Приложение Б

(справочное)

Учебно-методический комплекс «Начало работы с Hysys»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению практического занятия №1

на тему «Начало работы с Hysys»

по дисциплине: «Графические модели технологических процессов переработки нефти и газа»

Уфа 2014

Учебное пособие предназначено для магистрантов направления подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование» для выполнения самостоятельных работ по дисциплине «Графические модели технологических процессов переработки нефти и газа»

Составитель: Абызгильдина С.Ш., профессор кафедры ТМО

Кулагина Э.А., магистрант гр. ММО31-13

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

1. Начало работы с HYSYS 3

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 12

ВВЕДЕНИЕ

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.

HYSYS включает набор следующих основных подсистем, обеспечивающих решение задачи моделирования химико-технологических процессов:

- набор термодинамических данных по чистым компонентам (база данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для описания качественного состава рабочих смесей;

- средства представления свойств природных углеводородных смесей, главным образом – нефтей и газоконденсатов, в виде, приемлемом для описания качественного состава рабочих смесей, по данным лабораторного анализа;

- различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициента фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности, растворимости газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивности паров;

- набор моделей для расчета отдельных элементов технологических схем – процессов;

-средства для формирования технологических схем из отдельных элементов;

-средства для расчета технологических схем, состоящих из большого числа элементов, определенным образом соединенных между собой.

Представленные в программе методы включают в себя:

- уравнения состояния, такие как метод Пенга-Робинсона для расчета коэффициентов фазового равновесия, энтальпий, энтропий и плотностей;

- обобщенные корреляции, такие как метод расчета коэффициентов фазового равновесия Чао-Сидера и метод расчета плотности жидкости API, методы коэффициентов активности жидкости, такие как метод NRTL(Non-Random Two-Liquid–Неслучайное двужидкостное) для расчета коэффициента фазового равновесия;

- специальные методы расчета свойств специфических систем компонентов, таких как спирты, амины, гликоли и системы кислой воды.

Наиболее часто для моделирования процессов добычи, транспортировки и переработки природного газа и нефти используется уравнение состояния Пенга-Робинсона или его расширенная модификация, реализованная в программе HYSYS.

1. Начало работы с HYSYS

В даннойи работе рассматриваются базовые методики построения моделей в HYSYS. С помощью HYSYS будут созданы три газовых потока, которые в дальнейшем будут использованы для моделирования газовой установки. Кроме того, будут изучены свойства эти потоков с помощью утилит Фазовая диаграмма и Таблица свойств.

Цель практической работы: получить навыки построения моделей технологических процессов в программном комплексе HYSYS.

Задачи:

- изучение основных операций в HYSYS

-создание материальных потоков, задание необходимых данных для расчета потоков

- добавление утилит к потокам

- настройка рабочей тетради

1.1 Диспетчер базиса расчета

В HYSYS используется понятие пакета свойств для задания всего набора данных, необходимых для расчета фазового равновесия и физико-химических свойств. Этот набор данных задается в среде базиса, отделенно от расчетной среды.

У данного подхода есть следующие преимущества:

- можно быстро и легко задавать и изменять данные в среде базиса,

- заданный пакет свойств может в дальнейшем использоваться в любых рассчетных задачах,

- список компонентов может быть сохранен на диске и затем использован при построении других моделей,

- в одной расчетной задаче можно использовать несколько пакетов свойств, но все они должны быть заданы в одной среде базиса.

На первой закладке Диспетчера базиса (Simulation Basis Manager) задается список компонентов (рис. 1)

Рис. 1 – Диспетчер базиса

Здесь можно добавит список компонентов, удалить его, копировать, сохранить либо обновить свойства чистого компонента или базы данных.

В ходе работы можно в любой момент вернуться на данный этап с помощью клавиш Ctrl+B либо нажав на значок на панели инструментов.

На закладке Пакеты флюида можно выбрать термодинамический пакет, посмотреть соответсвующий этой модели список компонентов. Также на этой закладке показано соответсвие Блок-схема-Использованный пакет свойств.

В одной задаче можно использовать несколько пакетов свойств. Для работы с несколькими пакетами свойств внутри одной схемы понадобится логическая операция Преобразователь потоков.

