Инженерные программы aspen. ONE для химической промышленности Октябрь 2006 © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved
План доклада • Проблемы химической отрасли и предлагаемые решения • Примеры внедрений • Этапы внедрения и расширение круга решаемых задач • Aspen Plus – специализированный пакет моделирования процессов химической промышленности • Структура программного пакета • Моделирование в стационарном и динамическом режиме © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 2
Проблемы в химической промышленности и возможности их решения • Экономический рост: Увеличение объёмов производства и строительство новых заводов • Инженерные расчёты • Повышение стоимости энергии: Самый высокий уровень роста цен на энергоресурсы • Внедрение новых вариантов организации технологического процесса и совершенствование существующих с целью уменьшения энергопотребления • Усовершенствование системы управления производством: • Использование моделей для анализа производства и построения систем управления • Улучшение качества инженерных расчётов: Повышение квалификации инженеров и обмен опытом • Применение передовых методик проектирования • Производство конкурентоспособной продукции: • Оптимизация производственных процессов © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 3
Цель моделирования – связать бизнес-задачи с возможностями технологии Моделирование технологических процессов позволяет: § Найти наиболее эффективные и прибыльные варианты организации технологического процесса и оптимальные параметры работы установок § Обеспечить соответствие требованиям охраны окружающей среды § Достичь постоянного и высокого качества продукции § Отладить производственный процесс, найти «узкие места» § Исследовать процесс, проверить различные режимы работы установок § Определить и устранить факторы, мешающие повышению прибыльности производства и технологии § Обеспечить безопасность работы установки § Проанализировать текущие технологические регламенты, оптимизировать работу операторов § Осуществлять мониторинг текущего процесса § Использовать динамическую модель для разработки тренажеров © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 4
Решения aspen. ONE: Область применения Проектирование МОДЕЛИ Моделирование Оценка проекта и Подробный технологических интегрированное расчёт процессов проектирование продукты Основные программныетеплообменников aspen. ONE Process Engineering Управление цепочками поставок Управление энергопотреблением ЗАВОД Supply & Distribution Закупки и поставки Сырьё Управление процессом выпуска продукции Усовершенствованное управление технологическими процессами (APC) Полуфабрикаты/Продукты Данные процесса в реальном времени © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 5
Программные продукты aspen. ONE как средство усовершенствования технологий Финансы/ Концептуальное Разработка Планирование проектирование технологии Существующие или новые активы Детальное проектирование Работа/ Сборка/ Запуск производства Обслуживание/ Управление активами Существующие ресурсы § Инженерные ресурсы § Знания и идеи § Существующие модели и проекты § Средства (Моделирование, Проектирование, …) § Данные (Технологические, § Параметры оборудования, …) § IT - инфраструктура • Повышение эффективности и качества инженерных работ • Увеличение производительности • Повышение эффективности капиталовложений • Уменьшение времени разработки новых продуктов © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 6
Интегрированная модель процесса – KPIC Задачи: • Увеличение производительности выпуска этилена • Сокращение энергопотребления на выпуск тонны продукции Обзор решения: • Использование Aspen Plus для разработки модели производства этилена • Аудит процесса позволил выявить «узкие места» процесса и наметить план мероприятий по модификации установки с целью уменьшения энергопотребления © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Результаты: • Объём выпуска этилена увеличился более чем на 15% при этом стоимость реализации проекта оказалась ниже плановой • Окупаемость проекта – 15. 7 месяцев, а экономический эффект от увеличения производительности и экономии энергоресурсов составил 16. 1 млн дол/год “ Мы очень удовлетворены результатами проекта, не только потому, что получили значительный экономический эффект, но и потому, что наши инженеры стали лучше понимать технологию процесса. ” - Mr. Jin-Jong Lee, Director of Technical, Environment & Safety Division Korea Petrochemical Ind. Co. 7
Оптимизация управления процессом: Degussa Цель: § Понимание процесса § Оптимизация режимов работы § Расчёт новых режимов работы § Оценка достоверности измеряемых параметров Решение: § Создание комплексной модели в Aspen Plus и Aspen Simulation Workbook § Простой пользовательский интерфейс в среде Excel § Использование модели операторами Результат: § Сокращение производственных затрат (в среднем на 2 -5%) § Увеличение производительности § Улучшение управляемости установки © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 8
Этапы внедрения модели Детальные конструкционные расчёты оборудования Использование моделей для управления установкой Моделирование и анализ технологического процесса Анализ безопасности и управляемости Интеграция моделей Расчет работы завода в целом © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Экономический анализ проекта Использование моделей для планирования производства Детальный анализ стоимости 9
