Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

УДК

РЕЦЕНЗЕНТЫ К ЗАЩИТЕ ДОПУЩЕН

____________________ Зав. кафедрой ТМО______________

^{Должность, уч. степень, звание Уч. степень, звание}

___________ ______________ ___________ _______________

^{Подпись Инициалы, фамилия Подпись Инициалы, фамилия}

__________ ___________

^{Дата Дата}

____________________

^{Должность, уч. степень, звание}

________ _______________

^{Подпись Инициалы, фамилия}

__________

^Дата

Оптимизация и проектирование технологических объектов с применением программного комплекса HYSYS

Выпускная квалификационная работа

(магистерская диссертация)

по магистерской программе «Теоретические основы проектирования оборудования нефтегазоперерабатывающих, нефтехимических

и химических производств»

по направлению подготовки 151000.68 Технологические машины и оборудование

Студент гр. ММО31 13-01 Э.А. Кулагина

Руководитель доцент, канд.техн.наук С.Ш. Абызгильдина

Уфа 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1Обзор источников информации 7

1.1 Модели нефтеперерабатывающего производства 7

1.2 Компьютерное моделирование в нефтегазохимической сфере 12

1.3 Системы компьютерного графического моделирования 20

и инженерного расчета в сфере нефте- и газопереработки

1.4 Общие принципы работы с программой Aspen HYSYS 27

Выводы 44

Глава 2 Создание учебно-методических средств обеспечения учебного 45

процесса в программном комплексе Aspen Hysys с использованием графических моделей технологических схем процессов НПЗ

2.1Описание технологической схемы процесса первичной переработки 45

нефти

2.2 Содержание учебно-методического комплекса дисциплины 51

2.3 Выбор средств реализации учебно-методического комплекса 56

Выводы 57

Глава 3 Разработка и оценка алгоритма изучения технологических 59

схем с помощью учебно-методического комплекса по моделированию процесса установки атмосферной перегонки нефти в программном комплексе Aspen Hysys

3.1 Разработка алгоритма изучения технологических схем 59

3.2 Разработка учебно-методического комплекса 61

3.3 Организация учебного процесса 63

3.4 Результаты применения учебно-методического комплекса 65

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 69

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 71

ПРИЛОЖЕНИЯ 76

Введение

В нынешнее время наблюдается тенденция сочетания нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности в своего рода нефтехимические объединения, имеющие сопряженные системы продуктопроводов и общую базу. Нефте- и газоперерaбатывающее производство представляет собой сложную cиcтему объектов, переплетенных между cобой материальными, энергетическими и информационными потоками сложного состава.

Данные системы получaют графичecкий вид чeрез построeние технологических схем. Разработка схемы нефтехимических и нефтеперерабатывающих операций – основная задача, характеризующая технологический процесс.

При расчете технологических процессов рассчитываются все цепочки аппаратов и связей, ввиду этого возникает необходимость использования огромных вычислительных ресурсов и дорогостоящих программ.

Рост разнообразия инструментов управления производством и проектирования в области объединения автоматизированных систем, существующих на различных этапах производства, породил концепцию отказа от «бумажной реализации» и перехода к информационным технологиям. Эта тенденция выражена в совокупности программного обеспечения, методов, национальных и международных стандартов. Информационная интеграция выражена использованием информационных моделей автоматизированных систем, описывающих технологию производства и использование отдельных деталей процесса.

Касаемо нефтеперерабатывающего производства, оптимальное графическое изображение нефтеперерабатывающего процесса позволит реализовать различные цели: образование графического образа производства; формирование информации о структурных взаимосвязях, технологических процессов, производств; изучение структуры производства; перевод и хранение информации в виде информационной модели [1].

Сложность изображения технологических схем в виде объектов, связанных сетью линий является актуальной проблемой при изучении технологических процессов, так как не позво­ляют создaть полное графи­ческoе предста­вление нефтеперерабатывающего процесса и не пере­дают изображение структур­ы пред­приятия, а тaкже весьма объемны при переносе данных на ЭВМ [2].

В этой связи разработка методологии и систем обучения по изучению процессов нефтеперерабатывающих производств является актуальной, научной, хозяйственной и экономической проблемой.

Объект исследования – учебно-методическое обеспечение процесса обучения студентов в области технологических процессов нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ).

Предмет исследования – методика применения учебно-методического комплекса по изучению технологических схем процессов НПЗ с использованием программного комплекса Aspen Hysys.

Цель исследования – разработка новых учебно-методических средств изучения технологических схем процессов НПЗ с использованием программного комплекса Aspen Hysys для студентов технологических специальностей и их реализация в учебном процессе.

В связи с целью исследования выдвигаются следующие задачи:

- изучение существующих видов технологических схем и выбор оптимального варианта для дальнейшего изучения;

- анализ программных комплексов компьютерного моделирования и выбор программного обеспечения для разработки учебно- методического комплекса (УМК);

- изучение технологических схем для построения процессов НПЗ в программном комплексе Aspen Hysys;

- составление и апробация УМК по графическому моделированию установки атмоферно-вакуумной перегонки нефти на примере программы Aspen Hysys.

В основе исследования заложена гипотеза о том, что качество подготовки студентов технологического профиля возрастет, если:

- материал, используемый в процессе обучения, будет организован в систему, создающую специальную профессионально-ориентированную обучающую среду для всех форм самостоятельной работы, как аудиторной, так и внеаудиторной;

- будет разработан комплекс обучающих и учебных заданий и упражнений, обеспечивающий полное освоение курса обучения и его накопление информации в качестве индивидуального опыта личности.

В ходе работы для проверки выдвинутой гипотезы были использованы следующие методы научных исследований: анализ требований федерального государственного стандарта высшего профессионального образования; специальной литературы по теме исследования; моделирование (построение модели УМК); педагогические наблюдения; экспериментально-опытное обучение по проверке эффективности разработанного УМК; тестирование на этапе экспериментальной апробации.

В связи с основной гипотезой исследования на защиту выносится учебно-методический комплекс моделирования и расчета технологической схемы установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти (АВТ) с использованием программного комплекса Aspen Hysys.

Научная новизна

Разработан алгоритм изучения технологических схем процессов НПЗ с помощью программы Aspen Hysys с использованием учебно-методического комплекса на примере установки первичной перегонки нефти.

Данный УМК адаптирован к современной программе Aspen Hysys с учетом обновлений и расширенных возможностей, позволяющих получить больше информации о технологических процессах c целью освоения навыков построения и чтения технологических схем.

Практическая ценность

Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке учебно-методического обеспечение процесса изучения технологических схем процессов НПЗ с использованием программного комплекса Aspen Hysys для студентов технологических специальностей.

Результаты, полученные в работе, могут быть использованы в учебном процессе при выполнении практических занятий по дисциплине «Графические модели технологических процессов переработки нефти и газа» студентами направления «Технологические машины и оборудование» на кафедре ТМО ФГБОУ ВПО УГНТУ.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

- 65-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2014);

- 66-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2014).

Результаты работы были применены в качестве УМК к выполнению практических занятий (в количестве 20 часов) студентов групп ММО31-14-01 и ММО32-14-01 по дисциплине «Графические модели технологических процессов переработки нефти и газа».