1.2 Задание пакета свойств

1. Начните новую расчетную задачу нажав на значок

2. В диспетчере базиса перейдите на закладку Пакеты флюида и нажмите Добавить

3. Выберите уравнение состояния Пенга-Робинсона (рис. 2)

Рис. 2 – Задание уравнения состояния.

4. Измените имя с Базис-1 на GasPlant.

5. Во вкладке Компоненты выделите список компонентов и нажмите Вид. Это позволит добавить компоненты в список компонентов, который будет связан с заданным термодинамическим пакетом.

6. Добавьте в список следующие компоненты: N₂, H₂S, CO₂, C₁, C₂, C₃, i-C₄, n-C₄, i-C₅, n-C₅, C₆, H₂O по порядку (чтобы изменить последовательность, нажмите сорт. список) (рис. 3).

Рис. 3 – Задание списка компонентов

Также здесь можно создавать гипотетические компоненты, которые используются для задания в программе компонентов, которых нет в библиотеке, а также смесей и твердых веществ.

7. Нажав кнопку Быстро создать гипотетический компонент, создайте компонент C7+ (рис. 4) и во вкладке Критические задайте нормальную точку кипения равной 110 °С.

Рис. 4 – Создание гипотетического компонента

8. Далее нажмите оценить неизвестные свойства для того, чтобы компонент был полностью определен (рис. 5).

Рис. 5 – Задание свойств гипотетического компонента

9. Закройте окно определения гипотетического компонента и добавьте его в Список компонентов с помощью кнопки Добавить гипотетический компонент.

1.3 Экспорт пакета свойств

Функция экспорта позволяет использовать один пакет свойств для нескольких задач.

1. На закладке Пакеты флюида выделите GasPlant.

2. Нажмите кнопку Экспорт.

3. Задайте имя GasPlant и нажмите Сохранить.

1.4 Построение модели

При построении модели необходимо выполнить следующие действия:

- задать набор единиц измерения

- добавить на схему поток

- добавить к потоку утилиту

1. На панели инструментов выберите Инструменты – Настройки – Переменные

2. Выберите набор единиц Si и закройте окно.

В данной вкладке можно создавать свой набор единиц измерения с необходимыми данными. Далее в операциях Вы можете вводить данные в других единицах измерения, но программа всегда будет пересчитывать введенные величины в те единицы измерения, которые выбраны в настройках расчета.

1.5 Добавление потоков

В данной задаче будет добавлено 3 материальных потока различными способами. Войдите в среду моделирования.

1. Нажмите F11 – откроется окно потока. Окно потока также можно открыть двойным нажатием на значок потока на схеме.

2. Состав потока можно задавать разными способами. В данном случае используем способ ввода Массового расхода (дважды щелкнуть по значению). Введите состав как указано на рисунке 6, выбрав базис состава – молярные доли.

3. Нажмите ОК

Рис. 6 – Задание параметров потока

4. Добавьте следующие 2 потока GasWell2 и GasWell3 задав параметры из таблицы 1.

Таблица 1 – Значение Мольного расхода потоков GasWell2 и GasWell3

5. Сохраните задачу

1.7 Расчет фазового равновесия

Программа рассчитывает фазовое равновесие в том случае, если задан состав потока и два из трех параметров – температура, давление и доля пара. Но, если Вы попытаетесь задать все три параметра – и долю пара, и давление, и температуру, то программа выдаст ошибку несоответсвия.

Помимо фазового равновесия, в программе возможен рассчет точки росы и точки кипения. Если доля пара равна единице и заданы давление или температура, то программа рассчитывает температуру и давление в точке росы. Если доля пара равна нулю и заданы давление или температура, то программа рассчитывает температуру или давление в точке кипения.

1. Активируйте решатель нажав кнопку на панели инструментов. Рассчитайте фазовое равновесие для потока GasWell2. Задайте давление 7500 кПа и температуру 10°С. Получите значение доли пара.

2. Рассчитайте точку росы для потока GasWell2. Задайте давление7500 кПа. Получите значение температуры точки росы.

3. Рассчитайте точку кипения для потока GasWell2. Задайте давление7500 кПа. Получите значение температуры точки кипения.

