化工动态仿真的发展-

1、化工动态仿真的发展思考摘要:本文介绍了近些年来国内外化工动态建模平台的发展历程,在中国化工行业对安全与环保上的要求越来越高的背景下,化工过程的动态仿真逐渐成为为企业越来越关心的问题,国外的Hysys、gPROMS成为解决这类问题的主要平台,虽然国内化工动态仿真的平台起步较晚,但目前亦有了长足的进步,在解决化工动态问题方面逐步具备了较高的水准。关键词:动态仿真;化工建模;培训系统化工过程的仿真基本可以分为稳态仿真和动态仿真两大类。以Aspen为代表的稳态仿真软件在过去的几十年间扮演着重要的作用,已经成为大型化工设计院进行设计的标准配置,而在目前的高校的化工专业也陆续开设了化工设计软件的课程,在工

2、厂中也越来越多的技术专家学习稳态软件或者与设计院高校等合作,将工厂技改的方案先做一个初步的模拟可行性设计。稳态仿真软件在设计方面给了设计人员和工程人员很大的便利,在化工从业者中积累起很好的口碑。但是化工过程是一类状态随时间,空间变化而改变的一个动态过程,在工厂经常出现以下情况:工况波动不稳定,如何调整PID参数;如何快速稳健的开车停车;遇到突发情况如何停车或者切换到半负荷开车;如何达到最优化控制。一旦涉及到这些过程的控制,稳态软件就没有了用武之地,就需要动态仿真软件来发挥作用。当今国内化工企业面临着越来越激烈的竞争,以及越来越重的环保和安全的压力,所以越来越多的化工企业进行产业升级,DCS越来

3、越普及,相关从业人员综合素质要求越来越高,企业对于人员的操作培训也越来越重视,这些都给了动态软件平台用武之地,使得动态软件平台的发展有了一个很好发展契机。国外化工企业因为先进控制的普及要早于中国,所以动态软件的开发也早于中国,近些年涌现了加拿大的HYSYS,美国的ASPEN DYNAMICS等平台,近年英国的gPROMS软件也开始崭露头角,慢慢被越来越多的工程设计人员使用,极大的提高了企业的经济效应。在过去几十年里,稳态软件上可以说已经形成了ASPEN一家独大的局面,而在近年的动态仿真软件的开发方面,国内的化工软件从业者将何去何从?是如稳态软件情况一样,使用国外的软件,还是开发国人自己的动态软

4、件?而自己开发的国产动态仿真软件能否在未来市场的竞争里得到生存和发展?这些问题都激起我们国内化工人的深深的思考和忧虑。1.国内化工过程软件的开发历程回答引言中的疑问,不得不提我国在化工过程软件的开发背景与历程,文章1总结的非常详细和充分,为方便读者阅读,在此重新表述一次。国内化工过程软件起于20世纪60年代末,发展和兴盛于70年代。国家“六五”期间开发的DYSPEN 是我国自行开发的第一个通用化工过程动态模拟软件系统。1987 年青岛化工学院( 现青岛科技大学 推出的化工之星ECSS 成为国内迄今为止唯一独立开发的商品化化工模拟软件。但国内与国外环境对比,对于软件版权保护与各国化工企业所处的历

5、史阶段有着明显的不同,接下来的十几年内,国外流程模拟软件得到了迅速的发展,并以破解版和授权版通行的方法迅速占领了国内市场,而国内化工软件提供商无法生存下来,几乎放弃了通用模拟系统的研发,更多的学者专家转而研究优化算法。由于国内没有好的平台能够整合这些优化算法、研发人才等资源,这些资源反而被国外著名软件厂商重视并使用,解决了国外很多软件的算法及人才问题,这可以说是非常可惜的一件事情。其实过去几十年内,不光是国产化工流程软件的开发,国内其他各行各业的软件开发也都遇到同样的困难,国外免费或盗版的软件是一把双刃剑,一方面给中国经济的快速发展提供了廉价便利的生产工具,另一方面也打压了国产自主产权软件开发

