Применение компьютерных технологий при проектировании нефтеперерабатывающего завода

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ НЕФТИ И ГАЗА

РЕФЕРАТ

на тему:

«ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА»

Выполнил ст. гр. ТП-07-01 Иванов

Проверил С. В. Дезорцев

Уфа 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Программы для оформления пояснительных записок

2.1 Офисный пакет Microsoft Office

2.1.1 Microsoft Office Word

2.1.2 Microsoft Office Excel

2.1.3 Microsoft Office Visio

2.2 Офисный пакет OpenOffice.org

2.2.1 OpenOffice.org Writer

2.2.2 OpenOffice.org Calc

3. Программы для оформления чертежей и графического материала

3.1 AutoDesk AutoCAD

3.2 АСКОН КОМПАС

4. Программы для автоматизации технологических расчетов

4.1 Aspen HYSYS

4.2 Chemstations Chemcad

4.3 Авторские программы

4.3.1 NIPAL

5. Программы для 3D проектирования

5.1 AVEVA PDMS

5.2 Bentley AutoPLANT

6. Автоматизированные системы управления

Список использованных источников

1. ВВЕДЕНИЕ

Нефтеперерабатывающие и нефтехимические заводы (НПЗ и НХЗ) представляют собой сложные многоотраслевые предприятия, в состав которых входят различные инженерные сооружения - технологические цеха и установки, объекты приема и хранения сырья и товарной продукции, многочисленные энергетические службы и сооружения. Ежегодно на этих предприятиях вводятся новые производственные мощности. Постоянно осуществляется строительство новых и расширение действующих заводов. Обеспечение строительства высококачественной проектно-сметной документацией представляет собой важную задачу.

Итогом любой проектной деятельности является проектно-сметная документация (ПСД), представляющая собой сумму текстовых и графических материалов, которые описывают и изображают с минимальной необходимой степенью детализации будущее предприятие в целом и его составные части в отдельности.

ПСД предназначается для капитального строительства и технического перевооружения предприятий. Только на основе проектных разработок можно выявить оптимальный вариант будущего завода. Образно говоря, созданию предприятия в натуре предшествует его «строительство на бумаге».

Строительно-монтажные организации осуществляют на основе ПСД возведение объектов в точном соответствии с замыслами проектировщиков. С помощью ПСД производственный персонал организовывает надежную и безопасную эксплуатацию предприятия.

Таким образом, создание ПСД - сложный многостадийный процесс. Итоговый проект должен в полной мере соответствовать требованиям СПДС и ГОСТ 21.101-97 «Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации». Помимо этого, текстовые и графические материалы также должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов.

Современные компьютерные технологии позволяют значительно упростить и автоматизировать процесс проектирования и создания ПСД. Множество компьютерных программ, используемых при проектировании, можно условно разделить на следующие группы:

1) программы для оформления пояснительных записок;

2) программы для оформления чертежей и графического материала;

3) программы для автоматизации технологических расчетов;

4) программы для 3D проектирования.

Помимо этого, при проектировании НПЗ и НХЗ затрагиваются автоматические системы управления предприятием, цехом, технологическим процессом и т.д. Подобные системы также будут рассмотрены в данном реферате.

2. ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОФОРМЛЕНИЯ ПОЯСНИТЕЛЬНЫХ ЗАПИСОК

Для оформления пояснительных записок, содержащих в себе форматированный текст, таблицы, графический материал и т.д., удобнее всего использовать офисные пакеты программ.

Офисный пакет - набор приложений предназначенных для обработки электронной документации на персональном компьютере. Компоненты офисных пакетов распространяются, как правило, только вместе, имеют схожий интерфейс и имеют хорошо развитую схему взаимодействия друг с другом.

Как правило, офисный пакет содержит следующий набор компонентов (или некоторые его элементы):

· Текстовый редактор - средство для набора текста и его форматирования;

· Табличный редактор - средство для обработки объёмных таблиц данных.

В дополнение к этому, некоторые пакеты содержат ещё и следующие типы приложений:

· Создатель презентаций - позволяет создавать красочные и впечатляющие электронные презентации;

· Система управления базами данных - позволяет управлять базами данных;

· Графическая программа - позволяет редактировать графические форматы файлов;

· Редактор формул - позволяет создавать и редактировать математические формулы.

Наибольшее распространение в России получили офисные пакеты Microsoft Office и OpenOffice.org.

2.1 Офисный пакет Microsoft Office

Microsoft Office - офисный пакет приложений, созданных корпорацией Microsoft для операционных систем Microsoft Windows и Apple Mac OS X. В состав этого пакета входит программное обеспечение для работы с различными типами документов: текстами, электронными таблицами, базами данных и др.

Рисунок 2.1 - Логотип Microsoft Office

Первая версия Microsoft Office была выпущена в 1988 году, на настоящий момент последняя версия 12.2.3.

Стоимость пакета Microsoft Office составляет от 3000 до 14000 рублей в зависимости от компонентов, входящих в него.

При проектировании наиболее используемыми компонентами Microsoft Office являются:

· Microsoft Office Word;

· Microsoft Office Excel;

· Microsoft Office Visio.

2.1.1 Microsoft Office Word

Microsoft Office Word - мощный текстовый редактор. Доступен для оперативных систем Windows и Apple Mac OS X. Позволяет подготавливать документы различной сложности. Способен подключать модули сторонних разработчиков, шаблоны и многое другое.

Основным форматом в последней версии является «.docx», позиционируемый как открытый Microsoft Office Open XML, который представляет собой ZIP-архив, содержащий текст в виде XML, а также всю необходимую графику. Наиболее распространенным остается двоичный формат файлов Microsoft Word 97-2000 с расширением «.doc».

Продукт занимает ведущее положение на рынке текстовых редакторов, его форматы используются как стандарт де-факто в документообороте большинства предприятий.

