Любая задача моделирования эквивалентна большой системе нелинейных одновременно решаемых уравнений. Эта система включает расчет всех необходимых термодинамических свойств для всех потоков, расходов и составов с применением выбранных моделей расчета свойств и процессов. В принципе, возможно решение всех этих уравнений одновременно, но в моделирующих системах обычно используется другой подход: каждый элемент схемы решается с применением наиболее эффективных алгоритмов, разработанных для каждого случая.
При расчете системы взаимосвязанных аппаратов последовательность расчета элементов определяется автоматически (или может быть задана пользователем). При наличии рециклов создается итерационная схема, в которой рецикловые потоки разрываются и создается последовательность сходящихся оценочных значений. Эти значения получаются замещением величин, рассчитанных при предыдущем просчете схемы (Метод Простого Замещения) или путем применения специальных методов ускорения расчета рециклов – Вегштейна (Wegstein) и Бройдена (Broyden).
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.
Конструкция аппаратов
Многие моделирующие программы позволяют, после выполнения стадии расчета технологической схемы или отдельного аппарата, выполнять расчеты гидравлических и основных конструктивных характеристик сепарационного оборудования, емкостей, теплообменной аппаратуры, тарельчатых и насадочных ректификационных колонн, а также выполнять оценку стоимости изготовления каждого аппарата. Это очень важно для выполнения стадии как для проектных работ, так и предпроектных исследований, так как позволяет оптимизировать капиталоемкость разрабатываемой технологии.
СИСТЕМЫМОДЕЛИРОВАНИЯ
В настоящее время лидирующие позиции на Американском рынке (а Американский рынок программных продуктов наиболее развит) занимают продукты трех компаний – Simulation Sciences (SimSci), Aspen Technologies и Hyprotech.
Hysys и Hysim. (HYSIM, HYSYS – торговые марки Hyprotech Ltd.)Продукты канадской компании Hyprotech Ltd. Hysim. Позволяет выполнять статическое моделирование практически всех основных процессов газопереработки, нефтепереработки и нефтехимии. Особый акцент сделан на работу с уравнением состояния Пенга-Робинсона. Программа имеет расширенный набор модификаций уравнения состояния Пенга-Робинсона, включающих работу с несимметричными коэффициентами бинарного взаимодействия и различными правилами смещения, модификации для работы с водой, гликолями и аминами. Пакет имеет оригинальный, весьма совершенный алгоритм расчета ректификационных колонн, практически не имеет ограничений в отношении набора задаваемых спецификаций и сложности колонны.[7] Программа имеет табличный ввод данных, по которому затем строится изображение схемы в формате AUTOCAD. Дополнительный пакет Hyprop позволяет эффективно обрабатывать экспериментальные данные по свойствам чистых компонентов и затем использовать полученные корреляции в расчетах. П рограмма HYPROP имеет встроенный интерфейс к базам данных термодинамических и физических свойств аналогичных программ, описанных ниже.[7] В 1996 году фирма представила новую разработку – Hysys. Имеется возможность выполнять расчеты основных конструктивных характеристик сепарационного оборудования, емкостей, теплообменной аппаратуры, тарельчатых и насадочных ректификационных колонн и оценку стоимости оборудования.
HYSYS - интегрированная система для расчета стационарных и динамических режимов работы технологических схем. HYSYS представляет собой пакет программ, предназначенный для расчета стационарных и динамических режимов работы химико-технологических схем, содержащих массообменную и теплообменную аппаратуру, трубопроводы, реакторы и т.д., проведения оптимизационных расчетов, разработки схем регулирования, контроля за работой систем управления, обучения операторов технологических установок, а также расчетов процессов на основе данных, непосредственно поступающих с КИА. HYSYS написан на объектно-ориентированном языке С++ для 32-разрядных операционных систем. Программа имеет развитый графический интерфейс, поддерживает стандарты OLE и XML, позволяет осуществлять связь с другими программами, поддерживающими эти стандарты и хорошо интегрирована с офисными приложениями Microsoft.
