Системы компьютерного графического моделирования и инженерного расчета в сфере нефте- и газопереработки

Использование компьютерных программ, анализирующих изменения состава и состояния потоков технологических процессах, дают возможность перейти от технологических схем процессов НПЗ с оригинальными изображениями элементов, соединенных линиями, к информационным схемам технологических потоков, с обозначением символами аппаратов и мест их расположения.

На данный момент большинству инженеров предлагается множество средств моделирования технологических процессов нефтегазовых предприятий. В большинстве своем данные средства разработаны иностранными корпорациями США и Канады, но существуют и российские проекты, такие как GIBBS, КОМФОРТ и другие.

На лидирующих местах среди программных пакетов моделирования в нефтеперерабатывающей отрасли находятся продукты иностранных корпораций – Invensys Process Systems, Aspen Technologies и ChemStations.

Hysim и Hysys. Особенности данных продуктов канадской компании Hyprotech Ltd. Hysim заключается в статическом моделировании множества процессов газопереработки, нефтепереработки и нефтехимии. Важная утилита – работа с уравнением состояния Пенга-Робинсона.

Данный пакет имеет широкий набор модификаций уравнения состояния Пенга-Робинсона, позволяющий работать с несимметричными коэффициентами бинарного взаимодействия и различными аспектами смещения, вариации для работы с водой, гликолями и аминами. Программа владеет специфическим методом расчета ректификационных колонн, здесь отсутствуют ограничения в вопросе набора заданных спецификаций и степени сложности колонны. Метод ввода данных имеет табличный вид, именно по ним строится графический образ схемы в формате AUTOCAD. Также существует специализированный пакет Hyprop, дающий возможность наиболее результативно анализировать экспериментальные данные по свойствам набора компонентов и затем применять полученные данные в инженерных расчетах.

Aspen Hysys являет собой программный комплекс, позволяющий для моделировать в стационарном режиме, проектировать химико-технологических процессы, вести контроль производительности оборудования, оптимизировать и прогнозировать выгодную работу в области добычи и переработки нефтепродуктов. Кроме того, программа позволяет в выполнять динамическое моделирование единичных процессов либо все технологической системы, создавать и регулировать схемы функционирования процессов (рисунок 1.4). В данном пакете предусмотрены возможности расчет конструктивных характеристик такого оборудования, как емкости, тарельчатые и насадочные ректификационные колонны, теплообменники и прочие, при этом оценивая стоимость данного оборудования.

Рисунок 1.4 – Модель в Aspen Hysys

Также, для моделирования процессов в стационарном часто применяется программный комплекс Aspen Plus, разработанный для Unix-платформ. Данная программа является высокопроизводительным приложением для функционирующих станций.

Работа Aspen Plus основана на химическом и фазовом превращении, сочетает в себе расширенный комплекс алгоритмов, который постоянно растет, благодаря тому, что Aspen Plus пользуется открытыми стандартами. Программа дополнена развитым графическим интерфейсом (рисунок 1.5). Также как и в Aspen Hysys в данном комплексе возможен расчет основных конструктивных характеристик и оценки стоимости оборудования.

На данный момент разработан пакет AspenONE V7, включающий в себя оба этих программных продукта. Он используется оптимизации производства, а также проектирования и моделирования технологических процессов

CHEMCAD. Моделирующий комплекс CHEMCAD (рисунок 1.6) – продукт фирмы ChemSta-tions, Inc. Комплекс основан на статическом моделировании основных процессов НПЗ, в основе которого лежат химические и фазовые превращения, кроме того, он включает расчет геометрических параметров и конструктивных характеристик основных узлов системы и оценки их стоимости.

DESIGN II. Продукт корпорации WinSim Inc., включающий в себя все методы моделирования процессов нефтепереработки. В программе содержатся инструменты синтеза наборов по определенным параметрам, набор из 880 компонентов и более 50 методов термодинамических расчетов Pro II и ProVision. Часто используемые в нефтеперерабатывающей отрасли программные пакеты, созданные компанией Simulation Sciences, Inc.

