Деятельность специалистов нефте- и газодобывающей, а также перерабатывающей промышленности направлена на усовершенствование технологического процесса и получение достоверных предсказаний параметров. Перед инженерами стоит задача нахождения оптимального способа осуществления технологического процесса в сжатые сроки и с минимальной вероятностью допущения ошибок. Кроме того, решения, принимаемые технологами, должны соответствовать поставленным бизнес - целям и в тоже время обеспечивать эффективность, безопасность и рентабельность работы предприятия.
Моделирование технологических процессов позволяет связать бизнес - цели с проектированием и эффективно управлять производством. К наиболее важным преимуществам моделирования технологических процессов относятся:
· Организация расчётных исследований и причинно-следственного анализа для выбора оптимального варианта технологического процесса, соответствующего поставленным бизнес – целям.
· Нахождение оптимальных режимов работы оборудования для получения желаемой производительности установок и желаемого качества продуктов.
· Оценка влияния изменения характеристик сырья, сбоев в работе и остановки оборудования на безопасность, надёжность и рентабельность установки.
· Наблюдение за состоянием оборудования
· Оценка таких дефектов оборудования, как загрязнение теплообменников и захлёбывание тарелок ректификационных колонн путём моделирования и мониторинга оборудования реальной установки.
К наиболее популярным и используемым программам данного типа можно отнести Hysys, Pro-II, ProVision, ChemCad, AspenPlus, STX, ACX, HTFS (TASC, ACOL, FIHR, PIPE), Hextran, PipeSys и др. Рассмотрим некоторые из них.
Aspen HYSYS
Aspen HYSYS представляет собой программный пакет, предназначенный для моделирования в стационарном режиме, проектирования химико-технологических производств, контроля производительности оборудования, оптимизации и бизнес-планирования в области добычи и переработки углеводородов и нефтехимии.
Программный пакет HYSYS построен на основе надёжных и проверенных методов расчёта технологических процессов. Уже более 25 лет HYSYS применяется для моделирования процессов добычи нефти и газа, нефте- и газопереработки. Программа с одинаковым успехом работает в проектных и инжиниринговых фирмах, в ПКО заводов, в научно-исследовательских институтах и на заводских установках. На сегодняшний день инженеры и технологи используют HYSYS как средство построения стационарных моделей при проектировании технологических процессов, для мониторинга состояния оборудования и выявления неисправностей, для оптимизации технологических режимов, бизнес-планирования и управления активами.
HYSYS объединяет в себе удобный интерфейс и мощные средства для инженерных расчётов, что позволяет инженерам использовать программный пакет с максимальной эффективностью и с помощью него получать дополнительные знания о технологических процессах. Ключевыми особенностями HYSYS являются:
· Удобный графический интерфейс (PFD – Process Flowsheet Diagram). В окне программы в удобном для пользователя виде изображается схема технологического процесса. В программу включены возможности копирования, вырезания, вставки объектов, а также соединения объектов с помощью мыши. При построении больших схем несколько объектов можно объединить в отдельную подсхему.
· Точные термодинамические модели. Использование термодинамических моделей HYSYS позволяет рассчитать физические свойства, транспортные свойства, фазовое равновесие с гарантированно высокой точностью. Программа содержит обширную базу данных с возможностью добавления пользовательских компонентов.
· Открытая архитектура. HYSYS позволяет создавать пользовательские термодинамические и кинетические модели, а также модели единиц оборудования с помощью встроенного языка программирования (аналога Visual Basic). Вы можете подключать и использовать совместно с программой HYSYS Ваши собственные программы (созданные в среде Visual Basic, C++, Excel), расширяя её стандартные возможности и создавая интегрированные системы технологических расчетов.
· Обширная библиотека модульных операций. HYSYS включает в себя статические и динамические модели ректификационных колонн, реакторов, теплообменников, циклонов и фильтров и, кроме того, Вы можете использовать в HYSYS логические операции. Применение этих моделей даёт очень реалистичные результаты и позволяет выявлять такие ситуации, как опустошение или переполнение резервуара, обратное течения потока.
