Nowoczesne technologie w rafinerii - jak zmieniają sektor naftowy

Sektor naftowy, przez wielu uznawany za tradycyjny i konserwatywny, przechodzi obecnie rewolucję technologiczną, która zmienia oblicze rafinerii i całego łańcucha wartości. Cyfryzacja, automatyzacja i sztuczna inteligencja to tylko niektóre z technologii, które coraz śmielej wkraczają do polskich rafinerii, zwiększając ich efektywność, bezpieczeństwo i konkurencyjność. W niniejszym artykule przyglądamy się najważniejszym trendom technologicznym w sektorze rafineryjnym i analizujemy, jak polskie firmy naftowe wdrażają innowacyjne rozwiązania.

Cyfrowa rafineria - od wizji do rzeczywistości

Koncepcja "cyfrowej rafinerii" (Digital Refinery) jest obecnie jednym z wiodących trendów w sektorze naftowym. Polega ona na kompleksowej cyfryzacji wszystkich procesów rafineryjnych, od monitorowania pracy instalacji, przez sterowanie procesami technologicznymi, aż po zarządzanie łańcuchem dostaw i sprzedażą produktów.

PKN Orlen, lider polskiego rynku naftowego, realizuje ambitny program cyfryzacji swoich rafinerii w ramach inicjatywy "Rafineria 4.0". Projekt ten obejmuje wdrożenie zaawansowanych systemów monitorowania i optymalizacji procesów w czasie rzeczywistym, wykorzystanie technologii chmurowych do analizy danych oraz rozbudowę infrastruktury przemysłowego internetu rzeczy (IIoT).

"Cyfryzacja rafinerii to nie tylko kwestia usprawnienia istniejących procesów, ale fundamentalna zmiana w sposobie zarządzania produkcją. Dzięki analizie ogromnych ilości danych w czasie rzeczywistym możemy optymalizować parametry procesów tak, aby zmaksymalizować wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i emisji CO2." - dr inż. Jakub Nowak, dyrektor ds. technologii procesowych w PKN Orlen

Jednym z kluczowych elementów cyfrowej rafinerii są cyfrowe bliźniaki (Digital Twins) - wirtualne modele instalacji rafineryjnych, które odwzorowują ich rzeczywiste działanie. Dzięki nim operatorzy mogą symulować różne scenariusze pracy rafinerii, testować optymalne parametry procesów oraz przewidywać potencjalne awarie i problemy.

Grupa Lotos również inwestuje w cyfryzację swojej rafinerii w Gdańsku. W ramach projektu "Inteligentna Rafineria" spółka wdrożyła zaawansowany system zarządzania produkcją (MES - Manufacturing Execution System), który integruje dane z różnych systemów i optymalizuje cały proces produkcyjny.

Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe w optymalizacji procesów

Sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe (ML) stanowią kolejny ważny trend w modernizacji rafinerii. Technologie te pozwalają na identyfikację złożonych zależności w procesach rafineryjnych i optymalizację parametrów pracy instalacji w sposób niemożliwy do osiągnięcia tradycyjnymi metodami.

PKN Orlen wdrożył systemy oparte na AI w kilku kluczowych obszarach działalności rafineryjnej:

• Predykcyjne utrzymanie ruchu - algorytmy uczenia maszynowego analizują dane z czujników i wykrywają anomalie wskazujące na potencjalne awarie zanim one nastąpią, co pozwala zaplanować konserwację w optymalnym momencie
• Optymalizacja mieszania komponentów - systemy AI dobierają optymalne proporcje komponentów w procesie blendingu paliw, maksymalizując jakość produktu przy minimalizacji kosztów
• Zarządzanie energią - algorytmy optymalizujące zużycie energii w instalacjach rafineryjnych, prowadzące do znaczących oszczędności

Również Shell Polska stosuje zaawansowane technologie AI w swojej działalności rafineryjnej. Firma wdrożyła system Shell OPUS (Optimum Process Unit Supervisory), który wykorzystuje algorytmy uczenia maszynowego do ciągłej optymalizacji procesów rafineryjnych. System ten analizuje dane historyczne i bieżące, dostosowując parametry pracy instalacji tak, aby maksymalizować uzysk cennych frakcji przy minimalizacji zużycia energii.

