Инженерное моделирование: ключ к эффективным решениям

Определение и отличия
  • Что это такое: Инженерное моделирование – это инструмент анализа, оптимизации и прогнозирования технологических процессов на основе их цифровых моделей, созданных в специализированном ПО. Модель моделирует реальный технологический процесс, позволяя изучать его поведение в разных режимах.
  • Отличие от пилотных испытаний: вместо дорогостоящих и долгих физических экспериментов (пилотных установок) все проверки проходят виртуально. Это быстрее, дешевле и безопаснее, ведь нет риска навредить реальному производству. Моделирование позволяет “прогнать” бесчисленные сценарии за минуты или часы, тогда как пилотные тесты заняли бы месяцы.
  • Отличие от чисто математических расчётов: в отличие от абстрактных математических моделей “на бумаге”, инженерное моделирование использует проверенные программные среды и реальные данные. Это повышает реализм и точность результатов. Хотя любая модель – лишь приближение к действительности, современные симуляторы проходят валидацию на реальных установках, что минимизирует погрешности.
  • Современный подход: за последние десятилетия моделирование стало неотъемлемой частью инжиниринга. Например, эксперты отмечают, что предприятие, не использующее симулятор для отладки технологических режимов, буквально “выбрасывает деньги на ветер” – настолько велики упущенные выгоды без моделирования.
Сферы применения
  • Отрасли: Инженерное моделирование особенно востребовано в нефтегазопереработке и нефтехимии (основные заказчики). Также оно применяется в смежных областях: производство химической продукции (например, удобрения: аммиак, мочевина; водород, этанол), пищевая промышленность (масложировые технологии), фармацевтика (разработка процессов синтеза, очистки, теплообмена, контроля качества и PAT-системы), металлургия, переработка угля и др., с учетом специфики процессов. Методы моделирования универсальны и могут адаптироваться под разные отрасли.
  • Когда нужно: Моделирование используется на различных стадиях проектов. На этапе предпроектного анализа – для оценки эффективности существующего производства или новой технологии, для сравнения вариантов модернизации оборудования или схем. При проектировании новых установок – для отработки схем до вложения средств в строительство. При реконструкции и техническом перевооружении – для расчётов к бизнес-плану и базовому проекту. Также модели применяются для обоснования безопасности технологических процессов (например, проверка режимов аварийного сброса давления).
  • Отдельные задачи: В составе моделирования может проводиться пинч-анализ системы теплообмена – специальный метод оптимизации энергопотребления. Он позволяет определить оптимальный баланс между использованием отходящего тепла и затратами на оборудование, выявить “узкие места” в теплообменной сети и снизить потребность во внешнем тепле/холоде. Как показывают исследования, потенциал снижения энергопотребления через пинч-анализ может достигать 40% – существенная экономия для энергоемких производств.
Преимущества для Вас
  • Снижение затрат: Цифровой подход позволяет сэкономить на реальных экспериментах и не ошибиться с инвестициями. Модель точно покажет, стоит ли модернизация тех или иных узлов затрат. За счет оптимизации энергопотребления и режима снижаются операционные расходы (экономия топлива, электроэнергии и пр.). В некоторых случаях эффект экономии составляет сотни тысяч долларов в год за счет увеличения выпуска продукции и снижения энергопотерь.
  • Прогнозирование и обоснование инвестиций: Моделирование даёт возможность “предсказать” будущее: как поведет себя процесс при увеличении нагрузки, что будет, если заменить сырьё, какую прибыль даст новое оборудование. Это ценно при планировании – результаты моделирования служат обоснованием для бизнес-плана, расчёта ROI и принятия решений советом директоров. Например, можно достаточно точно определить все затраты и выгоды новой технологии без проведения длительных натурных пилотных испытаний.
  • Безопасность и надёжность: Моделирование позволяет проверять аварийные сценарии и пределы безопасной работы установки без риска для людей и оборудования. Можно смоделировать, что случится при отключении охлаждения или при скачке давления, и заранее внедрить меры защиты. Так, специальный модуль Safety Analysis в Aspen HYSYS рассчитывает системы сброса давления и предотвращает излишнее перепроектирование, экономя капитальные вложения. Как итог, повышается общая надёжность технологической схемы.
  • Скорость и эффективность разработки: Инженерное моделирование существенно ускоряет цикл R&D и проектирования. За считанные дни можно проработать варианты, на которые в реальности ушли бы месяцы. Высокая скорость и относительная дешевизна моделирования позволяют быстро выявить все критически важные аспекты новой технологии или модернизации, которые важны заказчику. Это даёт конкурентное преимущество – кто быстрее проверил идею в цифре, тот первым внедрит её на практике.
  • Дополнительные возможности: Опытные инженеры-моделисты нередко находят “побочные” улучшения в технологии, которые изначально не очевидны. За счёт глубокого анализа данных модель может выявить узкие места, потери энергии или сырья, неэффективные контуры управления. Заказчик получает не только ответы на поставленные вопросы, но и ценные инсайты по оптимизации смежных участков производства, основанные на опыте наших специалистов.