1.8 Добавление утилит к потоку

Утилиты представляют собой инструменты расчета дополнитеьных данных и анализа потоков или операций. Используемые утилиты являются частью схемы и автоматически пересчиываются при изменении условий в техх потоказ или модульных операциях, к которым утилиты присоединены.

Добавление утилиты из окна потока

Утилита фазовая диаграмма(только для безводных потоков, если есть вода – она не учитывается) будет присвоена к потоку GasWell2:

1. Откройте окно потока

2. Во вкладке Вложения перейдите на страницу Служебные процессы.

3. Нажмите кнопку Создать, из списка доступных утилит выберите Утилита Envelope (Фазовая диаграмма) и нажмите Добавить.

4. На закладке Подключения выведены критические параметры (рис. 7).

Рис. 7 – Критические параметры потока

5. Перейдите на закладку Производительность. Программа автоматически выводит диаграммы РТ для случаев:

- когда доля пара равна 1

- когда доля жидкости равна 1, т.е. параметр Доля отгона =1.

Для вывода диаграмм которые соответствуют другим значениям доли пара и доли жидкости, необходимо задать другую величину доли отгона (качество 1 и качество 2). Для вывода кривой гидратообразования установите флажок в поле гидратная кривая. Табличные значения могут быть сохранены в Excel с помощью клавиш Ctrl+C и Ctrl+P

Добавление утилиты из главного меню

Утилита таблица свойств позволяет проследить за изменением одного свойства в зависимости от другого. Результаты выводятся как в табличном, так и в графическом виде. В утилите вычисляется значение зависимого параметра от заданного пользователем независимого параметра.

Утилита Таблица свойств будет добавлена к потоку GasWell2:

1. Из главного меню перейдите на Инструменты – Энергоресурсы или нажмите Ctrl+U.

2. Из списка выберите Таблицу свойств и нажмите Добавить

3. Выберите поток GasWell2

4. В блоке независимые переменные в качестве первой переменной укажите Давление. В поле Режим выберите State вместо Incremental

5. В качестве второй независимой переменной укажите Температуру. В поле Режим выберите Incremental.

6. Укажите Стационарные значения – давление:2500, 5000, 7500, 9000 кПа, температура: 0°С –нижняя граница, 100°С – верхняя, количество интервалов 10 (рис. 8).

Рис. 8 – Задание таблицы свойств

7. В закладке Проект перейдите на страницу Зависимые свойства, нажмите Добавить

8. Выберите Mass Density, ОК

9. Добавьте также Thermal conductivity, ОК

10. Нажмите Вычислить. Результаты можно посмотреть во вкладке Производительность. (рис. 9)

Рис. 9 – Результаты расчета таблицы свойств

11. Закройте окно утилиты

1.10 Анализ результатов

В HYSYS можно просматривать свойства каждой из фаз по отдельности для любого потока.

1. Откройте окно потока GasWell3, перейдите на страницу Условия

2. Введите значение температуры -20°, давление 5000 кПа.

3. Расширьте окно потока, чтобы увидеть все фазы (рис. 10)

Рис. 10 – Окно потока GasWell3

4. На закладке Свойства представлена подробная информация о потоке

5. Закройте окно потока GasWell3

1.11 Настройка рабочей книги

В рабочей книге можно добавлять страницы, менять список переменных, менять формат выводимых величин.

В данном примере в Рабочую книгу будет добавлена страница со следующими переменными: Ср/Сv, Массовая теплота испарения и Мольная энтальпия.

1. Откройте Рабочую книгу, нажав на ее значок

2. Из главного меню откройте окно настроек Рабочей книги: Рабочая книга – Настройки

3. В блоке Вкладки рабочей книги нажмите Добавить. Выберите Поток. ОК

4. Измените имя новой страницы на Другие свойства (рис. 11)

Рис. 11 – Настройка рабочей книги

5. Удалите все переменные по умолчанию и добавьте: Ср/Сv, Массовая теплота испарения(Mass Heat of vapourization) и Мольная энтальпия (Molar Enthalpy) (рис. 12).

Рис. 12 – Задание переменных для потока

6. Закройте окно настроек. В рабочей книге появилась страница другие свойства. Данные из рабочей тетради можно вывести на печать нажав на правую кнопку мыши области заголовка окна Рабочей книги.

1.12 Заключительный этап построения модели

Самостоятельно добавьте следующие параметры для потоков