В частности, Pro II / ProVision включают возможности моделирования практически всех нефтеперерабатывающих процессов, при этом также имеются средства для работы с электролитами. Можно рассчитать гидравлические характеристики сепараторов, ректификационных колонн и реакторов.

Помимо этого у компании существует разработка Pipephase, которое является приложением по моделированию гидравлики месторождений, методов сбора и транспортировки нефтепродуктов, и оно включено в пакет для оптимизации нефтедобычи UOS.

Рисунок 1.5 – Модель процесса в Aspen Plus

Рисунок 1.6 – CHEMCAD (модуль СС-DYNAMICS)

Connoisseur. Программный комплекс, основанный на прогнозе эффективности разрабатываемых моделей для оптимизации функционирования технологического процесса, позволяет улучшить экономическую сторону производства за счет улучшения качества продукта, увеличения производительности и снижения затрат на электроэнергию. Данный пакет сочетает в себе управление несколькими технологическими переменными и переводит их к оптимальным значениям путем распределенной системы управления технологическим процессом. Работа программы Connoisseur непосредственно подключена к изучаемому объекту и получает информацию от специализированных датчиков для достижения поставленных целей, а именно – моделирования причинно следственных связей технологического процесса. Данное действие представляет собой достаточно сильный аналитический инструментарий, дающий возможность специалистам изучить работу установки и выявить законы изменения параметров системы.

Основные преимущества комплекса:

- компьютерное моделирование технологической системы – определяет причинно-следственные связи, дает графическое представление процесса, предупреждая возникновение проблем в работе;

- разработка контроллера – автоматическая разработка метода многопараметрического контроля;

- приспосабливающееся управление в режиме реального времени – дает возможность системе управления приспосабливаться к превосходящим условиям технологического процесса в онлайн режиме;

Моделирование в режиме реального времени и возможности оптимизации с учетом различных решающих факторов дают возможность получения самой точной и нужной информации, необходимой для улучшения процесса управления технологическим процессом в условиях постоянного давления со стороны рыночных отношений стоимостью продуктов, затратами на электроэнергию и оптимизацией работы оборудования.

Пакет включает в себя модули, такие как модуль мониторинга производительности; модуль моделирования деятельности нефтеперерабатывающего предприятия (рисунок 1.7); модуль материального баланса; модуль оптимизации систем инженерного обеспечения; модуль оптимизации технологических процессов (рисунок 1.8).

Рисунок 1.7 – Модуль моделирования деятельности нефтеперерабатывающего предприятия

Рисунок 1.8 – Модуль оптимизации технологических процессов

КОМФОРТ. Данная моделирующая система является средством проектного расчета и проверки материально-теплового баланса технологических процессов НПЗ. КОМФОРТ включает в себя программу управления и модулей расчета оборудования. Управляющая программа имеет набор специализированных модулей и создает предметно-ориентированную моделирующую программу, дающую возможность производить расчеты для определенного ряда химико-технологических систем. Пакет сочетает в себе методы расчета множества процессов фракционирования для нефтепереработки. Разработчиком комплекса является ВНИИГАЗ, ныне ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

GIBBS. Программный пакет разработан в 1992 году, моделирует процессы промысловой подготовки, переработки и транспортировки попутного и природного газа, конденсата и нефти. Разработчиком комплекса является «Топэнергобизнес».

DYNSIM. Программный пакет, позволяющий оптимизировать инжиниринговые процессы, такие как проектирование, обучение операторов, динамическое моделирование, операционный анализ, улучшение качества технологического процесса и сопровождение вопроса принятия административных решений, основываясь на применении функционирующих в рамках предприятия технологий.

DYNSIM делает возможным наиболее подробное моделирование технологических систем следующих промышленных установок, как этиленовые установки и нефтеперерабатывающие системы; нефтеперерабатывающие установки; установки для разделения нефти и газа, газогенераторные установки, установки для регазификации и сжижения газа.

Применение данного пакета дает следующие результаты: ввод в эксплуатацию компрессоров; прогноз разгерметизации; динамическое моделирование; снижение нагрузок ректификационной колонны; разработка методов подачи пара в соответствующих технологических процессах; анализ факельной системы и т.д.