Ключевые этапы работы
Сбор и анализ исходных данных
На этом этапе собирается максимум информации о действующем или проектируемом объекте. Входные данные включают: технические характеристики оборудования, технологические схемы, параметры сырья и продуктов, текущие режимы работы, а также целевые показатели эффективности. Важно, чтобы данные были достоверными и актуальными – от этого зависит точность модели.
Построение модели процесса
Инженеры создают цифровую модель установки в симуляторе Aspen HYSYS. Процесс включает в себя поэлементное моделирование всех потоков и узлов: насосы, теплообменники, реакторы, колонны, компрессоры и т.д. Задаются граничные условия (давление, температура, составы и расходы потоков сырья) и термодинамические корреляции. Затем модель настраивается под фактический режим эксплуатации по контрольным точкам, чтобы расчеты совпадали с фактическими замерами на действующем производстве.
Расчёты и сценарный анализ
После отладки базовой модели проводится серия вычислительных экспериментов. Проверяются различные сценарии: изменение загрузки, температуры и давления, состава сырья и пр. Модель рассчитывает новые параметры потоков, тепловые и материальные балансы. Анализируются влияния изменений на аппараты (например, как сказывается повышение температуры на колонну). Так выявляются “бутылочные горлышки” – факторы, ограничивающие производительность или эффективность.
Пинч-анализ (при необходимости)
Для глубокой оптимизации энергосистемы выполняется пинч-анализ теплообмена. На основе данных модели строится тепловой баланс между всеми горячими и холодными потоками. Выявляются точки “пинч” – зоны, где можно максимизировать рекуперацию тепла. Рассчитывается минимально необходимое потребление внешнего тепла и холода. По результатам даются рекомендации: где добавить теплообменники, как перенаправить потоки, чтобы снизить энергозатраты.
Подготовка отчёта и рекомендаций
Завершающий этап – оформление результатов в техническом отчёте. В отчёт входит пояснительная записка с описанием модели и исходных данных, подробные расчетные данные (балансы масс и энергии, параметры потоков), графики и диаграммы, а также выводы и рекомендации. Отдельно приводятся предложения по оптимизации: изменение технологических режимов, модернизация конкретного оборудования, перераспределение потоков и пр. Если выполнялся пинч-анализ – прикладывается его результат как основа для дальнейшего проектирования теплообменной сети и заказа новых теплообменников.
Используемое программное обеспечение
  • Aspen HYSYS
    Основной программный продукт, на котором выполняется большинство проектов. Aspen HYSYS – один из самых мощных и авторитетных программных продуктов для моделирования процессов в нефтедобыче, переработке нефти и газа, нефтехимии, энергетике и смежных отраслях. Он позволяет моделировать как установившиеся режимы, так и динамику процессов, включает обширные базы компонентов, физических свойств и моделей технологического оборудования.
  • Aspen Plus
    Используется для широкого круга химических процессов, особенно когда требуется детальная проработка реакционных схем или процессов тонкого органического синтеза. Эта платформа лучше приспособлена под чисто химические производства (нефтехимия, химия, фармацевтика и др.).
  • AVEVA PRO/II (SimSci PRO/II)
    Альтернатива Aspen, иногда применяется по требованию Заказчика или для верификации результатов. Подходит для моделирования непрерывных процессов, имеет сходный функционал по расчету колонн, теплообменников, реакторов и др.
  • Другие инструменты
    В арсенале также могут использоваться специализированные программы для отдельных задач: например, Aspen EDR или HTRI для точного расчета теплообменников, программные продукты для гидравлических расчетов трубопроводов и др. Выбор ПО определяется задачей, однако преимущественно мы работаем в единой среде AspenTech, что удобно для интеграции результатов.
  • *Примечание
    Все программное обеспечение лицензировано и является промышленным стандартом. Заказчик при желании может получить модель в формате, совместимом с его корпоративными системами, или визуализации (PFD, P&ID), экспортированные из симулятора.
Формат результатов и отчёт
  • Цифровая модель процесса
    Вам передается сама модель (файл Aspen HYSYS или другого моделирующего ПО) – полный виртуальный “двойник” установки, настроенный под требования заказчика. Модель остается в распоряжении заказчика и может использоваться для дальнейших анализов.
  • Технический отчёт
    Основной результат – подробный отчёт, содержащий описание задачи, исходные данные и допущения, методику моделирования, а также все результаты. В отчёте приводятся материалы расчетов: материальные и тепловые балансы, параметры потоков в каждом режиме, характеристики оборудования в модели. Все данные сопровождаются диаграммами, схемами и графиками для наглядности.
  • Выводы и рекомендации
    Отчёт содержит выводы по эффективности процесса: где выявлены потери, узкие места, какова потенциальная экономия энергоресурсов. Даются конкретные рекомендации по оптимизации – от корректировки режимных параметров до необходимости замены или модернизации оборудования. Рекомендации ранжируются по ожидаемому эффекту и сложности реализации, чтобы заказчик мог расставить приоритеты.
  • Отчет по пинч-анализу
    (если выполнялся)
    Включает в себя результаты анализа тепловых потоков: найденные “пинч-точки”, предложения по оптимальной теплообменной сети, список теплообменников, которые следует добавить или перенастроить для достижения минимального энергопотребления. Этот раздел отчёта может быть использован в дальнейшем проектировании системы энергосбережения.
