ПО UniSim Design с возможностями промышленного Интернета вещей (IIoT) является частью глобальной инициативы Honeywell Connected Plant, которая объединяет в себе уникальный отраслевой опыт Honeywell, программное обеспечение и цифровые технологии, например, облачные решения, направленные на повышение надежности, прибыльности и безопасности операций заказчиков.
Данное ПО от Honeywell используют в своей деятельности более 250 компаний в разных странах мира, представляющих нефтегазовую, нефтеперерабатывающую, нефтехимическую, химическую и энергетическую отрасли.
Пакет UniSim Design помогает инженерам в создании стационарных и динамических моделей для проектирования и оптимизации промышленных установок и систем управления, анализа нештатных ситуаций и рисков, оценки систем безопасности, мониторинга рабочих показателей, устранения неполадок, улучшения эксплуатационных качеств, планирования бизнеса и управления активами. Преимущества систем моделирования технологических процессов также доказаны на практике: они позволяют повысить эффективность проектирования на 20% за счет лучших в своем классе инструментов управления рабочими процессами и добиться экономии капитальных затрат на 30% за счет надлежащего выбора материалов при проектировании систем безопасности.
История
2017: Hyperion Group — дистрибутор UniSim Design Suite в России
В октябре 20127 года подразделение «Промышленная автоматизация» компании Honeywell и компания Hyperion Group подписали трехлетнее соглашение о расширении спектра решений, продаваемых в России. По условиям контракта, Hyperion, авторизованный дистрибутор продукции Honeywell, будет осуществлять продажу и техническую поддержку Honeywell Connected Plant UniSim Design Suite — ПО для моделирования технологических процессов на промышленных предприятиях, которое позволяет оптимизировать проектирование и разрабатываемые решения.
Пакет UniSim Design помогает инженерам в создании стационарных и динамических моделей для проектирования и оптимизации промышленных установок и систем управления, анализа нештатных ситуаций и рисков, оценки систем безопасности, мониторинга рабочих показателей, устранения неполадок, улучшения эксплуатационных качеств, планирования бизнеса и управления активами.
Расширение сотрудничества с нашим проверенным партнером Hyperion Group, нацеленное на дистрибуцию программного пакета UniSim Design в России, поможет дальнейшему продвижению технологий Honeywell Connected Plant на отечественном рынке, — заявил Алексей Зенкевич, исполнительный директор подразделения «Промышленная автоматизация» Honeywell в России, Беларуси и Армении.
Hyperion уже около 15 лет предоставляет услуги по локализации программного обеспечения и его технической поддержке, — сказал Ставрос Спанос, генеральный директор Hyperion Systems Engineering в России. — Решение Honeywell UniSim Design пользуется большим спросом среди промышленных предприятий по всему миру, и наша компания будет рада предложить инструмент моделирования российским заказчикам в области нефте- и газопереработки, добычи и транспортировки нефти, газа и нефтехимии.
Как отмечается, ПО UniSim Design с возможностями промышленного интернета вещей (IIoT) является частью глобальной инициативы Honeywell Connected Plant, которая объединяет в себе отраслевой опыт Honeywell, программное обеспечение и цифровые технологии, например, облачные решения, направленные на повышение надежности, прибыльности и безопасности операций заказчиков.
2016: UniSim Design версии 450
28 сентября 2016 года подразделение «Промышленная автоматизация» корпорации Honeywell объявило о выпуске пакета UniSim Design версии 450.
Выпуск ПО моделирования технологических процессов на промышленных предприятиях поможет повысить эффективность проектирования и оптимизировать разрабатываемые решения.
Долгосрочные отношения и тесное взаимодействие с заказчиками помогли нам сделать пакет UniSim Design одним из самых мощных и полезных в отрасли решений для технического моделирования. Продукт был выпущен более десяти лет назад, с этого времени мы постоянно изучаем мнения заказчиков, чтобы разрабатывать новые функции, ориентированные на решение реальных проблем, с которыми они сталкиваются. Последние нововведения, представленные в версии 450 пакета UniSim Design, являются ярким примером такого подхода.
