Автоматизация химических заводов: Преимущества, технологии и внедрение

Химические заводы являются основой современного химического производства. Их сложные рабочие процессы, а также опасности, которые они представляют, требуют строгой точности, безопасности и автоматизации процессов. Автоматизация - это уже не только средство повышения производительности, но и гарантия надежной работы предприятия и экологического равновесия. Для любой химической компании, включая производителей химикатов, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке, необходимо понимать основы автоматизации в химической промышленности, ее основные технологии и влияние, которое оказывают технологии.

Каковы основы автоматизации химических заводов?

Технологии и системы, используемые на таких производствах, как химические заводы, которые могут помочь или полностью заменить вмешательство человека, называются автоматизацией химических заводов. Цель мониторинга, управления и оптимизации процессов химического производства достигается с помощью автоматизации. Автоматизация охватывает все виды деятельности: от базового управления включением/выключением до продвинутой оптимизации процессов и систем блокировки безопасности. Контроль ключевых параметров процесса (температуры, давления, расхода, уровня и т.д.) с точностью до мелочей является целью процесса. Это приводит к стабильному качеству продукции, повышению эффективности производства, снижению эксплуатационных расходов и повышению безопасности персонала и оборудования. Замена ручных процессов и сокращение ручного вмешательства - ключевые аспекты. Нервной системой" и "мозгом" предприятия являются системы автоматизации. Они отслеживают изменения в системе в режиме реального времени и выдают команды для корректировки уровня производства.

Основные преимущества автоматизации на химических заводах

Начнем с того, что одним из главных преимуществ автоматизации является значительное повышение безопасности производства. Автоматизация предоставляет специализированные системы, которые могут привести установку в безопасное состояние во время опасных ситуаций, тем самым предотвращая инциденты и снижая риск аварий. Например, автоматические клапаны, сертифицированные по стандарту SIL, могут автоматически перекрывать или пропускать поток жидкости в аварийных ситуациях. Они играют важную роль в системах блокировки безопасности.

Во-вторых, автоматизация повышает эффективность и результативность производственных процессов, значительно улучшая их равномерность. Автоматизированные системы реагируют на изменения чаще и точнее, чем это может сделать человек. Отклонения в производстве, вызванные человеком, сводятся к минимуму, а условия реакции эвристически оптимизируются. Это повышает производительность и общий выход продукции. Более точный контроль химических реакций и производственного процесса приводит к повышению однородности качества и снижению процента брака.

В-третьих, вопросы, связанные с производственными затратами, напрямую зависят от наличия автоматизированных систем. С ростом автоматизации ручной труд заменяется машинами, что снижает трудозатраты. Кроме того, оптимальное управление процессами позволяет снизить расход сырья и энергии, а также уменьшить количество отходов продукции. Это способствует дальнейшему снижению затрат и экономии энергии. Эффективная автоматизация также минимизирует избыточный износ машин и оборудования, повышая их долговечность и способствуя снижению эксплуатационных расходов, что повышает операционную эффективность. Это обеспечивает значительное конкурентное преимущество.

Кроме того, автоматизация позволяет повысить гибкость и оперативность работы предприятия. При изменении требований рынка автоматизированные системы могут быстро корректировать производственные графики и технологические параметры. Это позволяет выпускать множество различных продуктов небольшими партиями. Функции удаленного мониторинга и диагностики также помогают быстрее устранять неполадки, сокращая время простоя.

Основные технологии, обеспечивающие автоматизацию

Автоматизация химического завода - сложная структура. Она зависит от нескольких основных технологий, работающих вместе. Эти технологии составляют основу системы автоматизации. Они обеспечивают возможность мониторинга, рассуждения и превосходного управления производственными процессами. Знание того, как интегрировать и оценивать основные технологии, жизненно важно для создания и совершенствования систем автоматизации. К ключевым технологиям относится система DCS. В связи с этим ниже перечислены другие ключевые технологии, способствующие автоматизации химических заводов:

Тип технологии	Аббревиатура	Основная функция	Роль на химических заводах
Распределенная система управления	DCS	Распределенный контроль, централизованное управление, мониторинг процессов, обработка аварийных сигналов	Управляет крупными непрерывными или периодическими процессами, обеспечивает согласованное управление в масштабах предприятия
Программируемый логический контроллер	ПЛК	Логическое управление, управление последовательностью действий, сбор данных	Управляет отдельным оборудованием или подсистемами, часто используется для блокировки и последовательности запуска/остановки
Диспетчерское управление и сбор данных	SCADA	Удаленный мониторинг, сбор данных, хранение данных, создание отчетов	Мониторинг рассеянного оборудования и систем, общий обзор работы, поддержка удаленного управления и анализ данных
Контрольно-измерительная система безопасности	SIS	Отдельно от основной системы управления процессом, обнаруживает опасные условия и выполняет функции безопасности	Приводит процесс в безопасное состояние в аварийных ситуациях, снижает риск, соответствует стандартам функциональной безопасности
Полевая шина и промышленный Ethernet	Fieldbus/Industrial Ethernet	Соединяет полевые устройства (датчики, исполнительные механизмы) с системами управления для передачи данных и связи	Упрощение проводки, повышение эффективности и надежности передачи данных, поддержка распределенного управления
Датчики и передатчики	Датчики и трансмиттеры	Измерение параметров процесса (температура, давление, расход, уровень и т.д.), преобразование аналоговых сигналов в цифровые для передачи.	Получают данные о процессе в режиме реального времени, являются "глазами" системы автоматизации
Приводы	Приводы	Получают сигналы управления, приводят в действие конечные элементы управления (например, клапаны, двигатели) для выполнения действий	Преобразуют команды системы управления в физические действия, являются "руками и ногами" системы автоматизации