HYSYS - это широко известная программа, преимущественно используется в нефтегазовом секторе. Она появилась намного позже чем PRO/II и Aspen+, но быстро завоевала популярность благодаря дружественному интерфейсу, гибкоста также в работе, наличию множества встроенных дополнительных утилит. Hysys позволяет создавать модели установок, заводов и месторождений в целом на одном общем flowsheet, тем самым избегая необходимости разбивать объекты по разным файлам. Hysys позволяет создавать модели как в статике, также в динамике. Одним из числа наиболее сильных сторон Hysys является способность моделировать колонны практически любой сложности, способность предугадать наличие воды на каждой тарелке (случай расслаивания жидкости на две фазы). Колонна состоит из внутреннего flowsheet в которой можно менять конфигурацию колонны, т.е. добавлять или удалять элементы (клапаны, насос, холодильник, подогреватель, боковой отбор и т.п.). Сепаратор имеет функцию моделирования реального сепаратора, где именно в зависимости от отбойного элемента можно спрогнозировать унос жидкости наряду с газом и наоборот. Теплообменник имеет прямую связь с HTFS, тем самым его можно проверить в среде Hysys. Hysys имеет связь с другими программами как Flarenet (проектирование и расчет факельных систем и систем сброса давления), HX-Net, HTFS+, HTRI (через CAPE-OPEN платформу), OLGA, Sulsim, Pipesim (проектирование и расчет трубопроводов), ACX (проектирование и расчет воздушных холодильников), STX (проектирование и расчет кожухотрубчатых теплообменников). Hysys состоит из трёх секций - сам Hysys, Hysys Upstream (для нефтегазодобычи) и Hysys Refsys (нефтепереработка), тем самым позволяя смоделировать от скважины до ГПЗ и НПЗ. Hysys имеет модуль для внутрипромысловых трубопроводов (аналог pipephase и pipesim) который называется Pipesys, кроме того в Hysys Upstream имеется Aspen Hydraulics для моделирования трубопроводных сетей основанный на программе ProFes. Одним из преимуществ Hysys является то что многие программы встраиваются в неё, тем самым работая в Hysys можно одновременно трудиться и с другой программой не открывая саму программу. За счёт высокой гибкости Hysys идеальна для моделирования уже существующих установок или заводов поскольку позволяет подстраивать модель под реальную установку.[8]
HYSYS Crude Module ™ позволяет задавать в программе образцы нефти и моделировать колонны АВТ. В HYSYS Crude Module вводятся данные разгонок (ИТК, ASTM, вакуумная разгонка и т.д.), затем образец нефти разбивается на псевдокомпоненты для предсказания транспортных и термофизических свойств потоков.
Исходными данными для расчёта образца нефти является кривая разгонки. Желательно (но не обязательно) наличие также зависимой кривой молекулярного веса, независимой кривой плотности и двух независимых кривых вязкости при разных температурах. Точность расчёта повышается, если известен молекулярный вес и плотность всего образца. Желательно наличие экспериментальных данных по содержанию легких фракций.
Рис.5. Программа HYSYS Crude Module.
Программа рассчитает состав нефти, другие (не заданные пользователем) свойства и построит композитную кривую разгонки с учетом всех введенных данных. Кривая разгонки (без легких фракций) будет разбита на заданное пользователем количество псевдокомпонентов. Полностью определенные псевдокомпоненты можно инсталлировать в поток и использовать в любой схеме.
HYSYS Amines ™ Аминовый пакет представляет собой специализированную программу расчётов очистки газовых и жидких углеводородных сред от CO2 и H2S растворами алканоламинов с помощью точных моделей, описывающих абсорбцию кислых газов в промышленных растворителях и реакции между кислыми газами и аминами. Электролитические модели Li-Mather, используемые в аминовом пакете, дают более надёжные результаты по сравнению с эмпирическими моделями, особенно для смесей аминов. Методика расчёта аминовой очистки разработана подразделением Oilphase-DBR компании Schlumberger.[8]
Рис.6. Аминовый пакет.
PIPESYS ™Специализированная программа расчета трубопроводных систем, разработанная канадской фирмой Neotec совместно с Aspentech. Полностью интегрирована с программой Hysys и работает в ее среде.
Программа PIPESYS предназначена для расчета однофазных, двухфазных и трехфазных трубопроводов произвольной конфигурации, включая вертикальные и наклонные участки. Она больше ориентирована на магистральные, чем на внутризаводские трубопроводы.
В PIPESYS содержатся более точные методы расчета трубопроводов, чем те, которые используются в базовой версии программы Hysys. PIPESYS производит детальный расчет гидравлического сопротивления и температуры в трубопроводе, исходя из свойств перекачиваемых сред, характеристик трубопровода и параметров дополнительного оборудования.
