정유 공정의 이상 탐지 도구인 식물 건강 지수

Aug 29, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14477(2022) 이 기사 인용

3268 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

중요한 비정상적인 변화를 조기에 감지하는 것은 위험하고 인화성 재고를 처리하고 고온 및 고압에서 작동하는 정교한 단위 작업으로 구성된 정유 공정에 매우 바람직합니다. 중대한 사고와 손실을 방지하고 장애가 발생하기 전에 개입하려면 면밀한 모니터링과 이상 징후 감지가 필수적입니다. 이 연구에서는 식물 건강 지수(PHI)라는 새로운 빅 데이터 분석 도구를 제안합니다. PHI는 온라인 정상 플랜트 운영을 사용하여 모델을 훈련한 다음 통계 분석을 사용하여 이상을 감지하는 통계적 이상 감지 소프트웨어입니다. 이상 현상을 탐지하기 위해 잔차의 다변량 분석과 프로세스의 비모수적 모델을 결합한 방법이 사용됩니다. 이 방법론은 시스템의 작동 변경 감지와 함께 문제 감지를 용이하게 하기 위해 플랜트 변수의 구조화된 표현을 제공합니다. PHI 시스템은 촉매 반응기와 분리기로 구성된 정유소의 수소처리 장치에서 테스트되었습니다. 현재 구현에서는 170개의 프로세스 변수에 태그를 지정했으며 공장의 정상적인 작동 조건을 포착하는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. PHI는 온라인에 게시되었을 때 제어 시스템을 사용하여 감지하기 어려운 이상 현상을 경보 시스템에 의해 감지되기 ​​전에 감지할 수 있었습니다.

정유 공장은 가장 복잡한 동적 구조 중 하나로 경쟁력 있는 비용으로 고품질 제품을 지속적으로 생산하기 위해 원활하고 효과적이며 안전한 운영이 필요합니다. 공장의 오작동과 변칙적 행동을 조기에 식별할 수 있는 매우 정교한 감시 시스템이 필요합니다. 기계 학습 알고리즘은 온라인 및 기록 데이터를 기반으로 이상 현상을 발견하는 데 효과적으로 사용될 수 있으며, 이는 시스템 상태 모니터링으로 이어질 수 있습니다. 실제 데이터 세트를 연구할 때 어떤 예가 다른 예와 다른지 아는 것이 일반적인 요구 사항입니다. 이상 징후는 이러한 유형의 이벤트이며, 이상치 탐지 또는 이상 탐지의 목적은 온라인 운영 데이터1를 사용하여 이를 모두 찾는 것입니다.

석유 부문은 운영 안전과 보안을 핵심 목표로 삼아 규제가 엄격한 산업으로 발전했습니다. 현대 정유소에 설치된 거의 모든 장비에는 작동 프로필을 관리하고 원치 않는 이벤트를 피하며 치명적인 오류를 방지하기 위해 활동을 모니터링하는 센서와 작동하는 원격 제어 액추에이터가 있습니다. 석유 및 가스 플랜트의 물리적 무결성은 비정상적인 상황에 반응하는 다층 제어 및 경보 시스템을 통해 엄격하게 보호됩니다. 데이터의 이상 현상은 다양한 응용 분야에서 실행 가능한 중요한 정보로 이어질 수 있으므로 이상 징후 감지가 중요합니다1. 이러한 고유한 정보와 관련된 상황을 적절하게 대응, 예방 또는 해결하기 위해 환경에서 실행하는 능력은 의사 결정자가 이를 정확하게 식별할 수 있는 능력을 제공합니다2.

정유소와 같은 공정 산업에서 또 다른 중요한 고려 사항은 높은 속도(시간당 톤), 고온(섭씨 수백도) 및 전력(메가와트)3으로 흐르는 대량의 위험하고 인화성 물질을 처리하는 것입니다. . 매초마다 수천 명의 인력과 수백만 달러의 손실이 발생합니다. 하나의 작은 결함이나 오류가 전체 공장과 직원에게 심각한 피해를 줄 수 있을 뿐만 아니라 소득 손실을 초래할 수 있기 때문입니다. 결과적으로 산업 플랜트 관리의 가장 큰 관심사는 지속적인 안전, 프로세스 효율성, 장기적인 내구성 및 예정된(예기되지 않은) 가동 중지 시간을 보장하는 것입니다. 분산 제어 시스템(DCS)과 감독 제어 및 데이터 수집(SCADA) 시스템은 펌프, 압축기, 분리기, 보일러, 열 교환기 및 촉매 반응기와 같은 장비 및 장치 작동을 지속적으로 모니터링하고 제어하는 ​​데 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 측정되어 신호로 전달되는 변수로는 온도, 유량, 레벨, 압력, 진동 등이 있습니다. 프로세스 플랜트 전반에 걸쳐 사용되는 수백 또는 수천 개의 모니터링 센서를 통해 제대로 작동하는지 여부를 추적하는 것은 시간이 많이 걸리고 인건비도 많이 듭니다4.