Rebis в шоколаде

Дж.Пайк

Роль программы Rebis PlantFLOW в решении поставленной проблемы

Как эта проблема решалась раньше

Rebis PlantFLOW — это то, что нам нужно!

Как мы решали поставленную задачу

О полезности современных расчетных компьютерных технологий

В прошлом году мы рассказывали о применении программного обеспечения фирмы Rebis для проектирования промышленных объектов в нефтехимии, энергетике, атомной промышленности, судостроении, нефте- и газодобыче. В статье Дж.Пайка (J.Pike, фирма W.S.Atkins Epsom, графство Суррей, Великобритания), которую мы предлагаем вашему вниманию, говорится об использовании программного обеспечения Rebis в кондитерской промышленности. Все материалы для публикации этой статьи были предоставлены Европейским отделением компании Rebis Industrial Workgroup Software, Inc.

Британская фирма W.S.Atkins Epsom традиционно предоставляет широкий спектр консалтинговых и инженерных услуг в области проектирования промышленных объектов. Годовой оборот фирмы превышает 450 млн. долл. В компании работает 12 тыс. человек. Пакет программ Rebis PlantFLOW был использован фирмой для разработки компьютерных моделей систем трубопроводов охлаждения соляным раствором и водой для кондитерской фабрики. Преимущества использования соляных растворов для охлаждения состоят в том, что они позволяют охлаждать продукт до более низких температур по сравнению с водой, причем без возникновения проблем, связанных с замерзанием охлаждаемого продукта. Это одна из традиционных задач, которые приходится решать инженерам компании для предприятий кондитерской промышленности Великобритании.

Роль программы Rebis PlantFLOW в решении поставленной проблемы

Пакет программ Rebis PlantFLOW, предназначенный для проектирования сетей трубопроводов и использующий в качестве подосновы файлы различных CAD-систем, помог разработать проект линии с насосом и сборным коллектором установки по изготовлению шоколада за значительно меньшее время по сравнению со временем, традиционно затрачиваемым специалистами компании для создания подобного проекта. Увеличение выпуска продукции на шоколадной фабрике было достигнуто за счет серьезных изменений в проекте данной установки, сделанных инженерами-проектировщиками. Инженеры из фирмы W.S.Atkins Epsom выполняли роль консультантов, на которых была возложена ответственность за весь цикл моделирования предлагаемых изменений в проекте установки, за определение требуемых размеров трубопроводов, за выявление возможных проблем, разработку и анализ возможных решений поставленной производственной задачи и за предоставление требуемой информации, позволяющей подобрать нужные модели насосов.

В соответствии с технологией для предупреждения и исключения загрязнения продукта, для охлаждения потока воздуха, который, в свою очередь, охлаждает жидкий шоколад, традиционно используется вода. За время эксплуатации кондитерская фабрика уже много раз модернизировалась. Эта модернизация сводилась в основном к модификации и увеличению протяженности линий трубопроводов, используемых для подачи жидкостей к формовочным машинам, теплообменникам и другому охлаждаемому оборудованию, используемому на кондитерской фабрике. Традиционный подход к этой задаче, для которой падения давлений в каждой из линий трубопроводов рассчитывались вручную, был неприемлем из-за больших размеров и сложности трубопроводной обвязки установки. Вместо этого был использован пакет программ Rebis PlantFLOW, с помощью которого осуществлялись импорт компьютерной модели существующей трубопроводной обвязки установки и расчет потерь давлений, массовых расходов и скоростей во всех линиях трубопроводов. Исследование существующих моделей установки показало, что ее производительность не может быть увеличена до уровня, обеспечивающего будущие потребности кондитерской фабрики. Выполненные с помощью Rebis PlantFLOW расчеты позволили установить, что размер сборного коллектора должен быть увеличен. Кроме того, они помогли определить перепады давлений, требуемые для работы циркуляционного насоса.

В большинстве недавно выполненных проектов модернизации кондитерской фабрики проектировщики из фирм — производителей оборудования для производства шоколада предлагали изменить существующую систему трубопроводов. Эти изменения должны были бы повысить производительность установки и гарантировать, что системы охлаждения и распределения охлаждающей жидкости будут удовлетворять самым современным требованиям для данного технологического процесса. Инженеры-проектировщики фирм — производителей оборудования для производства шоколада предлагали заменить трубопроводы и фитинги на новые для подачи большего объема охлаждающей жидкости. В частности, предлагалось заменить существующие стальные трубопроводы на новые — большего диаметра и изготовленные из пластика. Для реализации этого проекта инженерам-проектировщикам нужно было узнать, подойдут ли существующие циркуляционные насосы для новых трубопроводов больших размеров, предназначенных для подачи увеличенных объемов воды.

Как эта проблема решалась раньше

Раньше для решения подобных проблем фирма W.S.Atkins Epsom использовала традиционные методики расчетов, базирующиеся на справочных данных. С их помощью можно было очень легко вручную рассчитать падение давления на простом участке трубопровода. Однако при расчете более сложной системы трубопроводов возникало много проблем. Сложность расчетов в этом случае возрастала по экспоненте, и соответственно значительно увеличивалось время, необходимое для их выполнения. Кроме того, для облегчения проведения расчетов нужно было существенно упростить геометрию сети трубопроводов, а это сразу приводило к уменьшению точности расчетов. Применение традиционных методик в данном случае оказалось бы слишком сложным из-за того, что все, включая подготовку расчетной информации и расчетных моделей, необходимо было бы делать вручную. Несколько лет тому назад инженеры фирмы W.S.Atkins Epsom ознакомились с пакетом программ Rebis PlantFLOW, предназначенным для решения проблем подобного типа, и это в корне изменило их подход к решению большого круга таких задач.