Помимо текстового редактора содержит в себе множество других функций. Встроенные инструменты рисования позволяют выполнять примитивные операции вёрстки, такие как добавление графики в документ. Внедрение объектов, сравнение версий документа, мультиязычная поддержка, проверка орфографии, высокая скорость работы и многое другое делают Microsoft Word одним из самых популярных текстовых редакторов на сегодняшний день.

Рабочее окно Microsoft Office Word изображено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Рабочее окно Microsoft Word 2010 (версия для Windows)

2.1.2 Microsoft Office Excel

Microsoft Office Excel - редактор таблиц. Доступен для оперативных систем Windows и Apple Mac OS X. Поддерживает все необходимые функции для создания электронных таблиц любой сложности. Занимает ведущее положение на рынке. Последняя версия использует формат OOXML с расширением «.xlsx», более ранние версии использовали двоичный формат с расширением «.xls».

Помимо возможности создавать и редактировать таблицы, Microsoft Excel позволяет строить графики и диаграммы, совершать несложные технологические расчеты. Microsoft Excel можно использовать как средство работы с базами данных.

Начиная с 1993 года, в состав Excel входит Visual Basic для приложений (VBA) - язык программирования, основанный на Visual Basic, позволяющий автоматизировать задачи Excel. VBA является мощным дополнением к приложению и в более поздних версиях Excel доступна полнофункциональная интегрированная среда разработки. Можно создать VBA-код, повторяющий действия пользователя и таким образом автоматизировать простые задачи. VBA позволяет создавать формы для общения с пользователем. Более поздние версии VBA позволяют использовать элементы объектно-ориентированного программирования.

Перечисленные особенности делают Microsoft Excel одним из самых популярных табличных редакторов на сегодняшний день. Рабочее окно Microsoft Office Excel изображено на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Рабочее окно Microsoft Excel 2010 (версия для Windows)

2.1.3 Microsoft Office Visio

Microsoft Office Visio - редактор диаграмм и блок-схем для Windows. Использует векторную графику для создания диаграмм.

Выпускается в двух редакциях: Standard и Professional.

Поддерживает такие форматы как «.vsd», «.vss», «.vst».

Viso удобен для рисования технологических схем, простых иллюстраций. Позволяет создавать наборы своих шаблонов (к примеру, схематические изображения емкостей, печей, колонн и т.д.), что в дальнейшем ускоряет процесс создания графического материала. Рабочее окно Microsoft Office Visio изображено на рисунке 2.4.

Рисунок 2.3 - Рабочее окно Microsoft Visio Professional 2003

2.2 Офисный пакет OpenOffice.org

OpenOffice.org - свободный пакет офисных приложений, разработанный с целью предоставить альтернативу Microsoft Office как на уровне форматов, так и на уровне интерфейса пользователя. Официально поддерживается на платформах Microsoft Windows, GNU/Linux Intel, Mac OS X Intel/PowerPC. Основан на коде StarOffice, который был приобретён, а затем выпущен с открытым исходным кодом фирмой Sun Microsystems.

Существует версия пакета OpenOffice.org для операционных систем семейства Microsoft Windows с возможностью использования без установки, что позволяет запускать пакет, например, с флеш-накопителя.

Офисный пакет OpenOffice.org согласно решениям Правительства РФ передан в 2008 году во все школы России для обучения информатике и компьютерной грамотности в составе базовых пакетов программ лицензионного и открытого программного обеспечения.

OpenOffice.org может свободно устанавливаться и использоваться в школах, офисах, вузах, домашних компьютерах, государственных, бюджетных и коммерческих организациях и учреждениях России и стран СНГ согласно GNU General Public License.

OpenOffice.org зачастую выступает в качестве одного из первых продуктов программного обеспечения, устанавливаемых на компьютеры предприятий при миграции на свободное или бесплатное ПО.

Среди крупных российских организаций, использующих OpenOffice.org, - «Ростелеком» с 2007 года и Федеральная служба судебных приставов с 2009 года.

Таким образом, OpenOffice.org представляет собой бесплатный аналог Microsoft Office. Он содержит большинство функций своего конкурента, бесплатен, однако обладает более высокими требованиями к компьютерному оборудованию.

При проектировании наиболее используемыми компонентами OpenOffice.org являются:

· OpenOffice.org Writer;

· OpenOffice.org Calc.

Рисунок 2.4 - Стартовое окно OpenOffice 3.2.1 в Debian 5.0.5

2.2.1 OpenOffice.org Writer

OpenOffice.org Writer - текстовый редактор, входит в состав OpenOffice.org и являетcя свободным программным обеспечением.

Writer является свободной заменой собственнического Microsoft Word. В Writer реализовано большинство функций Word, Writer поддерживает работу со стилями. К минусам программы можно отнести отсутствие проверки грамматики, высокие требования к компьютерному оборудованию и длительную загрузку.

Writer позволяет сохранять документы в различных форматах, включая Microsoft Word, RTF, XHTML и OASIS Open Document Format, который является форматом, используемым по умолчанию начиная с версии OpenOffice.org 2.0. Рабочее окно OpenOffice.org Writer изображено на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Рабочее окно OpenOffice.org Writer

2.2.2 OpenOffice.org Calc

OpenOffice.org Calc - табличный процессор, входящий в состав OpenOffice.org. С его помощью можно анализировать вводимые данные, заниматься расчётами, прогнозировать, сводить данные с разных листов и таблиц, строить диаграммы и графики.

Пошаговый ввод формул в ячейки электронных таблиц с помощью Мастера облегчает формирование сложных и вложенных формул, демонстрирует описания каждого параметра и конечный результат на любом этапе ввода.

Условное форматирование и стили ячеек позволяют упорядочить готовые данные, а сводные таблицы и графики показывают итоги работы.

Более двух десятков форматов импорта и экспорта файлов, включая функции импорта текста позволяют оперировать практически любыми данными. Также с помощью специального инструмента можно импортировать данные из других источников, например, баз данных, а можно создать обновляемый диапазон, чтобы импортируемые данные всегда были актуальны.