  • Конечный эффект для Вас
    Все вышеперечисленное оформляется таким образом, чтобы послужить основой для дальнейших шагов заказчика – технического задания на модернизацию, обоснования инвестиций, заявки на финансирование проекта. По сути, Вы получаете доказательную базу: цифровую модель и документ, подтверждающий целесообразность предлагаемых изменений. Это облегчает коммуникацию с проектными институтами, инвесторами и надзорными органами (например, для экспертизы промышленной безопасности).
Наше уникальное предложение
  • Быстрое и недорогое исследование вместо “слепых” инвестиций
    Наша услуга позволяет за считанные недели и относительно малым бюджетом провести виртуальное исследование, вместо того чтобы заказывать дорогостоящий базовый проект или строить пилотную установку. Таким образом, вы принимаете решения на основе фактов, а не интуиции, минимизируя риск неудачных капиталовложений.
  • Комплексный подход “под ключ”
    Мы проводим полный цикл работ – от сбора данных до выдачи рекомендаций. При этом учитываются все аспекты: технологические, энергетические, экономические. Например, вместе с моделированием технологического процесса мы автоматически ищем возможности энергосбережения (пинч-анализ) и оцениваем экономический эффект предлагаемых мер. Вы получаете целостную картину, а не разрозненные расчёты.
  • Точность и верификация
    Мы добиваемся высокой адекватности моделей благодаря калибровке на реальных данных конкретного производства. Каждая модель проходит проверку на соответствие фактическим показателям (расходам, температурам, выходу и свойствам продуктов) – по сути, выполняется валидация по “бенчмаркам” вашего процесса. Это означает, что доверие к прогнозам модели максимальное. При необходимости мы привлекаем экспертов смежных областей для оценки корректности частных расчетов (например, специальных методик для печей или турбодетандеров).
  • Опытная команда
    • Наши специалисты – практики с многолетним опытом в технологических службах НПЗ и химических заводов, а также высококвалифицированные инженеры по моделированию. Такая комбинация компетенций позволяет не только построить модель, но и правильно интерпретировать её результаты для реальной жизни. Мы видим не просто цифры, а технологические решения. Кроме того, мы всегда готовы предложить нестандартные улучшения, опираясь на богатый багаж реализованных проектов.
  • Ориентация на потребности клиента
    Мы говорим с заказчиком на одном языке – результаты подаем в удобной и понятной форме, избегая излишнего технического жаргона. Если клиент – не технический специалист, мы доступно объясним суть проблем и решений, подкрепим выводы ясными визуализациями и экономическими расчётами. Наша цель – чтобы результаты моделирования стали рабочим инструментом для менеджмента, помогли обосновать решения и достигнуть целей бизнеса.
Наши кейсы
  • Разработка мероприятий по увеличению производительности установки вакуумной перегонки остатка гидрокрекинга до 120%
    - Проведение расчета установки фракционирования непревращенного остатка гидрокрекинга с учетом увеличения загрузки до 120% от номинального значения.
  • Повышение эффективности работы установки вакуумной перегонки остатка гидрокрекинга в условиях увеличенной мощности установки до 120%
    - Повышение энергоэффективности работы установки вакуумной перегонки остатка гидрокрекинга в условиях увеличенной мощности установки до 120% за счет использования тепла продуктовых потоков с целью использования установки в качестве блока фракционирования Комплекса производства масел (КПМ).
    - Обеспечение регламентируемых температур продуктовых потоков масляных фракций и дизельного топлива в летний период в условиях увеличенной мощности установки до 120%.
  • Проведение «пинч-анализа» установки Висбрекинг
    - Определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
    - Разработка мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.
  • Проведение «пинч-анализа» установки ЭЛОУ АВТ
    - Определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
    - Разработка мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.
  • Оптимизация схем теплообмена и выполнение технологических расчетов производства бензола
    - Определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
    - Разработка мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки.
  • Расчет пропускной способности выхлопной трубы (свечи рассеивания), а также проверка работоспособности факельного оголовка при подаче дополнительного объема газов абсорбции
    - Проверка пропускной способности выхлопной трубы В-1002 и работоспособности факельного оголовка В-1002а.
  • Разработка строгих моделей установок замедленного коксования 21-10 и 21-20 с реакторными блоками
    - Разработка строгих моделей установок замедленного коксования 21-10 и 21-20 с реакторными блоками (коксовых камер), позволяющее осуществлять прогнозирование работы реакторов на основании фактических данных при изменении состава и расхода сырьевых потоков.
  • Проведение расчетов замены моноэтаноламина на метилдиэтаноламин на трех блоках аминовой очистки установок
    - Проведение проверки работоспособности существующего оборудования при замене моноэтаноламина на метилдиэтаноламин на блоках аминовой очистки.
Наши контакты
Свяжитесь с нами по телефону или электронной почте. Мы всегда рады помочь!
+7 (987) 391-97-23
info@riskoff.pro
г. Нижний Новгород, ул. Журова, д. 2
Made on
Tilda