Aspen Dinamik [PDF]

Citation preview

pengantar Pemodelan proses dinamis sangat penting untuk desain dan operasi pabrik. Meskipun pemodelan steady state berkali-kali cukup, akurasi dapat ditingkatkan secara signifikan dengan memperhitungkan respons dinamis sistem terhadap perubahan. Selain itu, dinamis diperlukan simulasi untuk memodelkan berbagai skenario termasuk (tetapi tidak terbatas pada): • Memulai startup• Penonaktifan pabrik • Pelarian reaktor • Penghilang tekanan Aspen HYSYS Dynamic memungkinkan Anda untuk dengan mudah mengubah simulasi kondisi tetap Aspen HYSYS menjadi dinamis yang kuat model. Ini berjalan sepenuhnya dari dalam lingkungan Aspen HYSYS yang sudah dikenal dan menggunakan data input yang sama dan model termodinamika. Dokumen ini berfungsi sebagai "panduan memulai" sederhana untuk menggunakan Aspen HYSYS Dynamic. Kami akan membawa Anda melalui perkembangan paling umum tentang bagaimana mengkonversi model kondisi tunak ke model dinamis dan bagaimana menganalisisnya. Ini bukan dimaksudkan untuk digunakan sebagai dokumen referensi yang berdiri sendiri. Kami menyarankan Anda menggunakan berbagai sumber daya lain termasuk: • situs web dukungan AspenTech (support.aspentech.com) • Perangkat kursus AspenTech tersedia dalam versi online dan langsung • Item-item dasar pengetahuan AspenTech, pelatihan, dan model sampel tersedia di aspenONE® Exchange • Konsultan bisnis AspenTech Panduan ini mengasumsikan bahwa pengguna memiliki Aspen HYSYS V8.0 atau yang lebih tinggi diinstal pada komputer mereka. Contoh File Ada dua contoh file yang digunakan dalam tutorial ini, HYSYS Dynamic Jump Start Case 1 dan HYSYS Dynamic Jump Start Case 2. Kasus 1 adalah model kondisi stabil dan Kasus 2 adalah model yang sama setelah dikonversi menjadi model dinamis. Panduan ini



menunjukkan tinjauan umum tentang cara mengubah Kasus 1 menjadi Kasus 2, tetapi tidak menunjukkan setiap perubahan individu. Untuk mendapat lebih banyak terbiasa dengan meningkatkan model kondisi stabil ke model dinamis, kami sarankan Anda mencoba menyelesaikan ini sendiri. Versi file-file ini untuk Aspen HYSYS V7.3 juga ditampilkan dalam Desain Solving Web-Demand dan Tantangan Operasional Menggunakan Simulasi Dinamis (Sumber Tambahan, halaman 21). Kedua contoh file tersebut tersedia secara gratis sebagai unduhan instan melalui aspenONE Exchange. Untuk mengakses aspenONE Exchange di Aspen HYSYS V8.0, klik tombol Exchange di tab Memulai pada pita (Gambar 1). Di Aspen HYSYS V8.2 dan lebih tinggi, aspenONE Exchange secara otomatis diluncurkan saat Anda membuka program. Ketik "HYSYS Dynamic Jump Start" ke dalam bilah pencarian dan klik pada flow sheet yang sesuai di hasil pencarian (Gambar 2). Anda juga dapat menemukan file contoh lainnya, kiat berbasis pengetahuan, modul pelatihan, dan lainnya menggunakan pertanyaan serupa. Untuk pelajari lebih lanjut tentang cara menggunakan aspenONE Exchange, lihat Jump Start terkait di bagian Sumber Daya Tambahan.



Catatan, alur kerja yang ditunjukkan di sini tidak spesifik untuk file contoh ini dan dapat diterapkan pada kasus apa pun.