Поддерживаются связи между разными электронными таблицами и совместное редактирование данных (начиная с версии OpenOffice.org 3.0).

Рабочее окно OpenOffice.org Calc изображено на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Рабочее окно OpenOffice.org Calc

3. ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОФОРМЛЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ И ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Для оформления чертежей оборудования, спецификаций, схем удобнее всего использовать системы автоматизации проектных работ (САПР).

Система автоматизации проектных работ, или система автоматизированного проектирования - программный пакет, предназначенный для автоматизированного проектирования (CAD), разработки (CAE) и производства (CAM) конечного продукта, а также оформления технологической документации (PDM).

Таким образом, термин САПР включает в себя следующие составляющие:

· CAD (англ. Computer-aided design) - технология автоматизированного проектирования;

· CAM (англ. Computer-aided manufacturing) - технология автоматизированного производства;

· CAE (англ. Computer-aided engineering) - технология автоматизированной разработки;

· CALS (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support) -непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла.

Для проектирования НПЗ необходим лишь один из этих компонентов - CAD. Он используется в работе конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, то есть с обработкой графических изображений. Помимо двухмерного черчения, большинство программных продуктов позволяет создавать 3D модели проектируемых объектов. Также, большинство CAD-систем реализуют функции:

· коллективная работа в сети;

· экспорт - импорт файлов различных форматов;

· масштабирование объектов;

· группировка объектов, передвижение, растяжка, поворот, разрезание, изменение размеров, работа со слоями;

· перерисовка;

· управление файлами;

· использование чертёжных инструментов, позволяющих рисовать кривые, эллипсы, линии произвольной формы, многоугольники и т. п.;

· работа с цветом;

· автоматизация отдельных процедур с использованием встроенного макроязыка.

Наиболее распространенными системами автоматизации проектных работ на территории России являются AutoDesk AutoCAD и АСКОН КОМПАС. В ГУП ИНХП РБ в настоящий момент закуплена и используется система АСКОН КОМПАС.

3.1 AutoDesk AutoCAD

AutoDesk AutoCAD (англ. Computer-Aided Design) - двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. AutoCAD является наиболее распространённой САПР в мире благодаря средствам черчения.

Компания Autodesk занимается разработкой системы автоматизированного проектирования AutoCAD c 1982 года. За это время были созданы тысячи дополнений и специализированные решения от сторонних фирм и самой компании Autodesk. На данный момент в мире насчитывается около 6 млн пользователей AutoCAD.

Ранние версии AutoCAD оперировали элементарными объектами, такими как круги, линии, дуги и др., из которых составлялись более сложные объекты. Однако на современном этапе программа включает в себя полный набор средств, обеспечивающих комплексное трёхмерное моделирование, в том числе работу с произвольными формами, создание и редактирование 3D-моделей тел и поверхностей, улучшенную 3D-навигацию и эффективные средства выпуска рабочей документации. Начиная с версии 2010, в AutoCAD реализована поддержка параметрического черчения, то есть возможность налагать на объект геометрические или размерные зависимости. Это гарантирует, что при внесении любых изменений в проект, определённые параметры и ранее установленные между объектами связи сохраняются.

Ниже описаны некоторые функциональные возможности современной версии.

· Инструменты работы с произвольными формами позволяют создавать и анализировать сложные трехмерные объекты. Их формирование и изменение осуществляются простым перетаскиванием поверхностей, граней и вершин.

· Трехмерная печать. Можно создавать физические макеты проектов через специализированные службы 3D-печати или персональный 3D-принтер.

· Использование динамических блоков позволяет создавать повторяющиеся элементы с изменяемыми параметрами без необходимости перечерчивать их заново или работать с библиотекой элементов.

· Функция масштабирования аннотативных объектов на видовых экранах или в пространстве модели.

· Запись операций позволяет формировать последовательности команд даже без опыта программирования. Записываемые операции, команды и значения ввода регистрируются и отображаются в отдельном окне в дереве операций. После остановки записи можно сохранить команды и значения в файле макроса операций с целью последующего воспроизведения. При коллективной работе макросы могут быть доступны всем.

· Диспетчер подшивок организует листы чертежей, упрощает публикацию, автоматически создает виды, передает данные из подшивок в основные надписи и штемпели и выполняет задания таким образом, чтобы вся нужная информация была в одном месте.

Интерфейс пользователя поддерживает возможность настройки под потребности конкретной отрасли. Изменяются установки по умолчанию для различных функциональных возможностей AutoCAD, включая шаблоны чертежей, содержимое инструментальных палитр, рабочее пространство и т.д.

Популярность AutoCAD в мире обусловлена весьма развитыми средствами разработки и адаптации, которые позволяют создавать специализированные приложения, такие как AutoCAD Mechanical, AutoCAD Electrіс, AutoCAD Architecture, GeoniCS, Promis-e, PLANT-4D, AutoPLANT, СПДС GraphiCS, MechaniCS и другие. Всего в мире насчитывается более 10000 коммерческих продуктов основанных на AutoCAD. Описание некоторых из них:

· AutoCAD Architecture -- версия, ориентированная на архитекторов и содержащая специальные дополнительные инструменты для архитектурного проектирования и черчения, а также средства выпуска строительной документации.

· AutoCAD Electrical разработан для проектировщиков электрических систем управления и отличается высоким уровнем автоматизации стандартных задач и наличием обширных библиотек условных обозначений.

· AutoCAD Civil 3D -- решение для проектирования объектов инфраструктуры, предназначенное для землеустроителей, проектировщиков генплана и проектировщиков линейных сооружений. Помимо основных возможностей AutoCAD Civil 3D может выполнять такие виды работ, как геопространственный анализ для выбора подходящей стройплощадки, анализ ливневых стоков для обеспечения соблюдения экологических норм, составление сметы и динамический расчет объемов земляных работ.

