超级石化推荐:石油化工流程模拟软件现状与发展趋势!

超级石化主要内容:流程模拟软件是石油化工行业的核心研发设计软件,其应用已贯穿于技术研发、工程设计、生产优化等全生命周期业务环节。我国石油化工行业使用的商业流程模拟软件90%为国外产品,基本被国外垄断。本文从商业软件的角度,首先对化工流程模拟技术和早期的软件发展进行了回顾,分析了近年来跨国流程工业巨头收购兼并案例和启示。在对石油化工企业和软件供应商调研的基础上,分析了国内流程模拟软件的市场应用情况和自主流程模拟软件的成熟度,阐述了流程模拟软件技术发展的五大趋势:遵循CAPE-OPEN软件接口规范、基于分子级表征和反应动力学建模、数据驱动与工艺机理联合建模、三大集成建模和数字孪生应用等。石化产业需求和市场规模以及科研基础是发展自主流程模拟软件的有利条件,但构建工业软件政产学研用产业生态链,形成产品化和市场化为导向的健康产业环境尤为关键。

化工过程模拟软件或流程模拟软件是石油化工行业的核心、基础性软件,已成为石油化工科研、设计和生产部门开发新技术、开展工艺设计、优化生产运行不可或缺的重要工具。目前,我国石油化工行业使用的商业流程模拟软件基本被国外产品垄断。近年来,艾斯本(Aspen Tech)、施耐德(Schneider Electric)、西门子(Siemens)、横河机电(Yokogawa)等跨国流程工业巨头纷纷加快并购优质工业软件步伐,构筑护城河。并通过长期的经营,形成了规模庞大、实力雄厚的合作伙伴、代理商、服务商等生态体系,构筑起我国自主石化工业软件很难突破的“累积效应”“锁定效应”“生态效应”三大壁垒。

作为中国工程院《新时期石化行业工业软件高质量发展战略、目标和路径研究》课题的一部分[1],本文以化工流程模拟软件为聚焦点,在对三大国营石化公司(简称中国石化、中国石油、中国海油)、部分大型民营企业、60余家软件供应商调研的基础上,研究分析流程模拟软件的市场情况、技术发展趋势以及自主软件的成熟度等,最后提出了发展建议。

化工流程模拟软件是化学工程学、化工热力学、系统工程、应用数理统计、计算方法及计算机技术等多学科理论在计算机上实现的综合性模拟系统。

1915年,美国的A.D.利特尔首次提出单元操作的概念,20世纪50年代,传递过程理论诞生。随后,化工过程系统工程(PSE)应运而生。化工的发展是从认识单元操作的规律到抽象的“三传一反”规律,即动量传递、热量传递、质量传递和反应过程,进而发展到整体和系统的角度认识化工过程,实现了从个体到共性、从微观到宏观的发展历程。化工过程模拟或流程模拟是通过建立描述过程特性的数学模型并求解,实现对过程系统规律和行为的预测与分析。数学模型的基础是物理和化学定律,也称为机理模型。根据被模拟对象的性质,建立的数学模型涉及下列方程组[2]:①物料衡算和能量衡算方程,这组方程考虑了物流运动的流型,标识物流的流量、压力、温度、组成以及其他相关的性质;②物流局部微元的“基本”过程方程,当过程参数随空间位置变化时,需要对传质、传热过程和化学反应过程进行局部微元描述;③表达各种过程参数间关系的理论、半经验或经验关联式,例如传质系数和物流速度的关联式、物流的热容及其组成的关联式等;④对过程参数的约束,模拟某些过程时,必须注意客观存在的对某些参数变化范围的约束。

(1)按方程求解方法分类 根据对系统数学模型的求解方法,可以将流程模拟分为序贯模块法、联立方程法和联立模块法这3种建模方式[4-5]。

序贯模块法是通过对单元模块的依次

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