6、的动力。2.国内化工过程软件的机遇与挑战通过上述国内化工过程软件的开发历程,对比国内外的整体环境,可知国内化工软件商的难处,开发软件是费时费力费钱的事情,而一旦被破解努力就付之东流,这也说明了为什么近些年国产化工软件往往蒙上一层神秘面纱,难以知晓其真实面目,难以在互联网上找到其具体使用细节的文献和文件的原因。但国内的环境也在慢慢转变,企业精神从追求高速发展转变为兼顾安全环保,大量设备从手动控制转变为自动化控制,化工从业者从操作工转变为高素质技术人员。没有达到环保要求、没有竞争力的化工企业都将遭到无情的淘汰,而一次突发事故同样会使一个化工企业面临经济和舆论上的重大挫折。与此同时企业的契约精神、知

7、识产权保护意识都在增强。而多年的高等教育的持续推行为化工专业提供了大量可以编写化工软件的编程人员,使用化工软件的技术人员。国产化工过程软件迎来了一个很好地发展机遇,如何很好的推广自己的软件,如何配合市场的需求,虽然都还不是非常明朗,但是“不识庐山真面目,只缘身在此山中”,我们处于国内化工行业产业升级的趋势中,我们离需要技术升级的化工企业又如此之近,只要能够让更多的企业和人认识到自己软件的能力和使用范围,就会得到更大的机会。而如何将这种机会变成竞争力就是未来面对的主要挑战。3.国产化工动态模拟软件发展的一些思考国产化工动态软件的发展脱离不开目前中国化工的大环境,说到底国产化工动态软件为了当前中国

8、化工的发展服务的。目前中国化工使用动态软件最多的场景是操作培训系统(OTS的开发,OTS的发展也处在一个蓬勃发展的阶段,同样也跟化工工业一样,会有一个产业升级的阶段2。过去的仿真系统往往关注于员工操作步骤的训练,对于操作步骤后的动态变化是不太关注的,所以培训的操作与真实的DCS操作往往只是步骤相同,但是经历的过程却完全不同。这样的培训就不能给员工真实的感受,单位的培训也就往往浮于形式,甚至成了由于上级的要求勉强加入的一个任务,没有达到真正的培训效果。在国内外培训系统的对比中,国外厂商能够反映操作过程中真实细节,但价格较贵;而国内厂商的培训系统节约成本,很多厂商采用的却是数值模拟的方法,给出一个

9、人为的系统变化曲线,用这套方法当然也能进行操作步骤的培训,但是步骤操作后系统的变化因为是人为拟合进去的,不是机理建模故而不能反应真实的情况。国内动态软件商未来需要向化工企业提供更好的模拟精度而又能将成本控制在一个较有竞争力的位置,才能满足国内化工培训系统的日益提升的产业升级,国产软件在国内的培训系统领域有着非常良好的发展前景。除培训系统外,越来越多的工厂在稳定工况3,加强先进控制提升经济效益4,提前预测设备隐患方面都有着越来越强的需求5,给国内化工软件厂商提供更加广阔的可能性,但也同样对国内化工软件厂商提了很高的要求,如果没有很好的计算精度和能力,是不可能得到这些机会的。4.总结本文回顾了国内化工软件的发展历程,我们在欣喜国产化工软件有了长足进步的同时,但仍需清醒意识到需要增加更多的功能才能更好的为未来中国化工的发展服务,而采用落后的模拟手段必然会在未来的竞争中处于不利地位。参考文献1.朱兆友, 张方坤, 王英龙. 化工过程动态仿真的研究与应用进展J. 现代化工, 2013(7: 118-120.2.覃亮, 邓德茹, 王聪敏, 等. 现代化工仿真技术的发展与应用J. 化工进展, 34(s1:18-21.3.瞿新东, 吴宽亮.