Сіздің жобаңыз үшін кәсіби химиялық процестерді жобалау қызметтері

Химиялық үдеріс жобалау жұмыс үстелін және негізгі кезеңдерді түсіну

Химиялық үдеріс жобалау жұмыс үстеліндегі негізгі сатылар

Химиялық үдерістің жобасы әдетте бес негізгі кезеңнен тұратын ретпен жүргізіледі. Біріншісі — концептуалды жобалау, онда инженерлер соңғы өнімнің қандай болуы керектігін анықтайды және жалпы үдерістің мақсаттарын белгілейді. Келесісі — техникалық тұрғыдан мүмкін бе және экономикалық тұрғыдан тиімді ме деген сұраққа жауап беретін іске асымдылық талдауы. Содан кейін командалар маңызды PFD (Үдеріс Ағынының Схемасы) және жабдықтар тізімін жасайтын базалық инженерия кезеңіне көшеді. Оның соңынан трубопроводтар мен құралдар диаграммаларын дәл етіп жасауға бағытталған толық жобалау келеді, ал соңғы кезең — жүйені сынау және оның оптимизациясын жүргізу үшін пайдаланылатын іске енгізу кезеңі. Көптеген заманауи жобалар базалық инженерия кезеңінде Aspen HYSYS сияқты имитациялық бағдарламаларды қолданады. Химиялық инженерия журналында өткен жылы жарияланған зерттеуге сәйкес, осы құралдар 47 әртүрлі өнеркәсіптік жағдайлар бойынша энергияны пайдалануды 12% пен 18% аралығында азайтқан.

Зерттеу: Мұнай-химиялық зауытты кеңейтудегі дизайн дамуы

Орталық Шығыс мекемесі итерациялық процестік модельдеу арқылы этилен өндіру қуатын 40% арттырды. Инженерлер 18 ай бойы өзгерістерді кезеңдерге бөліп жүргізді, алдымен HYSYS модельдеуінде дистилляциялық баған параметрлерін оптималдады, содан кейін физикалық жабдықтарды қайта жағдайға келтірді. Бұл тәсіл дәстүрлі қайта құрылымдау әдістеріне қарағанда бу тұтынымын 23% азайтса, пайдалану тоқтатылмауына ең аз ықпал етті.

Тактика: Жобаның сәтті болуын қамтамасыз ету үшін кезеңдік тәсілді енгізу

Химиялық процесс дизайнын сатылы кезеңдерге бөлу қауіп-қатерді 32% азайтады (AIChE 2022 жылғы деректер). Негізгі кезеңдерге мыналар жатады:

• Концепциялық кезең : ±30% құнының дәлдігімен технологиялық ағын диаграммасын (PFD) әзірлеу
• Анықтау кезеңі : P&ID-ны аяқтау және қауіпсіздікті шолу (HAZOP/LOPA)
• Орындау сатысы : 4D кесте имитациялары бар құрылыс басқаруы
  Сатылық тәсілді қолдану полимер өндірушіге ISBL (Батарея шектерінің ішінде) бюджетіне сәйкес келумен бірге жобадан іске енгізуге дейінгі уақытты 20% қысқартуға мүмкіндік берді.

Aspen Plus және HYSYS бағдарламаларын қолданып процесті оптимизациялау және имитациялау

Заманауи химиялық процесс жобалауда имитацияның рөлі

Aspen Plus және HYSYS сияқты симуляциялық бағдарламалар бүгінгі күні химиялық үрдістерді жобалау тәсілін түбегейлі өзгертті. Инженерлер бірнеше жыл бұрын физикалық түрде құру үшін апталарды алған күрделі жүйелердің егжей-тегжейлі модельдерін қазір құра алады. 2023 жылғы Ponemon зерттеуіне сәйкес, компаниялар дәстүрлі әдістердің орнына осы сандық құралдарды пайдаланған кезде тәжірибелік үлгілерге кететін шығындарды шамамен 30 пайызға дейін азайтуда. Бұл бағдарламалардың маңыздылығы термодинамикалық есептеулер жүргізу және әртүрлі жабдықтардың нақты жағдайларда қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін талдау арқылы әртүрлі жобалау нұсқаларын тексеру мүмкіндігінде. Мысалы, стационарлық симуляциялар айдау бағандарының жұмысын ең жоғары деңгейге дейін тиімді пайдалану үшін ерекше пайдалы, ал динамикалық модельдеу операторларға қалыпты жұмыс кезінде нәрселер өзгерген кезде не болатынын көруге мүмкіндік береді. Нақты пайдасы мәселелер кейіннен қымбатқа түсетін проблемаларға айналмас бұрын оларды уақытылы анықтау болып табылады. Тиімсіздіктерді ерте анықтайтын командалар ақша үнемеудің өзімен бірге фактіге сүйеніп түзетумен айналысып отырған командаларға қарағанда өнімдерді нарыққа анағұрлым тез дайындайды.