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Использование модели помогает ответить на вопросы: § Какая из конфигураций установки лучше? § Как можно модифицировать установку? § Какие параметры работы установки оптимальны? § Какие из параметров процесса наиболее значимы? § Какие «узкие места» выявлены на установке? © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Модель установки в Aspen Plus 10
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта § Какие оптимальные параметры оборудования? § Какая производительность у используемого оборудования? Используйте программные пакеты aspen. ONE для детальных конструкционных расчётов теплообменников, для вычисления перепадов давления и устранения таких возможных проблем, как вибрация. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Детальный расчёт теплообменника в Aspen TASC+ 11
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Предложенная конфигурация установки позволяет экономить энергию, но для неё требуется дополнительное оборудование… § Оправдаются ли дополнительные капитальные затраты? § Как это повлияет на период окупаемости? Используйте для расчёта экономической эффективности проекта программный пакет Aspen Icarus. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Plus Aspen Icarus Process Evaluator 12
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Альтернативная схема установки экономически более выгодна, но она более сложная… § Будет ли установка безопасной? § Сможем ли мы управлять установкой? § Сможем ли мы её запустить? § Каким образом лучше управлять работой установки? Использование динамической модели поможет ответить на эти вопросы © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Plus Aspen Dynamics 13
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Технологическая схема процесса Перечень оборудования Aspen Zyqad Над реализацией проекта работают сотни инженеров разных специальностей. Чтобы обеспечить согласованность их действий, а также управлять множеством разнородной информации, используйте программный пакет Aspen Zyqad. База данных по оборудованию Совместная работа нескольких специалистов Aspen Zyqad © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 14
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Использование программных пакетов для оценки различных сценариев внедрения проекта позволяет ответить на вопросы: § Где лучше построить завод? § Что произойдёт, если повысятся цены на энергию? § Сколько времени займёт строительство установки? § Какой период окупаемости у этого проекта? © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Aspen Zyqad Aspen KBASE 15
Использование моделей на различных этапах жизненного цикла продукта Начиная с того момента, когда завод построен, модель может быть повторно использована для принятия решений по управлению установкой: § Есть ли загрязнения в теплообменнике? § Какого качества продукт мы получаем в данный момент? Aspen Simulation Workbook / Aspen Plus © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 16
Стационарная модель установки по производству аммиака § Сырьевой поток сжимается в четырёхступенчатой компрессорной установке с охлаждением между ступенями. § Аммиак образуется в реакторе идеального вытеснения. § Товарный продукт получают путём разделения смеси, вышедшей из реактора. § Модель усложнена рециклами, в ней организована оптимальная система рекуперации тепла. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 17
Моделирование схемы производства метанола § § Моделируется с использованием стандартных блоков HYSYS Реактора рассчитываются с использованием встроенных моделей конверсионного и равновесного реактора, реактора Гиббса Моделируется горение топлива для расчета выделяемой энергии В реакторе с минимизацией энергии Гиббса моделируется процесс конверсии а также рассчитывается гидравлическое сопротивление © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 18
Модель производства циклогексана § На модели было проведено расчётное исследование – построен график изменения нагрузки реактора (REACT) при изменении отделяемой как продукт части потока рециркуляции (LFLOW) от 0, 1 до 0, 4 § Схема технологического процесса производства циклогексана (CYCLOHEX. BKP) является моделью реальной установки. Максимальная рабочая нагрузка, которую может выдержать охлаждающая система реактора, составляет 4, 7 GKAL/HR. С помощью утилиты подбора параметра был определён объём рециркуляции циклогексана, необходимый для ограничения тепловой нагрузки реактора § С помощью утилиты подбора были подобраны оптимальные условия работы колонны, при которых доля циклогексана в продуктовом потоке равнялась 99%. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 19
Ваши вопросы, пожалуйста! © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 20
Применение программного пакета Aspen Plus в химической промышленности Октябрь 2006 © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved
