Как работает предиктивная система мониторинга эмиссий

Естественно, на разных заводах разное оборудование, поэтому и приборы для сбора информации на них установлены в тех узлах и точках, которые лучше всего подходят для нужд местных инженеров и специалистов. Поступающие данные позволяют им видеть всю картину производства, в том числе и выбросов. Но для масштабного поддержания экологии нашей страны установку таких датчиков необходимо регламентировать – и тут проявляются ограничения.

По требованиям законодательства для постоянного мониторинга на производствах должны быть вмонтированы автоматические системы контроля выбросов, состоящие примерно из дюжины регламентированных датчиков. Их задача – собирать данные с оборудования и передавать напрямую в надзорные органы. Но производства слишком разные.

Где-то сложно, а где-то вообще невозможно установить такие инструментальные системы да еще и с площадками для обслуживания. Более того, в агрессивной среде такие датчики будут слишком быстро выходить из строя. Как рассказывает Алла Малевицкая, начальник управления развития автоматизации энергетики, промышленной безопасности, экологии и транспортной логистики, на одном из заводов «Норникеля» в качестве теста установили такую систему, но даже не успели ввести в эксплуатацию – уже через месяц она засорилась: «Эти датчики и средства измерения придется очень часто менять. По сути, работать система не будет, потому что постоянно находится на техобслуживании».

Но приборы ведь есть, просто стоят в других узлах! И с этих приборов идет полный объем данных. Нужно лишь построить альтернативную систему измерения промышленных эмиссий, которая будет в режиме онлайн анализировать информацию с датчиков и вести мониторинг прогнозируемых выбросов. В этом и состоит идея проекта «Норникеля».

Начнем с данных. Их система будет собирать из нескольких источников. Во-первых, из лабораторной базы данных о сырье – его качестве, химическом составе и других характеристиках. Во-вторых, с оборудования – это информация о температуре, давлении, расходе и других параметрах текущих производственных процессов. В-третьих, из прогноза погодных условий – о направлении и силе ветра, влажности, температуре, давлении и пр.

Проверка на валидаторе данных позволит сразу увидеть отклонения от ожидаемых значений и оперативно найти проблему: сбой программы или поломку датчика.

Следующий этап – запуск цифрового двойника технологического процесса, в котором с помощью математических, физических и химических уравнений, а также с подключением нейронных моделей описывается вся работа конкретной производственной цепочки. Прозрачность работы алгоритма обеспечивает команда из математиков, физиков, технологов и химиков.

Прежде чем запускать такого двойника в эксплуатацию, его откалибруют и протестируют, сверят результаты расчетов с пробами выбросов, которые лаборатория продолжает постоянно собирать и анализировать.

На выходе система будет выдавать информацию об объеме и концентрации газов в выбросах (оксидов серы, азота и углерода), то есть об их количестве и качестве. Главное, она сможет моментально реагировать на изменения сырья или процессов и корректировать свои результаты – а химики не могут собирать пробы каждую секунду. По словам Аллы Малевицкой, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ) уже подтвердил допустимость такого подхода.

Помимо онлайн-мониторинга, система PEMS позволит прогнозировать выбросы при различных параметрах сырья и производственных процессов да еще и с учетом погоды. Кстати, в этом состоит важный побочный результат ее внедрения – возможность подстраивать работу под неблагоприятные погодные условия, при которых выбросы идут на жилые районы.

«Когда приходит оповещение о неблагоприятных погодных условиях, технологи чаще всего тушат печь. Конечно, она не сразу тухнет и продолжает производить выбросы. У нас нет возможности сразу прекратить негативное воздействие. А когда оповещение снимают, печь приходится долго раскачивать до производственных значений», – рассказывает Алла Малевицкая.

В плане погодных условий Норильск довольно необычен. Рельеф создает разные ветровые нагрузки в разных слоях атмосферы: и сила, и направление ветра могут меняться от слоя к слою.

«Мы хотим делать более точный, чем у Росгидромета, прогноз на меньшем масштабе с учетом этих особенностей и на его основе заранее регулировать технологический режим и тем самым снижать выбросы на жилые районы», – объясняет Алла Малевицкая.

Тестовая система прошла проверку на целесообразность, сейчас идет работа над полноценным прототипом.