Mulai dengan Model Steady State Langkah pertama untuk mensimulasikan proses secara dinamis dengan Aspen HYSYS adalah membuat model kondisi mapan. Model ini akan berisi semua input dasar untuk sistem: komponen, operasi unit, termodinamika, dll. Model steady state harus lengkap dan memiliki solusi konvergen. Panduan ini difokuskan untuk memperbarui dan menjalankan model kondisi mapan yang ada dalam Mode Dinamis. Jika Anda tidak tahu caranya buat simulasi kondisi tetap di Aspen HYSYS, lihat Jump Start terkait di bagian Sumber Daya Tambahan (Halaman 21). Asisten Dinamis Dynamic Assistant memungkinkan Anda melihat penyesuaian apa yang perlu Anda buat agar model Anda berjalan secara dinamis dan menyarankan perubahan. Anda harus menggunakan asisten sebagai panduan, bukan obat untuk semua. Untuk membuat model terbaik, itu penting untuk menggunakan penilaian teknik Anda sendiri. Sangat disarankan bahwa pertama kali Anda mengonversi kondisi stabil model, Anda mencoba membuat semua perubahan yang sesuai sendiri sebelum berkonsultasi dengan asisten. Untuk menggunakan asisten, klik tombol Dynamic Assistant (terletak di grup Simulasi Dinamis pada tab Dinamis) saat Anda masih dalam Steady State Mode (Gambar 3).



Di jendela Dynamic Assistant, Anda akan diberikan daftar parameter untuk disesuaikan. Perhatikan bahwa semua barang itu secara otomatis dicentang di kolom "Buat perubahan". Jika Anda mengklik tombol



Lakukan Perubahan, semua perubahan yang dicentang akan menjadi dibuat sekaligus apa pun tab Anda. Untuk hanya membuat perubahan tertentu, hapus centang pada yang tidak Anda inginkan (Gambar 4).



Untuk meninjau perubahan individual sebelumnya, klik dua kali salah satu item pada daftar untuk mengarahkan ulang ke tab yang sesuai (Gambar 5).



Pada tab ini, Anda dapat melihat perubahan apa yang disarankan oleh Dynamic Assistant. Anda dapat mengedit ini langsung di ini jendela sebelum mengklik Lakukan Perubahan, atau Anda dapat membuatnya di lembar alur itu sendiri.



Tentukan Parameter Tekanan dan Aliran Dalam model keadaan tetap Aspen HYSYS, parameter tekanan dan aliran dapat ditentukan secara terpisah. Untuk alasan inilah mungkin untuk "menipu" dengan membuat spesifikasi yang tidak realistis seperti tidak memiliki tekanan jatuh di seluruh unit. Dalam HYSYS Dinamis, tekanan dan aliran saling terkait sehingga yang satu tidak dapat dihitung tanpa yang lain. Jika Anda menentukan tekanan nol jatuh melintasi unit resistensi dalam Dinamis, laju aliran melalui unit itu akan menjadi nol juga (Gambar 6).



Operasi Pressure Node dan Resistance Equation Semua operasi unit dapat diklasifikasikan sebagai operasi simpul tekanan atau operasi persamaan tahanan: • Operasi Node Tekanan: menghitung tekanan berdasarkan penampung uap di unit (kapal, dll.) • Operasi Persamaan Resistansi: menghitung penurunan tekanan berdasarkan persamaan tahanan (katup, pompa, kompresor, dll.) Lembar aliran Anda harus memiliki operasi resistansi di antara setiap simpul tekanan yang berdekatan. Tanpa ini, pemecah akan menganggap bahwa tekanan di kapal yang berdekatan sama dengan tanpa aliran di antara mereka. Gambar 7 menunjukkan contoh ini dari Kasus 1. Tanpa VLV-101, kedua kolom memiliki tekanan yang sama tanpa aliran di antara keduanya.



