浅议过程模拟优化在化工工艺设计中的应用

2020-11-26王冠毛智强

商品与质量 2020年45期

关键词：化工管道装置

王冠毛智强

1.湖北兴福电子材料有限公司湖北宜昌 443007

2.湖北兴发环保科技有限公司湖北宜昌 443007

1 过程模拟优化技术简介

过程模式优化技术是指借助计算机技术进行化工生产过程的模拟，并进行相应的计算，调整工艺参数，从而提升化工工艺的科学性、合理性。其中，需要计算的有相比平衡、压力平衡、热平衡等。此外，还会对化工工艺介质进行计算、调整[1]。

接下来，还要进行MB、HB计算、设备设计及选型、PFD图绘制、流程平立面布置及配管设计、概算、流程的技术经济分析。具体来说，是将描述某个化工过程的数学模型及参数输入到计算机模拟软件中，由模拟软件完成数学模型的求解，然后依据输出结果就可进行化工工艺的优化。在整个过程中，主要就是进行物理模拟和数学模拟。其中，物理模拟是指借助物理试验手段，进行化工过程的模拟，具有成本低、灵活的优点。数学模拟是指通过构建数学模型，对模型进行求解、分析，进而达到对化工过程进行研究的目的，具有可靠性高的特点。一般在实际化工工艺过程模拟优化中，大多将数学模拟和物理模拟结合在一起。另外，大多应用Aspen Plus模拟软件、Capes 软件进行过程模拟。其中，Aspen Plus 模拟软件的功能更齐全、规模更大。总之，传统化工工艺存在许多不足。通过应用过程模拟优化技术可以提高化工工艺的经济性，降低生产成本，提升化工生产效益。最重要的是，能为产品的研发、设计提供保障，促进化工企业的可持续发展。

2 化工工艺设计流程关键因素分析

由于化工生产较为复杂，存在诸多的化学反应。然而化学反应会根据环境因素产生变化，因此很难保证化学反应能正常进行。在设计过程中，要了解实际情况，在化工工艺设备上需要引进大量的先进资料，在数据上有所保障，从而确保最终的化学反应的准确性。对于化工不要盲目地追求工作效率与质量，要进行综合资源投入，对时间、产出效率等进行全面科学分析。在化工工艺流程设计过程中，由于设计的管线复杂，很难进行科学验证，一旦出现问题会影响最终结果。在工艺流程设计方案的制定过程，要重视反应步骤，减少生产过程中的影响因素，降低生产风险，并进行全面分析，要对安全值进行控制，对施工流程进行二次防护，制定出更加全面的设备安全措施，防止意外发生，造成不必要的经济损失以及人员伤亡[2]。

3 过程模拟优化技术在化工工艺设计中的应用

3.1 生产设备的调整、优化

在生产设备调整、优化方面，过程模拟优化技术起到了不可替代的作用。通过模拟化工工艺流程，可以找到最佳的工艺条件，实现化工生产的节能、降耗。相对于传统的优化方法，借助计算机进行化工设备优化，可以得到最佳的工艺参数，保证化工生产效率。目前，过程模拟优化技术已经实现了动态模拟、实时优化。但是，其基础仍是稳态模拟。毕竟，只有通过稳态模拟确定各项数值，才可开展动态模拟、实施优化。通过应用这两种模拟优化技术可以对复杂装置进行调整、优化。例如，可以利用Fluent 软件对旋风分离器内流场进行模拟分析，并依据模拟结果，对其流体速度、压力变化进行观察分析，从而为调整、优化设备提供参考。这样就可依据化工工艺实际，对旋风分离器参数进行调整，提升其使用性能。

3.2 优化化工工艺管道的设计

在进行化工生产时，需要注重对于管道的设计，因为生产过程中所使用的化工原料具有一定的腐蚀性与毒害性，一旦发生泄漏将会造成巨大的损失与伤亡，所以必须严格控制化工工艺生产中所选用的管道材料质量。与此同时，还要在此基础上科学准确地分析化工工艺管道的振动以及管道内的应力等情况，全面详细了解化工管道的腐蚀状况，进行为设计人员提供科学合理的数据信息参考，避免管道在后期发生裂缝以及变形等问题，造成不良的社会影响和危害。

3.3 新装置设计

化工过程模拟的主要应用途径之一就是新装置设计。因为应用过程模拟优化技术可以更加精确地计算物料平衡、能量平衡，以便进行后续的设备工艺参数修改、调整、优化。应用模拟软件可以实现以下功能：

（1）可判断化工装置是否在优化状态下，若不在则应如何改进。

（2）可通过模拟发现装置在实际生产中的应用瓶颈，并提供相应的参数、结果，方便设计人员改进装置，突破瓶颈。

（3）无需进行实际投资，就可完成装置优化，降低装置能耗。

（4）当装置出现异常时，可通过模拟找到装置异常点，并提出相应的解决措施。

（5）可为装置的改造、技改提供基础保障。

（6）可方便技术人员的综合素养培养。现如今，过程模拟在装置设计中的应用已经非常广泛。例如，青岛炼化通过应用过程模拟优化技术对其实际生产装置进行了优化。结果证明，通过应用新装置，不仅节约了燃料，还提高了节能效益、产品回收效率。荆门石化则通过应用过程模拟优化技术对气分装置进行了降压操作优化，使得节能效益大幅度提升[3]。