Средства моделирования технологических процессов помогают инженерам создавать стационарные и динамические модели для проектирования и оптимизации промышленных установок и систем управления, анализа нештатных ситуаций и рисков, оценки систем безопасности, мониторинга рабочих показателей, устранения неполадок, улучшения эксплуатационных качеств, планирования бизнеса и управления активами. Свойства систем моделирования технологических процессов доказаны на практике: они позволяют повысить эффективность проектирования на 20 % за счет лучших в своем классе инструментов управления рабочими процессами, добиться экономии капитальных затрат на 30 % за счет надлежащего выбора материалов при проектировании систем безопасности.
Версия R450 затрагивает несколько важных областей, в частности:
GDF SUEZ E&P (Нидерланды) оптимизирует работу трубопроводной сети с помощью пакета UniSim Design
«Компания GDF SUEZ E&P (Нидерланды) предпочитает использовать для моделирования технологических процессов пакет UniSim® Design.
Общие сведения
Трубопроводная сеть компании GDF SUEZ E&P поставляет значительную часть природного газа, который добывается на континентальном шельфе Нидерландов и за его пределами. Система трубопроводов NOGAT общей длиной 270 км соединяет несколько морских платформ с береговым комплексом и используется, в основном, для транспортировки природного газа и некоторых конденсатов. Подводные трубопроводы сети сходятся на побережье Нидерландов и идут на газоперерабатывающий завод NOGAT в г. Ден-Хелдер. После очистки природный газ подается в трубопровод компании Gas Transport Services B.V., которая управляет национальной газотранспортной сетью.
Задача
Для управления торговыми операциями по сбыту газа газовые диспетчеры GDF SUEZ E&P используют систему учета углеводородов под названием Energy Components (ЕС), которая помогает им формировать задания по поставкам газа для различных объектов. Для работы системы учета углеводородов нужны технологические данные, в том числе информация о свойствах газа, которые обычно трудно получить с помощью измерений в реальном времени.
Перед GDF SUEZ стояла задача организовать надежный сбор таких данных для улучшения торговых операций по сбыту газа с учетом текущих условий эксплуатации и на основе прогнозирования будущих сценариев работы.
Решение
Чтобы провести анализ системы в целом, были разработаны различные статические модели сети подводных трубопроводов NOGAT, включая более 10 морских платформ и береговой газоперерабатывающий завод в Ден-Хелдере.
Затем полученные имитационные модели были подключены к источникам технологических данных, что обеспечило автоматическое обновление моделей для формирования точной картины текущей работы месторождения. Кроме того, модели были интегрированы с системой учета ЕС, что позволило получить полностью автоматизированный рабочий процесс.
В общей сложности шесть различных моделей UniSim Design поддерживают четыре сценария, обрабатываемых системой учета Energy Components:
1. Сценарий «Требуемые объемы запасов».
В день Д-1, а также в случае изменения задания этот сценарий рассчитывает необходимые давления в [бар изб.] на каждой из платформ и общие запасы газа в трубопроводной системе NOGAT, выраженные в [МДж], чтобы обеспечить выполнение требуемого задания по расходу газа в [МДж/ч].
2. Сценарий «Входные задания».
В день Д-1, а также в случае изменения производительности на какой-либо платформе или задания в результате какого-либо события этот сценарий прогнозирует поставки товарного газа на оставшуюся часть дня Д-1 и на день Д. На основе задания по расходу газа, выраженному в [норм. м³/ч], модель рассчитывает давление на некоторых платформах в [бар изб.], давление на газоперерабатывающем заводе в Ден-Хелдере, которое также называется давлением газа при выходе на берег, в [бар изб.], расход топливного газа в [норм. м³/ч], а также число Воббе в [МДж/м³] и расход в [МДж/ч] для товарного газа, произведенного газоперерабатывающим заводом в Ден-Хелдере.
Входные задания рассчитываются каждый час для каждой точки учета, чтобы обеспечить выполнение почасового выходного задания.
3. Сценарий «Суммарная энергия».
В конце каждого дня Д этот сценарий позволяет согласовать баланс счета запасов с физическим запасом газа в трубопроводе. На основе задания по расходу газа, выраженному в [норм. м³/ч], и давления на платформе в [бар изб.] модель вычисляет суммарную энергию запасов газа в сети трубопроводов в [МДж].
Суммарная энергия в системе NOGAT рассчитывается каждый день в 06:00 и используется в ежедневных согласованиях, чтобы обеспечить требуемое распределение энергии в системе по точкам учета.
4. Сценарий «Коэффициент отдачи».
