Моделирующие программы для нефтяной и газовой промышленности

29 октября 2016

 

Разработка современных технологических процессов переработки природного углеводородного сырья и оптимальная эксплуатация действующих производств невозможна без применения моделирующих программ, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов. Такие модельные исследования имеют огромное значение не только для проектирования, но для функционирования существующих производств, так как позволяет учесть влияние внешних факторов (изменение состава сырья, изменение требований к конечным и промежуточным продуктам и т.д.) на показатели действующих производств. В настоящее время инженерам-технологам доступно большое число программных средств моделирования химико-технологических процессов. Эти средства в основном разработаны фирмами США и Канады. По оценкам “Chemputers”, рынок программных средств для моделирования химико-технологических процессов и инженерных расчетов, включая программы для тренировки персонала и средства автоматизации производств, составляет в настоящее время $487 миллионов $, а в 2001 году достигнет миллиарда $. Рынок собственно программ моделирования химико-технологических процессов в 1996 году составлял 150 миллионов $. В настоящее время одно рабочее место инженера технолога или разработчика, оборудованное специальными средствами моделирования, обходится в США в среднем в 20 000 $ / год.

В данном разделе рассматриваются основные принципы моделирования, заложенные в эти системы и их основные характеристики, позволяющие оценить пригодность различных инструментов для решения широкого круга задач, встающих перед инженерным персоналом газовой и нефтяной промышленности.

В основу всех средств моделирования заложены общие принципы расчетов материально - тепловых балансов химических производств (т.е. производств, связанных с изменением агрегатного состояния, компонентного и химического состава материальных потоков). Как правило, любое производство состоит из стадий (элементов), на каждой из которых производится определенное воздействие на материальные потоки и превращение энергии. Последовательность стадий обычно описывается с помощью технологической схемы, каждый элемент которой соответствует определенному технологическому процессу (или группе совместно протекающих процессов). Соединения между элементами технологической схемы соответствуют материальным и энергетическим потокам, протекающим в системе. В целом моделирование технологической схемы основано на применении общих принципов термодинамики к отдельным элементам схемы и к системе в целом.

Любая система моделирования 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

Средства моделирования процессов


Как правило, от состава средств моделирования отдельных процессов зависят функциональные возможности всей моделирующей системы. Как правило, все моделирующие системы включают средства для моделирования следующего набора процессов:
сепарация газа и жидкости (2-х несмешивающихся жидкостей);
однократное испарение и конденсация;
дросселирование;
адиабатическое сжатие и расширение в компрессорах и детандерах;
теплообмен двух потоков;
нагрев или охлаждение потока;
ветвление и смешение потоков;
процессы в дистилляционных колоннах с возможностью подачи и

отбора боковых материальных и тепловых потоков:

а) абсорберы;

б) конденсационные (укрепляющие) колонны;

в) отпарные (исчерпывающие) колонны;

г) дистилляционные колонны;

Все программы позволяют моделировать сложные дистилляционные системы со стриппингами, боковыми орошениями, подогревателями и т.д., т.е. решать наиболее сложные задачи первичной переработки нефти. Большинство задач дистилляции применительно к процессам переработки природного газа и конденсата, имеющимся на действующих производствах, с помощью рассматриваемых пакетов решаются успешно и с высокой скоростью.

Такого набора процессов достаточно для моделирования основного круга задач газопереработки. Системы моделирования могут содержать также средства для моделирования процессов, расширяющих сферу их использования на химическую и нефтехимическую промышленность:
Теплообмен в многопоточных теплообменниках
Химические процессы в реакторах (в т.ч. стехиометрический, с минимизацией энергии Гиббса, равновесный, полного вытеснения и смешения)
Процессы в экстракторах жидкость-жидкость
Процессы с твердой фазой (кристаллизаторы, центрифуги, фильтры, сушилки и .т.д.)

Часто в моделирующих системах имеются средства для написания несложных программ для моделей пользователями. При этом используется достаточно простой макроязык.

Динамическое моделирование




Возможность проводить расчеты в динамическом режиме позволяет гораздо лучше понять сущность моделируемых процессов. Можно собрать и испытать схему регулирования, исследовать пусковые режимы, получить представление о реально работающем процессе и поведении объекта в нештатных ситуациях, о влиянии изменения рабочих параметров на качество продуктов.

Комментариев пока нет