· AutoCAD MEP ориентирован на проектирование инженерных систем объектов гражданского строительства: систем сантехники и канализации, отопления и вентиляции, электрики и пожарной безопасности. Реализовано построение трехмерной параметрической модели, получение чертежей и спецификаций на ее основе.

В 2010 году Autodesk выпустил бесплатное дополнение для AutoCAD, предназначенное для оформления чертежей в соответствии со стандартами СПДС, ГОСТ 21.101-97 «Основные требования к проектной и рабочей документации» и других нормативных документов - «СПДС модуль».

Модуль создает в ленте меню AutoCAD вкладку «СПДС» и добавляет в программу комплект чертежных шрифтов, соответствующих ГОСТ 2.304-81. Поддерживаются AutoCAD, AutoCAD Architecture, AutoCAD MEP, AutoCAD Civil 3D и AutoCAD Mechanical 2010 и 2011 версий.

AutoCAD сертифицирован для работы в семействе операционных систем Microsoft Windows. Версия 2010 поддерживает операционные системы Windows XP (с пакетом обновлений SP2) и Windows Vista (с пакетом обновлений SP1). В комплект поставки входят версии и для 32-разрядных, и для 64-разрядных систем. AutoCAD поддерживает использование вычислительных ресурсов многопроцессорных и многоядерных систем.

Стоимость AutoCAD может доходить до 100000 рублей, однако существует его ограниченная версия AutoCAD LT, стоимость которой снижена вдвое.

В AutoCAD LT отсутствуют инструменты трёхмерного моделирования (однако остаётся возможность просмотра трёхмерных моделей, сделанных в других системах) и программные средства адаптации системы (такие как AutoLISP и VBA). Таким образом, программа AutoCAD LT предназначена исключительно для 2D черчения.

Про проектировании НПЗ главное требование к программам типа САПР - это возможность 2D черчения, которая в полной мере реализована в программе AutoCAD. Все остальные ее компоненты, такие как AutoCAD Mechanical, AutoCAD Electrіс, AutoCAD Architecture и т.д. носят вторичное значение, они могут быть востребованы лишь для каких-то узкопрофильных задач.

Следует также учитывать, что AutoCAD содержит в себе компоненты по расчету прочности, кинематики, динамики спроектированных деталей. Данные возможности также являются невостребованными для задач проектирования НПЗ.

Подводя итоги, можно сказать, что AutoCAD является сложной многокомпонентной системой автоматизированного проектирования, однако большинство ее функций не находят своего применения при проектировании НПЗ. Следует также отметить ее высокую стоимость по сравнению с другими аналогичными системами.

Рабочее окно AutoCAD изображено на рисунке 2.4.

Рисунок 3.1 - AutoCAD 2006, запущенный под Windows XP

3.2 «АСКОН» КОМПАС

КОМПАС - это семейство систем автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Разрабатывается российской компанией «АСКОН».

Система ориентирована на поддержку стандартов ЕСКД и СПДС.

КОМПАС способен автоматически генерировать ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трёхмерной модели.

Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи. Например, библиотека стандартных изделий позволяет добавлять уже готовые стандартные детали в трехмерные сборки (крепежные изделия, подшипники, элементы трубопроводов, шпонки, уплотнения), а также графические обозначения стандартных элементов на чертежи (обозначения отверстий), предоставляя возможность задания их параметров.

КОМПАС существует в нескольких версиях:

· КОМПАС-График

· КОМПАС-СПДС

· КОМПАС-3D

· КОМПАС-3D LT

Возможности каждой из версии представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Сравнение продуктов семейства КОМПАС

Функция	КОМПАС-График	КОМПАС-СПДС	КОМПАС-3D	КОМПАС-3D LT
Возможность коммерческого использования	Да	Да	Да	Нет
Создание чертежей любой сложности	Да	Да	Да	Да
Трехмерное моделирование деталей	Нет	Нет	Да	Да
Трехмерное моделирование сборок	Нет	Нет	Да	Нет
Поверхностное моделирование	Нет	Нет	Да	Да
Создание текстовых документов	Да	Да	Да	Нет
Создание спецификаций	Да	Нет	Да	Нет
Импорт DXF и DWG	Да	Да	Да	Да
Импорт 3D-форматов	Нет	Нет	Да	Ограниченные возможности
Экспорт документов в другие системы	Да	Да	Да	Нет

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации. А КОМПАС-3D LT является облеченной некоммерческой версией КОМПАС-3D.

Для проектирования НПЗ необходимы лишь средства 2D-черчения, поэтому КОМПАС-График может в полной степени удовлетворять необходимым требованиям.

КОМПАС-График позволяет в скоростном режиме выпускать чертежи изделий, схемы, спецификации, различные текстовые документы, таблицы, инструкции и прочие документы. Гибкость настройки системы и большое количество прикладных библиотек и приложений для КОМПАС-График позволяют закрыть практически все задачи пользователя, связанные с выпуском технической документации.

Система КОМПАС-График предоставляет широчайшие возможности автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях промышленности. Он успешно используется в машиностроительном проектировании, при проектно-строительных работах, составлении различных планов и схем.

КОМПАС обладает рядом недостатков. Он не поддерживает открытие и редактирование созданных в более поздних версиях приложения проектов более ранними. Также имеется проблема совместимости версии LT с полнофункциональной версией.

Эти факты вынуждают использовать одну версию программы на всех этапах производства, что на больших предприятиях может вызвать некоторые затруднения.

КОМПАС в отличие от AutoCAD не содержит средства для расчета прочности, динамики, кинематики моделируемого объекта. Однако это не является большим минусом программы, так как при проектировании НПЗ подобные компоненты не используются.

На настоящий момент последней версией является КОМПАС-3D v12. Стоимость полного комплекта КОМПАС-3D составляет порядка 90000 рублей. Версия КОМПАС-График может обойтись в 35000 рублей.