Зерттеу жағдайы: HYSYS негізіндегі мұнай өңдеу зауыттарын оптимизациялау арқылы энергияны үнемдеу

2023 жылғы мұнай өңдеу зауытын оптимизациялау жобасы жылу алмастырғыш желілерін қайта жобалау үшін HYSYS бағдарламасын пайдалану арқылы энергияны 18% үнемдеуге қол жеткізді. Модельдеу қалдық жылу ағымдарының тиімсіз пайдаланылатынын көрсетті, бұл инженерлерге алдын-ала қыздыру желілерін қайта құруға және пештегі жүктемені төмендетуге мүмкіндік берді. Қайта жаңартылған жоба өнім шығаруды сақтай отырып, жыл сайын 12 000 тонна көміртегі шығарындысын азайтты — бұл модельдеу негізіндегі тұрақты даму стратегияларының дәлелі болып табылады.

Дамып келе жатқан бағыт: Нақты уақыт режиміндегі технологиялық шешімдер үшін жасанды интеллектімен күшейтілген құралдар

Аспен платформалары бүгінгі күні машиналық оқытуды интеграциялау арқасында процесті басқару операцияларына болжаулы аналитиканы енгізу арқасында одан әрі ақылды болып келеді. 2024 жылы жарияланған зерттеулерге сәйкес, кәсіпорындар күтпеген ақауларға тап болған кезде, жасанды интеллект негізіндегі симуляциялар шешім қабылдау кешеуілдерін шамамен үштен екіге дейін азайта алады. Бұл жүйелер нақты уақыт режиміндегі сенсорлық көрсеткіштерді өткен орындалу деректерімен бірге талдау арқасында іске асады. Біз байқап отырғанымыз — бұл дамыған құралдар қысым деңгейлері, температура және материалдардың құбырлармен қозғалу жылдамдығы сияқты параметрлерге қолданылатын жақсартылған баптауларды ұсынады. Нәтижесінде операторлар енді тек қана теорияға сүйеніп, қандай баптаулардың жұмыс істейтінін болжауға мәжбүр болмайды, себебі жүйе нақты қағазда жоспарланған нұсқаны қазіргі уақытта зауыт алаңында болып жатқан жағдаймен байланыстырады.

Химиялық процестің құрылымында қауіпсіздікті талдау және қауіп-қатерді бағалау

Қауіпсіздікке критикалық маңызы бар процестерді құруда HAZOP және LOPA-ны интеграциялау

Қазіргі химиялық өңдеу әлемінде қауіпсіздік енді тек ойға түсірілетін нәрсе емес. Көптеген зауыттар қауіпсіз жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін қазір HAZOP зерттеулері мен LOPA талдауы сияқты құрылымдық тәсілдерге сүйенеді. HAZOP әдісі негізінен классикалық «егер не болса» деген сұрақтар қою арқылы қалыпты жұмыс режимі кезінде не дұрыс болмауы мүмкін екенін анықтайды. Дәл осы уақытта LOPA нақты қауіп деңгейлерін өлшей отырып, қолда бар қауіпсіздік шараларының жеткілікті екенін тексеру арқылы басқа тәсілді қолданады. Саланың деректеріне сәйкес соңғы есеп берулерде қысымды реакторлар сияқты қауіпті орнатылымдарда компаниялар екі әдісті дұрыс үйлестірген кезде апаттарды шамамен үштен екіге дейін азайтады. Мысалы, айдау бағанасын алайық. HAZOP талдауы операторлар бұрын байқамаған температураны реттеумен байланысты мәселелерді анықтай алады. Одан кейін LOPA кезеңі келеді, онда инженерлер температурамен байланысты мәселе нашарлаған жағдайда авариялық тоқтату клапандары мен басқа да қорғаныс жүйелері шынымен жағдайдың нашарлауын тоқтата алатынын тексереді.

