«Сибур» одним из первых в мире внедрил систему цифрового моделирования в нефтехимическое производство

, Текст: Владимир Бахур

«Сибур» внедрил уникальную для России технологию цифрового моделирования работы реактора полиэтилена высокого давления. Многомиллионные затраты на разработку и внедрение окупились менее чем за год, и теперь технология готова для адаптации на других предприятиях холдинга.

«Цифровой тюнинг» реактора без его остановки

Как рассказали CNews в «Сибуре», на «Томскнефтехиме» – дочернем предприятии холдинга со специализацией на производстве полимеров, впервые в России внедрен пилотный проект высокоточного моделирования физико-химических процессов на нефтегазохимическом производстве.

Уникальность внедрения заключается в том, что цифровое моделирование процесса работы реактора полиэтилена высокого давления редко выходит за рамки изысканий академической науки. Компания стала одной из первых в мире, кому удалось повести практическое внедрение технологии силами собственного R&D подразделения.

Оптимизация техпроцесса с помощью цифрового моделирования позволила сократить удельный расход дорогостоящих добавок на 12% без потери качества продукции, при этом эффект экономии от внедрения технологии в масштабах предприятия оценивается примерно в 50-60 млн руб. ежегодно. Поскольку суммарные затраты на разработку и внедрение составили 15 млн руб., проект сразу стал «очень выгодной инвестицией», а с точки зрения рентабельности окупил себя менее чем за год.

«Успешное начало моделирования «реакционных» процессов – свидетельство выхода «Сибура» на принципиально новый уровень научно-технологической экспертизы, – сказала Дарья Борисова, член правления – управляющий директор и куратор R&D-блока «Сибура». – Это позволяет нам на равных конкурировать с лидерами отрасли в мировом масштабе. Кроме того, это яркий пример восстановления научно-производственной базы российской промышленности и «интеллектуального импортозамещения»».

Осторожно! Высокое давление!

Процесс полимеризации этилена происходит при очень высоком давлении порядка 2400 атмосфер, что в два с лишним раза выше, чем на дне Марианской впадины, поясняют в «Сибуре». Любые эксперименты даже с минимальным изменением техпроцесса на непрерывном нефтегазохимическом производстве чреваты непредсказуемыми результатами, включая выход некачественной продукции и упущенную выручку.

sibur3.jpg

Внешний вид реакторного блока ПЭВД ТНХ

«Сибур» развивает технологическое моделирование уже более пяти лет, центром разработок стал специализированный научный центр компании НИОСТ в Томске. Там же проходят дополнительное обучение технологи предприятий компании. С 2019 г. на каждом предприятии компании есть свой специалист по моделированию.

Цифровая модель газохимического реактора, разработанная силами специалистов НИОСТ, обеспечивает возможность проведения экспериментов в поисках оптимального режима работы установки без остановки коммерческого цикла производства. Кроме того, реализация проекта также подтвердила, что такой подход в принципе возможен применительно к нефтегазохимическому производству.

sibur1.jpg

Реактор полиэтилена высокого давления «Томскнефтехима»

Умение моделировать технологический процесс, просчитывать гипотезы на цифровом двойнике становится обязательным навыком для современного инженера-технолога, пояснили в компании. Ранее процессами моделирования занимались иностранные партнеры, специализирующиеся на цифровых моделях производств.

Параллельно похожие проекты развивают ключевые игроки мирового уровня, такие как BP, Borealis. Решения для DOW и Qenos разрабатывает американская AspenTech, которая сообщила о первых результатах в 2020 г.

Как пояснили CNews в «Сибуре», на сегодняшний день с помощью цифровой модели в рамках внедрения «Томскнефтехиме» протестировано в общей сложности 139 сочетаний различных параметров работы оборудования, расхода сырья и инициаторов реакции.

«Другое направление оптимизации – подбор параметров процесса для увеличения производительности, – сказал Владимир Бушков, исполнительный директор НИОСТ. – Проведение такого количества физических экспериментов заняло бы около 10 лет и, в теории, с учетом возможных потерь, они обошлись бы компании в сумму около 1 млрд рублей. Обсчет «в цифре», с учетом разработки самой модели, занял около полутора лет и стоил около 15 млн рублей».

Как рассказали CNews в «Сибуре», в основе технологической цифровой модели заложено комплексное математическое описание основных параметров и характеристик процесса производства полиэтилена высокого давления.

Базисом для этой модели служит система строгих дифференциальных уравнений. Это так называемый класс моделей First Principle, применяемый для деконструкции сложных проблем и раскрытия нестандартных возможностей. В качестве программной части проекта используется мощный инструментарий PolySim, разработанный компанией CERTH.

Точность расчета переменных математической модели соответствует инструментальной погрешности измерения соответствующих величин на реальной установке. По сути, это является гарантией практического внедрения данной модели на всех возможных диапазонах изменения рабочих параметров процесса.

Перспективы масштабирования технологии

На вопрос о том, для каких следующих производств холдинга планируется внедрение подобных технологий моделирования, в «Сибуре» пояснили, что цифровые модели уникальны для каждой установки. Тем не менее, опыт внедрения на «Томскнефтехиме» позволяет планировать и разрабатывать цифровые модели для других производств, в том числе крупнотоннажных – например, производства «ЗапСибнефтехима», при этом цифровые модели могут быть применены и для оптимизации техпроцессов, и для подбора режимов выпуска новых марок полиэтилена.

В холдинге также пояснили CNews, что «Сибур» регулярно инвестирует в модернизацию, но в то же время внедрение новых разработок, в частности, технологического моделирования, позволяет компании выходить на новый уровень эффективности производства и повышать конкурентоспособность за счет оптимизации технологического процесса путем его моделирования, без замены оборудования.

«Заводы «Сибура» – разного возраста, некоторые производства были запущены еще в прошлом веке, томский реактор, например, в 1993 году, – отметил Сергей Тутов, глава отделения «Исследования и разработки». – Цифровые модели позволяют приблизиться к мировым бенчмаркам в области нефтехимии без глубокой реконструкции».


СЛЕДУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ РАЗДЕЛА "Downstream"