BP Polska z kolei inwestuje w rozwiązania oparte na AI w obszarze kontroli jakości produktów. Firma wdrożyła systemy analizy spektroskopowej wspomaganej uczeniem maszynowym, które pozwalają na szybką i dokładną ocenę właściwości produktów naftowych, eliminując potrzebę czasochłonnych analiz laboratoryjnych.

Automatyzacja i robotyzacja procesów rafineryjnych

Postępująca automatyzacja i robotyzacja procesów to kolejny istotny trend w modernizacji rafinerii. Nowoczesne rozwiązania w tym obszarze nie tylko zwiększają efektywność operacyjną, ale również znacząco poprawiają bezpieczeństwo pracy w rafineriach.

Inspekcje i monitorowanie instalacji

Jednym z najbardziej obiecujących obszarów zastosowania robotyki w rafineriach są inspekcje i monitorowanie instalacji. PKN Orlen testuje obecnie drony wyposażone w kamery termowizyjne i sensory gazowe, które mogą wykonywać rutynowe inspekcje instalacji rafineryjnych, wykrywając potencjalne nieszczelności i anomalie termiczne.

Lotos wdrożył z kolei robotyczne systemy inspekcji zbiorników i rurociągów, które mogą przeprowadzać kontrole bez konieczności opróżniania zbiorników czy przerywania pracy instalacji. Takie rozwiązania znacząco redukują koszty i czas przestojów związanych z inspekcjami.

Autonomiczne pojazdy i roboty

Na terenie rafinerii Orlenu w Płocku testowane są autonomiczne pojazdy transportowe, które mogą przewozić materiały i próbki między różnymi częściami kompleksu rafineryjnego bez udziału człowieka. Firma planuje również wdrożenie robotów serwisowych, które mogłyby wykonywać proste prace konserwacyjne w trudno dostępnych lub niebezpiecznych obszarach rafinerii.

Shell rozwija z kolei technologie zdalnie sterowanych robotów, które mogą prowadzić prace inspekcyjne i serwisowe w strefach o podwyższonym ryzyku. Rozwiązania te były z powodzeniem testowane w rafineriach koncernu w Europie Zachodniej i stopniowo trafiają również do Polski.

Technologie zwiększające efektywność energetyczną

W obliczu rosnących kosztów energii i presji na redukcję emisji CO2, polskie rafinerie intensywnie inwestują w technologie zwiększające efektywność energetyczną procesów. Jest to obszar, w którym innowacje technologiczne przynoszą zarówno korzyści ekonomiczne, jak i środowiskowe.

PKN Orlen wdrożył zaawansowany system zarządzania energią, który optymalizuje zużycie mediów energetycznych w całym kompleksie rafineryjnym. System ten integruje dane z tysięcy punktów pomiarowych i wykorzystuje algorytmy optymalizacyjne do redukcji zużycia energii. Dzięki temu rozwiązaniu firma osiągnęła spadek energochłonności procesów o około 8% w ciągu ostatnich trzech lat.

Lotos zainwestował z kolei w technologię odzysku ciepła z procesów rafineryjnych. Zaawansowane wymienniki ciepła i integracja energetyczna procesów pozwoliły na znaczące zmniejszenie zużycia pary technologicznej i energii elektrycznej. Firma wdrożyła również system zarządzania popytem na energię (Demand Response), który dostosowuje pracę energochłonnych instalacji do warunków na rynku energii, optymalizując koszty.

BP i Shell również inwestują w rozwiązania zwiększające efektywność energetyczną swoich instalacji. Obejmują one między innymi:

• Modernizację pieców procesowych i kotłów z zastosowaniem palników niskoemisyjnych
• Wdrożenie zaawansowanych systemów monitorowania i optymalizacji zużycia energii
• Optymalizacja procedur operacyjnych w celu minimalizacji zużycia energii
• Integracją energetyczną między różnymi instalacjami

Technologie z zakresu ochrony środowiska

Rosnące wymagania środowiskowe wymuszają na rafineriach wdrażanie coraz bardziej zaawansowanych technologii ograniczających ich wpływ na środowisko. Polska branża rafineryjna aktywnie inwestuje w rozwiązania redukujące emisje do atmosfery, ścieki oraz odpady.