Для юридических лиц стоимость одной версии КОМПАС-3D может обойтись примерно в 30000 рублей за одну копию. По такой цене КОМПАС-3D был закуплен в ГУП ИНХП РБ.

Рисунок 3.2 - Рабочее окно КОМПАС-3D

4. ПРОГРАММЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Деятельность специалистов нефте- и газодобывающей, а также перерабатывающей промышленности направлена на усовершенствование технологического процесса и получение достоверных предсказаний параметров. Перед инженерами стоит задача нахождения оптимального способа осуществления технологического процесса в сжатые сроки и с минимальной вероятностью допущения ошибок. Кроме того, решения, принимаемые технологами, должны соответствовать поставленным бизнес - целям и в тоже время обеспечивать эффективность, безопасность и рентабельность работы предприятия.

Моделирование технологических процессов позволяет связать бизнес - цели с проектированием и эффективно управлять производством. К наиболее важным преимуществам моделирования технологических процессов относятся:

· Организация расчётных исследований и причинно-следственного анализа для выбора оптимального варианта технологического процесса, соответствующего поставленным бизнес - целям.

· Нахождение оптимальных режимов работы оборудования для получения желаемой производительности установок и желаемого качества продуктов.

· Оценка влияния изменения характеристик сырья, сбоев в работе и остановки оборудования на безопасность, надёжность и рентабельность установки.

· Наблюдение за состоянием оборудования

· Оценка таких дефектов оборудования, как загрязнение теплообменников и захлёбывание тарелок ректификационных колонн путём моделирования и мониторинга оборудования реальной установки.

К наиболее популярным и используемым программам данного типа можно отнести Hysys, Pro-II, ProVision, ChemCad, AspenPlus, STX, ACX, HTFS (TASC, ACOL, FIHR, PIPE), Hextran, PipeSys и др. Рассмотрим некоторые из них.

4.1 Aspen HYSYS

Aspen HYSYS представляет собой программный пакет, предназначенный для моделирования в стационарном режиме, проектирования химико-технологических производств, контроля производительности оборудования, оптимизации и бизнес-планирования в области добычи и переработки углеводородов и нефтехимии.

Программный пакет HYSYS построен на основе надёжных и проверенных методов расчёта технологических процессов. Уже более 25 лет HYSYS применяется для моделирования процессов добычи нефти и газа, нефте- и газопереработки. Программа с одинаковым успехом работает в проектных и инжиниринговых фирмах, в ПКО заводов, в научно-исследовательских институтах и на заводских установках. На сегодняшний день инженеры и технологи используют HYSYS как средство построения стационарных моделей при проектировании технологических процессов, для мониторинга состояния оборудования и выявления неисправностей, для оптимизации технологических режимов, бизнес-планирования и управления активами.

HYSYS объединяет в себе удобный интерфейс и мощные средства для инженерных расчётов, что позволяет инженерам использовать программный пакет с максимальной эффективностью и с помощью него получать дополнительные знания о технологических процессах. Ключевыми особенностями HYSYS являются:

· Удобный графический интерфейс (PFD - Process Flowsheet Diagram). В окне программы в удобном для пользователя виде изображается схема технологического процесса. В программу включены возможности копирования, вырезания, вставки объектов, а также соединения объектов с помощью мыши. При построении больших схем несколько объектов можно объединить в отдельную подсхему.

· Точные термодинамические модели. Использование термодинамических моделей HYSYS позволяет рассчитать физические свойства, транспортные свойства, фазовое равновесие с гарантированно высокой точностью. Программа содержит обширную базу данных с возможностью добавления пользовательских компонентов.

· Открытая архитектура. HYSYS позволяет создавать пользовательские термодинамические и кинетические модели, а также модели единиц оборудования с помощью встроенного языка программирования (аналога Visual Basic). Вы можете подключать и использовать совместно с программой HYSYS Ваши собственные программы (созданные в среде Visual Basic, C++, Excel), расширяя её стандартные возможности и создавая интегрированные системы технологических расчетов.

· Обширная библиотека модульных операций. HYSYS включает в себя статические и динамические модели ректификационных колонн, реакторов, теплообменников, циклонов и фильтров и, кроме того, Вы можете использовать в HYSYS логические операции. Применение этих моделей даёт очень реалистичные результаты и позволяет выявлять такие ситуации, как опустошение или переполнение резервуара, обратное течения потока.

· Детальный проектный и поверочный расчёт теплообменников. При поверочном расчёте пользователь может импортировать в HYSYS подробную модель теплообменника из таких специализированных программ, как TASC+ (программа для детального конструкционного расчёта кожухотрубчатых теплообменников), ACOL+ (детальный расчёт воздушных холодильников), MUSE (расчёт пластинчато-ребристых теплообменников). Это позволяет провести в среде HYSYS более точный расчёт теплообменного оборудования.

· Экономическая оценка проекта. Модели, построенные в HYSYS, могут быть экспортированы в программу Aspen Icarus Process Evaluator или Aspen Icarus Project Manager с целью экономической оценки проекта. Aspen Icarus™ предназначен для оценки стоимости основного и дополнительного оборудования отдельных элементов схемы и всей установки в целом.

· Передача данных в конструкторскую программу. Модели могут быть экспортированы из HYSYS в Aspen Zyqad для дальнейшего использования в конструкторских программах (например, в AutoCAD). Применение Aspen Zyqad позволяет повысить качество и эффективность инженерных расчётов и сократить время на реализацию проекта.

HYSYS содержит множество встроенных модулей, к основным можно отнести:

· Модуль HYSYS Data Rec позволяет согласовывать данные модели и реальной установки для контроля рабочих характеристик оборудования и on-line оптимизации.