· Детальный проектный и поверочный расчёт теплообменников. При поверочном расчёте пользователь может импортировать в HYSYS подробную модель теплообменника из таких специализированных программ, как TASC+ (программа для детального конструкционного расчёта кожухотрубчатых теплообменников), ACOL+ (детальный расчёт воздушных холодильников), MUSE (расчёт пластинчато-ребристых теплообменников). Это позволяет провести в среде HYSYS более точный расчёт теплообменного оборудования.
· Экономическая оценка проекта. Модели, построенные в HYSYS, могут быть экспортированы в программу Aspen Icarus Process Evaluator или Aspen Icarus Project Manager с целью экономической оценки проекта. Aspen Icarus™ предназначен для оценки стоимости основного и дополнительного оборудования отдельных элементов схемы и всей установки в целом.
· Передача данных в конструкторскую программу. Модели могут быть экспортированы из HYSYS в Aspen Zyqad для дальнейшего использования в конструкторских программах (например, в AutoCAD). Применение Aspen Zyqad позволяет повысить качество и эффективность инженерных расчётов и сократить время на реализацию проекта.
HYSYS содержит множество встроенных модулей, к основным можно отнести:
· Модуль HYSYS Data Rec позволяет согласовывать данные модели и реальной установки для контроля рабочих характеристик оборудования и on-line оптимизации.
· HYSYS OLI Interface - интерфейс к программе расчёта растворов электролитов, разработанной компанией OLI Systems Inc. Добавление данного модуля позволяет расширить базу данных по термодинамическим свойствам, включив в неё свойства более 3000 органических и неорганических электролитов.
· Модуль HYSYS Optimizer работает на основе метода последовательного квадратичного программирования (SQP). SQP метод является одним из самых современных и эффективных методов оптимизации. Он применяется как для оптимизации в стационарном режиме при проектировании (offline оптимизация), так и для оптимизации работы реальной установки (online оптимизация).
Помимо встроенных модулей, HYSYS поддерживает дополнительные модули. Дополнительные модули расширяют стандартные возможности HYSYS. Благодаря открытой архитектуре HYSYS в качестве дополнительных модулей выступают как собственные программы AspenTech, так и программы компаний-партнёров AspenTech. Дополнительные модули позволяют настроить HYSYS с учётом специфики конкретного производства. К наиболее популярным дополнительным модулям можно отнести:
· HYSYS Crude Module для расчёта потоков нефти, колонн АВТ;
· Программный пакет HYSYS Dynamics – моделирование в динамическом режиме;
· Программный пакет HYSYS OLGAS – расчёт трубопроводов;
· Программный пакет HYSYS PIPESYS – расчёт магистральных трубопроводов;
· Модуль HYSYS Upstream для расчёта процессов добычи нефти;
· Модуль HYSYS Amines для расчёта процессов аминовой очистки;
· Программный пакет Aspen RefSYS для расчёта основных установок, применяемых в нефтепереработке.
Использование программы HYSYS даёт значительный экономический эффект: повышается производительность и прибыльность установок. Экономический эффект от использования программы HYSYS достигается за счёт следующего:
· Оптимизация проектирования - возможность в сжатые сроки оценить рентабельность, безопасность и надёжность установки;
· Мониторинг состояния оборудования – уверенность в том, что оборудование работает в оптимальном режиме;
· Уменьшение затрат на реализацию проекта – возможность свести к минимуму количество ошибок и сделать проект менее трудоёмким.
Рисунок 4.1 – Aspen HYSYS
Chemstations Chemcad
Программный пакет CHEMCAD разработан фирмой ChemStations, Inc. Представляет собой эффективный инструмент для компьютерного моделирования химико-технологических процессов при разработке, модернизации и оптимизации химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.
CHEMCAD позволяет решать задачи расчетно-технологического проектирования химических производств и разработки технологического регламента для произвольного химико-технологического процесса.
CHEMCAD – это пакет программ для моделирования и расчета технологических схем с рециклическими потоками органических и неорганических веществ и непрерывных смесей (в случае нефтяных фракций), а также энергетических потоков.