При получении результатов анализа проб для расчета производительности за месяц M бухгалтер по учету углеводородов рассчитывает коэффициенты отдачи на месяц M+1. Эти коэффициенты используются в процедурах распределения в течении месяца M+2. На основе входных данных модель рассчитывает коэффициенты отдачи газа и конденсатной жидкости по каждому компоненту для каждой из платформ.
Коэффициент отдачи рассчитывается до 20-го числа каждого месяца.
После этого диспетчеры поставок газа получают результаты моделирования непосредственно из системы учета углеводородов без какого-либо ручного вмешательства.
В зависимости от сценариев с помощью моделирования будут оцениваться различные свойства, включая:
Результаты и преимущества
Этот проект основан на использовании и оптимизации имитационных моделей технологических процессов и трубопроводной системы NOGAT и их последующей интеграции с производственными данными и системой учета углеводородов GDF SUEZ (Energy Components) для поддержки процедур расчета заданий и распределения.
Все рабочие процессы этой прикладной задачи были автоматизированы. То есть, сбор входных данных и формирование выходных данных производятся автоматически и не требуют какого-либо вмешательства операторов. Это позволило сократить время получения нужных данных, повысить точность, обеспечить согласованность и сглаживание циклов расчета заданий и распределения, и в то же время снизить риск человеческих ошибок.
Разработка моделей UniSim Design была реализована без каких-либо серьезных сбоев. Пакет UniSim Design в настоящее время используется инженерами-технологами GDF SUEZ для различных технологических расчетов и исследований работы компрессоров.
О компании GDF SUEZ
GDF SUEZ Group развивает свой бизнес (услуги в области энергетики, энергоснабжения и поставок природного газа), используя модель, основанную на ответственном подходе к развитию, которая позволяет находить эффективные решения для сложных и масштабных задач в области энергетики и защиты окружающей среды, таких как удовлетворение потребности в энергии, обеспечение безопасности поставок, борьба с изменением климата и оптимизация использование ресурсов.
Группа концентрирует свои усилия на четырех ключевых областях: независимое производство энергии, сжиженный природный газ, возобновляемые источники энергии и энергоэффективность.
По всему миру в подразделениях компании GDF SUEZ в настоящее время работают 138 200 человек, а доходы компании в 2012 г. достигли 82 млрд евро. GDF SUEZ также является держателем контрольного пакета акций компании SUEZ Environment, специализирующейся на очистке воды и утилизации отходов.
GDF SUEZ E&P Nederland B.V. является одним из крупнейших операторов в нидерландском секторе Северного моря. У компании более тридцати добывающих платформ, а штате работают 300 сотрудников, которые обеспечивают поставки энергии в Нидерланды и ряд других стран.
О пакете UniSim Design
Этот пакет предлагает мощные инструменты, которые помогают инженерам в работе над проектами оптимизации технологических процессов и снижают проектные риски до осуществления капитальных вложений.
Основные сценарии использования пакета Unisim Design для моделирования технологических процессов:
MiRO Mineraloelraffinerie Oberrhein является одним из крупнейших нефтеперерабатывающих заводов Германии. НПЗ MiRO расположен в г. Карлсруэ и состоит из двух площадок, которые различными потоками связаны друг с другом (по сырью, продукции и инженерным сетям). В прошлом система топливного газа этого НПЗ в качестве дополнительного внешнего источника энергии использовала сжиженный нефтяной газ (СНГ), однако изменение цен сделало природный газ более привлекательной альтернативой с финансовой точки зрения. Поэтому руководство НПЗ MiRO решило использовать в качестве альтернативного источника энергии природный газ.
Структура новой интегрированной системы топливного газа, использующей в качестве источников энергии отходящий газ, газ от установок флюид-каталитического крекинга (ФКК), коксовый газ, сжиженный нефтяной газ и природный газ, показана на рис. 1.
В целях удовлетворения различных требований НПЗ специалисты компании MiRO разработали комплексную схему приоритетного управления. Кроме того, трубопроводы и средства управления новой системы природного газа необходимо было интегрировать с действующей системой топливного газа без остановки производственного оборудования. Таким образом, исследование динамической модели системы топливного газа проводилось со следующими основными целями.
· Обеспечение стабильной работы комплексной системы топливного газа при любых условиях эксплуатации и в переходных режимах
· Исключение возникновения колебаний и других динамических нарушений
· Тестирование конфигурации системы управления и предварительная настройка контроллеров перед установкой
· Достижение дополнительных целей управления (определение минимальных и максимальных значений расхода и т. д.)