Все работает как единая система. Они объединяются с помощью программного обеспечения и сетевых фреймворков. Например, данные от датчиков передаются по промышленной шине или промышленной сети Ethernet в DCS или PLC. Контроллер обрабатывает полученную информацию, используя заданную логику и алгоритмы. Затем он настраивает оборудование в полевых условиях с помощью автоматики, включая ключевые автоматические клапаны. Операторы получают информацию о состоянии установки с возможностью внесения корректировок через систему SCADA, которая обеспечивает централизованный обзор. Вопросы безопасности установки решаются отдельно от основной системы управления технологическим процессом с помощью систем SIS, которые полностью сосредоточены на обеспечении максимально возможной безопасности.

Применение автоматизации в химических процессах

Роль автоматизации в области химического машиностроения охватывает практически весь объем производства на химическом предприятии:

• Управление процессом: Автоматика поддерживает поток, температуру и давление в реакторах, дистилляционных колоннах, теплообменниках и любом другом жизненно важном оборудовании. Автоматика непрерывно контролирует и управляет процессами.
• Пакетное управление: В тонкой химии и фармацевтике автоматизированные системы используются для добавления материалов, определения интервалов между реакциями и формирования температурных профилей. Такой жесткий контроль гарантирует повторяемость от партии к партии.
• Защитная блокировка и аварийное отключение (ESD): Нештатные ситуации обнаруживаются системами SIS. Для смягчения ухудшения ситуации автоматически выполняются перекачка, закрытие клапанов и другие предопределенные действия по обеспечению безопасности.
• Управление активами и предиктивное обслуживание: Системы автоматизации собирают данные об использовании оборудования. Оценка этой информации позволяет прогнозировать неисправности оборудования, что делает возможным плановое обслуживание. Автоматизация минимизирует время реактивного простоя.
• Управление энергией: Системы управления коммунальным хозяйством способны работать в многозадачном режиме. Помимо контроля за более важными процессами, они также могут контролировать менее важные процессы, такие как: охлаждение воды, электричество и пар. Это позволяет оптимизировать снижение эксплуатационных расходов.
• Управление сигнализацией: Операторы предупреждаются о нештатных ситуациях с помощью систем автоматизации. Сигналы тревоги фильтруются через интеллектуальные системы, которые помогают операторам быстро реагировать на критические проблемы. Автоматизация помогает эффективно управлять производственными графиками и безопасно обращаться с опасными материалами в нужное время.

Важнейшая роль клапанов в автоматизированных системах

Клапаны являются важнейшими компонентами управления потоком жидкости в любой системе автоматизации химического производства. Они служат решающим элементом для потоков жидкости и, следовательно, влияют на точность и безопасность всего процесса. Даже простые действия по включению/выключению требуют точной механики клапана.

Автоматические клапаны оснащены приводами, будь то пневматическими, электрическими или гидравлическими. Система управления управляет ими для изменения направления, скорости или давления жидкости. Регулирующие клапаны имеют большое значение, так как они могут изменять скорость жидкости в соответствии с изменением посылаемых на них управляющих сигналов. Они необходимы для управления в замкнутом контуре. Предохранительные или сбросные клапаны важны с точки зрения безопасности, поскольку они действуют как первая линия защиты, сбрасывая избыточное давление при превышении установленных автоматических порогов, защищая оборудование и трубопроводы.

Клапаны жизненно важны в любой системе автоматизации. Какой бы совершенной ни была система управления, слишком небрежные, медленные или неточные клапаны приведут к потере контроля. Иногда такие системы представляют собой еще и угрозу безопасности. Таким образом, для бесперебойной работы системы автоматизации химического предприятия необходимы точные автоматические клапаны, учитывающие параметры среды, температуру, давление и технологические требования.

Преодоление трудностей при внедрении автоматизации

Реализация проектов автоматизации химических предприятий не всегда проста и сопряжена с множеством трудностей:

Техническая интеграция и совместимость

Интеграция оборудования и систем автоматизации от разных поставщиков представляет собой сложную задачу из-за различий в интерфейсах связи. Обмен информацией между компонентами системы требует квалифицированной системной интеграции.

