据的价值来优化流程和转变工作方式,例如从预防性维护转变为基于状态的预测性维护。
  02  提高设备性能
  自动化和分析数据收集的一个领域涉及对关键资产(如泵、热交换器、泄压阀、腐蚀监测和蒸汽疏水阀)的健康和性能监测。通过无线传感器,为液位、温度、压力、振动和声学实现第二层次的自动化,为以前已经检测或从未测量的变量,提供经济高效的连续测量。现在,这些设备可以以无线方式,连接到中央仪表板和设备监控软件解决方案,以便收集、汇总、验证和分析设备健康和过程数据。

▲图2:在热交换器周围增加额外的测量措施,提供在线数据、
数据验证和计算有助于监测和预测设备性能。
  这意味着可以建立一个系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,将相关数据发送给特定部门。他们可以分析数据、发现趋势或标记可能出现的问题,以便从这些信息中获得最大收益。更好、更集中的数据使改进设备性能和安排主动维护变得更容易,而不是在出现问题时被动应对。通过设备健康数据可以避免不必要的维护,还可以检测到可能导致高风险工况或计划外停机的问题,从而可以提高安全性。
  例如,许多炼油厂已实施热交换器监测解决方案。由于炼油厂开始加工价格更低的原油,包括一些他们几乎没有加工经验的原油,原油装置换热器加速结垢或不可预测的结垢已成为一个问题,导致能源效率低下。
  03  更优化的维护计划
  以前,运行人员要么按照定期维护程序清洁热交换器,要么依靠阀门输出变化或手动读数来确定何时需要清洁热交换器。现在,可以通过添加过程测量值,如温度、流量和压差,并将热交换器设计数据合并到预置分析中,以确定基于基于高污垢和高压差的热交换器污垢计算、热负荷监测以及清洁建议。
  然后,可以对这些计算进行配置,提醒工艺装置工程师、能效团队以及可靠性和维护部门与性能相关的问题,以便进行预测性维护。此外,可以将交换器分组,以查看所有资产的运行状况,并对电厂中的交换器进行总体快照和优先级排序。
  据一家位于墨西哥湾沿岸的炼油厂预计控制工程网版权所有,原油装置预热系统中的5台换热器在90天内可以节省将近20万美元的能源费用。在实施之前,炼油厂缺乏必要的信息,无法对额外的加热器燃料对比污垢降解进行经济分析规划。通过增加实时无线温度测量管束和预置热交换器建模软件,炼油厂能够制定更优化的清洁计划。每个换热器的投资回收期为50至90天。
  04  更准确的实时监测系统
  除了设备性能和维护之外,自动化操作员巡检还可以扩展数据收集工作,以实施更高效的数字化工作实践。例如,对于环境监管,排放报告可能要求炼油厂包含温室气体排放者(如流化催化裂化装置、焦化装置或重整装置)的单位收费率,以及公用事业用水量。

▲图3:通常情况下,疏水阀监测不是连续的或自动化的,而且审计不可靠。
通过实施连续声学监测可以显著节约能源。
  通常,监管机构会要求工厂满足流量计的精度规范,并每隔几年进行一次校准,以确保维持流量计的精度。仪表通常必须从系统中取出,并送往校准设施进行验证和重新校准。
  如今,一些用于科里奥利流量计和磁性流量计的变送器可以配备自动流量计诊断软件,该软件可以在不中止工艺流程的情况下监测流量计的性能和完整性控制工程网版权所有,并且无需亲自前往现场进行定期检查。它可以安排仪表验证测试,并自动生成报告,以证明符合机构设定的精度和检查要求,代替部分或全部校准和证明。
  另一个需要改进的领域是每年对蒸汽疏水阀进行的审计。审计通常由人工处理,并利用流体波动和温度作为输入来分析每个疏水装置,并与理想参数进行比较。由于运行人员对流体波动的解释不一致,而且每个疏水阀可能只有15秒的检查时间,这样就会导致很难获得一致的审计报告来如实的反映疏水阀的实际健康状况。
  例如,最近一家大型炼油厂安装了50台疏水阀监测器,维护人员对于永久安装的实时监测系统是否比每年一次的人工检查更准确心存疑虑,并认为人工检查系统的可靠性可达95%到97%,所以他们进行了一项测试。在人工检查确认工作状况良好的24个疏水阀周围,安装了无线声学监测装置,然后他们发现有16个疏水阀处于故障状态。第三方机构检查了疏水装置并确认这16个装置处于失效状态。如果不修复这16个疏水阀,每年的经济损失可能超过50万美元。
  05  提高操作员绩效
  提高操作人员的绩效,不仅仅是在现场实现数字化和自动化工作实践,还可以扩展到提高控制室的绩效。首先,应审查标准操作程序 (SOP),了解是否应改变或更新操作行为www.cechina.cn,以反映新技术的改进。其次,可以利用行业最佳实践和基准数据来重新评估和优化性能,以满足当今的运营需求。顾问可以首先根据行业标准对炼油厂的运营进行基准测试,包括报警管理、疲劳风险管理和控制系统人机界面等领域,以及在运营状态之间转换时如何有效地利用程序自动化。
  例如,蒸馏塔从停机到预热再到全回流运行的自动转换效果如何。顾问基准评估将产生完善的改进建议。改进建议包括现场操作员的工作量以及不同的行为,包括SOP的变更。
  以泵的无线监测为例,现场操作员不再需要手动收集过程和振动数据来决定是否需要维护;数据自动在线收集、存储、验证、分析,并设置为在预期出现降级或即将发生故障时,向运行人员发出报警。
  然后,现场操作员就可以通过视觉和听觉检查设备是否存在异常情况,如较高的噪音或泄漏,而不是收集数据。此外,由于数据是自动收集和处理的,因此可以基于状态而不是基于时间的策略来规划维护。
  自动化操作员巡检具有几个优势,例如安全性更高、在现场花费的时间更少,以及流程效率的提高。定期设备检查或现场取样点的自动化,除了效率提升还带来了其它好处。数据的聚合和趋势分析,提供了一致的实时性能指标,并针对导致计划外停机、能源损失或维护的问题发出警报。也可以使用行业基准和最佳实践来评估控制室操作员的绩效。在现场和控制室利用数字化技术,可提供全面的方法来改善运营人员的效率和绩效。
  关键概念:
  ■ 对控制室进行数字化改造可改善优化和效率。
  ■ 改变操作人员行为和审查标准操作程序,可以发现新的优化点。
  思考一下:
  贵工厂将从数字化增强运营中获得哪些收益?
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