Системная модель технологических участков KATEPAL в ESI SimulationX: модернизация линий
С февраля по август 2021 года инженеры «НОВА‑Инжиниринг» выполняли проект по системному моделированию технологических участков для финской корпорации KATEPAL — одного из лидеров в производстве кровельных материалов и черепицы. Задача состояла в разработке предложений по модернизации участков высокого давления для полиольной смеси и изоцианата.
Ключевое требование заказчика — сохранить необходимые технологические параметры на выходе из моделируемых участков при возможных изменениях расхода и температуры среды на входе. Это важно для стабильности качества выпускаемой продукции. Для решения задачи использовали ПО SimulationX (ESI Group) — платформу для мультифизического моделирования, позволяющую анализировать взаимодействие гидравлических, термодинамических и других физических процессов в единой среде.
В рамках проекта инженеры создали цифровые двойники реальных технологических линий, параметризировали оборудование (чиллеры, теплообменники, насосы, арматуру, трубопроводы) и смоделировали поведение специфических сред — изоцианата (кислота) и полиольной смеси (неньютоновская жидкость). Основной фокус анализа был направлен на процесс теплообмена в теплообменных аппаратах, где среды охлаждаются до заданной температуры с помощью воды. По итогам виртуальных испытаний были сформулированы конкретные рекомендации по модернизации оборудования и настройке системы автоматического регулирования.
ЗАДАЧА
- разработать предложения по модернизации технологических участков высокого давления для полиольной смеси и изоцианата;
- обеспечить сохранение требуемых технологических параметров на выходе из участков при изменении расхода и температуры среды на входе;
- провести мультифизическое моделирование реальных производственных линий в ПО SimulationX;
- параметризировать элементы технологических участков: чиллеры, теплообменные аппараты, насосы, запорную и регулирующую арматуру, трубопроводы;
- создать в модели рабочие среды: изоцианат (кислота) и полиольную смесь (неньютоновская жидкость);
- выявить ключевые факторы, влияющие на достижение целевых параметров, и сфокусироваться на управляемых переменных (расход охлаждающей воды, площадь поверхности теплообмена);
- на основе анализа и виртуальных испытаний сформулировать конкретные рекомендации по модернизации оборудования и настройке системы автоматического регулирования;
- предоставить заказчику ориентировочные значения величин для подбора нового оборудования.
РЕШЕНИЕ
- в ПО SimulationX созданы мультифизические модели реальных технологических участков для полиольной смеси и изоцианата;
- проведена параметризация оборудования: чиллеров, теплообменных аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов — с учётом их реальных характеристик;
- в модели реализованы рабочие среды: изоцианат (как кислота) и полиольная смесь (как неньютоновская жидкость) с соответствующими физическими свойствами;
- выполнен анализ технологических линий KATEPAL и выделены основные параметры, влияющие на процесс: расход охлаждающей воды и площадь поверхности теплообмена;
- проведён тепловой баланс для теплообменных аппаратов, исключены неуправляемые переменные, не влияющие на результат в рамках данного процесса;
- в SimulationX выполнен ряд виртуальных испытаний для оценки влияния ключевых параметров на конечные характеристики продукта;
- на основе результатов моделирования сформулированы предложения по модернизации: увеличение площади поверхности теплообмена, замена чиллера (с повышением мощности и объёма бака), настройка системы автоматического регулирования под новое оборудование;
- подготовлены расчётные значения величин, необходимые для подбора и интеграции рекомендованного оборудования в существующую технологическую линию.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- создана системная мультифизическая модель технологических участков полиольной смеси и изоцианата в ПО SimulationX, адекватно отражающая реальные производственные процессы;
- выявлены ключевые элементы, определяющие стабильность параметров на выходе, — теплообменные аппараты на линиях изоцианата и полиольной смеси;
- сформулированы конкретные предложения по модернизации: увеличение площади поверхности теплообмена, замена чиллера на более мощный с увеличенным объёмом бака, настройка системы автоматического регулирования;
- предоставлены расчётные значения ключевых величин (расход воды, площадь теплообмена и др.) для подбора нового оборудования;
- подтверждена возможность поддержания требуемых технологических параметров на выходе при колебаниях расхода и температуры на входе — за счёт предложенных изменений;
- проект дал заказчику чёткое технико‑экономическое обоснование модернизации без остановки производства и проведения дорогостоящих натурных испытаний;
- продемонстрирована эффективность комплексного подхода: сочетание мультифизического моделирования, детальной параметризации оборудования и анализа управляемых переменных для оптимизации реального производственного процесса.
