Разработка технологических схем установок нефтепереработки

Синтезом технологической схемы является объединение в общую схему отдельных процессов и аппаратов.

При переработке нефти существуют технологические операции. По этим операциям осуществляется синтез технологической схемы, то есть их аппаратурное (инженерное) оформление.

Оптимизацией является получение лучших показателей их возможных по исходным данным для проектирования.

Для технологической схемы строится ее структура (или несколько вариантов схем), рассчитываются характеристики, то есть балансы и др., и оцениваются показатели эффективности.

Для решения проблемы синтеза технологической схемы используются программные пакеты, в которых заложены математические зависимости процессов и аппаратов и взаимодействия между ними.

Важным критерием эффективности является производительность установки, то есть количество продукта в единицу времени. Производительность, отнесенная к размерам аппарата является интенсивностью.

Кузнецов отмечает [5], что точные термодинамические модели Aspen Hysys позволяют точно выполнить расчеты балансов по схеме и подобрать оборудование. Тем самым инвестиции в проект становятся обоснованными технически.

Анализ и сопоставление вариантов технологий с применением программного пакета или вручную на основе опыта проектировщика, позволяет на первоначальных этапах дать сводку по затратам на производство и выбрать вариант с минимальной стоимостью.

Программа Hysys имеет многоуровневую организацию расчетных схем. В результате этого облегчается чтение основных схем и появляется возможность доступа к подсхемам для их детальной проработки. Например, подсхемой может быть подсхема колонного аппарата. Программа рассчитывает только открытую на мониторе схему или подсхему.

Кузнецов описывает последовательность расчета в виде [5]:

– создание расчетной задачи

– выбор термодинамических пакетов и компонентов из библиотек и определить реакции.

– рассчитать нефтяную смесь,

– в главной подсхеме задать потоки и операции.

Схема состоит из её графического изображения (пиктограмм), рабочей тетради, пакета свойств, схемных объектов.

В программе схемы взаимодействуют на границе путем передачи данных и пересчета.

Можно создать отдельную схему, например, контура теплообмена и использовать его как подсхему в схеме установки.

В программе работают в графическом интерфейсе. В этом интерфейсе расставляют оборудование, выполняются связи между оборудованием, указывают направления потоков.

Технологический расчет оборудования

В программном пакете Aspen One имеются модули расчета технологического оборудования. Например, программа Aspen EDR для расчета всех типов применяемого теплообменного оборудования.

Расчет теплообменника состоит в подборе стандартизованной конструкции из технических условий на теплообменные аппараты от завода-изготовителя или института под заданные параметры аппарата в технологии.

В EDR загружаются результаты расчета позиции на схеме из HYSYS. По результатам расчета получают эскиз теплообменного аппарата. Полученный эскиз можно использовать в программе AutoCAD для проектирования теплообменного аппарата, то есть для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации в соответствии с нормами на проектирование.

Для расчета теплообменных аппаратов применяется специализированная программа HTRI. Но эта программа не имеет такого преимущества как EDR, входящая в пакет Aspen.

Для технологического расчета аппаратов могут применяться специальные методики, запрограммированные на каком-либо языке программирования изготовителем внутренних устройств.

В настоящее время процессы, протекающие в аппаратах точно моделируются в программных пакетах методом конечных объемов. Например, в пакете ANSYS Fluent. По результатам расчета получают цветную диаграмму с распределением параметров потока по сечению аппарата.

Расчет CFD (то есть computational fluid dynamics) включает в себя:

– построение твердотельной модели (построение ведется в программе ANSYS или модель экспортируется из программ твердотельного моделирования CATIA, SolidWorks, Inventor).

– построение расчетной сетки конечных элементов по 3D-модели.

– задание граничных условий для построенной сетки.

– решение в каждом конечном элементе.

В ANSYS имеется оболочка WorkBench, позволяющая наглядно выполнять связанные расчеты.

По результатам технологического расчета определяются геометрические размеры и балансы аппарата.

По результатам расчета методом конечных объемов имитируется протекающий процесс и отрабатывается гидродинамика процесса в аппарате. Например, можно провести отработку гидродинамики в соответствии с теорией, указанной в работе Идельчика [7].

В результате расчета МКО по сути создается цифровой двойник аппарата и протекающего процесса. Процесс моделирования в ANSYS Fluent подробно описан в работе авторов [8]. Теория расчета МКО приведена в работе [9].

Расчет трубопроводной сети и подбор насосного оборудования

В программе Hysys по специальному алгоритму определяется диаметр трубопровода.