改善从现场到控制室的操作人员表现

由于燃料需求的波动、推动净碳零目标的法规以及新的可持续发展愿景，炼油行业正在经历一个过渡时期。与此同时，过去一年，COVID-19带来的挑战和限制增加了，使效率、工人安全和自动化更加受到关注。所有这些因素都促使炼油商重新评估他们的运营策略，以确保长期可行性。投资范围包括从炼油厂改造到绿色柴油生产工厂，在现有炼油厂中增加绿色柴油装置，以及/或数字化改造现有运营，以对关键绩效指标(kpi)产生积极影响，如最大化利润、提高安全性和保持可用性。

历史上，炼油厂主要是为了过程控制的目的而安装仪器。添加额外的测量或实现超出过程控制和优化模型的软件解决方案被认为过于昂贵。新的技术，如无线技术和预构建的可靠性分析，是一些数字工具的例子，消除这些传统的挑战，并提供新的方法来解决问题，优化和执行工作实践。数字化转换操作的重点领域之一是操作者在现场和控制室的表现。

自动化操作轮询的迫切理由

近年来，需要用更少的资源做更多的事情已经成为一个共同的主题;炼油也不例外。这意味着许多运营商可能会比以前有更多的回合，或者他们已经看到他们的任务扩展到更多。

由于数据不一致，手工查房可能会限制流程;它们是时间的快照。测量可能会遗漏，或者没有按照创建流程或设备运行状况的完整图所需的频率进行测量。此外，如果仍然使用手工收集的数据，数据可能不会以电子方式一致地上传到数据库中，因此，除了验证与以前读数的明显差异外，这些数据不会被使用。

这也意味着潜在的问题可能不会被标记或及早发现。自动化操作轮的好处不仅仅是减少人员在现场的时间或更快、连续的数据收集过程。真正的好处来自利用数据的价值进行流程优化和转换工作实践，例如从预防性维护转移到基于条件的预测性维护(CBM)。

图1:增加了第二层在线测量和分析，用于监测泵等关键设备的健康状况，可以对泵空化、密封系统中的碳氢化合物泄漏和过滤器下陷等潜在故障源进行早期检测、识别和警报。礼貌:爱默生

提高设备性能

数据收集自动化和分析的一个领域涉及关键资产的健康和性能监测，如泵、热交换器、减压阀、腐蚀监测和蒸汽疏水阀。采用无线传感器实现第二层自动化，用于液位、温度、压力、振动和声学，为以前检查或未测量的变量提供经济有效的连续测量。这些设备现在可以无线连接到中央仪表板和设备监控软件解决方案，这些解决方案支持收集、聚合、验证和分析设备运行状况和流程数据。

这意味着可以建立一个系统，将相关数据发送给特定的部门，如可靠性和维护部门，这些部门将从这些信息中获得最大的好处:人们可以分析数据，发现趋势，或标记可能的问题。更好、更集中的数据使改善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。设备健康数据还可以提高安全性，避免不必要的维护和检测可能导致高风险条件或意外停机的问题。

例如，许多炼油厂已经实施了热交换器的监测解决方案。由于炼油商加工了更多的机会原油(包括一些他们没有加工经验的原油)，原油单元热交换器加速或不可预测的污垢成为一个问题，导致能源效率低下。

除了昂贵的传统维护，20万美元

传统上，操作人员要么遵循预定的维护程序来清洗热交换器，要么依靠阀门输出变化或手动读数来确定何时需要清洗热交换器。然而，可以添加过程测量，如温度、流量和压差，并将换热器设计数据结合到预构建的分析中，以确定换热器污垢的计算，热负荷监测，基于高污垢和高压差的清洗建议。

通过配置这些计算，可以向工艺单元工程师、能效团队以及可靠性和维护部门发出性能问题的警报，从而使他们能够转向预防性和优先级维护。此外，可以对一批交换机进行聚合，以查看所有资产的健康状况，并支持对工厂中的交换机进行总体快照和优先级排序。

墨西哥湾沿岸的一家炼油厂预计，在90天内，他们的原油预热装置的5个热交换器将节省近20万美元的能源。在实施之前，炼油厂缺乏信息，阻碍了污垢降解和额外燃烧加热器燃料的经济分析计划。