· HYSYS OLI Interface - интерфейс к программе расчёта растворов электролитов, разработанной компанией OLI Systems Inc. Добавление данного модуля позволяет расширить базу данных по термодинамическим свойствам, включив в неё свойства более 3000 органических и неорганических электролитов.

· Модуль HYSYS Optimizer работает на основе метода последовательного квадратичного программирования (SQP). SQP метод является одним из самых современных и эффективных методов оптимизации. Он применяется как для оптимизации в стационарном режиме при проектировании (offline оптимизация), так и для оптимизации работы реальной установки (online оптимизация).

Помимо встроенных модулей, HYSYS поддерживает дополнительные модули. Дополнительные модули расширяют стандартные возможности HYSYS. Благодаря открытой архитектуре HYSYS в качестве дополнительных модулей выступают как собственные программы AspenTech, так и программы компаний-партнёров AspenTech. Дополнительные модули позволяют настроить HYSYS с учётом специфики конкретного производства. К наиболее популярным дополнительным модулям можно отнести:

· HYSYS Crude Module для расчёта потоков нефти, колонн АВТ;

· Программный пакет HYSYS Dynamics - моделирование в динамическом режиме;

· Программный пакет HYSYS OLGAS - расчёт трубопроводов;

· Программный пакет HYSYS PIPESYS - расчёт магистральных трубопроводов;

· Модуль HYSYS Upstream для расчёта процессов добычи нефти;

· Модуль HYSYS Amines для расчёта процессов аминовой очистки;

· Программный пакет Aspen RefSYS для расчёта основных установок, применяемых в нефтепереработке.

Использование программы HYSYS даёт значительный экономический эффект: повышается производительность и прибыльность установок. Экономический эффект от использования программы HYSYS достигается за счёт следующего:

· Оптимизация проектирования - возможность в сжатые сроки оценить рентабельность, безопасность и надёжность установки;

· Мониторинг состояния оборудования - уверенность в том, что оборудование работает в оптимальном режиме;

· Уменьшение затрат на реализацию проекта - возможность свести к минимуму количество ошибок и сделать проект менее трудоёмким.



Рисунок 4.1 - Aspen HYSYS

4.2 Chemstations Chemcad

Программный пакет CHEMCAD разработан фирмой ChemStations, Inc. Представляет собой эффективный инструмент для компьютерного моделирования химико-технологических процессов при разработке, модернизации и оптимизации химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств.

CHEMCAD позволяет решать задачи расчетно-технологического проектирования химических производств и разработки технологического регламента для произвольного химико-технологического процесса.

CHEMCAD - это пакет программ для моделирования и расчета технологических схем с рециклическими потоками органических и неорганических веществ и непрерывных смесей (в случае нефтяных фракций), а также энергетических потоков.

CHEMCAD включает:

· базы данных по свойствам индивидуальных веществ и различные методы их прогнозирования (основной модуль CHEMCAD);

· программные модули для вычисления отсутствующих в базе данных свойств индивидуальных веществ и их смесей (а также параметров уравнений для их расчета) по минимальному объему экспериментальных данных и структурным формулам их молекул (основной модуль CHEMCAD);

· базы данных по расчетным модулям типовых процессов химической технологии, протекающих в реакторах, абсорбционных, ректификационных и экстракционных колоннах (с тарелками и насадками различных типов, а также для случая совмещенных процессов хемосорбции и хеморектификации), дистилляционных аппаратах, теплообменниках различных типов (кожухотрубных и пластинчатых, аппаратах воздушного охлаждения и теплообменниках типа «труба в трубе»), компрессорах, насосах, фильтрах, центрифугах, дробилках, кристаллизаторах, циклонах, сушилках и др.(основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль CCTERM);

· расчетные модули для определения конструкционных параметров типового оборудования химических производств - колонных аппаратов, теплообменников, резервуаров, трубопроводов, диафрагм, аппаратов высокого давления и др. (основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль CCTERM);

· программные модули для проведения расчетных исследований и оптимизации технологических схем химических производств, в том числе и периодической ректификации (основной модуль CHEMCAD и дополнительный модуль ССBETCH);

· программные модули для расчета параметров динамических режимов химических реакторов и колонных аппаратов абсорбции и ректификации совместно регуляторами и исполнительными устройствами (основной модуль CHEMCAD и дополнительные модули ССRIEKS и ССDCOLUMN);

· программные модули для расчета стоимости единиц оборудования химических производств (основной модуль CHEMCAD).

CHEMCAD позволяет создавать, анализировать и оптимизировать различные варианты технологического оформления производственных процессов, оценивать их эффективность и выбирать наилучший из них.

Комплекс исследований с использованием CHEMCAD, дает возможность добиться удовлетворительного совпадения результатов расчетов с данными промышленных экспериментов, что позволяет решать задачи автоматического управления процессами и повышения эффективность действующих производств, определения оптимальных режимных и конструкционных параметров процессов в отдельных аппаратах с позиции всего производства в целом.

CHEMCAD предназначен для:

· подготовки оптимальных исходных данных по единицам оборудования и трубопроводным системам для рабочего инженерно-технического проектирования при создании новых, а также реконструкции и диверсификации действующих химических и нефтехимических производств;

· исследования и оптимизации работы систем автоматического регулирования химико-технологических процессов, в том числе и в составе систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП);

· разработки динамических моделей действующих технологических процессов, так называемых «виртуальных производств» при создании тренажеров для операторов и инженеров химических производств.

Рисунок 4.2 - Chemstations Chemcad

4.3 Авторские программы

На рынке программ автоматизации технологических расчетов представлено большое множество продуктов. Однако каждая из программ использует определенную методику расчета, пользуется своими системами единиц, своей базой данных. Помимо этого, большинство программ имеют высокую стоимость. В проектных институтах, университетах, организациях по автоматизации часто используются программы, написанные собственноручно. Такой подход позволяет сэкономить на дорогостоящих многокомпонентных программах, заложить собственную проверенную методику расчета, использовать подобранную базу данных и предоставить конечную информацию в удобном формате.