CHEMCAD включает:
· базы данных по свойствам индивидуальных веществ и различные методы их прогнозирования (основной модуль CHEMCAD);
· программные модули для вычисления отсутствующих в базе данных свойств индивидуальных веществ и их смесей (а также параметров уравнений для их расчета) по минимальному объему экспериментальных данных и структурным формулам их молекул (основной модуль CHEMCAD);
· базы данных по расчетным модулям типовых процессов химической технологии, протекающих в реакторах, абсорбционных, ректификационных и экстракционных колоннах (с тарелками и насадками различных типов, а также для случая совмещенных процессов хемосорбции и хеморектификации), дистилляционных аппаратах, теплообменниках различных типов (кожухотрубных и пластинчатых, аппаратах воздушного охлаждения и теплообменниках типа «труба в трубе»), компрессорах, насосах, фильтрах, центрифугах, дробилках, кристаллизаторах, циклонах, сушилках и др.(основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль CCTERM);
· расчетные модули для определения конструкционных параметров типового оборудования химических производств – колонных аппаратов, теплообменников, резервуаров, трубопроводов, диафрагм, аппаратов высокого давления и др. (основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль CCTERM);
· программные модули для проведения расчетных исследований и оптимизации технологических схем химических производств, в том числе и периодической ректификации (основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль ССBETCH);
· программные модули для расчета параметров динамических режимов химических реакторов и колонных аппаратов абсорбции и ректификации совместно регуляторами и исполнительными устройствами (основной модуль CHEMCAD и дополнительные модули ССRIEKS и ССDCOLUMN);
· программные модули для расчета стоимости единиц оборудования химических производств (основной модуль CHEMCAD).
CHEMCAD позволяет создавать, анализировать и оптимизировать различные варианты технологического оформления производственных процессов, оценивать их эффективность и выбирать наилучший из них.
Комплекс исследований с использованием CHEMCAD, дает возможность добиться удовлетворительного совпадения результатов расчетов с данными промышленных экспериментов, что позволяет решать задачи автоматического управления процессами и повышения эффективность действующих производств, определения оптимальных режимных и конструкционных параметров процессов в отдельных аппаратах с позиции всего производства в целом.
CHEMCAD предназначен для:
· подготовки оптимальных исходных данных по единицам оборудования и трубопроводным системам для рабочего инженерно-технического проектирования при создании новых, а также реконструкции и диверсификации действующих химических и нефтехимических производств;
· исследования и оптимизации работы систем автоматического регулирования химико-технологических процессов, в том числе и в составе систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП);
· разработки динамических моделей действующих технологических процессов, так называемых «виртуальных производств» при создании тренажеров для операторов и инженеров химических производств.
Рисунок 4.2 – Chemstations Chemcad
Авторские программы
На рынке программ автоматизации технологических расчетов представлено большое множество продуктов. Однако каждая из программ использует определенную методику расчета, пользуется своими системами единиц, своей базой данных. Помимо этого, большинство программ имеют высокую стоимость. В проектных институтах, университетах, организациях по автоматизации часто используются программы, написанные собственноручно. Такой подход позволяет сэкономить на дорогостоящих многокомпонентных программах, заложить собственную проверенную методику расчета, использовать подобранную базу данных и предоставить конечную информацию в удобном формате.
Авторские программы и базы данных значительно упрощают и автоматизируют технологические расчеты, полученные данные характеризуются высокой степенью точности.
Программы для ЭВМ и базы данных (БД) относятся к объектам авторского права. Согласно закону РФ "О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных" программам для ЭВМ предоставляется правовая охрана как произведениям литературы, а базам данных — как сборникам.
В соответствии с главой 70 IV части ГК РФ право на программу ЭВМ или БД возникает у автора (соавторов) в силу создания и специальной регистрации не требует.
Однако, факт доказывания своих прав на программу ЭВМ или БД целиком лежит на разработчике. В случае возникновения споров (в том числе судебных) относительно прав на программу (БД) разработчику надо подтвердить, что программа была создана им раньше, чем у оппонентов. В связи с этим важно зафиксировать факт создания программу ЭВМ (БД) конкретным лицом. Для этого рекомендуется провести регистрацию программы ЭВМ (БД) в специальном уполномоченном органе исполнительной власти – Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатенте).