· Отработка перехода с СНГ на природный газ в качестве основного топлива и обратно
· Безопасный ввод в эксплуатацию
· Сокращение сроков ввода в эксплуатацию
Динамическое моделирование системы топливного газа с помощью UniSim
Системы динамического моделирования процессов, такие как Honeywell UniSim Design[1], Invensys DYNSYM[2] и Aspentech Aspen HYSYS Dynamics[3], используют методы, основанные на базовых физических принципах, которые обеспечивают реалистичное воспроизведение переходных процессов, типичных для нефтегазовой и химической промышленности. Чтобы создать модель процесса, пользователь выбирает готовые компоненты и термодинамические пакеты для определения физических свойств и фазовых равновесий системы, после чего создает технологическую схему, добавляя и связывая друг с другом модели работы типовых блоков (трубопроводов, резервуаров, насосов, дистилляционных колонн и т. д.) и оборудования управления (клапаны, ПИД-регуляторы и т. д.). Полученную модель можно инициализировать, задав определенные начальные условия, и протестировать с помощью разных заранее подготовленных сценариев в рамках исследования динамической модели.
Исследование динамической модели является стандартным инструментом, используемым в перерабатывающих отраслях промышленности, для анализа и оптимизации переходных процессов. В качестве примера применения этой методики для анализа работоспособности оборудования или исследования безопасности можно привести оценку динамической нагрузки на факельную установку на НПЗ [1] или на континентальных газовых месторождениях [2], а также исследования компрессоров [3]. Для проведения ИДМ на НПЗ MiRO авторы выбрали пакет UniSim Design благодаря высокой скорости и стабильности моделирования, а также широким возможностям моделирования сложных систем управления.
Новую систему природного газа было необходимо интегрировать в систему топливного газа с использованием имеющихся трубопроводов и резервуаров, поскольку добавить новое оборудование без остановки производственного оборудования было невозможно (согласно требованию, указанному выше). Имеющееся оборудование не оптимизировано с точки зрения пропускной способности и перепадов давления, что может привести к нарушениям при протекании переходных процессов в интегрированной системе. На рис. 2 показана небольшая часть общей модели UniSim, в которой с большой точностью моделируются реальные трубопроводы НПЗ.
Приоритетное управление — это стратегия управления, в которой одна регулируемая переменная корректируется с помощью двух или более управляемых переменных [4]. Для приоритетного управления обычно используется алгоритм ПИ/ПИД-регулирования для каждой управляемой переменной. Выбор между выходами этих ПИ/ПИД-регуляторов в конкретный момент времени выполняет селектор меньшего или большего (LS или HS). При этом интегральные части ПИ/ПИД-регуляторов, которые не были выбраны селектором, могут перейти в состояние интегрального насыщения. Поэтому, чтобы исключить такое развитие событий, требуется использовать определенную стратегию противодействия насыщению. Одним из возможных вариантов является применение внешней обратной связи для перенастройки, которая предотвращает насыщение и уравнивает значения на выходах всех регуляторов [5]. На рис. 3 показана возможная реализация контроллера приоритетного управления с двумя регуляторами (С1 и С2), двумя управляемыми переменными (PV1 и PV2), селектором меньшего значения, внешней обратной связью для перенастройки (ERF) и одной регулируемой переменной (OP).
Схема приоритетного управления системы топливного газа НПЗ MiRO гораздо сложнее — она должна быть способна:
· справляться с большим количеством управляемых параметров и контроллеров;
· учитывать сложную структуру технологического оборудования;
· соблюдать различные требования (ограничения по условиям безопасности, оптимальные рабочие точки и т. д.).
В качестве примера на рис. 4 показана часть схемы приоритетного управления.
Чтобы обеспечить достижение описанных выше целей, выполняется обширное моделирование с использованием большого количества реалистичных сценариев. Например, в случае внезапного отключения печи мощностью 100 МВт на 5-й минуте с начала моделирования давление в системе топливного газа не вышло за пределы заданного диапазоне, как показано на рис. 5. Кривая красного цвета отражает давление. Уставка давления составляет 8,5 бар (изб.), и давление поднялось до 9,1 бар (изб.). Кривая синего цвета отражает активную регулируемую переменную (OP), которая непосредственно управляет клапаном, связанным с HGP 260 P4 на рис. 4.