Рассчитываются следующие элементы и характеристики трубопроводных линий: компрессор, насос, нагреватель, холодильник, боковой поток, регулятор, фитинг, контроль прохождения скребка, контроль пульсаций, контроль эрозии, задаваемые пользователем элементы. [8]
Основные рассчитываемые параметры среды в трубе:
· Профили и градиенты давления и температур по длине трубопровода
· Профили плотности газа и жидкости по участкам
· Средняя скорость газа и жидкости по участкам
· Режим течения (Stratified, Wave, Elongated Bubble, Slug, Annular-Mist, Dispersed Bubble, Bubble, Froth)
Рис.7. Специализированная программа PIPESYS расчета трубопроводных систем.
Aspen Plus и Speed UP. (Aspen Plus, Speed UP, Dyna Plus - торговые марки Aspen Technologies, Inc.) Продукты американской компании Aspen Technologies Inc. Эти системы широко известны в США, в том числе среди студентов химико-технологических специальностей. [7] Эти пакеты разработаны для Unix-платформ DEC-alpha и Solaris. Являясь таким образом, высокопроизводительными приложениями для рабочих станций, продукты малоизвестны в России. Aspen Plus – система для статического моделирование процессов, основанных на химическом и фазовом превращении. Имеет широкий набор алгоритмов, который постоянно расширяется, благодаря тому, что Aspen Plus является системой с открытыми стандартами. Система имеет развитый графический интерфейс. Имеется возможность выполнять расчеты основных конструктивных характеристик и оценку стоимости оборудования. Speed UP- система динамического моделирования технологических процессов, совместимая на уровне данных с платформой Aspen Plus. Обе программы пакета сейчас объединены в новейшем интегрированном пакете Dyna Plus.
Aspen FLARENET Программа проектирования и расчета факельных систем и систем сброса давления на основе заданного противодавления, допустимого уровня шума и т.д. Рассчитываются схемы любой сложности с произвольным количеством источников сброса.[7,8]
Основные сферы применения пакета:
· Проверка безопасности работы существующей (построенной) системы
· Определение максимальных объемов сброса через существующую систему и выявление слабых мест сети сброса
· Уточнение параметров проектируемой сети сброса на факел, а, следовательно оптимизация стоимости проекта и обеспечение запаса прочности на будущее
· Уменьшение затрат на повторный перерасчет сети сброса, поддержание модели в адекватном состоянии по мере изменений на установке.
FLARENET - наиболее технически продвинутая система моделирования и расчета систем сброса на факел в мире. Ее технические возможности включают в себя:
· Моделирование (расчет) сужающихся, расширяющихся и замкнутых (закольцованных) схем
· Моделирование одно- и многофазных систем сброса
· Поверочный и проектный режимы расчеты, а также режим поиска "узких мест"
· Расчет любой произвольной комбинации источников (точек) сброса
· Детальные модели аппаратов для моделирования источников сброса, местных сопротивлений и выходных точек
· База данных компонентов сред содержит более чем 1300 компонентов
· Улучшенный модуль расчета термодинамики содержит такие же быстрые и надежные методы расчета трехфазных систем, как и программа HYSYS.