Redukcja emisji do atmosfery

PKN Orlen wdrożył zaawansowany system monitorowania i kontroli emisji (CEMS - Continuous Emission Monitoring System), który umożliwia śledzenie emisji zanieczyszczeń w czasie rzeczywistym i szybkie reagowanie na ewentualne przekroczenia norm. Firma inwestuje również w technologie wychwytywania i zagospodarowania CO2 (Carbon Capture and Utilization - CCU), testując rozwiązania, które w przyszłości mogą znacząco zmniejszyć ślad węglowy procesu rafinacji.

Lotos zmodernizował swoje instalacje odsiarczania spalin i redukcji emisji tlenków azotu, wdrażając technologie selektywnej redukcji katalitycznej (SCR). Firma inwestuje również w technologie ograniczające emisje lotnych związków organicznych (VOC) z procesów magazynowania i przeładunku produktów naftowych.

Gospodarka wodno-ściekowa

W obszarze gospodarki wodno-ściekowej polskie rafinerie wdrażają zaawansowane technologie oczyszczania ścieków i zamykania obiegów wodnych. PKN Orlen zainwestował w nowoczesną oczyszczalnię ścieków wykorzystującą procesy membranowe i zaawansowane utlenianie, co pozwala na odzysk wody procesowej i zmniejszenie poboru wody świeżej.

Shell Polska wdrożył technologię "zero liquid discharge" (ZLD) w niektórych obszarach swojej działalności, dążąc do eliminacji zrzutów ścieków przemysłowych. Technologia ta łączy procesy membranowe, wyparne i krystalizacyjne, umożliwiając praktycznie całkowity odzysk wody ze ścieków.

"Nowoczesne technologie w obszarze ochrony środowiska nie są już tylko kosztem dla rafinerii, ale stają się elementem przewagi konkurencyjnej. Firmy, które najskuteczniej wdrażają innowacyjne rozwiązania w tym obszarze, będą lepiej przygotowane do funkcjonowania w coraz bardziej wymagającym otoczeniu regulacyjnym." - dr Barbara Wiśniewska, ekspert ds. technologii środowiskowych w sektorze rafineryjnym

Wirtualna i rozszerzona rzeczywistość w szkoleniach i zarządzaniu wiedzą

Wirtualna rzeczywistość (VR) i rozszerzona rzeczywistość (AR) to technologie, które znajdują coraz szersze zastosowanie w polskich rafineriach, szczególnie w obszarze szkoleń pracowników i zarządzania wiedzą techniczną.

PKN Orlen wdrożył zaawansowane symulatory VR, które umożliwiają szkolenie operatorów instalacji rafineryjnych w wirtualnym środowisku. Dzięki temu pracownicy mogą ćwiczyć procedury operacyjne, w tym również procedury awaryjne, bez ryzyka i kosztów związanych z treningiem na rzeczywistych instalacjach.

BP Polska wykorzystuje technologię rozszerzonej rzeczywistości do wsparcia prac serwisowych i remontowych. Technicy wyposażeni w okulary AR otrzymują w czasie rzeczywistym informacje o urządzeniu, które serwisują, wraz z instrukcjami i schematami. System ten pozwala również na zdalną konsultację z ekspertami, którzy mogą "widzieć" to samo co technik na miejscu i udzielać wskazówek.

Lotos wdrożył z kolei system zarządzania wiedzą oparty na technologiach VR/AR, który umożliwia digitalizację i łatwy dostęp do dokumentacji technicznej instalacji. System ten jest szczególnie przydatny przy przekazywaniu wiedzy między doświadczonymi pracownikami a nowymi członkami zespołu.

Cyberbezpieczeństwo w erze cyfrowizacji rafinerii

Postępująca cyfryzacja rafinerii wiąże się z rosnącymi wyzwaniami w obszarze cyberbezpieczeństwa. Systemy sterowania procesami przemysłowymi (ICS - Industrial Control Systems) i systemy SCADA, które kiedyś były całkowicie odizolowane od sieci zewnętrznych, dziś coraz częściej są połączone z systemami IT i chmurą, co zwiększa ryzyko cyberataków.

Polskie rafinerie intensywnie inwestują w zabezpieczenia swoich systemów cyfrowych. PKN Orlen utworzył dedykowany zespół ds. cyberbezpieczeństwa przemysłowego, który monitoruje i zabezpiecza systemy sterowania procesami. Firma wdrożyła również zaawansowane systemy wykrywania i zapobiegania włamaniom (IDS/IPS) specjalnie dostosowane do środowiska przemysłowego.