Selain fakta bahwa modifikasi ini diperlukan untuk menjalankan model dalam Mode Dinamis, itu praktik yang baik karena nyata tanaman memiliki fitur ini. Kiat dan Trik: Untuk menampilkan semua tekanan aliran pada lembar alur Anda, pilih "Tekanan" dari daftar di grup Stream Label pada Flow sheet / Ubah tab kontekstual pada pita (yang muncul ketika lembar alur dipilih). Spesifikasi Tekanan Aliran Batas Setiap aliran batas yang terhubung ke operasi resistansi perlu memiliki spesifikasi tekanan. Aliran internal harus tidak memiliki spesifikasi tekanan, karena tekanannya harus ditentukan oleh peralatan di sekitarnya. Itu juga disarankan agar Anda menambahkan katup ke semua aliran batas. Ini dapat digunakan sebagai pengontrol aliran nanti saat Anda berkembang sistem kontrol untuk model Anda (Desain Strategi Kontrol, halaman 8). Untuk menentukan tekanan dalam aliran, klik dua kali untuk membuka formulir propertinya. Sesuaikan tekanan pada Dinamis tab. Perhatikan dropdown unit yang muncul di sebelah kanan saat Anda mengetikkan nomor baru. Setelah Anda menentukan tekanan, pastikan bahwa kotak Aktif dicentang (Gambar 8). Catatan: Karena



perhitungannya saling tergantung Anda harus menentukan tekanan atau aliran, bukan keduanya.



Skema Warna Dinamis Untuk membuatnya lebih mudah untuk menentukan di mana Anda perlu membuat spesifikasi tekanan dan aliran, Anda dapat mengubah warnanya skema lembar alir. Pada grup Display Options pada tab Flowsheet / Modify, pilih "Dynamic P / F Specs" skema warna dari dropdown (Gambar 9). Tabel 1 menunjukkan apa yang ditunjukkan oleh masing-masing warna dalam skema ini.



Gambar 10 menunjukkan Kasus 1 setelah semua katup dan spesifikasi tekanan yang diperlukan telah dibuat. Perhatikan bahwa tidak ada warna merah stream dan bahwa stream batas berwarna hijau. Aliran yang masuk ke Heat Exchanger



berwarna kuning karena merupakan kegunaannya ditentukan aliran. Gambar 10: Flowsheet dengan spesifikasi tekanan dan aliran yang sesuai untuk simulasi dinamis Ukuran Peralatan Untuk menjalankan simulasi dinamis, penting untuk memiliki semua ukuran peralatan Anda dengan benar. Tanggapan kapal Untuk fluktuasi dalam pakannya sangat tergantung pada ukuran kapal relatif terhadap ukuran gangguan. Jika Vessel Anda terlalu besar, simulasi akan menghasilkan respons yang dibasahi secara tidak realistis.



Kebalikannya berlaku untuk kapal itu terlalu kecil. Ada dua tempat di mana Anda dapat mengubah ukuran kapal: tab Rating dan tab Dynamic di kapal itu bentuk properti (Gambar 11).



Gambar 11: Ukur ukuran kapal dari tab Rating atau Dynamic pada formulir propertinya



Selain itu, Anda dapat menggunakan Dynamic Assistant untuk mengukur sendiri ukuran peralatan Anda. Pada tab ukuran yang tidak diketahui, pilih volume



di kiri. Ubah waktu tinggal untuk kapal yang ingin Anda ukur dan klik tombol Quick size… (Gambar 12). Baru ukuran akan secara otomatis diperbanyak ke seluruh model.



Gambar 12: Mengatur waktu tinggal untuk menentukan volume kapal Catatan: Untuk penukar panas sederhana, ada ukuran kapal standar 0,1 m 3



. Jika Anda menggunakan Dinamis Asisten, Anda tidak akan diminta untuk mengubah ukuran ini (meskipun kemungkinan besar tidak sesuai).



Desain Sebuah Kontrol Strategi



Tanpa kontrol yang baik skema, tidak ada cara untuk sebuah proses untuk mengatasinya gangguan. Jika tak tanggung-tanggung, bahkan kecil fluktuasi bisa secara dramatis dampak suatu seluruh sistem. Saya t aku s penting untuk membangun a skema kontrol sebelumnya menjalankan simulasi Anda secara dinamis.