· Расширенное экранное представление технологической схемы с отображением ключевых технологических переменных и аннотаций
· Отчет о возможных критических ситуациях выводит в виде сводки все возможные случаи, когда заданные пользователем ограничения могут быть нарушены, или возможно образование нестационарных течений (пробок) или выпадение льда
От разработчика популярных, в узких кругах, программ: HYSYS, FlareNET, HTFS и т.д. Aspen PIMS - это мощная и одновременно простая в использовании система моделирования на основе линейного программирования (LP). Она предназначена для экономического планирования в перерабатывающих отраслях промышленности. Система ориентирована на работу на настольном персональном компьютере пользователя. Aspen PIMS используется для оптимизации работы и проектирования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических предприятий и иных объектов перерабатывающей промышленности.[7,8] Ее можно использовать для решения самых разнообразных задач краткосрочного, среднесрочного и стратегического планирования, например таких как:
- Выбор сырья
- Оптимизация смешения продуктов
- Планирование производства
- Комплексная оптимизация
- Планирование инвестиций
Для эффективной работы пользователю Aspen PIMS совсем не нужно быть экспертом в компьютерах или ЛП. В состав системы входит набор подробных обучающих материалов с отработанными показательными задачами. Aspen PIMS позволяет пользователю для конфигурации его предприятия создавать динамические схемы последовательности технологических операций. К впечатляющим возможностям Aspen PIMS относится его интеграция с Microsoft Excel или иными распространенными электронными таблицами для подготовки и сопровождения всех параметров модели. Многообразные и всеохватывающие диагностические сообщения указывают пользователю наличие в модели реальных или потенциальных ошибок. Результаты отображаются в виде очень наглядного документа для инженеров-технологов, который разрабатывается при их непосредственном участии. Aspen PIMS абсолютно незаменима для быстрого принятия точных экономических решений — особенно в вопросах комплексной оптимизации. Система ORION компании Aspen является комплексной системой, обеспечивающей всеобъемлющее календарное планирование деятельности нефтеперерабатывающих заводов, включая приемку сырой нефти, перегонку, технологические операции по переработке нефти, смешение и отгрузку продукции. Период планирования может меняться в значительных пределах – от пяти дней и менее до шестидесяти дней и более.
Для уточненного определения энергопотенциала химических и нефтеперерабатывающих взрывоопасных производств используется пакет программ, моделирующих технологические процессы (программы PRO/II, INPLANT, VISUAL FLOW – фирма Invensys Systems, Inc. (USA)). [8]
Pro II и ProVision. (Pro II, ProVision, Pipeface, Protiss - торговые марки Simulation Sciences, Inc.) Эти широко известные программные продукты разработаны американской фирмой Simulation Sciences, Inc. Практически, в Pro II/ProVision заложены возможности моделирования почти всех химических и нефтехимических производств. Также имеются широкие возможности для работы с растворами электролитов. Имеется возможность проведения гидравлических расчетов сепарационного оборудования, реакторов, насадочных и тарельчатых ректификационных колонн. Фирма имеет в своем арсенале также пакет динамического моделирования – Protiss, который сейчас также доступен через интерфейс ProVision. Кроме этого, фирма предлагает пакет моделирования гидравлики нефтегазовых месторождений, систем сбора и транспорта нефти и газа – Pipeface. Фирма имеет еще ряд продуктов, в том числе ROM (Rigorous Online Modeling), системы анализа данных по месторождениям нефти и газа. В кооперации с Shell Development Co. разработан онлайновый симулятор Romeo.
PRO/II как в прочем и Hysys не удовлетворительно моделируют установки осушки газов гликолями, особенно осушку газа ТЭГом. Для моделирования гликолевой осушки лучше использовать Promax (бывший Prosim и TSweet) или Aspen+. Вообще Promax изначально ориентированная программа на сотрудничество с сернистым газом, сероводородом и меркаптанами. PRO/II работает с тяжёлыми нефтями, однако неверно задает вязкость для водонефтяной смеси. Для месторождений лучше использовать Peng-Robinson и его вариации, SRK не рекомендуется. Для тяжёлых нефтей и невысоком давлении рекомендуется использовать Brown K10, Esso Tubular и Grayson Streed.[9]
PLANT-4D - комплексная система автоматизированного проектирования и эксплуатации промышленных объектов различного назначения, технологических установок и технологических производств. Модули:
PLANT-4D Управление проектом - модуль, который является <ядром> системы PLANT-4D, осуществляет контроль доступа пользователей, управляет работой модулей и потоками данных, производит поддержку "сквозных" технологий проектирования, контролирует выполнение проекта и увязывает изменения при коллективной работе.
PLANT-4D Схемы - модуль, предназначенный для составления схем: технологических, принципиальных и любых других. Используются технологии "умных" объектов и объектно-ориентированных данных, осуществляется контроль ошибок.
PLANT-4D Трубопроводы - модуль, предназначенный для трехмерного моделирования систем трубопроводов и генерации чертежей (планов, разрезов и т.д.) на основе трехмерных моделей.
PLANT-4D ИзоГен - модуль, предназначенный для генерации монтажных изометрических чертежей на основании соответствующей трехмерной модели, выполненной в PLANT-4D Трубопроводы.
PLANT-4D Оборудование/Конструкции - модуль предназначен для проектирования технологического оборудования (насосы, сосуды и т.д.) и размещения его в модели (расстановка на площадке). Библиотеки параметрических обечаек, днищ, штуцеров, опор и других элементов позволяют быстро и эффективно создать нужную "сборку" и установить ее в пространстве.
