Анализ работы колонного оборудования: что там, внутри?

Автор: Дженнифер Даймент (Jennifer Dyment), Продукт Менеджмент, AspenTech

Визуализация гидравлических параметров и всей экосистемы продуктов

Мы все хотим знать, "что там, внутри"? Имея более точное представление о функционировании производственных активов, предприятия химической промышленности и ТЭК могут использовать эту информацию, чтобы получить конкурентное преимущество перед другими компаниями. С помощью сведений о гидравлических характеристиках колонных аппаратов можно существенно повысить эффективность использования активов и уменьшить капитальные затраты на модернизацию оборудования и строительство новых мощностей. Возможность прогнозировать производственные показатели технологических установок - необходимое условие полноценного моделирования работы колонн в целях проектирования, эксплуатации, а также сверки и согласования показателей. Имея точные данные о том, что происходит в тарельчатых и насадочных колоннах, инженеры-технологи могут быстро выявлять первопричины технических проблем и принимать решения, влияющие на все производство, на основе достоверной информации.

С помощью современных средств моделирования инженеры - как начинающие, так и опытные - могут "видеть", что происходит внутри колонны, и благодаря этому - выявлять причины производственных проблем и выбирать наилучшие варианты устройства новых и уже работающих установок. Интерактивный интерфейс и расширенные возможности для выполнения расчетов дают инженерам возможность полностью визуализировать все поведение колонны, чтобы лучше понимать, что происходит при возникновении таких проблем, как захлебывание или провал жидкости, и каково влияние смежного оборудования и изменений в условиях технологического процесса. В конечном итоге более качественная поддержка принятия решений сокращает затраты, сроки и риски, связанные с выполнением проектов и эксплуатацией оборудования.

Системы повышенной сложности

Расчет ректификационных колонн - один из тех видов деятельности, которой химики-технологи уделяют наибольшее внимание. Специалистам крайне важно иметь детальную информацию о работе внутреннего оборудования колонн, особенно в тех случаях, когда задача - изучение эксплуатационных характеристик технологического оборудования и процессов. Колонные аппараты - одни из самых дорогих и энергоемких единиц оборудования в технологических установках, и гидродинамика происходящих в колоннах процессов может быть весьма сложной. По сложности проектирования и эксплуатации колонны также занимают одно из первых мест в обрабатывающей промышленности. По данным министерства энергетики США, на предприятиях химической и нефтехимической промышленности Северной Америки работает более 40000 ректификационных колонн, на долю которых приходится около 40% от общего энергопотребления. Владельцы и операторы постоянно ищут способы повысить производительность, качество продукции и энергоэффективность путем устранения узких мест и нарушений технологического процесса. В зависимости от сложности задачи к работе приходится привлекать штатных специалистов по колонным аппаратам либо пользоваться услугами инжиниринговых компаний.

В США стимулом к выполнению проектов по устранению узких мест в химической отрасли и ТЭК стали доступность легких нефтей и низкие цены на природный газ. Многие инженеры-технологи сталкиваются со значительными трудностями, когда пытаются одновременно оптимизировать работу колонны и весь технологический процесс. При этом бывает трудно оценить реальную производительность оборудования и приходится выполнять итерационные исследования и осуществлять обмен данными между средством моделирования и другими программами вручную, что чревато ошибками. Как правило, специалистам по колонным аппаратам нужна возможность прогнозировать условия, в которых есть риск нарушения нормальной работы колонны (захлебывание, провал жидкости, колебания давления), и быстро оценивать работу колонны во всем диапазоне расчетных условий, условий безопасной работы и колебаний уровней в нормальном режиме. Когда для устранения узких мест необходимы капиталовложения, специалистам проектно-строительных компаний приходится искать способы уменьшить капитальные затраты проекта: использовать имеющееся оборудование (например, корпуса аппаратов, трубопроводы), инвестировать в более дешевое смежное оборудование (такое как подогреватели или охладители сырья) или заменять внутреннее оборудование колонн, а также оценивать различные схемы внутреннего оборудования, чтобы найти наиболее экономичное решение.

Современная технология моделирования помогает пользователям лучше понимать работу колонн и быстро прогнозировать или устранять нарушения технологического процесса, так как благодаря визуальному представлению входных данных и результатов пользователь может видеть всю колонну на одной диаграмме. Что самое важное, программные инструменты, основанные на такой технологии, выдают сообщения с ясной информацией о проблемах и возможных решениях. Кроме того, они дают инженерам возможность рассматривать колонны в составе более крупных производственных единиц и применять интерактивные расчетные программы для оценки множества разных проектных решений и сценариев эксплуатации.