Поскольку в процессе управления участвуют несколько ПИД-регуляторов, взаимодействие которых может привести к возникновению колебаний, основным предметом внимания в ходе анализа модели должна стать настройка параметров ПИД-регулирования.
В результате проведенных исследований был внесен ряд корректировок:
· пределы давления для выпуска факельного газа;
В целом, анализ модели подтвердил, что проектное решение системы топливного газа, включая систему природного газа и комплексную систему приоритетного управления, полностью выполняет свои функции и система работает без ошибок.
Ввод системы природного газа в эксплуатацию
В декабре 2013 года система природного газа была встроена в существующую систему топливного газа. В ходе работ по мере необходимости решались стандартные задачи настройки системы регулирования, такие как линеаризация нелинейных характеристик клапанов. Значения параметров управления, которые были получены в ходе ИДМ, стали хорошей основой для дальнейшей тонкой настройки параметров. Во многих случаях значения параметров управления динамической модели можно было использовать без каких-либо изменений.
В результате тщательной подготовки ввод системы в эксплуатацию был выполнен без существенных проблем. Стоит обратить внимание на короткий период времени, который потребовался для ввода в эксплуатацию и запуска расширенной системы топливного газа.
Сложной задачей оказалась подготовка операторов установок. Несмотря на то, что операторы прошли обучение на тренажере с упрощенной моделью, сложность новой системы приоритетного управления оказалась серьезной проблемой для многих из них.
НПЗ MiRO расширил свою систему топливного газа с целью использования природного газа в качестве дополнительного альтернативного источника энергии. Новая система природного газа, которая включает в себя сложную схему приоритетного управления, была интегрирована в действующую систему топливного газа без остановки производственного оборудования. Для обеспечения безопасной и стабильной работы новой системы, а также исключения проблем при вводе в эксплуатацию, было проведено исследование динамической модели системы топливного газа с использованием пакета UniSim Design. Исследование модели позволило разработать полнофункциональную и безошибочно работающую систему. В результате ввод в эксплуатацию и запуск расширенной системы топливного газа прошли без каких-либо существенных проблем.
[1] Gruber, D., Leipnitz, D.-U., Sethuraman, P., Alos, M.A., Nogues, J.M., Brodkorb, M.: Are there alternatives to an expensive overhaul of a bottlenecked flare system?, (Есть ли альтернативы дорогим работам по капитальному ремонту факельной установки, ставшей узким местом?) PTQ, Q1, стр. 93–95, 2010.
[2] Panigrahy, P., Balmer, J., Alos, M.A., Brodkorb, M., Marshall, B.: Dynamics break the bottleneck (Анализ динамической модели позволяет справляться с узкими местами). Hydrocarbon Engineering, September, стр. 93 –96, 2011.
[3] Nugues, J.M., Brodkorb, M., Feliu, J.A.: How can dynamic process simulation be used for centrifugal compressor systems (Как использовать динамическое моделирование процессов для анализа центробежных компрессорных систем). Hydrocarbon Engineering, August, стр. 92–98, 2012.
[4] Luyben, Michael L.: Essentials of process control (Принципы управления технологическими процессами). Edited by William L. Luyben, McGraw-Hill (серия McGraw-Hill по технологиям для химической промышленности), New York, стр. 122-125, 1997.
[5] Smith, Carlos A.: Automated Continuous Process Control (Автоматизированное управление непрерывными процессами). John Wiley & Sons, Hoboken NJ, стр. 88-92, 2002.
[1] Пакет UniSim® Design является зарегистрированным товарным знаком корпорации Honeywell.
[2] DYNSYM является зарегистрированным товарным знаком корпорации Invensys.
[3] Aspen HYSYS Dynamics является зарегистрированным товарным знаком корпорации Aspen Technology.
Затем полученные имитационные модели были подключены к источникам технологических данных, что обеспечило автоматическое обновление моделей для формирования точной картины текущей работы месторождения. Кроме того, модели были интегрированы с системой учета ЕС, что позволило получить полностью автоматизированный рабочий процесс.
GDF SUEZ Group развивает свой бизнес (услуги в области энергетики, энергоснабжения и поставок природного газа), используя модель, основанную на ответственном подходе к развитию, которая позволяет находить эффективные решения для сложных и масштабных задач в области энергетики и защиты окружающей среды, таких как удовлетворение потребности в энергии, обеспечение безопасности поставок, борьба с изменением климата и оптимизация использование ресурсов.