Aspen Plus – специализированный пакет моделирования для химической промышленности Aspen Plus – это универсальная система моделирования и оптимизации технологических процессов В программном пакете Aspen Plus используются самые точные и надёжные методы расчёта. В его основе лежит мировой опыт решения задач моделирования широкого круга процессов, применяемых в химической промышленности. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 22
Aspen Plus – ключевой компонент решения aspen. ONE для химической промышленности Интеграция инженерных программ с Aspen Plus Детальные конструкционные расчёты HTFS+ – теплообменное оборудование Flarenet – аварийный сброс на факел Расчёт физико – химических свойств Aspen Properties Моделирование процесса Совместное проектирование Управление процессом Aspen Plus/Aspen Dynamics Aspen Custom Modeler Aspen Zyqad Aspen Online Aspen Plus Optimizer Aspen Utilities Экономическая эффективность проекта Aspen Icarus © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved Данные процесса в реальном времени 23
Структура программного пакета Графический интерфейс – удобство использования • Наглядная схема процесса • Древовидная структура объектов • Возможность построения графиков • Использование кнопки «Next» для последовательного ввода данных • Расширенные возможности использования функций Copy/Paste как внутри программы, так и с офисными приложениями (MS Word, Excel) • Вывод на технологическую схему технологических параметров потоков / оборудования (температура, давление, расход) © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 24
Структура программного пакета Графический интерфейс – использование совместно с офисным приложением MS Excel (Aspen Plus + Aspen Simulation Workbook) Пример колонны для производства метилхлората © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 25
Структура программного пакета В основе программного пакета – проверенные термодинамические модели • Aspen Plus содержит обширную базу данных по органическим и неорганическим веществам • В Aspen Plus можно работать с растворами электролитов и твёрдыми веществами • В Aspen Plus работают несколько видов поиска по базе данных (по формуле, по названию вещества) • В базу данных можно ввести новое вещество и оценить его свойства © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 26
Структура программного пакета В основе программного пакета – проверенные термодинамические модели • В Aspen Plus существует возможность рассчитывать термодинамические параметры сильно неидеальных систем • Пользуясь встроенной подсказкой, Вы можете выбрать подходящий термодинамический пакет: NRTL, WILSON, PENG-ROBINSON… • В Aspen Plus содержится обширная база данных бинарных коэффициентов взаимодействия • В окне свойств потока отображаются данные по вязкости, энтальпии, теплоёмкости и т. д. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved • Aspen Plus рассчитывает параметры термодинамического равновесия для систем: ж-ж, п-ж-ж. 27
Структура программного пакета Модели аппаратов в Aspen Plus • В библиотеке моделей Aspen Plus содержатся модели аппаратов химической промышленности: теплообменников, ректификационных и абсорбционных колонн, реакторов, насосов и т. д. • Вы можете рассчитывать аппараты по различным спецификациям © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 28
Структура программного пакета Дополнительные возможности Aspen Plus • Использование в Aspen Plus встроенного калькулятора • Проведение расчётных исследований • Подбор параметров • Оптимизация с использованием различных алгоритмов: SQP, BOX-HANTER, NEUTON и т. д. © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 29
Мировой опыт использования программы Aspen Plus Более чем 1500 копаний опираются на программный комплекс Aspen Plus при решении задач проектирования новых и модернизации существующих производств © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 30
Пример оптимизации процесса Октябрь 2006 © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved
Пример оптимизации процесса Опыт применения Aspen Plus в одной японской компании • Цель – Процесс разделения смеси с целью извлечения ценного компонента – Очень высокие требования к качеству продукта • Средство – Aspen Plus • Изучение процесса разделения смеси – 11 компонентов в сырьевом потоке – Ограничения по условиям ведения процесса – 48 азеотропов § Бинарные, тройные и четырёх-компонентные § Гомогенные и гетерогенные среды © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 32
Исходный процесс К реактору Лёгкие примеси (15% от основного продукта) Основной продукт Сырьё Тяжёлые примеси (5% от основного продукта) • Эффективность разделения : 80% • Трудность в управлении процессом – процесс очень чувствителен к незначительным повышениям количества примесей в сырьевом потоке © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 33
Оптимизированный процесс К реактору Лёгкие примеси Целевой продукт Сырьё Вода Тяжёлые примеси • • • Почти такой же расход энергии и такие же параметры оборудования Эффективность разделения: 80% 99% Улучшено управление процессом Сокращение расходов на: миллионы долларов в год Время выполнения проекта: 2 -3 недели © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 34
Ваши вопросы, пожалуйста! © 2006 Aspen Technology, Inc. All rights reserved 35
Скачать презентацию Инженерные программы aspen ONE для химической промышленности Октябрь
Лекция 13,14 - ASPEN.ppt