Lotos, BP i Shell również zwiększają nakłady na cyberbezpieczeństwo, wdrażając m.in.:

• Segmentację sieci przemysłowych i tworzenie stref bezpieczeństwa (tzw. demilitarized zones - DMZ)
• Zaawansowane systemy uwierzytelniania i kontroli dostępu
• Regularne testy penetracyjne i audyty bezpieczeństwa
• Szkolenia pracowników z zakresu cyberbezpieczeństwa
• Współpracę z wyspecjalizowanymi firmami w zakresie monitorowania zagrożeń i reagowania na incydenty

Istotnym elementem strategii cyberbezpieczeństwa jest również współpraca między firmami z sektora naftowego oraz z instytucjami państwowymi odpowiedzialnymi za bezpieczeństwo infrastruktury krytycznej.

Perspektywy rozwoju technologicznego polskich rafinerii

Dynamiczny rozwój technologiczny polskich rafinerii będzie kontynuowany w najbliższych latach, napędzany przez kilka kluczowych czynników:

• Presja na poprawę efektywności i redukcję kosztów - w obliczu rosnącej konkurencji na globalnym rynku rafinacyjnym, polskie firmy będą dążyć do dalszej optymalizacji procesów
• Transformacja energetyczna - rafinerie będą musiały dostosować się do zmieniającego się miksu energetycznego i rosnącej roli odnawialnych źródeł energii
• Rosnące wymagania środowiskowe - coraz bardziej restrykcyjne normy emisji będą wymuszać wdrażanie nowych technologii ograniczających wpływ rafinerii na środowisko
• Zmieniające się zapotrzebowanie na produkty naftowe - stopniowe odchodzenie od tradycyjnych paliw na rzecz biopaliw i alternatywnych źródeł energii będzie wymagać adaptacji technologicznej rafinerii

Eksperci przewidują, że w perspektywie najbliższych 5-10 lat polskie rafinerie przejdą daleko idącą transformację technologiczną, z naciskiem na następujące obszary:

• Pełna cyfryzacja i automatyzacja procesów - dążenie do koncepcji "autonomicznej rafinerii" z minimalnym udziałem człowieka w rutynowych operacjach
• Integracja z odnawialnymi źródłami energii - wykorzystanie OZE do zasilania procesów rafineryjnych i redukcji śladu węglowego
• Rozwój technologii produkcji biopaliw zaawansowanych - adaptacja instalacji do przetwarzania surowców biologicznych
• Technologie wychwytywania i utylizacji CO2 - rozwój rozwiązań CCU (Carbon Capture and Utilization) i CCS (Carbon Capture and Storage)
• Produkcja wodoru jako elementu transformacji energetycznej - wykorzystanie istniejącej infrastruktury rafineryjnej do produkcji wodoru

Podsumowanie

Polskie rafinerie są w trakcie głębokiej transformacji technologicznej, która zmienia sposób ich funkcjonowania i pozycjonuje je jako nowoczesne przedsiębiorstwa w erze cyfrowej. Wdrażane innowacje obejmują szeroki zakres obszarów - od cyfryzacji i automatyzacji procesów, przez wykorzystanie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, aż po zaawansowane technologie z zakresu ochrony środowiska.

PKN Orlen, Lotos, BP Polska i Shell Polska aktywnie inwestują w nowoczesne rozwiązania, dążąc do zwiększenia efektywności operacyjnej, redukcji kosztów i minimalizacji wpływu na środowisko. Firmy te zdają sobie sprawę, że innowacyjność technologiczna jest kluczowym czynnikiem przewagi konkurencyjnej w dynamicznie zmieniającym się sektorze naftowym.

Wyzwaniem na przyszłość będzie nie tylko wdrażanie nowych technologii, ale również integracja różnych rozwiązań w spójny ekosystem cyfrowy oraz przygotowanie pracowników do funkcjonowania w coraz bardziej zaawansowanym technologicznie środowisku pracy. Firmy, które najskuteczniej sprostają tym wyzwaniom, będą w najlepszej pozycji, aby prosperować w erze transformacji energetycznej i cyfrowej rewolucji przemysłowej.