Таны төслийн мэргэжлийн химийн процессын загварчлалын үйлчилгээ

Химийн процессын загварчлалын ажлын урсгал ба гол алхмуудыг ойлгох

Химийн процессын загварчлалын ажлын урсгалын үндсэн үе шат

Химийн процессын загварчлал нь ихэвчлэн таван үндсэн үе шатыг дагадаг. Эхлээд ойлголт бүтээх үе шат буюу инженерүүд эцсийн бүтээгдэхүүн хэрхэн харагдах ёстойг тодорхойлох ба нийт процессийн зорилгоо тогтооно. Дараа нь боломжийн шинжилгээний үе шатанд санал болгосон аргачлал техникийн хувьд боломжтой, эдийн засгийн хувьд үр ашигтай эсэхийг шалгадаг. Дараа нь үйл явцын урсгалын диаграмм (PFD) болон тоног төхөөрөмжийн жагсаалтыг боловсруулах чухал үе шат болох үндсэн инженерчлэлийн үе шат руу шилждэг. Дараа нь овоох, хэмжих багажны диаграммуудыг нарийвчлан тохируулахад анхаардаг дэлгэрэнгүй загварчлалын үе шат ирдэг бөгөөд эцэст нь системийн шалгалт, үр дүнтэй ажиллах боломжийг сайжруулах зорилгоор ажиллуулах үе шатанд хүрдэг. Олон орчин үеийн төслүүд одоогоор үндсэн инженерчлэлийн үе шатанд Aspen HYSYS зэрэг имитацийн программ хангамжийг ашигладаг. Өкмийн Журналд өнгөрсөн жил гарсан судалгаагаар эдгээр хэрэгслүүд судалгаанд хамрагдсан 47 ялгаатай үйлдвэрлэлийн тохиолдолд энерги хэрэглээг 12%-иас 18% хүртэл бууруулсан гэж заасан.

Туршлага: Химийн үйлдвэрийн тоног төхөөрөмжийн өргөтгөлтийн загварчлалын хөгжил

Дунд Дорно дахь нэг үйлдвэр HYSYS симуляци ашиглан тархалтын баганы параметрүүдийг анхны шатанд тохируулснаар этилен үйлдвэрлэлийг 40%-иар нэмэгдүүлж, цаашийн хэрэглээг уламжлалт арга замаас 23%-иар бууруулсан. Инженерүүд эдгээр өөрчлөлтийг 18 сарын турш давхаргалагдсан аргаар хэрэгжүүлснээр үйл ажиллагааны зогсонги байдлыг хамгийн бага болгосон.

Стратеги: Төслийн амжилтыг хангахын тулд давхаргалагдсан аргачлал хэрэгжүүлэх

Химийн процессын загварчлалыг шат дараатай үе шатуудад хувааснаар эрсдэлийн нөлөөллийг 32%-иар бууруулдаг (AIChE 2022 оны мэдээлэл). Гол үе шатуудад:

• Ойлголтын үе : Процессын урсгалын диаграмм (PFD) боловсруулах, зардлын нарийвчлал ±30%
• Тодорхойлох үе : P&ID-ийг боловсруулах ба аюулгүй байдлын хяналт (HAZOP/LOPA)
• Хэрэгжүүлэх үе шат : 4D хугацааны хуваарьтай барилгын менежмент
  Үе шаттай хүрээлэн нь нэг полимерийн үйлдвэрлэгчид ISBL (Батерейн доторх хязгаар) төсвийг хадгалж, загварчлал-ашиглалтын хоорондох хугацааг 20%-иар багасгах боломжийг олгосон.