PLANT-4D Конструкции металлические. Конструкции металлические деталировочные - модули предназначены для проектирования металлоконструкций. Они отвечают потребностям всех разделов проекта - КМ и КМД.
PLANT-4D Виртуальная реальность и PLANT-4D Контроль коллизий - модули, которые предназначены для динамического отображения в реальном времени трехмерных моделей, выполненных в PLANT-4D или AutoCAD. Модуль контроля коллизий позволяет отследить нарушения предельно допустимых расстояний или пересечения.
PLANT-4D КИПиА - модуль проектирования КиА. Имеет специальные функции обмена данными с PLANT-4D Схемы. Может настраиваться под требования пользователя.
PLANT-4D Интерфейсы - модули обмена информацией с различными расчетными модулями и системами проектирования высокого уровня: СТАРТ (НТП Трубопровод), CAESAR II, ADL PIPE, PDMS и другими программами.
CHEMCAD III. (CHEMCAD - торговая марка ChemStations, Inc.) Универсальный программный пакет CHEMCAD разработан фирмой ChemStations, Inc. Пакет включает средства статического моделирования основных процессов, основанных на фазовых и химических превращениях, а также средства для расчета геометрических размеров и конструктивных характеристик основных аппаратов, и оценки стоимости оборудования.[9] Программа имеет графический интерфейс.
ПАКЕТ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММ ХЕМКАД представляет собой эффективный инструмент для компьютерного моделирования химико-технологических процессов при разработке, модернизации и оптимизации химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. ПМП ХЕМКАД позволяет решать задачи расчетно-технологического проектирования химических производств и разработки технологического регламента для произвольного химико-технологического процесса. ПМП ХЕМКАД – это пакет программ для моделирования и расчета технологических схем с рециклическими потоками органических и неорганических веществ и непрерывных смесей (в случае нефтяных фракций), а также энергетических потоков.
ПМП ХЕМКАД включает:
· базы данных по свойствам индивидуальных веществ и различные методы их прогнозирования (основной модуль ХЕМКАД).
· программные модули для вычисления отсутствующих в базе данных свойств индивидуальных веществ и их смесей (а также параметров уравнений для их расчета) по минимальному объему экспериментальных данных и структурным формулам их молекул (основной модуль ХЕМКАД).
· базы данных по расчетным модулям типовых процессов химической технологии, протекающих в реакторах, абсорбционных, ректификационных и экстракционных колоннах (с тарелками и насадками различных типов, а также для случая совмещенных процессов хемосорбции и хеморектификации), дистилляционных аппаратах, теплообменниках различных типов (кожухотрубных и пластинчатых, аппаратах воздушного охлаждения и теплообменниках типа «труба в трубе»), компрессорах, насосах, фильтрах, центрифугах, дробилках, кристаллизаторах, циклонах, сушилках и др.(основной модуль ХЕМКАД и дополнительный модуль ССТЕРМ).
· расчетные модули для определения конструкционных параметров типового оборудования химических производств – колонных аппаратов, теплообменников, резервуаров, трубопроводов, диафрагм, аппаратов высокого давления и др. (основной модуль ХЕМКАД и дополнительный модуль ССТЕРМ).
· программные модули для проведения расчетных исследований и оптимизации технологических схем химических производств, в том числе и периодической ректификации (основной модуль ХЕМКАД и дополнительный модуль ССБЕТЧ).
· программные модули для расчета параметров динамических режимов химических реакторов и колонных аппаратов абсорбции и ректификации совместно регуляторами и исполнительными устройствами (основной модуль ХЕМКАД и дополнительные модули ССРИЕКС и ССДКОЛУМН).
· программные модули для расчета стоимости единиц оборудования химических производств (основной модуль ХЕМКАД).
ПМП ХЕМКАД позволяет создавать, анализировать и оптимизировать различные варианты технологического оформления производственных процессов, оценивать их эффективность и выбирать наилучший из них.
Комплекс исследований с использованием ПМП ХЕМКАД, дает возможность добиться удовлетворительного совпадения результатов расчетов с данными промышленных экспериментов, что позволяет решать задачи автоматического управления процессами и повышения эффективность действующих производств, определения оптимальных режимных и конструкционных параметров процессов в отдельных аппаратах с позиции всего производства в целом.
