КАК РАССЧИТАТЬ НЕИЗМЕРЯЕМОЕ

Нефтегазовая индустрия является одной из лидирующих по внедрению цифровых решений, которые позволяют повысить уровень эффективности производства, предсказать выход из строя оборудования и снизить себестоимость продукции. Для отрасли характерны технологические системы высокой сложности, от которых зависит множество факторов, в том числе объемы выработки, качество продукции, экологическая и технологическая безопасность. Поэтому сегодня крайне востребованы системы, позволяющие рассчитывать неизмеряемые параметры, а также узнавать больше о происходящих процессах и на основе этой информации предоставляющие рекомендации по управлению и обслуживанию производственных активов. Одним из наиболее эффективных решений, оптимизирующих сложные технологические производства в нефтегазовом секторе, является цифровой двойник, который моделирует и точно отражает реальные физические процессы в технологическом комплексе. 

Системная модель

Что же позволяет цифровому двойнику быть точным и надежным инструментом для производства? Главные преимущества обеспечивает детальная и верифицированная системная математическая модель, лежащая в основе цифрового двойника. Она отражает реальные физические процессы, рассчитывает все ключевые параметры работы технологического оборудования. Модель непрерывно получает данные с измерительных приборов и адаптируется к ним, гарантируя высокую точность расчетных значений. Для ее создания наши специалисты используют ряд известных программных комплексов системного моделирования, например, ANSYS Twin Builder или MTI Flownex SE. Такая модель обеспечивает:

Виртуальная компрессорная станция

Одним из примеров применения технологии в нефтегазовой отрасли может служить цифровой двойник компрессорной станции. Он обеспечивает информацию о процессах, происходящих в ее компонентах, включая аппараты воздушного охлаждения (АВО) и газоперекачивающие агрегаты (ГПА). Технология позволяет повысить эффективность принятия решений по обслуживанию и предупредительному ремонту за счет раннего выявления проблем, связанных с зарождением дефектов в подшипниках и валах агрегата. Это становится возможным благодаря комплексной диагностике, определяющей механические дефекты ГПА в автоматизированном режиме. Среди других возможностей цифрового двойника – применение средств детального анализа вибродиагностических данных лабораторного уровня, а также интеллектуальный контроль всех режимов работы, в том числе нестационарных.

Для предприятий, использующих значительное количество газа как топливо для собственных нужд перекачки, также актуальны вопросы, связанные с энергосбережением. Цифровой двойник позволяет решать их, а также выбрать оптимальный режим работы ГПА при диспетчерском управлении. Виртуальные датчики дают возможность отслеживать широкий спектр параметров: мощность на валу; КПД и частоту вращения ГТУ; расходы топливного газа, рабочего воздуха и дымовых газов; фактический объемный расход перекачиваемого газа; давление и температуру газа на выходе; степень повышения давления газа; КПД нагнетателя. Контроль работы газоперекачивающих агрегатов выполняется на основе отклонения от эталонного состояния в текущих условиях эксплуатации. Он позволяет:

Что касается АВО, цифровая модель дает рекомендации по выбору оптимальных режимов работы для этого оборудования, позволяя снизить энергопотребление. Кроме того, повышается прозрачность процессов. В результате технический персонал получает более точную информацию о техническом состоянии АВО, например, о степени загрязнения теплообменных поверхностей, гидравлическом сопротивлении или состоянии двигателей привода вентиляторов. Определение выхода за границу уставки позволяет планировать ремонты, прогнозируя развитие дефектов заранее.

С помощью виртуальных датчиков оператор может получать данные о фактических коэффициентах теплопередачи, тепловом сопротивлении теплообменных поверхностей АВО по газу и перепадах давления на АВО. Это позволяет оперативно контролировать фактические загрязнения и, отслеживая динамику, экстраполировать ее, давая необходимые рекомендации по обслуживанию либо изменению режимов работы.

Применение цифровых двойников для площадки очистки и пылеуловителей дает возможность контролировать динамику текущих загрязнений фильтрующих элементов фильтров-сепараторов и предупреждать об увеличении скорости засорения пылеуловителей. Оценка работы фильтрационного оборудования на основе данных модели дает возможность заранее предупреждать об аномально быстрой скорости загрязнения и прогнозировать мероприятия по техническому обслуживанию и очистке. Кроме этого, цифровой двойник предоставляет рекомендации по экономически выгодным режимам работы с учетом работы площадки очистки и динамики загрязнения фильтров. Прогноз строится по вкладу в общую экономическую эффективность работы производственного актива, а также по тренду изменения гидравлического сопротивления.

Возможности и задачи

Современные средства моделирования позволяют с высокой точностью отразить реальные физические процессы на производстве. Это дает возможность повысить его прозрачность, а также достичь ключевых целей, среди которых – повышение эффективности, безопасности и надежности. Цифровой двойник может применяться на всех основных технологических этапах подготовки, транспортировки и переработки углеводородов, а также в химических производствах. По сути, он является следующим этапом развития современных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Технология позволяет повысить качество управления и способствовать повышению производительности, решая много задач – от оптимизации режимов работы с учетом различных факторов и оценки состояния загрузки оборудования на разных режимах до подбора оборудования с учетом реального характера технологического процесса и условий производства. Цифровой двойник благодаря подробной модели также дает возможность контролировать отклонения и выявлять технологические риски, избегая опасностей для действующего производства.

Основные задачи цифрового двойника включают три направления:

Система мониторинга

Системная модель лежит в основе системы мониторинга, которая предоставляет полную картину технологического процесса в реальном времени и дает возможность выявлять дефекты на ранних этапах. При этом базовой системной модели может быть недостаточно для определения параметров технического состояния такого оборудования, как насосы, арматура, компрессоры, теплообменники. Чтобы решить этот вопрос, необходимо интегрировать дополнительные модели в общую технологическую модель. Это позволяет получить данные, полезные для оперативного персонала.

Единый подход для различных технологических систем

Производство зачастую объединяет десятки взаимосвязанных технологических процессов. Описание объемного производственного комплекса может быть очень трудоемкой задачей. Единый цифровой двойник позволяет оптимизировать производство в комплексе, решая сквозные задачи на основе взаимосвязанных моделей и сквозного мониторинга. Разумеется, такое решение невозможно без единой программной системы и методологии моделирования, промышленной платформы и свободной передачи информации о цифровых технологиях производственному персоналу. Наш опыт показывает, что совокупность этих технологий и подходов в цифровом двойнике позволяет сделать нефтегазовое производство более прозрачным, надежным, безопасным и эффективным.