Aspen Plus ба HYSYS ашиглан процессын үр дүнтэй болгох ба зохиомол туршилт

Современ химийн процессын загварчлалд зохиомол туршилтын үүрэг

Aspen Plus болон HYSYS зэрэг симуляци программууд нь одоогийн үед бидний химийн процессын загварчлалын аргыг бүрэн өөрчилсөн. Инженерүүд одоо ердийн физик загвар барихад хэдэн долоо хоног зарцуулдаг байсан нарийн төвөгтэй системийн нарийвчилсан загварыг бий болгож чадаж байна. 2023 оны Ponemon-ийн судалгаагаар компанийн прототай холбоотой зардал эдгээр дижитал хэрэгслүүдийг ашигласнаар 30 хувь буурч байна. Эдгээр програмуудыг маш үнэтэй болгож буй зүйл бол термодинамикийн тооцоо хийж, тоног төхөөрөмжийн бодит нөхцөлд хэрхэн ажиллах чадварыг шалгаж, янз бүрийн загварын сонголтуудыг үнэлэх чадвар юм. Жишээ нь, тогтвортой төлөвийн симуляци нь найрлага салгагч баганы ашиглалтыг хамгийн их байлгахад тус болдог бол, динамик загварчлал нь хэвийн үйл ажиллагааны явцад юмсын өөрчлөгдөх үед юу болохыг үйлчлэгчдэд харуулдаг. Бодит ашиг нь асуудлууд ирээдүйд хүртэл хүргэхээс өмнө тэдгээрийг илрүүлэх боломжийг олгодогт оршдог. Илүүдэлгүй байдлыг цаг алдалгүй илрүүлсэн багууд зөвхөн мөнгө хэмнэхэд л биш харин бусдаас илүү хурдан бүтээгдэхүүнээ зах зээлд гаргаж чаддаг.

Туршилтын судалгаа: HYSYS суурьт оюуны боловсруулалтаар шингэний үйлдвэрийг зохицуулах замаар энергийн хэмнэлт гаргах

2023 оны шингэний үйлдвэрийн үр ашгийг сайжруулах төсөл нь дулаан солилцооны системийг дахин зохион байгуулахын тулд HYSYS-ийг ашиглан 18% энерги хэмнэсэн. Загварчлал нь хаягдаж буй дулааны урсгалыг илрүүлж, инженерүүдийг урьдчилан халаах төхөөрөмжийг дахин тохируулах, ингэснээр печений ачааллыг бууруулах боломжийг олгосон. Шинэчилсэн загвар жилдээ 12,000 тонн нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг бууруулах болон нийлүүлэлтийг хадгалан үлдсэн нь загварчлалд суурилсан тэгш хандлагын стратегийг баталгаажуулсан.

Шинэчлэгдэж буй чиг хандлага: Бодит цагт технологийн шийдвэр гаргахад зориулсан хиймэл оюунны хэрэгслүүд

Одоогоор Aspen платформууд машин сургалтын интеграц болсноор илүү ухаалаг болж байна. Энэ нь үйл явцын удирдлагын үйл ажиллагаанд урьдчилан таамаглах шинжилгээг оруулж ирдэг. 2024 онд нийтэлсэн судалгаагаар үйлдвэрт хүлээгүй зүйл тохиолдвол, AI-ийн дэмжилттэй симуляци нь шийдвэр гаргалтын хоцрогдлыг ойролцоогоор гуравны хоёроор багасгадаг. Энэ нь системүүд бодит цагийн сенсорын утгуудыг өмнөх үзүүлэлтүүдтэй хамт шинжилдэг учраас болдог. Бид эдгээр дэвшилтэт хэрэгслүүдийг шахалт, температур, хоолойнуудаар материал ямар хурдтай урсаж байгаа зэрэг зүйлсийн талаар илүү сайн тохируулгыг санал болгож буйг харж байна. Үр дүн нь? Операторууд онолоор л тохируулгын аль нь илүү сайн ажиллахыг таашаад байх шаардлагагүй болсон тул систем нь цаасан дээрх төлөвлөгөөг одоо үйлдвэрийн талбайд явагдаж буй үйл явцтай холбож өгдөг.