Pengendali pada Model Palet



Aspen HYSYS menyediakan a berbagai pengendali dan operasi logis yang Anda dapat digunakan untuk kontrol Anda skema. Ini semua tersedia di Dinamis tab Model Palette (dapat diakses dari View tab pada pita). Arahkan ikon apa pun untuk melihat apa pengontrol yang diwakilinya dan temukan yang Anda butuhkan (Gambar 13).



Kontroler PID



Untuk sebagian besar skema kontrol, Anda terutama akan menggunakan proporsional-integralderivatif, atau PID, pengendali. Seperti namanya menyarankan, ini memungkinkan Anda untuk menggunakan proporsional, integral, dan turunannya kontrol. PID dasar persamaan adalah:



OP (t) adalah output pengontrol sebagai fungsi waktu dan E (t) adalah kesalahan antara set point dan variabel proses. Itu pengontrol dapat disetel dengan menyesuaikan penguatan pengontrol, Kc, reset integral, τi, dan keuntungan turunan, τd. Tabel 2 menunjukkan saran kami untuk parameter penyetelan PID awal. Perhatikan bahwa τi muncul dalam



penyebut persamaan PID; demikian, meningkatkan reset integral akan benar-benar mengurangi dampak gain integral pada respons pengontrol. Mengatur Kontroler PID



Instantiate controller PID dan klik dua kali untuk melihat form propertinya. Pada tab Koneksi, pilih Proses Objek Target Variabel dan Keluaran (Gambar 14). Variabel proses adalah nilai instalasi aktual yang coba dikontrol oleh pengontrol mengatur. Objek target keluaran (kadang-kadang disebut sebagai variabel yang dimanipulasi), adalah parameter yang dikontrol akan berubah untuk menyesuaikan variabel proses ke set point. Pengontrol di bawah ini (dari Kasus 2) menggunakan aktuator posisi katup VLV-HP Vap untuk mengontrol tekanan di kolom HP Sep.



Selanjutnya, klik tab parameter. Di bawah Parameter Operasional, atur tindakan. Jika Anda ingin memiliki objek target keluaran respons balik terhadap perubahan dalam variabel proses, lalu pilih "Balikkan." Untuk memahami perbedaan antara langsung dan membalikkan tindakan, pertimbangkan Gambar 15: variabel proses Anda adalah tingkat cairan dalam tangki dan objek target output Anda katup A, yang mengontrol saluran masuk. Ketika tingkat cairan jatuh Anda ingin katup terbuka sehingga aliran masuk akan meningkat dan naikkan level tangki. Ini adalah respons terbalik. Jika objek target keluaran Anda adalah katup B, yang mengontrol aliran outlet, Anda ingin tanggapan langsung. Dengan begitu, ketika tingkat cairan turun, katup akan menutup, mengurangi laju aliran keluar dan naik tingkat tangki. Gambar 15 menjelaskan prinsip yang sama jika level tangki naik.



Selanjutnya, tentukan titik setel dan nilai PV Minimum dan Maksimum. Akhirnya, atur parameter tuning (lihat rekomendasi pada Tabel 2 di halaman sebelumnya). Gambar 16 menunjukkan tab Parameter untuk pengontrol PID yang sama dan menyoroti semua input yang harus Anda tentukan. Terakhir, Anda dapat mengaktifkan pengontrol PID dengan mengalihkan Mode ke "Otomatis" (di bagian Parameter Operasional).



Pelat Wajah Untuk setiap pengontrol, Anda dapat melihat pelat muka. Klik tombol pelat muka dari formulir properti atau klik kanan controller dan pilih "Face Plate ..." Bar atas pada face plate menunjukkan nilai variabel proses (biru) relatif terhadap set point (panah merah). Baris bawah menunjukkan output pengontrol (biru). Dimungkinkan untuk memanipulasi titik setel langsung di pelat muka dengan menggerakkan panah merah (Gambar 17).



Daftar semua pengontrol dapat ditemukan dengan cepat menggunakan tombol Control Manager di grup Tools pada tab Dynamic (Gambar 18).