Зерттеу: Қауіпсіздік басып шығару жүйелерін қолдана отырып, артық қысымды оқиғаларды болдырмау

2024 жылғы соңғы өнеркәсіптік есепке сәйкес, биодизель зауытында қауіпсіздік басып шығару клапандарының дұрыс өлшемін анықтауда адиабаттық калориметрия маңызды рөл атқарды. Инженерлер ешкімнің болуын қаламайтын жылулық басып төгу сценарийлеріне бағдарланып, модельдеу жүргізді. Нәтижесінде олар газ бен сұйықтықтың екеуін де басып шығаруға арналған ыңғайлы гибридті жүйе әзірлеп шықты. Бұл жүйе ыдыстар қысымның тостағанында жарылып кететін жағдайда шамамен екі миллион долларлық зиянды болдырмады. Шынымен тамаша нәтиже. Сонымен қатар, бұл әдісті қолданатын зауыттар стандартты конструкциялармен жұмыс істейтін басқа объектілерге қарағанда авариялық тоқтатуларын жартыға жуық төмендетті.

Стратегия: Тұжырымдамалық дизайннан бастап қауіпсіз процестерді құру

Бағдар беруші компаниялар алдыңғы инженерлік жобалау кезеңінде тән қауіпсіз дизайн (ISD) принциптерін қабылдап отыр:

• Минимизация : Еріткіштерді ауыстыру арқылы қауіпті материалдар қорын 72% дейін азайту
• Ықшамдау : Модульді жылу алмастырғыштардың конструкциясы арқылы көмекші құбырлардың 34% алып тасталуы
• Қауіпсіздікті қамтамасыз ету интеграциясы : Ток болмаған кезде де іске қосылатын пассивті сөндіру жүйелерін енгізу

Концептуалды дизайн кезеңінде ISD қолданылатын жобалар салдарынан салдарынан құрылыс аяқталғаннан кейін қауіпсіздікке байланысты өзгерістер 63% азайды (Kidam және т.б., 2016), бұл қауіпсіздікті уақытынан бұрын енгізу тиімділікті де, сенімділікті де қалай арттыратынын көрсетеді.

Технологиялық процестерді жобалау жобаларындағы экономикалық іске асырымдылық пен құнды бағалау

CAPEX/ОПЕХ модельдерін қолданып экономикалық бағалау жүргізу

Қазіргі заманғы химиялық технологиялық процестерді жобалау қатаң қаржылық талдауды талап етеді, онда CAPEX (негізгі қаржы салымдары) және OPEX (жұмыс істеу шығындары) модельдері жобалық бағалаудың негізін құрайды. 2023 жылғы Aberdeen Group зерттеуі бойынша автоматтандырылған CAPEX/OPEX бақылау қолданатын жобалар құнының шектен тыс өсуін қолжетімді әдістерге қарағанда 29% азайтады. Бұл модельдер мыналарды бағалайды:

• Жабдықтарды сатып алу және орнату құны
• Өндіру циклдары бойынша энергия тұтыну үлгілері
• Суық жағдайға сәйкестікті реттеуге байланысты қалдықтарды басқару жөніндегі міндеттемелер

Кезеңдік іске асыру командаларға реакторлардың өлшемдерін немесе жылу алмастырғыш желілерін оңтайландыру арқылы бастапқы шығындар мен жұмыс істеу тиімділігін теңестіруге мүмкіндік береді, бұл ертерек шығындарды үнемдеу мүмкіндіктерін анықтауға көмектеседі.

Зерттеу мысалы: Қалай бір пайдалылық зерттеу биопластика бизнесін бағыттады

Биопластика саласындағы стартап бастапқыда CAPEX/OPEX талдау тұрақсыз пайданы көрсеткенше премиум-сапалы ферменттерді қолданып 82 млн долларлық құрылыс нысанын жоспарлады. Төменірек құнды иммобилизацияланған фермент жүйелері мен модульді реакторлар дизайндарына ауысу арқылы жоба мынаны қол жеткізді:

• бастапқы капитал шығындарын 37% азайту (соңғы CAPEX 52 млн доллар)
• ферменттерді қайта толтырудың циклін азайту арқылы жылдық OPEX-ті 19% төмендету
• ROI-ді 8,2 жылдан 12,5 жылға дейін жақсарту

Бұл бағыт венчурлық бизнесінің экологиялық мақсаттарын сақтап қалды, сонымен қатар инвесторлардың ROI нормаларын қанағаттандырды және экономикалық модельдеу техникалық артықшылықты болдырмау үшін қалай маңызды екенін көрсетті.

