Опыт промышленных и научно-исследовательских проектов

Оптимизация химико-технологических процессов на основе полной физико-химической модели производства

Во всем мире возникли условия, которые негативно воздействовали как на конкурентоспособность и доходы многих секторов промышленности. Поэтому, особое внимание стало уделяться инженерному анализу и оптимизации производственных процессов с целью снижения издержек производства. В свою очередь, снижение издержек производства негативно воздействовало на проблемы занятости населения, экологию, и максимально обострило остальные проблемы взаимодействия промышленного комплекса с жизнедеятельностью общества. Однако большинства возникших проблем можно было-бы избежать, и тем самым значительно снизить расход бюджетных средств и средств промышленных компаний на ликвидацию негативных последствий взаимодействия промышленного комплекса с жизнедеятельностью общества, а, следовательно, повысить эффективность их использования в случае, если бы предварительно проводилась детальная оценка и количественный расчет последствий принятия того или иного решения как советом директоров промышленной компании или муниципальных органов управления, так и взаимодействие этих решений.

Следует отметить, что произвести количественную оценку последствий принятия решений достаточно сложно, и поэтому требуется применение специальных методов, включающих технологические расчеты, экономические расчеты, экологические расчеты и т.п. Одним из методов, позволяющих производить комплексные расчеты по выбранным критериям, является метод виртуальных образов того или иного объекта. Виртуальный образ объекта – это адекватная, т.е. практически полностью соответствующая оригиналу математическая модель того или иного объекта, реализованная в виде компьютерной программы. Например, можно рассматривать виртуальные образы: заводов, технологических установок, источников выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, системы муниципального транспорта, энергосистемы, населенного пункта и т.п. Таким образом, создание, функционирование и взаимодействие одного виртуального образа с другими виртуальными образами с учетом управляющих воздействий, которыми являются решения органов управления, и количественное определение результатов этого взаимодействия – будут определяться только производительностью компьютеров и/или компьютерной сети.

Как известно, наибольшую сложность в описании имеют виртуальные образы технологических объектов, т.к. построение их адекватных моделей требует составления материальных и тепловых балансов с учетом физико-химических свойств объекта и детального описания их термодинамики и кинетики.

Кроме других технологических работ по широкому кругу направлений, нами, в течение длительного времени проводились работы по моделированию, мониторингу и оптимизации сложных технологических процессов и систем по темам:
  1. Разработка программного обеспечения для обеспечения задач инженерного анализа и оптимизации каталитических и технологических процессов и систем. (работа выполнялась для: АО Минеральные удобрения, г.Пермь; АО Тольяттиазот, г.Тольятти; АО Азот, г.Березники, ВНИИОСУголь, г.Пермь);
  2. Инженерный анализ и оптимизация технологических процессов и систем. (работа выполнялась для: АО Минеральные удобрения, г.Пермь; АО Тольяттиазот, г.Тольятти; АО Азот, г.Березники; АО Камтэкс, г.Пермь.);
  3. Мониторинг, инженерный анализ и определение путей снижения содержания оксидов азота, монооксида углерода и диоксида серы в газовых выбросах энергетических и энерготехнологических установок. (работа выполнялась для: АО Минеральные удобрения, г.Пермь; АО Азот, г.Березники, ВНИИЭП Экология, г.Пермь, Министерство экологии РФ, АО ПНОС, г.Пермь, АО Телта, г.Пермь, АО Мотовилихинские заводы, г.Пермь, АО Келми, г.Краснокамск, Городской комитет по охране природе, г.Краснокамск, АО Завод смазок и СОЖ, г.Пермь, АО Сдобри, г.Пермь, АО Пермский мясокомбинат, г.Пермь, АО Камский целлюлозобумажный комбинат, г.Краснокамск, АО Пермэнерго – Яйвинская ГРЭС, г.Пермь-Яйва, АО Галоген, г.Пермь).