ПМП ХЕМКАД предназначен для:
· подготовки оптимальных исходных данных по единицам оборудования и трубопроводным системам для рабочего инженерно-технического проектирования при создании новых, а также реконструкции и диверсификации действующих химических и нефтехимических производств
· исследования и оптимизации работы систем автоматического регулирования химико-технологических процессов, в том числе и в составе систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП)
· разработки динамических моделей действующих технологических процессов, так называемых «виртуальных производств» при создании тренажеров для операторов и инженеров химических производств
Общая характеристика основных и дополнительных расчетных модулей:
· ХЕМКАД: основной модуль для расчетов, исследований, анализа, оптимизации и проектирования технологических схем любых химических производств;
· ССТЕРМ: дополнительный модуль для оценочного (поверочного) и конструкционного расчетов кожухотрубчатых и пластинчатых теплообменников, а также аппаратов воздушного охлаждения и теплообменников типа: «труба в трубе»;
· ССБЕТЧ: дополнительный модуль для моделирования процессов периодической ректификации;
· ССРИЕКС: дополнительный модуль для моделирования динамических режимов реакторов с мешалкой, с контурами управления;
· ССДКОЛУМН: дополнительный модуль для моделирования динамических режимов тарельчатых и насадочных абсорбционных и ректификационных колонн с контурами управления
Кроме продуктов “первого эшелона”, на рынке программных средств для инженерного моделирования присутствуют продукты, предоставляющие пользователю значительно меньше возможностей, но достаточно, чтобы решать основной круг задач инженера – технолога.
PROSIM. (PROSIM - торговая марка Bryan Research & Engineering, Inc)Продукт компании Bryan Research & Engineering, Inc. Пакет включает средства статического моделирования основных процессов газопереаботки (включая гликолевую осушку, аминовую очистку, фракционирование), нефтепереработки (атмосферно-вакуумная перегонка). Имеются средства для расчета геометрических размеров и конструктивных характеристик аппаратов. [9]
DESIGN II для Windows. Достаточно новый пакет компании WinSim Inc., имеющий все инструменты для полноценного моделирования в газонефтепереработке. Включает набор из 880 компонентов, инструменты синтеза наборов по данным анализа ASTM-D86/1160, TBP. Имеет интерфейсы Visual Basic, тесно интегрирован с Microsoft Excel.
PIPENET - это эффективное программное решение для выполнения быстрого и точного анализа потока жидкости, газа или водяного пара в трубопроводных сетях и воздуховодах, расчета неустановившихся гидродинамических сил, проектирования противопожарных систем.
Более 25 лет программа PIPENET широко используется во всем мире, включая компании нефтегазовой и энергетической промышленности для анализа технологических процессов, расчета противопожарных систем. На сегодняшний день система PIPENET является общепринятым стандартом, а так же лучшим программным средством в своей области.[10]
В программе PIPENET предусмотрена встроенная база данных арматуры, газов, паров и спецификаций труб. Пользователи могут так же создавать свои собственные базы данных по насосам, спецификациям труб, регулирующим клапанам, арматуре и по характеристикам среды. Сеть может быть задана с помощью таких элементов как трубы с футеровкой или без нее, воздуховоды, арматура, вентиляторы, насосы простые или с переменным расходом, обратные клапаны, регулирующие клапаны, штуцеры, фильтры, диафрагмы, регуляторы и датчики расхода, и т.д.
Visual MODFLOW – стандартный прикладной пакет для профессионального трехмерного моделирования геофильтрации (потоков подземных вод) и массопереноса (миграции компонентов, в частности, «загрязнителей» в подземных водах) с использованием алгоритмов MODFLOW-2000, MODPATH, MT3DMS и RT3D. Visual MODFLOW Pro включает помимо стандартного пакета Visual MODFLOW модуль WinPEST и трехмерный модуль визуализации для более полного графического отображения среду и результатов моделирования.[10]
Среди Российских программ следует отметить две разработки: КОМФОРТ и GIBBS.
