Трансформация операций процессной промышленности: цифровое управление для безопасности и эффективности

Предисловие: безопасная эксплуатация — главная забота процессной промышленности

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы обрабатывают различные опасные материалы и процессы. Круглосуточная природа их операций создает огромные вызовы в отношении безопасности, соответствия нормативным требованиям и надежности. В то время как непрерывный акцент делается на конкурентоспособности, качестве продукции и выполнении потребностей общества в стабильном потоке поставок, первостепенный фокус каждого завода — на эксплуатации в безопасном и экологически устойчивом режиме.

Оцифровка в процессной промышленности: определенный путь вперед

За последние 5–10 лет широкий круг стейкхолдеров проявил большой интерес к характеристикам Индустрии 4.0, таким как автоматизация, внедрение робототехники, IIoT, блокчейн, облачные вычисления и IT/OT-интеграция. Ведущие компании развернули автоматизированные бизнес-процессы с надежными системами управления данными, превентивной и предиктивной аналитикой, цифровыми двойниками и так далее. Компании вроде Shell, Exxon, BP, Reliance и Aramco внедрили эти типы технологий в ассортированном и/или интегрированном виде для комплексных выгод. Проекты охватывали области вроде повышения добычи, гибкого управления возможностями улучшения прибыли (PIO), обеспечения требуемого качества продукции с минимальными потерями качества и переработки более дешевого сырья.

Многие проекты автоматизации и/или оцифровки также были реализованы для улучшения процессной безопасности, безопасности на рабочем месте, экологического соответствия, надежности оборудования и операций, целостности завода и так далее. Почти каждый завод или компания пытались двигаться вперед с каким-то аспектом оцифровки осторожным образом, учитывая затраты и выгоды.

Управление операциями

Управление операциями процессного завода можно разделить на два вертикала: сменные операции и дневные операции. Обычно сменные операции работают по графику 24/7. Цель сменных операций — выполнять все активности безопасным и безупречным образом. Существует три аспекта этой цели:

1. Эксплуатировать завод и оборудование в определенном операционном окне все время
2. Проводить все операции в соответствии с определенными процедурами
3. Эксплуатировать завод в соответствии с планами и инструкциями, полученными от дневных операций

В процессном заводе обычно около 40% вращающегося оборудования находится в резерве, а остальное — в рабочем режиме. В зависимости от состояния оборудования, его «операционное окно» определяется и должно соблюдаться. Аналогично, завод на остановке должен быть под наблюдением и удерживаться в определенном состоянии остановки. Не редкость видеть на заводе на остановке, что колонны попадают в переизбыточное давление или резервуары переполняются, ведуя к нежелательным событиям.

Быстрый обзор прошлых аварий в процессной промышленности говорит нам, что ситуации часто возникают из-за эксплуатации без установленной процедуры — или иногда с использованием неправильной процедуры.

Сменная бригада должна быть обеспечена правильными планами и инструкциями в письменном формате, чтобы избежать سوء коммуникации. Разгрузка цистерны в неправильный резервуар или отгрузка неправильного продукта клиенту — нередкость, когда планов или инструкций нет.

Цель дневных операций — иметь среднесрочное видение операций и согласовать его с бизнес-планами. Дневные операции сотрудничают с техническим и инженерным персоналом и обеспечивают определение правильного операционного окна и его доступность для сменных операций. Они также гарантируют, что все требуемые процедуры доступны. Одной из ежедневных задач дневных операций является поставка производственных планов и эксплуатационных инструкций сменной бригаде.

Дневные операции также заботятся о требуемых компетенциях бригады, работающей с активами, и имеют развернутую программу для их определения и развития.

Помимо сменных и дневных операций, есть третий аспект: площадочные операции (site operations). Цель площадочных операций — надлежащее администрирование и управление всеми программами и активностями всего объекта. Различные штаты и функции в организации обеспечивают это, чтобы общие цели объекта или компании были определены и достигнуты.

Оцифровка управления операциями

Для помощи в достижении всех целей сменных, дневных и площадочных операций несколько аспектов их управления могут быть рассмотрены для оцифровки.

Оцифровка операционного окна

В традиционной эксплуатации операционное окно хранится как документ в Microsoft Excel, Word или PDF. Такой документ обычно пересматривается и перерабатывается с интервалом от трех месяцев до года. Но завод работает с операционным окном, встроенным в АСУ ТП (DCS) в виде аварийных сигналов, и от сменных операций ожидается эксплуатация в этом окне.

Поскольку процессные заводы работают в нескольких состояниях, и учитывая, что различные единицы оборудования находятся в разных состояниях в любой данный момент, полезно определить операционное окно для всего оборудования и процессов против разных состояний на цифровой платформе. Этот цифровой набор данных развертывается на IT-платформе, и при эффективной интеграции с DCS в реальном времени есть уверенность, что сменные операции оснащены возможностью смотреть на определенное операционное окно в реальном времени и управлять заводом соответственно.