Авторские программы и базы данных значительно упрощают и автоматизируют технологические расчеты, полученные данные характеризуются высокой степенью точности.

Программы для ЭВМ и базы данных (БД) относятся к объектам авторского права. Согласно закону РФ "О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных" программам для ЭВМ предоставляется правовая охрана как произведениям литературы, а базам данных -- как сборникам.

В соответствии с главой 70 IV части ГК РФ право на программу ЭВМ или БД возникает у автора (соавторов) в силу создания и специальной регистрации не требует.

Однако, факт доказывания своих прав на программу ЭВМ или БД целиком лежит на разработчике. В случае возникновения споров (в том числе судебных) относительно прав на программу (БД) разработчику надо подтвердить, что программа была создана им раньше, чем у оппонентов. В связи с этим важно зафиксировать факт создания программу ЭВМ (БД) конкретным лицом. Для этого рекомендуется провести регистрацию программы ЭВМ (БД) в специальном уполномоченном органе исполнительной власти - Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Роспатенте).

Владельцу программы (базы данных) принадлежит право осуществлять и (или) разрешать осуществление следующих действий:

· выпуск в свет программы ЭВМ или БД;

· воспроизведение программы ЭВМ или БД (полное или частичное) в любой форме, любыми способами;

· распространение Программы ЭВМ или БД;

· модификацию Программы ЭВМ или БД, в том числе перевод Программы ЭВМ или БД с одного языка на другой;

· иное использование Программы ЭВМ или БД.

Не следует забывать, что в соответствии со ст. 1296 и 1297 ГК РФ, если автор разрабатывал программу для ЭВМ (базу данных) связи с выполнением трудовых обязанностей или по заданию фирмы, где он работает, исключительное право принадлежит фирме-работодателю.

В качестве примеров баз данных или компьютерных программ, разработанных по авторской методике и зарегистрированных в Роспатенте, можно привести следующие продукты:

· Программный комплекс "Анализ технологического процесса подготовки и перекачки нефти, газа и воды в нефтедобывающей компании" - Свидетельство №2005610576.

· Программный комплекс "Оперативный контроль потоков жидкости, нефти, газа и воды в инженерных сетях нефтедобывающего предприятия" - Свидетельство №2005610579.

· Программный модуль "Расчет коэффициента сжимаемости природного газа" - Свидетельство №2008612872.

· Программный комплекс "Автоматизированное рабочее место оператора системы обнаружения утечек в трубопроводах" - Свидетельство №200961143.

· Программный комплекс "Оперативный анализ баланса потребления электроэнергии и эффективности ее использования" - Свидетельство №2006612380.

· Программный комплекс " Диагностики состояния инженерной сети нефтегазодобычи" - Свидетельство №2006612626.

· Программный модуль "Мониторинг АСУ ТП" - Свидетельство № 2008611272.

· Программный комплекс "Расчет технико-коммерческих предложений по системе измерения количества и показателей качества нефти" - Свидетельство №2007613988.

· База данных системы "ИНГА - нефтегазодобыча" - Свидетельство №2007620046.

· Комплекс программ моделирования процесса трехмерной трехфазной фильтрации «LAURA» (ОАО "ВНИИнефть").

· Программный комплекс NIPAL 3.0 (Non-Isothermal Pipeline for Abnormal Liquids) - Свидетельство №2003611947.

Рассмотрим программный комплекс NIPAL подробнее.

4.3.1 NIPAL

Программный комплекс NIPAL 3.0 предназначен для мониторинга, моделирования и оптимизации режимов работы нефтепроводов любых типов, а также систем нефтепроводов. Авторами программного комплекса являются Бахтизин Р.Н. (УГНТУ), Шутов А.А., Штукатуров К.Ю. (ИПТЭР).

Комплекс программ идеально подходит для моделирования стационарного, пускового, переходных режимов работы, а также остывания трубопроводов, транспортирующих высоковязкие нефти с высокой температурой застывания, имеющих сложные реологические свойства.

Возможности программного комплекса:

· Моделирование стационарного режима работы;

· Моделирование остановки (остывания) трубопровода в динамике;

· Моделирование пускового режима (после остановки) с любым наперед заданным шагом по времени. Возможно изменение любых параметров работы трубопровода по сравнению со стационарным режимом;

· Моделирование переходных режимов работы, связанных с изменением температуры подогрева, производительности, реологических характеристик нефти и других параметров.

Универсальность программного комплекса NIPAL состоит в том, что перечисленные режимы работы можно моделировать для трубопроводов, состоящих из участков, отличающихся способом укладки труб, диаметром, производительностью и другими параметрами, подробнее см. раздел Идентификация участков трубопровода.

К значительным преимуществам программного комплекса NIPAL 3.0 можно отнести мощную базу данных (в формате MS Access), позволяющую хранить информацию о различных нефтях и трубопроводах, диспетчерские данные, статистические материалы и другую информацию. Программный комплекс имеет современный и удобный пользовательский интерфейс, позволяющий работать с программой без специальной подготовки, детальную документацию на русском языке, развитые возможности по обработке результатов, связь с приложениями MS Office (Word, Excel).

Рисунок 4.3 - NIPAL 3.0

5. ПРОГРАММЫ ДЛЯ 3D ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Программы 3D проектирования, которые используются при проектировании НПЗ, относятся к системам PDMS.

PDMS (Plant Design Management System) -- это среда проектирования для всех проектных дисциплин c централизованным хранением данных, предназначенных для трехмерного проектирования промышленных предприятий. Система включает в себя модули для проектирования оборудования, трубопроводов, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, структуры и кабельных лотков. Проектирование выполняется на основе каталога и спецификаций, стандартных изделий в трехмерной среде с помощью инструментов, которые обеспечивают отсутствие коллизий. Из модели можно автоматически получить полный набор чертежей, в том числе изометрические чертежи трубопроводов.