Demikian juga, daftar semua pelat wajah dapat ditemukan menggunakan tombol Plat Wajah (Gambar 19).



Menjalankan Model Anda Sekarang Anda telah memperbaiki spesifikasi tekanan dan aliran Anda, mengukur semua peralatan Anda, dan membuat kontrol strategi, Anda siap menjalankan model Anda dalam Mode Dinamis. Gunakan Dynamic Assistant untuk memastikan Anda tidak tidak memiliki spesifikasi penting dan kemudian klik tombol Mode Dinamis (Gambar 20).



Bagan garis Strip chart adalah cara untuk mengamati fluktuasi dinamis dari model Anda secara grafis. Mereka dapat diproduksi untuk aliran apa pun, blok, atau pengontrol. Menghasilkan Strip Chart Ada beberapa cara untuk menghasilkan bagan garis. Yang pertama adalah membuka formulir properti untuk aliran atau operasi unit dan arahkan ke tab Dinamis. Buka halaman Strip chart untuk melihat beberapa set variabel default. Pilih satu dari Variabel



Atur dropdown dan klik tombol Create Stripchart (Gambar 21). Untuk pengontrol, ada tab bagan Strip.



Anda juga dapat membuat bagan strip kustom menggunakan tombol Strip Charts di grup Tools pada tab Dynamic (Gambar 22). Ini akan membuka jendela StripChart.



Klik tombol Add untuk membuat DataLogger baru yang mencatat informasi yang diperlukan untuk membuat bagan strip (Gambar 23). Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana bagan strip yang ada HP Sep PCDL1 dibuat dalam Kasus 2.



Ubah nama menjadi sesuatu yang lebih deskriptif di kolom Nama Bagan Strip. Juga, ubah Ukuran Logger dan Interval Sampel. Setelah setiap sel di baris dipilih, klik tombol Edit (Gambar 24).



Di jendela yang muncul, klik tombol Tambah untuk menambahkan variabel yang ingin Anda lacak (Gambar 25). Kamu bisa nonaktifkan semua ini nanti dengan mengklik kotak centang di kolom Aktif di sebelah kanan. Anda juga dapat mengedit atau menghapusnya menggunakan tombol di bagian bawah.



Untuk menghasilkan grafik, klik tombol Tampilan. Jika Anda berada dalam mode Jalankan (tombol Jalankan pada tab Dinamis dipilih), tombol grafik akan secara otomatis mulai mengisi. Dimungkinkan untuk menggulir mundur, maju, naik, dan turun pada strip chart mengklik ruang grafik dan menariknya. Memformat Bagan Strip Untuk memformat bagan strip, klik kanan pada area plot dan pilih "Kontrol Grafik ..." (Gambar 26).



Ini akan membuka jendela Konfigurasi Diagram Strip (Gambar 27). Dari sini, Anda dapat menyesuaikan bagaimana setiap variabel disajikan, sumbu, dan parameter tampilan lainnya untuk bagan khusus ini.



Fungsi Transfer Salah satu fitur berguna dari pemodelan dinamis di Aspen HYSYS adalah memungkinkan Anda untuk mengamati bagaimana simulasi akan merespons gangguan. Anda dapat memodelkan ini gangguan menggunakan fungsi transfer atau dengan menambahkan noise acak ke proses apa pun variabel. Untuk menambahkan fungsi transfer, pilih blok Fungsi Transfer di jendela Tab dinamis dari Palet Model (Gambar 28). Setelah Anda instantiated fungsi transfer, buka formulir propertinya. Dari Tab Koneksi, Anda dapat memilih aliran target, unit operasi, atau pengontrol itu Anda ingin fungsi transfer mempengaruhi. Anda juga dapat memilih proses secara opsional variabel untuk memandu perilaku fungsi transfer. Gambar 29 menunjukkan fungsi transfer yang bertindak pada aliran NGL feed dalam Kasus 2.