Rebis PlantFLOW — это то, что нам нужно!

PlantFLOW фирмы Rebis является именно той программой, которая предназначена для проектирования и расчета сетей трубопроводов для жидкости и газа, включая расчеты сетей с замкнутыми контурами и разветвлениями. С помощью удобного интуитивного интерфейса этой программы инженеры могут точно моделировать различные расчетные сценарии. Кроме того, полученная расчетная информация и модели могут быть использованы для работы программы Rebis AutoPIPE для расчета и анализа напряжений в трубопроводах. С помощью этой программы пользователи могут легко строить любые системы трубопроводов заданных размеров или сложности, рассчитывать давления, температуры и скорости течения во всей системе для оценки альтернативных вариантов проектируемых систем. Rebis PlantFLOW — единственная в своем роде программа для расчета параметров течения носителей в трубопроводах, позволяющая импортировать реальные 3D-модели систем трубопроводов, а также обеспечивающая пользователей удобным интерфейсом с программами расчета и анализа напряжений в трубопроводах. С помощью подобного комплекса программ можно достаточно удобно оптимизировать размеры и компоновочные решения для трубопроводов, подобрать оборудование, определить размеры клапанов, выполнить анализ уравнивания параметров течения в разветвляющихся трубопроводах с несколькими отводами и в сборных коллекторах.

Как мы решали поставленную задачу

Инженеры фирмы Atkins начали работу с импорта модели существующей сети трубопроводов в Rebis PlantFLOW из пакета программ Rebis AutoPLANT 3D. Возможность импорта/экспорта 3D-моделей из AutoPLANT в PlantFLOW исключила необходимость повторного создания вручную в графической среде Rebis PlantFLOW сложной геометрии сети трубопроводов для подачи воды. После импорта трехмерной модели были введены гидравлические характеристики элементов системы, такие как гидравлические сопротивления отдельных подсистем для различных жидкостей, параметры и характеристики насосов, клапанов и других фитингов. Добиться этого позволили опции глобального редактирования для изменения таких переменных, как шероховатость в трубопроводах, их диаметры, параметры клапанов и направление течения носителей на всех участках сети трубопроводов, путем графического выделения этих участков в существующей модели и модификации соответствующей информации. Кроме того, были скопированы повторяющиеся участки существующей модели, в частности насосные и компрессорные станции, участки со сборными коллекторами и разветвленными трубопроводами с отводами. На следующем этапе ввели в несколько точек на сети трубопроводов виртуальные датчики, необходимые для измерения давлений и массовых расходов носителя в этих точках. Датчики размещались в тех точках системы, для которых были определены расходы жидкости, подаваемой в отдельные подсистемы в соответствии с конкретными требованиями для этих подсистем.

Далее использовали команду выполнения анализа сети трубопроводов на соответствие ее параметров установленным допускам. При этом посредством зумирования модели в любой ее точке можно было в динамике отслеживать значения скоростей, давлений, плотностей и расходов в этих точках в раскрывающихся временных рабочих окнах, накладывающихся на основное окно расчетов. Кроме того, индикация 3D-изображения модели с использованием цветового кода позволила быстро оценить значения давлений и скоростей потока во всей сети трубопроводов в целом. Представленные в итоговом отчете изменения температур и давлений в каждом элементе сети позволили быстро исследовать участки сети, в которых имели место самые большие изменения температур и давлений. Затем были распечатаны несколько отчетов для клиента, чтобы тот мог ознакомиться с суммарными результатами расчетов параметров течения в отдельных точках сети и в отдельных ее элементах. С помощью Rebis PlantFLOW были также рассчитаны требуемые мощности и рабочие скорости насосов и компрессоров, входящих в сеть.

Для заданного участка модели выполненные расчеты показали, что в месте соединения сети трубопроводов с градирней давление нагнетания насоса было слишком большим. Эта проблема была решена путем увеличения диаметров трубопроводов, а затем был произведен повторный расчет в Rebis PlantFLOW для проверки правильности сделанных изменений. Выполненный анализ показал, что характеристики новой конфигурации сети трубопроводов получились вполне приемлемыми. Одновременно были определены необходимая мощность насоса и напор, что позволило рекомендовать типы насосов, которые могут удовлетворять заданным требованиям для нормальной работы системы.

О полезности современных расчетных компьютерных технологий

Результаты работы с Rebis PlantFLOW — отличный пример того, как программы, предназначенные для компьютерных расчетов, позволяют увеличить скорость и точность проектирования технологической установки. Во многих случаях подобные специализированные программы помогают идентифицировать и решить проблемы, возникающие при проектировании, за меньшее время по сравнению с традиционными расчетами, выполняемыми вручную. Это не только выигрыш во времени, но и реальная экономия средств, которые может сохранить заказчик за счет того, что после компьютерного моделирования и уточнения всех параметров конструкции ему не придется вкладывать дополнительные суммы в ее доработку непосредственно на строительной площадке.

«САПР и графика» 3'2002