Химийн процессийн загварчлалд аюулгүй байдлын шинжилгээ ба эрсдэлийн үнэлгээ

HAZOP ба LOPA-г аюулгүй байдлын хувьд чухал процессийн загварчлалд интеграцилах

Өнөөгийн химийн боловсруулалтын ертөнцөд аюулгүй байдал нь зөвхөн санаанд орж буй зүйл биш юм. Ихэнх үйлдвэрүүд одоо аюулгүй ажиллагааг хангахын тулд HAZOP судалгаа, LOPA шинжилгээ зэрэг бүтцийн аргуудад итгэж байна. HAZOP арга нь үйлдвэрлэлийн ердийн үед юу муу болох боломжтой вэ гэсэн классик яахав гэсэн асуултуудыг тавьж үзэх замаар хангадаг. Харин LOPA нь өөрөөр хандаж, жинхэнэ эрсдэлийн түвшинг хэмжиж, одоогийн аюулгүй байдлын арга хэмжээний хангалттай эсэхийг шалгадаг. Салбарын мэдээллээр харахад компаниуд энэ хоёр аргыг зөв хослуулбал даралт ихтэй урвалж зэрэг аюулаар дүүрэн орчинд дайралдаж байгаа гэмтлийг саяхны тайлангийн мэдээгээр ойролцоогоор гуравны хоёроор бууруулдаг. Жишээлбэл, найрлагын багана авч үзье. HAZOP шинжилгээ нь ажиллагсад анзаарч чадаагүй температурын хяналтын асуудлыг илрүүлж болно. Дараа нь LOPA шинжилгээ ирдэг тухайлбал инженерүүд температурын асуудал илүү муудах тохиолдолд аварга замаар хаагч кран, бусад хамгаалалтын системүүд жинхэнэдээ муу зүйлсийг саатуулах боломжтой эсэхийг шалгадаг.

Туршлага: Аюулгүй байдлын сулрах системийг ашиглан даралт ихсэх үзэгдлийг урьдчилан сэргийлэх

2024 оны сүүлийн үеийн салбарын тайлангийн мэдээгээр, аддиабат калориметри нь биодизел үйлдвэрийн аюулгүй сулрах вентильд зориулсан хэмжээг тогтооход чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Инженерүүд хамгийн муу халуун цохилтын нөхцөл байдлыг загварчилж судалсан ба ийм нөхцөл байдал болох ёсгүй. Тэдний гаргасан шийдэл бол хий ба шингэн хоёуланг нь шахаж гаргадаг гибрид систем байсан. Энэ систем нь сав баглах хэрэгслүүдийн даралтэнд задрахаас сэргийлснээр ойролцоогоор хоёр сая долларын хоргүйдлийг сэргийлсэн. Бодитоор маш сайн ажиллагаа. Мөн илүү сайн мэдээ бас бий. Энэ аргыг ашигладаг үйлдвэруүдийн аварга зогсооны тоо ердийн дизайнтай төвүүдийн түвшинд ажиглагддагтай харьцуулахад бараг хагасаар буурсан.

Стратеги: Анхдагч дизайнээс эхлэн үнэн хэрэг аюулгүй процессыг бий болгох

Онцын компаниуд одоо анхдагч инженерчлэлийн явцад үнэн хэрэг аюулгүй дизайн (ISD) зарчмыг баримталдаг:

• Багасгалт : Уусгагчийн оронд өөр материал ашиглах замаар хорт бодисын нөөцийг 72% бууруулсан
• Зөвлөмж : Модуль хэлбэрт дулаан солилцуурын загварын тусламжтайгаар туслах хоолойнуудын 34%-ийг арилгасан
• Аюулгүй байдлын интеграц : Цахилгаан эрчим хүчгүйгээр идэвхжих пассив усанд хөргөх системийг нэвтрүүлсэн

Төслийн анхдагч загварын үед ИЮЗ-г (Аюулгүй байдлыг загварчлах) ашигласан төслүүд нь барилга байгууламжийн дараа аюулгүй байдлын хувьд шаардлагатай өөрчлөлтийг 63%-иар бууруулсан бөгөөд энэ нь аюулгүй байдлыг цаг тухайд нь нэгтгэснээр үр ашгийг бас л сайжруулдаг болохыг харуулж байна (Kidam et al., 2016).