Шығын тиімділігін процестің сапасы мен ұзақ мерзімді ROI-мен тепе-теңдікте ұстау

Алдыңғы қатарлы инженерлік компаниялар өмірлік цикл шығындарын талдау (LCCA) негіздерін қабылдайды, бұл мыналарды бағалайды:

Уақыт аралығы	Негізгі қарастыру көздері
0–2 жыл	Капиталды қайтару мерзімі, іске қосу шығындары
3–10 жыл	Катализаторды ауыстыру циклдері, энергия тарифтері
10+ жыл	Жабдықты пайдаланудан шығару міндеттемелері, жаңарту шығындары

2023 жылғы McKinsey есебіне сәйкес, дәстүрлі бағалау әдістерімен салыстырғанда, LCCA-ны енгізген жобалар 15 жылдық көзқарас бойынша NPV-ті 22% жоғары қамтамасыз етеді. Бұл тәсіл химиялық процестердің дизайндары бюджеттік шектеулер мен ұзақ мерзімді операциялық төзімділік талаптарын бірдей қанағаттандыруын қамтамасыз етеді.

Тұрақтылық, қоршаған ортаға әсер ету және дизайндағы энергия тиімділігі

Өмірлік циклды бағалау және көміртегі ізін азайту стратегиялары

Бүгінгі химиялық үдерістерді жобалау өнімдердің басынан аяғына дейінгі шеңберде әсерін ескере отырып, тұрақтылықты негізге алады. Бұл материалдардың қайда пайдаланылатынынан бастап, олардың жою кезіндегі әсеріне дейінгі барлық кезеңдерді қарастыру дегенді білдіреді. Инженерлер энергияның қанша пайдаланылатынын, қанша газ шығатынын және ресурстардың тиістісінше қаншалықты тез қолданылып бітетінін өлшеу үшін Өмірлік циклді бағалау құралдарын қолданады. Мұндай бағалар жақсартуға болатын жерлерді анықтауға көмектеседі. Компаниялар 2023 жылғы Материалдардың Пайдалылығы Жөніндегі Есепте жарияланған соңғы зерттеулерге сәйкес өндірістің деңгейін төмендетпей-ақ өсімдік негіздегі материалдарға ауысу немесе зауыттардың ішінде жылумен басқару жүйелерін жақсарту арқылы көміртегі шығарындыларын 25%-дан 40% дейін қысқартуға болатынын тапты.

Зерттелген мысал: Еріткіштерді қалпына келтіру үдерісіндегі қалдықтарды азайту

Арнайы химикаттар шығаратын компания жетілдірілген мембраналық бөлу технологиясын қолдана отырып, еріткіштерді қайта өңдеу жүйесін қайта жобалады және қалдықтарды 60% азайтты. Дистилдеу параметрлерін оптимизациялау және қалпына келтірілген еріткіштердің 85%-ын қайта пайдалану арқылы жоба жыл сайынғы төлеу шығындарын 2,3 млн долларға төмендетті және қауіпті қалдықтардың шығарылуын 1200 метрикалық тоннаға азайтты.

Циклдік экономика үшін жобалау: PFD және жылу желілеріне интеграциялау

Алдағы уақыттағы процестер схемасы (PFD) материалдарды қайта өңдеу циклдері мен қалдықтан энергия алу жүйелерін қамтиды. Тұйық су желілері мен пластик қалдықтары үшін пиролиз қондырғылары циклдік жобалау принциптеріне мысал бола алады. Жылулық пинч-талдау өнеркәсіптік энергия тиімділігі үшін глобалдық декарбонизация мақсаттарына сәйкес қалдық жылудың 90–95% қайта пайдаланылатынын қамтамасыз етеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Химиялық процестерді жобалауда симуляциялық бағдарламалардың маңызы қандай?

Aspen Plus және HYSYS сияқты симуляциялық бағдарламалар инженерлерге күрделі жүйелерді тиімді модельдеуге мүмкіндік береді, прототип шығындарын азайтады және физикалық шектеулерсіз әртүрлі конструкциялық нұсқаларды зерттеуге мүмкіндік береді.

Фазалық химиялық процестің жобалауы жобаның сәттілігін қалай арттырады?

Фазалық тәсіл жобалауды нақты кезеңдерге бөлу арқылы қауіп-қатерді азайтады. Бұл әрбір кезеңде мұқият бағалау жасауға, уақыт пен бюджетті оптимизациялауға мүмкіндік береді.

Химиялық инженерияда әлдеқашан қауіпсіз жобалау (ISD) деген не?

ISD бастапқы жобалау сатысына қауіпсіздік элементтерін енгізу арқылы қауіп-қатерлерді азайтуға және аварияларды болдырмау мен тиімділікті арттыру үшін операцияларды ықшамдауға бағытталған.

Шығындардың экономикалық тиімділігін зерттеу үшін CAPEX/OPEX модельдері неге маңызды?

Бұл модельдер потенциалды шығындардың артуы туралы ақпарат береді және инвестициялық және операциялық бюджеттерді оптимизациялауға көмектеседі, осылайша жобалардың экономикалық тұрақтылығын қамтамасыз етеді.