Теперь пользователи могут работать более эффективно, создавая и анализируя секции колонн с насадками и тарелками для гидравлических расчетов и оценки реальной производительности колонн. Интуитивно понятные функции дают возможность оптимизировать проектные решения, оставаясь в пределах гидравлических ограничений: инженеры могут сравнивать результаты разных решений с помощью графиков гидравлических параметров и понятных сообщений системы. С помощью программы для моделирования технологического процесса можно легко менять условия эксплуатации на схеме технологического процесса, визуализировать и наблюдать изменения гидравлических параметров и вносить любые необходимые изменения, для того чтобы в итоге получить оптимальные проектные решения. Расширение функциональных возможностей упрощает расчет колонных аппаратов и помогает лучше понять проблемы, влияющие на производительность колонных аппаратов.

Понимание процессов, происходящих в колонном аппарате

Компания AspenTech (http://home.aspentech.com/) - первопроходец в области моделирования технологических процессов - уже более тридцати лет предлагают инженерам высокоэффективные решения. С помощью новых функций, заложенных в программы Aspen HYSYS (http://home.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-hysys) и Aspen Plus (http://home.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus), инженеры, занимающиеся проектированием, поиском причин плохих производственных показателей и модернизацией, могут оптимизировать энергопотребление колонных аппаратов и быстро выявлять потенциальные проблемы, способные влиять на работу установки.

Имея более точные гидравлические корреляции, можно меньше прибегать к предположениям и строить более точные модели для расчета колонных аппаратов. Использование интуитивной, интерактивной и наглядной графики для ввода данных по геометрии тарелок или насадок и построение графиков гидравлических параметров на каждом этапе дают возможность получить более детальное представление о гидравлических характеристиках каждой секции и одновременно с этим видеть, как работает вся колонна в целом. Пользователь может легко определять, как повлияют изменения, вносимые во входные данные схем технологического процесса или геометрические параметры внутренних устройств, на гидравлические характеристики аппарата, что повышает качество проектирования и эффективность работ по выявлению нарушений.

Ниже перечислены основные преимущества, которые дает использование программ Aspen Plus и Aspen HYSYS для расчета колонных аппаратов:

Программы помогают быстрее разобраться в функционировании колонн и проблемах с их производительностью, исходя из текущих условий эксплуатации; Пользователь может видеть колонну как часть более крупной производственной единицы и использовать интерактивный расчет для быстрой оценки множества вариантов проектных решений и технологических сценариев; Перед принятием решений по эксплуатации или модернизации производственного оборудования можно оценить взаимное влияние колонн и другого оборудования; Возможность оценки множества вариантов модернизации дает информацию для аргументированного диалога с поставщиками; Автоматический подбор параметров и шаблоны проектно-конструкторских решений сокращают затраты времени и сил на проектирование новых колонных аппаратов и помогают менее опытным пользователям приобрести необходимые знания; Автоматический экспорт геометрических и технологических параметров избавляет пользователей от необходимости тратить время и силы на ручной итерационный обмен данными между Aspen Plus или Aspen HYSYS и программами для расчета колонн, разработанными третьими сторонами (например, программа KG-TOWER® компании Koch-Glitsch или Sulcol™ компании Sulzer).

Целостная картина

Более полное представление о функционировании производственных активов - надежная основа для повышения качества принимаемых решений. Современные технологии моделирования технологического процесса - мощный инструмент для расчета колонных аппаратов. Знание о том, как протекают основные технологические процессы, помогает быстрее и лучше решать проблемы. С помощью новых возможностей по расчету колонных аппаратов инженеры - как начинающие, так и более опытные - могут решать технологические проблема на уровне первопричин и оценивать варианты проектов нового оборудования или модернизации существующего с помощью интерактивного инструмента с расширенными возможностями в области расчетов и визуализации.

Подводя итог, можно сказать, что теперь больше нет необходимости рассматривать колонные аппараты как загадочные "черные ящики" и пытаться проектировать их или оценивать их реальную производительность в отрыве от остального оборудования. Визуализацию можно выполнять с помощью современного программного обеспечения для моделирования технологического процесса и благодаря этому получать полное представление о работе критически важных капитало- и энергоемких аппаратов. В результате инженеры могут минимизировать капитальные затраты и принимать обоснованные проектные решения, влияющие на работу всего предприятия, а это открывает новые возможности в области повышения производительности и увеличения прибыли.