添加实时无线温度管束和预建的热交换器建模软件，使炼油厂能够制定更优的清洗计划。热交换器的回收期从50天到90天不等。

图2:在热交换器周围增加额外的测量，提供在线数据、数据验证和计算，可用于监控和预测设备性能。礼貌:爱默生

改善工作实践，50万美元

除了设备性能和维护，自动化操作轮可以扩展到数据收集，以实现更高效的数字化工作实践。例如，在环境监管报告中，排放报告可能要求炼油厂包括温室气体排放的单位收费，如流化催化裂化器、焦化器或重整器，以及公用事业用水。

通常，监管机构会经常要求工厂满足流量计的精度规格，以及每几年校准一次，以确保仪表的准确性。仪表通常需要从操作中取出，送到校准设施进行验证和重新校准。

如今，科氏流量计和磁力流量计的一些变送器可以安装自动仪表诊断软件，在不停止作业的情况下监测仪表的性能和完整性，从而消除了对现场的定期检查。可以安排仪表验证测试，可以生成自动化报告，以证明符合机构设定的准确性和检验要求，代替部分或所有校准和证明。

另一个需要改进的地方是每年对疏水阀进行审计。审计通常是手动处理，并通过声音噪声和温度的输入来分析每个运行的疏水阀与理想参数的比较。由于操作人员对流体噪声的解释，以及每次检查时间短(每台疏水阀只需15秒)，因此，对蒸汽疏水阀进行持续反映系统实际健康状况的审计是一个问题。

例如，一家大型炼油厂最近安装了50台蒸汽疏水阀监控器，并怀疑永久安装的实时监控系统是否比他们每年一次的手动审计更准确。他们认为他们的人工检查系统是95%到97%的可靠度。在安装了无线声波监测系统后，在人工审计过程中发现24个蒸汽疏水阀处于良好的工作状态，另外16个蒸汽疏水阀处于失效状态。第三方检查了诱捕器的有效性，确认16个诱捕器处于失效状态。如果不修复这16个陷阱，每年造成的财政损失将超过50万美元。

图3:通常情况下，蒸汽疏水阀监测不是连续的或自动的，审计也不可靠。通过实施连续的声学监测，可以获得显著的节能效果。礼貌:爱默生

提高操作性能

提高操作人员的性能不仅仅是在现场数字化和自动化的工作实践，还可以扩展到改善控制室的性能。首先，应该对标准操作程序(sop)进行审查，以确定是否应该改变或更新行为，以反映新的技术改进。其次，行业最佳实践和基准数据可以用来重新评估和优化性能，以满足当今的运营需求。咨询师可以首先根据行业标准对炼油厂的操作进行基准测试，包括报警管理、疲劳风险管理、控制系统的人机界面(HMI)以及在操作状态之间转换时如何有效地利用程序自动化等领域。

例如，蒸馏塔从关闭到升温到全回流再运行的自动过渡情况。顾问的基准评估将产生完善的建议。

改进建议包括操作员的工作量与现场操作员的不同行为，包括SOP的更改。

以无线泵监测为例，现场操作人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;该系统可以在线自动收集、存储、验证、分析数据，并在出现故障或即将发生故障时向操作人员发出警报。

现场操作人员现在可以通过视觉和听觉检查设备是否出现异常，比如噪音更高或泄漏，而不是收集数据。此外，由于数据是自动收集和处理的，因此可以根据基于条件而不是基于时间的策略规划维护。

总结流程效率的好处

自动化作业有几个好处，比如安全性、减少作业时间和提高流程效率。自动化的定期设备检查或现场取样点提供了效率以外的好处。数据的聚合和趋势提供了一致的、实时的性能指标和问题警报，这些问题曾导致计划外关闭、能源损失或维护。

工作负载转换不会在现场停止。行业基准和最佳实践也可以用来评估控制室中的操作人员的表现。在现场和控制室中利用数字技术和工具全面提高作业人员的性能，可以提供全面的方法来提高作业人员的效率和性能。

Meha Jha艾默生测量解决方案业务的炼油行业营销经理。蒂姆·奥尔森艾默生的控制和运营绩效业务开发经理。Marcio Donnangelo，艾默生全球业务拓展部。由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．

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关键词:工艺制造，数字化自动化

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