Технологийн загварын төслүүдийн эдийн засгийн боломжит чадал ба зардлын үнэлгээ

CAPEX/ОPEX загварыг ашиглан эдийн засгийн үнэлгээ хийх

Орчин үеийн химийн технологийн загварчлал нь эрчимтэй санхүүгийн шинжилгээтэй байх шаардлагатай бөгөөд CAPEX (капитал зардал) ба OPEX (үйл ажиллагааны зардал) загварууд нь төслийн үнэлгээний үндсийг бүрдүүлдэг. 2023 оны Aberdeen Group-ийн судалгаагаар автомжуулсан CAPEX/OPEX хяналтыг ашигласан төслүүд нь гарын авлагаар хийсэн арга замуудтай харьцуулахад зардлын хэтрэлийг 29%-иар бууруулсан байна. Эдгээр загварууд дараах зүйлсийг үнэлдэг:

• Тоног төхөөрөмжийн худалдан авалт, суурилуулах зардал
• Үйлдвэрлэлийн мөчлөгт дамжуулан энерги хэрэглэх загвар
• Зохицуулах хяналтанд нийцсэн хаягдал харгалзах татвар, шимтгэл

Шат дараатай хэрэгжүүлэх нь багийг эрт үеэс хөрөнгө оруулалтыг баланслах, жишээ нь реакторын хэмжээг тохируулах эсвэл дулаан солилцуурын сүлжээг сайжруулах зэрэг зардлыг хэмнэх боломжийг тодорхойлоход тусална.

Туршлага: Нэгэн Биопластик Ажлын Төслийн Чадамжийн Судалгаа Хэрхэн Чиглэл Өөрчилсөнийг

Нэгэн биопластик эхлэлтэн компани анхдагчаар $82 сая долларын фасилитай премиум ангийн ферментийг ашиглахаар төлөвлөсөн боловч CAPEX/ОРЕХ шинжилгээ нь үр ашгийг өмчлөх боломжгүй болохыг илчилсэн. Илүү бага өртөгтэй иммобилижуулсан ферментийн систем болон модуль хэлбэрийн реакторын дизайн руу шилжих замаар төсөл дараах үр дүнг гаргасан:

• анхны анхдагч хөрөнгө оруулалтын зардлыг 37%-иар бууруулсан ($52 сая доллар эцсийн CAPEX)
• ферментийн нөхөлтийн мөчлөгийг бууруулах замаар жилийн ОРЕХ-ийг 19%-иар бууруулсан
• Анхны 8.2-оос 12.5 жил болтолх ашиг орлогын түвшингийн сайжрал

Энэ чиглэлийн өөрчлөлт нь хувь хүмүүст ROI-ийн шаардлагыг хангаж, экологийн зорилгоо хадгалж, техникийн илү-инженерчлэлийг эдийн засгийн загварчлалын тусламжтайгаар хэрхэн саатуулж болохыг харуулсан.

Зардлын үр ашгийг технологийн чанартай, урт хугацааны өгөөжийн хувь харьцааг тохируулах

Удиртгал инженерчлэлийн компаниуд насан туршийн зардлын шинжилгээний (LCCA) багцыг хэрэглэдэг бөгөөд дараах зүйлсийг үнэлдэг:

Хугацаа	Чухал үзэл бодлого
0–2 жил	Хөрөнгийн сэргээлт, ажиллуулах үеийн зардал
3–10 жил	Катализаторын солилтын мөчлөг, энерги хангамжийн тариф
10 жил	Үйлдвэрийг хаах үеийн хариуцлага, дахин тоноглох зардал

2023 оны McKinsey-ийн тайлангийн мэдээллээр LCCA-г ашигласан төслүүд нь энгийн үнэлгээний арга хэмжээнд харьцуулахад 15 жилийн хугацаанд цэвэр одоогийн өртгийг 22% илүү өсгөж чадсан. Энэхүү арга зам нь химийн технологийн загварчлал нэгэн зэрэг анхны төсөв, урт хугацааны үйл ажиллагааны тэсвэрт чадлын шаардлагыг хангасан байдаг.