Honeywell, Emerson, Yokogawa и другие разработали такие типы IT-приложений, которые могут хранить цифровое операционное окно и интегрироваться с DCS. Консорциум по аварийным ситуациям (Abnormal Situation Consortium), продвигаемый несколькими компаниями вроде Shell, Exxon, Emerson и Honeywell, опубликовал анализ, согласно которому около 40% отказов или деградаций оборудования можно избежать, если оборудование работает в определенном окне все время. Цифровая платформа уполномачивает сменные операции быть непрерывно в курсе правильного операционного окна и контролировать оборудование и процессные условия в реальном времени.

Оцифровка процедур и чек-листов

Сменным операциям предоставляются стандартные операционные процедуры (СОП). Почти все активности, которые обычно выполняются в смене, документированы в виде СОП. Довольно часто некоторые СОП имеют чек-листы. Эти СОП обычно доступны в формате Word или PDF. Такие СОП обычно хорошо управляются через мощную систему управления контентом на IT-платформе. Сменные операции ожидают, что они распечатают и используют их в соответствии с практиками объекта. Чек-листы, после заполнения, хранятся или сканируются и загружаются в систему.

Существует возможность оцифровать СОП и чек-листы. Оцифрованные СОП и чек-листы могут быть настроены для каждой единицы оборудования настолько строго, что становится возможным гарантировать избежание использования неправильного чек-листа или процедуры для любой сменной задачи.

Оцифровка операционных планов и инструкций

Операционные инструкции обычно передаются путем записи в журнал, доступный в Пульте управления завода (PCR). Сменная бригада должна прочитать то же и подписаться для подтверждения.

Когда операционные планы и инструкции оцифрованы, становится легко отслеживать, как сменная бригада следовала инструкциям и какие трудности возникли при выполнении инструкций или приказов. Возможно анализировать различные события и тренды в контексте сменных инструкций, и можно даже «активировать» инструкции при определенных условиях, чтобы избежать зависимости от людей в контекстно-зависимых ситуациях.

Оцифровка фреймворка компетенций

Компетенция персонала, работающего с активами, оттачивается в зависимости от количества возможностей практики различных задач. Сменные задачи обычно включают мониторинг состояния оборудования, смену оборудования, изоляцию и передачу оборудования, пуск и остановку оборудования и так далее. Персонал, работающий с активами, также являются первыми людьми на месте, сталкивающимися с аварийными ситуациями и реагирующими с надлежащими действиями.

В традиционной практике компетенции определяются и измеряются по количеству посещенных тренингов, сданных тестов, часов, проведенных на тренировочных симуляторах и так далее. В оцифрованном фреймворке управления компетенциями, однако, становится возможным измерить количество возможностей, с которыми столкнулся конкретный оператор, такие как промывка фильтровальных батарей, регенерация молекулярных сит, изоляция и безопасная передача оборудования. Количество успешных действий и ошибок выполнения может быть отслежено цифровым способом и использовано для улучшения.

Оцифровка площадочных операций

Как упоминалось ранее, площадочные операции — это все об администрировании и управлении. Они включают определение и управление центральными стандартами, процедурами, практиками и политиками. Они охватывают бизнес-координацию; планирование и расписание; управление запасами; управление материалами; управление подрядчиками; HR; регуляторное соответствие; взаимодействие с клиентами, поставщиками и сообществом; безопасность; и многие другие области экспертизы.

Оцифровка предоставляет возможности для улучшения эффективности во многих аспектах площадочных операций, особенно в производственном планировании и контроле запасов. Оцифровка может помочь с контролем и обеспечением качества; контролем затрат; управлением катализаторов, химикатов и других материалов; управлением подрядчиками; и так далее.

Для улучшения безопасности различные типы информации о процессной безопасности могут быть оцифрованы, такие как PFD, P&ID и спецификации. Сквозная оцифровка — поддерживаемая надежными структурами данных различных процессов управления процессной безопасностью (PSM) — обеспечит краткосрочные и долгосрочные выгоды организации.

Другие выгоды оцифровки

Оцифровка различных видов деятельности управления операциями предоставляет огромные выгоды. Одной из них, заслуживающей внимания здесь, является потенциал для разработки моделей и проведения аналитики. Оцифрованные данные могут использоваться для диагностики, превентивной и прескриптивной аналитики, предсказания остаточного ресурса оборудования, предсказания сроков службы катализаторов, статистического процессного контроля и так далее. Во многих случаях правильно сделанная оцифровка предоставляет лучшие инсайты в процессные возможности и пределы, которые могут использоваться для более эффективного планирования.