Как математические модели сокращают затраты

Зачем предприятию математические модели

Методики моделирования ХТП могут служить инструментом для решения задач по следующим направлениям:

• Управление и оптимизация. Модель дает возможность понять, насколько близко к оптимуму работает конкретный объект и можно ли повысить его эффективность.

• Производственное планирование. Модель позволяет получить информацию о количественных и качественных характеристиках материальных и энергетических потоков для передачи в систему расчета производственной программы.

Область применения моделирования обширна. Это могут быть предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, химической промышленности и энергетики.

Обзор программного обеспечения

На сегодняшний день существует немало систем для создания математических моделей. Наиболее известные в мире продукты – пакеты моделирования ХТП HYSYS от компании Aspen, UniSim Design от Honeywell и CHEMCAD 7 от Chemstation.

Aspen HYSYS

Программная среда Aspen HYSYS базируется на общих принципах расчетов материально-тепловых балансов технологических процессов с применением законов термодинамики как для составляющих производства по отдельности, так и для всей системы.

Совокупность баз данных, алгоритмического и программного обеспечения (ПО) позволяет организовывать расчетные исследования и проводить причинно-следственный анализ ХТП. В результате появляется возможность выбора оптимальных условий осуществления технологических операций.

Honeywell

Электронная система для проектирования и моделирования ХТП, обладающая дополнением UniSim Design, предназначенным для повышения безопасности промышленных предприятий, сокращения затрат на закупку новых и обслуживание имеющихся технологических установок. Данное решение разработано с учетом особенностей нефтехимической, нефтегазовой и химической отраслей.

CHEMCAD 7

Масштабируемый интегрированный набор ПО, обеспечивающий интуитивно понятное моделирование процессов для оптимизации химико-технологических процессов. Инструментарий CHEMCAD 7 включает средства статического моделирования процессов, основанных на фазовых и химических превращениях, а также средства для расчета геометрических размеров и конструктивных характеристик аппаратов.

«Наука»

Комплексное ПО для автоматизации и цифровизации производства, позволяющее осуществлять производственный учет, оптимальное планирование производственной программы, а также учет и нормирование энергоресурсов предприятия. Для решения перечисленных задач используются математические модели. ПО позволяет разрабатывать модели химико-технологических процессов разделения, конверсионного и каталитического превращения веществ, анализа эффективности работы технологической аппаратуры, расчета масс веществ в емкостях и резервуарах хранения и других. Функциональные блоки могут использоваться как автономно, так и в синергии с другими.

Опытным путем

Компания «Наука» разработала укрупненную модель нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), в которой учитывается влияние внешних и внутренних факторов на производственный процесс: технологические и экономические ограничения, планы поставки сырья и отгрузки. 

В результате проведенных работ предприятие начало экономить 50 млн руб. в месяц только на энергоресурсах, отказалось от дорогостоящих присадок, оптимизировало поставки сырья при рассмотрении разных объемов переработки нефти, настроило автоматизированные контроль и отчетность всех процессов. Также было обеспечено в соответствии с требованиями ГОСТ или СТП формирование товарной корзины с минимальным запасом по качеству продукции. Это позволило снизить общую себестоимость выпускаемого товара и тем самым увеличить прибыль НПЗ. 

Преимущества и недостатки методики

Дарья Смирнова, руководитель по развитию программного продукта компании «Наука».

Использование математических моделей на крупных промышленных предприятиях дает бизнесу ряд плюсов. 

1. Повышается точность планирования производства. Появляется возможность рассчитывать оптимальные параметры режима технологических объектов при варьировании объемов переработки и качества сырья.

2. Обеспечивается оптимизация технологических процессов. Математические модели позволяют адекватно описывать все типы преобразований вещества и энергии, происходящие на технологическом объекте. С их помощью можно выполнить анализ возможности и оценку целесообразности расшивки узких мест химико-технологических систем.

3. Уменьшаются временные и финансовые затраты на оптимизацию. Благодаря математическим моделям отпадает необходимость проведения дорогостоящих и трудоемких испытаний на действующих промышленных объектах. Также появляется возможность получения технико-экономических оценок эффективности структурных или параметрических преобразований ХТП.

4. Повышается эффективность проектирования новых и реконструкции действующих объектов. Математические модели позволяют проводить структурно-параметрическую оптимизацию объектов проектирования (агрегатов, установок, заводов), получать достоверные данные о выполнении проектных работ для внедрения новых объектов, реконструкции или технического перевооружения существующих. При этом повышается точность расчетов параметров и технологических норм, снижаются капитальные и эксплуатационные затраты предприятия.

При всех приведенных достоинствах применение методики сопряжено с некоторыми сложностями: 

• Достаточно высокая стоимость ПО и услуг по разработке и сопровождению.

• Необходимость обучения персонала или обеспечения постоянной поддержки на условиях аутсорсинга как для поддержания актуальности моделей, так и для их модификации в случае внесения каких-либо изменений в систему (использование нового вида сырья, переход на новый вид топлива, замена аппаратуры и т.п.).

• Возможная потребность в проведении активных экспериментов на действующих производственных объектах для подтверждения адекватности моделей.

Как правило, недостатки тем не менее нивелируются преимуществами, которые моделирование ХТП дает предприятию. Как показывает практика, экономический эффект от управления, оптимизации и планирования производства с применением данной методики многократно превышает затраты на внедрение соответствующего ПО и услуги по разработке и сопровождению. При этом конечный результат напрямую зависит от функциональности выбранного софта и компетентности привлеченных специалистов.