Работы по первой теме заключались в создании прикладного программного обеспечения, т.е. виртуальных образов технологических объектов для решения прикладных задач инженерного анализа, оптимизации и проектирования технологических процессов и совокупности процессов на базе детального описания свойств потоков и особенностей процессов производства аммиака, разработке методики текущего контроля параметров активности катализатора и эффективности теплопередачи внутри работающих аппаратов по технологическим параметрам посредством анализа функционирования виртуальных образов (АО Минеральные удобрения и АО Тольяттиазот), производства нитрата калия (АО Азот) и производства сульфата натрия (ВНИИОСУголь). Результаты работ по этой теме докладывались как на отечественных конференциях, так и на международных конференциях (Bad-Honnef-am-Rhein, Schewerte, Frankfurt-am-Main, Германия).

Работы по второй теме заключались в технологическом аудите, т.е в детальном обследовании текущего состояния оборудования и существующих технологических параметров всей технологической схемы или ее части с учетом текущих эффективных параметров технологических процессов (АО Минеральные удобрения и АО Тольяттиазот), производства нитрата калия (АО Азот) и производства фтилиевого ангидрида (АО Камтэкс), выявлении "узких мест" и определения путей оптимизации с целью снижения себестоимости продукции. Работы носили исключительно прикладной характер, поэтому они заканчивались исключительно отчетами, передаваемыми заказчику.

Работы по третьей теме заключались в аудите и оптимизации режимов эксплуатации энергетических и энерготехнологических установок с точки зрения увеличения КПД установки при полном сжигании топлива и минимальном выбросе оксидов азота и монооксида углерода с дымовыми газами, диоксида серы с технологическими потоками, разработка системы параметрического мониторинга выбросов энергетических котлов с использованием их виртуальных образов, создание экспертной системы по выбору оптимального метода очистки газовых выбросов и т.п. Работы также носили исключительно прикладной характер, поэтому они заканчивались исключительно отчетами, передаваемыми заказчику.



Опыт оптимизации химико-технологических процессов на основе полной физико-химической модели производства


Расчет материального баланса части топливного производства от узлов учета нефти до выходов продуктов установок вторичных процессов в ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез"

В результате работы были выполнены следующие задачи:
   Составление существующей схемы движения материальных потоков технологических объектов;
   Сбор данных, необходимых для реализации модели в SIGMAFINE (характеристики продуктов, градуировочные таблицы резервуаров, класс точности и рабочие условия датчиков измерения расхода и уровня и т.д.);
   Перенос схемы движения материальных потоков с чертежа в SIGMAFINE, заполнение системных таблиц, характеризующих свойства продуктов, объектов, датчиков, привязка объектов модели к тэгам PI System.

В соответствии с результатами испытаний можно сделать выводы:
   Разработанная на базе программного обеспечения Sigmafine модель движения материальных потоков позволяет обрабатывать первичную информацию по датчикам и рассчитывать согласованные материальные балансы;
   Материальный баланс отдельных установок успешно рассчитывался техническим персоналом установок в течение четырех месяцев, и, процедура расчета балансов по установкам может быть переведена из опытно-промышленной в промышленную эксплуатацию;
   Общая модель расчета материального баланса в границах УУН – выходы вторичных процессов может успешно рассчитывать материальный баланс, однако в связи с низким качеством исходных данных, необходимо особое внимание обратить на повышение их качества и надежности. При этом, можно рекомендовать оставить общую модель расчета баланса в опытно-промышленной эксплуатации до тех пор, пока качество исходных данных не позволит перевести ее в промышленную эксплуатацию.

Принципиальная схема переработки нефти в ООО
Принципиальная схема переработки нефти в ООО "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез"

Моделирование процесса конверсии природного газа и моноксида углерода

Рассматривается моделирование химико-технологического процесса производства синтез-газа путем конверсии природного газа и моноксида углерода.
Моделирование процесса заключается в нахождении состава, расхода, температуры, давления всех потоков в зависимости от параметров исходных потоков и параметров аппаратов.

Химико-технологическая схема производства синтез-газа Аппаратная схема производства синтез-газа
Химико-технологическая схема производства синтез-газа Аппаратная схема производства синтез-газа
 
Просмотр и анализ режимов работы установки во времени
Просмотр и анализ режимов работы установки во времени

Расчет свойств газообразных технологических потоков в производстве аммиака

Рассматривается расчет физико-химических свойств газообразных технологических потоков в производстве аммиака.

Программа расчета свойств газообразных технологических потоков в производстве аммиака
Программа расчета свойств газообразных технологических потоков в производстве аммиака