КОМФОРТ. Эта система моделирования представляет собой инструментальное средство для выполнения поверочных и проектных расчетов материально - тепловых балансов различных химических производств. КОМФОРТ состоит из управляющей программы и модулей расчета аппаратов. Управляющая программа с конкретным набором технологических модулей образует предметно-ориентированную моделирующую программу, позволяющую выполнять расчеты для конкретного класса химико-технологических схем (ХТС). Программа имеет средства для расчета всех основных процессов фракционирования для газопереработки. Интерфейс представляет собой систему с табличным кодированием данных.[10]
GIBBS. Этот моделирующий пакет разработан фирмой “Топэнергобизнес” в 1992 году. Пакет включает средства для моделирования процессов промысловой подготовки природных газов, включая обычные установки низкотемпературной сепарации и низкотемпературные детандерные заводы с частичным или полным фракционированием жидких углеводородов, процессы обработки газа с впрыском, сбором и регенерацией ингибиторов гидратообразования, промысловой и заводской подготовки и переработки газоконденсата и нефти, включая деэтанизацию, стабилизацию и фракционирование по топливному варианту, газофракционирование. Программа имеет средства для синтеза нефтяной смеси по данным лабораторных анализов, расчета товарных свойств фракций моторных топлив, условий образования и ингибирования газовых гидратов, расчета дифференциальной конденсации пластовых смесей, расчета условий образования твердой фазы СО2 и другие утилиты инженерного применения. Программа имеет удобный псевдографический интерфейс.[10]
АСТРА-НОВА Семейство программных комплексов, обеспечивающее автоматизированные поверочные расчеты произвольных пространственных разветвленных трубопроводных систем на статическую и циклическую прочность, на сейсмические воздействия, на вибропрочность и неустановившиеся динамические процессы в соответствии с требованиями действующих российских нормативных документов.
* АСТРА-АЭС - ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
* АСТРА-ТЭС – РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды.
* АСТРА-НЕФТЕХИМ – РТМ 38.001-94. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов.
* АСТРА-ТЕПЛОСЕТЬ – РД 10-400-01. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей.
* АСТРА-МАГИСТР – СНиП 2.05.06-85. Нормы расчета на прочность магистральных трубопроводов.
Гидросистема - рекомендуется для использования при проектировании и реконструкции промышленных объектов. Особую популярность программа приобрела в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, нефтяной отраслях топливно-энергетического комплекса.
Гидросистема - предназначена для гидравлического расчета разветвленных и неразветвленных трубопроводов, перекачивающих газы или жидкости без учета теплообмена.
Обычно стадия проектирования выполняется с помощью специализированного программного обеспечения (CAD/CAM приложений). Однако, стадии проектирования предшествует исследование проекта, на которой выполняются отдельные общие стадии проектирования (планирование размещения объекта, снабжение энергией, теплом, водой и т.п.), оценка стоимости отдельных стадий и проекта в целом и составление сметы проекта, разработка сетевого графика выполнения проекта, анализ финансовой эффективности проекта. Хотя исследование проекта не относится к задачам моделирования химико-технологических процессов, существует специальное программное обеспечение, позволяющее выполнять такие исследования и использующее в качестве исходных данные, полученные с помощью перечисленных выше программных продуктов. К таким программам относится ICARUS PROCESS EVALUATOR (IPE), использующий в качестве исходных данные, полученные с помощью HYSYM, Aspen Plus, ProVision и CHEMCAD III. Программа позволяет выбрать наиболее прибыльный проект из различных вариантов, чтобы обеспечить надежный возврат инвестиций после осуществления проекта. Для этого выполняется полный анализ стоимости проекта на основе данных о стоимостях оборудования, труда, транспортировки, различных типов установок, зданий, сооружений и т.д. (для условий США, Великобритании и Японии). При этом может быть выполнен подробный расчет размеров оборудования по стандартам ASME, API, ANSI, TEMA, NEMA, BS5500, JIS. На основе общих характеристик проекта и сметных расчетов может быть разработан сетевой график производства работ, и далее – выполнен подробный финансовый анализ. [11]
Современные средства моделирования, которые могут быть использованы для разработки, анализа и проектирования новых производств, и для анализа работы существующих, весьма многообразны. Они позволяют автоматизировать практически все стадии инженерного труда и свести к минимуму затраты рабочего времени, трудовых ресурсов и денежных средств. При этом поставленная задача решается оптимально, с учетом накопленного опыта и данных. Совершенно очевидно, что конкурентное развитие техники и технологии невозможно без широкомасштабного использования таких средств моделирования как в проектных и исследовательских организациях, так и на производстве.