Тогтвортой байдал, орчны нөлөөлөл ба энергийн үр ашгийг загварчлах

Насан туршийн үнэлгээ ба нүүрстөрөгчийн хийн хаягдал бууруулах стратеги

Өнөөгийн химийн процессын загварчлал нь бүтээгдэхүүнүүд орчныг эхнээс нь төгсгөл хүртэл хэрхэн нөлөөлж буйг судалсаар тэвчээртэй хөгжлийг голлон анхаардаг. Энэ нь материалууд хаанаас авагдаж, хэрхэн ашиглагдаж, цаашлаад хаягдах үе шат хүртэлх бүхнийг хамрахыг шаардана. Инженерүүд энерги хичнээн их хэмжээтэй ашиглагдаж байгаа, хичнээн хэмжээний хүлэмжийн хий ялгарч байгаа, нөөцөл хэт хурдан зохихгүй хурдаар хорогдож байгаа эсэх зэрэг зүйлсийг хэмжихийн тулд Амьдралын Мөчлөгийн Үнэлгээний хэрэгслүүдийг ашигладаг. Ийм үнэлгээнүүд сайжруулах боломжтой цэгүүдийг илрүүлэхэд тусалдаг. Компаниуд 2023 оны Материалын Үр Дүнтэй Ашиглалтын Тайлангийн саяхан гаргасан судалгаанд дурдсанаар үйлдвэрийн хэмжээг бууруулахгүйгээр ургамлын гаралтай материал руу шилжих эсвэл үйлдвэрийн доторх дулааны удирдлагын системийг сайжруулах замаар нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг 25%-60% хүртэл бууруулж болохыг олж мэджээ.

Туршлагын жишээ: Уусгагчийн сэргээлтийн процесс дахь хаягдлыг багасгах

Тусгай химийн бодис үйлдвэрлэгч хөнгөн цагаан ялгаруулах системээ дэвшилтэт мембраны ялгаруулалтын технологийг ашиглан дахин зохион байгуулж, хаягдал бодисын хэмжээг 60%-иар бууруулсан. Дистилляцийн параметрийг оновчтой болгох, сэргээн авсан уусгагчийн 85%-ийг давтан ашиглах замаар жилд $2.3 сая орлогын зардлыг хэмнэсэн бөгөөд аюултай хаягдал бодисын үйлдвэрлэлийг метрик тонны 1,200-иар бууруулсан.

Бүтээгдэхүүний эргэлтийн эдийн засгийн загвар: PFD ба дулааны сүлжээнд нэгдэх

Урьдчилан бодож үзэх үйл явцын урсгалын диаграммууд (PFD) одоогоор материал сэргээх гогцоо, хаягдлаас энерги гаргах системийг агуулж байна. Усны хаалттай гогцооны сүлжээ, пластик хаягдлын бүтээгдэхүүнд зориулсан пиролизын нэгжүүд нь эргэлтийн загварын зарчмыг илтгэж байна. Дулааны пинч шинжилгээ нь хаягдлын дулааны 90–95%-ийг дахин ашиглах боломжийг олгоно иймд индустрийн энергийн үр ашгийг сайжруулах глобал декарбонжуулалтын зорилтод нийцэж байна.

Түгээмэл асуулт

Химийн процессын загварчлалд имитацийн программ хангамжийн чухал байдал юу вэ?

Aspen Plus болон HYSYS шиг симуляци программ хангамжууд нь инженерүүдийг нарийн төвөгтэй системийг үр дүнтэй загварчлах боломжийг олгох бөгөөд прототипын зардлыг бууруулж, бодит хязгаарлалтгүйгээр янз бүрийн загварын сонголтуудыг судлах боломжийг хангана.

Химийн процессын фазын загварчилал төслийн амжилтыг хэрхэн сайжруулах вэ?

Фазын хандлага нь загварчлалыг тодорхой үе шатуудад хувааж, эрсдэлийн өртөгийг бууруулдаг. Энэ нь аль ч алхамд анхааралтай үнэлгээ өгөх, хугацаа болон төсвийг үр дүнтэй ашиглах боломжийг хангана.

Химийн инженерчлэлд уг байдалаас өөрөө аюулгүй загварчилал (ISD) гэж юу вэ?

ISD нь анхны загварчлалын үед аюулгүй байдлын шинж чанаруудыг нэмж оруулах замаар эрсдэлийг хамгийн бага болгох, үйл ажиллагааг хялбаршуулах, гамшгууд болохоос сэргийлэх, үр ашгийг сайжруулахыг хамарна.

Төслийн эдийн засгийн боломжийн судалгаанд CAPEX/OPEX загварууд яагаад чухал вэ?

Эдгээр загварууд боломжит зардлын хэтрэлтийн талаар мэдээлэл өгч, хөрөнгө оруулалт болон үйл ажиллагааны төсвийг үр дүнтэй болгоход тусалж, төслүүдийг эдийн засгийн хувьд тогтвортой байлгахад нөлөөлнө.