Владельцу программы (базы данных) принадлежит право осуществлять и (или) разрешать осуществление следующих действий:
· выпуск в свет программы ЭВМ или БД;
· воспроизведение программы ЭВМ или БД (полное или частичное) в любой форме, любыми способами;
· распространение Программы ЭВМ или БД;
· модификацию Программы ЭВМ или БД, в том числе перевод Программы ЭВМ или БД с одного языка на другой;
· иное использование Программы ЭВМ или БД.
Не следует забывать, что в соответствии со ст. 1296 и 1297 ГК РФ, если автор разрабатывал программу для ЭВМ (базу данных) связи с выполнением трудовых обязанностей или по заданию фирмы, где он работает, исключительное право принадлежит фирме-работодателю.
В качестве примеров баз данных или компьютерных программ, разработанных по авторской методике и зарегистрированных в Роспатенте, можно привести следующие продукты:
· Программный комплекс "Анализ технологического процесса подготовки и перекачки нефти, газа и воды в нефтедобывающей компании" - Свидетельство №2005610576.
· Программный комплекс "Оперативный контроль потоков жидкости, нефти, газа и воды в инженерных сетях нефтедобывающего предприятия" - Свидетельство №2005610579.
· Программный модуль "Расчет коэффициента сжимаемости природного газа" - Свидетельство №2008612872.
· Программный комплекс "Автоматизированное рабочее место оператора системы обнаружения утечек в трубопроводах" - Свидетельство №200961143.
· Программный комплекс "Оперативный анализ баланса потребления электроэнергии и эффективности ее использования" - Свидетельство №2006612380.
· Программный комплекс " Диагностики состояния инженерной сети нефтегазодобычи" - Свидетельство №2006612626.
· Программный модуль "Мониторинг АСУ ТП" - Свидетельство № 2008611272.
· Программный комплекс "Расчет технико-коммерческих предложений по системе измерения количества и показателей качества нефти" - Свидетельство №2007613988.
· База данных системы "ИНГА – нефтегазодобыча" - Свидетельство №2007620046.
· Комплекс программ моделирования процесса трехмерной трехфазной фильтрации «LAURA» (ОАО "ВНИИнефть").
· Программный комплекс NIPAL 3.0 (Non-Isothermal Pipeline for Abnormal Liquids) - Свидетельство №2003611947.
Рассмотрим программный комплекс NIPAL подробнее.
NIPAL
Программный комплекс NIPAL 3.0 предназначен для мониторинга, моделирования и оптимизации режимов работы нефтепроводов любых типов, а также систем нефтепроводов. Авторами программного комплекса являются Бахтизин Р.Н. (УГНТУ), Шутов А.А., Штукатуров К.Ю. (ИПТЭР).
Комплекс программ идеально подходит для моделирования стационарного, пускового, переходных режимов работы, а также остывания трубопроводов, транспортирующих высоковязкие нефти с высокой температурой застывания, имеющих сложные реологические свойства.
Возможности программного комплекса:
· Моделирование стационарного режима работы;
· Моделирование остановки (остывания) трубопровода в динамике;
· Моделирование пускового режима (после остановки) с любым наперед заданным шагом по времени. Возможно изменение любых параметров работы трубопровода по сравнению со стационарным режимом;
· Моделирование переходных режимов работы, связанных с изменением температуры подогрева, производительности, реологических характеристик нефти и других параметров.
Универсальность программного комплекса NIPAL состоит в том, что перечисленные режимы работы можно моделировать для трубопроводов, состоящих из участков, отличающихся способом укладки труб, диаметром, производительностью и другими параметрами, подробнее см. раздел Идентификация участков трубопровода.
К значительным преимуществам программного комплекса NIPAL 3.0 можно отнести мощную базу данных (в формате MS Access), позволяющую хранить информацию о различных нефтях и трубопроводах, диспетчерские данные, статистические материалы и другую информацию. Программный комплекс имеет современный и удобный пользовательский интерфейс, позволяющий работать с программой без специальной подготовки, детальную документацию на русском языке, развитые возможности по обработке результатов, связь с приложениями MS Office (Word, Excel).
Рисунок 4.3 – NIPAL 3.0
Дата: 2019-05-28, просмотров: 209.