Риски сетевой безопасности

Чем ближе системы автоматизации к сетям компании, тем выше угрозы кибербезопасности. Вирусы, вредоносное ПО и кибератаки на системы управления требуют надежной защиты и планов действий на случай непредвиденных обстоятельств.

Обучение и повышение квалификации персонала

Интеграция автоматизации меняет рабочие процессы операторов и обслуживающего персонала. Теперь персоналу необходимо пройти полное обучение, чтобы управлять, контролировать и поддерживать системы. Также необходимо организовать междисциплинарное обучение.

Контроль затрат и возврат инвестиций

Проекты автоматизации обычно предполагают большие финансовые вложения. Обеспечение производительности и надежности системы при одновременном контроле затрат и точной оценке окупаемости инвестиций оказывает большое влияние на лиц, принимающих решения.

Управление техническим обслуживанием и запасными частями

Как и любые другие системы, системы автоматизации требуют эффективного управления с точки зрения навыков и инструментов. Реализация стратегий технического обслуживания и сохранение запасов критически важных запасных частей упрощают поиск и замену деталей в нефункционирующих системах в установленные сроки. В свою очередь, это способствует непрерывной и стабильной работе и снижению или даже устранению сбоев в работе систем автоматизации.

Будущие тенденции в автоматизации химических заводов

Автоматизация химических заводов имеет тенденцию становиться более умной, более связанной и более независимой:

• Промышленный интернет вещей (IIoT) и аналитика больших данных: Все больше датчиков и интеллектуальных устройств будут использоваться для сбора больших объемов производственных данных. Аналитика больших данных позволит извлечь из этих данных ценные сведения. Они будут использоваться для оптимизации процессов, прогнозирования сбоев и принятия решений.
• Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение: Использование алгоритмов позволит улучшить оптимизацию управления, прогнозирование производительности оборудования, обнаружение аномалий и событий, интеллектуальное управление аварийными сигналами и общую производительность системы. Это позволит улучшить обучаемость и адаптацию систем.
• Цифровой близнец: Создание виртуальной модели завода. Такая модель может имитировать работу предприятия, используя данные в режиме реального времени, что позволяет оптимизировать процессы, а также помогает в обучении операторов и оценке рисков, следовательно, прогнозировании и оптимизации. Цифровая трансформация стимулирует внедрение этих технологий.
• Облачные вычисления и граничные вычисления: Облачные вычисления обеспечивают надежную обработку и хранение данных, а пограничные вычисления приближают обработку и управление устройствами к цеху. Это увеличивает время отклика и повышает безопасность данных.
• Дополненная реальность (AR) / Виртуальная реальность (VR): Технология AR/VR будет использоваться для обслуживания месторождений, руководства операциями и обучения персонала, что повысит эффективность и безопасность.

Выбор правильных решений для автоматизации

Выбор правильных решений по автоматизации имеет решающее значение для химического предприятия. Очень важно иметь надежного партнера, который действительно обеспечивает ценность. За последнее десятилетие компания VINCER сфокусировалась на автоматизированной арматуре и стала одним из лидеров в этой области. VINCER предлагает высококачественные услуги, а также выгодные цены на наши комплексные услуги по автоматической арматуре.

VINCER предлагает электрические клапаны, пневматические клапаны, шаровые краны, поворотные затворы, электромагнитные клапаны и другие автоматизированные клапаны замечательного качества. Обладая обширными знаниями в различных отраслях промышленности, VINCER предлагает специализированные и профессиональные конфигурируемые клапаны. VINCER изучает требования заказчика по восьми параметрам: анализ среды, анализ температуры, анализ давления среды, определение стандарта соединения, метод управления (ручной/электрический/пневматический), требования к материалу, время открытия/закрытия среды, а также место установки и пространство. Такой подход гарантирует точное соответствие требованиям заказчика. Продукция VINCER соответствует международным сертификатам, таким как CE, RoHS, SIL и FDA, и сертифицирована по стандарту ISO9001, что гарантирует надежное производство и контроль качества на крупном заводе VINCER с современным оборудованием. VINCER обеспечивает быстрое реагирование и профессиональное обслуживание, с быстрыми котировками и эффективными сроками поставки. Предоставляется профессиональная послепродажная поддержка.

Выбирая VINCER в качестве партнера, вы получаете профессиональные индивидуальные решения, быстрое реагирование и надежную точность в отношении вашей автоматизированной арматуры. Это делает ваш химический завод более производительным, безопасным и повышает рентабельность.

Заключение

Для повышения рентабельности бизнеса необходимо автоматизировать химические предприятия. Конкурентоспособность выходит за рамки производства и затрат; она включает в себя безопасность, устойчивость и будущее завода. Контроль над базовыми технологиями автоматизации сделает будущее химических заводов более безопасным и эффективным. Преодоление трудностей внедрения, использование основ автоматизации и выбор правильных партнеров - все это позволяет создавать интеллектуальные заводы. Достижения в области технологий автоматизации укрепят руки автоматизации на химических производствах и тем самым будут способствовать развитию этого сегмента промышленности.