Pada tab Parameter, Anda dapat mengisi input yang tersisa untuk fungsi transfer Anda. Anda harus mengisi bagian Ranges sebelum Anda dapat mengisi Parameter Operasional (Gambar 30).



Di bagian Kebisingan, Anda dapat memilih untuk menambahkan noise ke sinyal Anda untuk melihat bagaimana sistem kontrol Anda merespons lebih banyak input realistis.



Penjadwal Acara Penjadwal acara memungkinkan Aspen HYSYS untuk secara otomatis melakukan acara. Ini dapat dipicu oleh waktu yang berlalu, logis operasi, atau nilai penstabil variabel. Penjadwal acara sangat membantu dalam mengevaluasi keadaan darurat skenario di pabrik, serta urutan startup dan shutdown. Selain itu dapat digunakan sebagai alat pelatihan untuk melihat caranya operator baru merespons berbagai gangguan. Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana Jadual 1 yang ada dibangun di Kasus 2. Tambahkan Sequence Klik tombol Penjadwal Acara dalam grup Opsi Pemodelan pada tab Dinamis (Gambar 31).



Selanjutnya, klik tombol Tambah di bagian Pilihan Jadwal (Gambar 32).



Ini akan membuka grup Jadwal Urutan. Untuk menambahkan urutan acara, klik tombol Tambah di sebelah kanan. Ini akan menambah urutan ke matriks. Di sini, Anda dapat memberikan urutan nama yang lebih deskriptif (mis., FeedTChange pada Gambar di bawah) dan tentukan apakah Anda ingin bertindak dalam satu tembakan atau terus menerus. Selanjutnya, pilih urutan dan klik tombol Lihat ... (Gambar 33).



Tambahkan Acara Di jendela Urutan yang muncul, klik tombol Tambah untuk menambahkan acara. Anda dapat menambahkan sebanyak mungkin acara yang ingin Anda ikuti



urutan. Selanjutnya, tentukan kondisi dan tindakan yang terkait dengan setiap peristiwa dalam matriks. Untuk melakukannya, pilih acara dan klik Lihat ... (Gambar 34).



Pada jendela berikutnya, Anda dapat menentukan bagaimana Anda ingin acara dipicu pada tab Kondisi. Menggunakan Ekspresi Logis Untuk menggunakan ekspresi logis, Anda harus terlebih dahulu menentukan variabel di bagian Variabel untuk Logika Ekspresi. Klik Tambah Variabel dan pilih apa saja yang akan Anda rujuk. Ini akan membuat tag yang dapat Anda gunakan saat menulis ekspresi. Untuk bantuan dengan sintaks, klik tombol Bantuan Ekspresi di bagian Logical „IF’ Expression. Masukkan ekspresi dalam kotak. Kasus 2 menunjukkan aplikasi unik dari ekspresi logis. Dalam hal ini ungkapannya adalah "1 = 1," yang akan segera mengevaluasi sebagai benar. Ini akan langsung mengaktifkan acara setelah urutan dimulai (Gambar 35).



Tentukan Tindakan Acara Setelah menentukan pemicu untuk suatu peristiwa, Anda harus menentukan tindakan apa yang akan terjadi pada tab Daftar Tindakan. Kamu bisa tambahkan beberapa tindakan untuk setiap acara dengan mengklik tombol Tambah di bagian Daftar Tindakan Untuk Acara Ini. Untuk setiap tindakan terpisah, isi Spesifikasi Tindakan Individual. Dalam Kasus 2, ada satu tindakan yang diambil, yang mengubah suhu umpan ke 205 ° F (Gambar 36).



Mengaktifkan Sequences Untuk menjalankan urutan, saat pemecah aktif, klik tombol Mulai di grup kontrol Urutan pada Penjadwal Acara (Gambar 37). Ketika semua acara telah berakhir, statusnya akan Selesai. Anda juga dapat berhenti, melanjutkan, menahan, memaksa, dan lewati urutan dengan mengklik tombol yang sesuai di grup Kontrol Urutan.