История PDMS начинается в 1967 г. в г. Кэмбридж, Великобритания, где была основана компания CADcentre (с 2001 г. -- AVEVA). Финансовую поддержку оказывало правительство Великобритании. Основная задача, которую ставила перед собой компания, -- разработка новых методов проектирования, основанных на современных ИТ технологиях. Специалисты CADcentre во многом определяли развитие ИТ технологий. В 70-х годах они представили на рынок систему для 3D проектирования PDMS, которая коренным образом изменила подход к проектированию и внесла существенный вклад в развитие мировой промышленности и судостроения.

В настоящее время использование систем трехмерного проектирования все чаще становится обязательным требованием российских заказчиков, поскольку это гарантирует не только более эффективное выполнение проектных работ, но и возможность получить трехмерную модель для последующей эксплуатации объекта. Подавляющее большинство российских и зарубежных компаний уже убедились, что ошибки на стройке стоят гораздо дороже, чем качественные проектные решения. Затраты на технологии управления проектными данными в разы сокращают затраты на проект в целом. Именно по этой причине список пользователей PDMS с каждым месяцем становится все больше.

5.1 AVEVA PDMS

Решение PDMS можно назвать флагманским продуктом компании AVEVA. Разработка его началась с момента основания самой компании, и сегодня это система с более чем 35-летним стажем. Множество глобальных проектов по всему миру было выполнено с использованием PDMS. В 70-х годах XX века это решение впервые было применено в реальном проектировании, спустя всего несколько лет система уже стала негласным стандартом для работы над проектами нефтегазовой и энергетической отрасли. Уникальная в своем роде объектно-ориентированная технология позволила компании AVEVA завоевать позицию лидера на мировом рынке решений для инжиниринга.

Система AVEVA PDMS стала качественно новой технологией, которая дала возможность осуществлять управление проектами стоимостью в миллиарды долларов на всех его этапах -- от детального проектирования до строительства и запуска в эксплуатацию. Эта инновационная технология обеспечивает полностью интерактивную, простую в использовании трехмерную среду для каждого проектировщика. Ядро системы -- проектные данные, а чертежи являются лишь производными от них. Для максимального удобства чертежи можно импортировать и экспортировать в PDMS из других графических решений. AVEVA PDMS также дала возможность использовать данные из предыдущих проектов, стандартизируя и упрощая тем самым весь процесс проектирования. За все время существования, то есть на протяжении более чем 35 лет, решение постоянно дорабатывалось, чтобы отвечать всем требованиям проектного бизнеса и предлагать пользователям еще более удобный функционал.

С момента выхода AVEVA PDMS версии 11.6, пришедшей на смену версии 11.5, прошло более 4 лет. За это время вышло несколько обновлений, но каждая версия всегда сочеталась с предыдущей. Этот принцип, положенный в основу деятельности компании несколько десятилетий назад, остается основным и сегодня -- принцип непрерывного развития и преемственности данных. Последним пакетом обновлений к PDMS 11.6 стал Service Pack 5.

Параллельно с модернизацией версии 11.6 велась полномасштабная разработка новой версии решения AVEVA PDMS с большим количеством нового функционала, которого так долго ждали пользователи.

Данная версия получила название AVEVA PDMS 12. Это решение сочетает в себе все достоинства технологии, которые многие компании уже успели оценить за время использования версии 11.6, и приложения с новым для PDMS функционалом.

На данный момент AVEVA PDMS включает в себя полный набор интегрированных инженерных приложений, которые позволяют работать в многопользовательской среде, получая при этом модель, свободную от коллизий. Эти приложения включают:

· проектирование трубопроводов;

· проектирование металлоконструкций;

· проектирование зданий и сооружений;

· создание опор и подвесок;

· моделирование лестниц, стремянок, зон доступа;

· проектирование оборудования;

· проектирование панелей и плит;

· проектирование кабельных трасс;

· проектирование систем отопления и вентиляции.

Базы данных проекта устанавливаются за достаточно короткое время, при этом нет необходимости иметь высококвалифицированных экспертов по их администрированию. Базы данных не имеют ограничения по размерам и сложности проекта. Это может быть как проект по реконструкции небольшой установки, так и проект завода и его вспомогательных сооружений с «нуля».

Документация генерируется непосредственно по данным из модели в форме чертежей, изометрических чертежей трубопроводов и отчетов. Создаются полностью аннотированные чертежи по необходимым участкам модели. Вся информация на чертежах автоматически изменяется, если произошло изменение в модели.

Система поставляется с набором элементов базы данных по деталям трубопроводов, металлоконструкциям, элементам зданий, отопления и вентиляции. Каталоги базы данных создаются, модифицируются и расширяются с использованием удобного графического интерфейса. В системе осуществляется детальная проверка целостности данных модели, а также контроль и управление столкновениями (коллизиями). Возможность управлять сессиями проекта позволяет в любой момент времени вернуться на нужный этап проекта.

На настоящий момент система AVEVA PDMS активно используется в ГУП ИНХП республики Башкортостан.

Рисунок 5.1 - AVEVO PDMS

5.2 Bentley AutoPLANT

AutoPLANT -- это система автоматизированного проектирования нового поколения, предназначенная для решения задач комплексной автоматизации выполнения проектных работ и управления дальнейшей эксплуатацией объектов гражданского и промышленного назначения, технологических установок и технологических производств.

Система AutoPLANT получила широкое распространение в качестве САПР для проектирования объектов: нефтегазовой отрасли (в том числе морских платформ), химической промышленности, топливно-энергетического комплекса, металлургической промышленности, горной и горнодобывающей промышленности, целлюлозно-бумажной промышлен-ности, фармацевтической промышленности, деревообрабатывающей промышленности, пищевой промышленности, судостроения, коммунального хозяйства, оборонной промышленности, экологических и утилизационных производств