Preview

Вестник Казахстанско-Британского технического университета

Расширенный поиск

РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ПРОЦЕССА СБОРКИ И ОЧИСТКИ КИСЛОЙ ВОДЫ

https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-3-36-48

Аннотация

В нефтегазовой отрасли сбор и очистка кислой воды при дистилляции сырого газа является важным технологическим процессом. Оптимальное управление данным процессом позволит повысить эффективность производства, снизить экологические выбросы кислот и углекислого газа в окружающую среду и рациональнее использовать природные ресурсы на фоне растущих потребностей нефтегазовой индустрии. Данная работа посвящена проектированию цифрового двойника с использованием программного обеспечения компании Honeywell Unisim Design. Основное внимание уделено разработке и внедрению системы управления с разделением диапазона (англ. split-range control) в рамках динамической модели. Произведен анализ разработанной модели с историческими данными, где проверена достоверность модели. Разработана стратегия управления для промышленного контроллера C300 и HMI-интерфейс для операторов с целью интеграции цифрового двойника с распределенной системой управления Experion PKS. Цифровой двойник открывает новые возможности для создания и проверки новых схем управления, оптимизации параметров и настройки системы безопасности. По результатам опросов клиентов компании Honeywell внедрение цифровых двойников позволяет сократить капитальные затраты на проектирование более чем на 10%, сократить время разработки на 10% и увеличить производительность завода на 3–8 %.

Об авторах

Т. И. Самигулин
Казахстанско-Британский технический университет
Казахстан

PhD, ассоциированный профессор

г. Алматы



Т. Маратұлы
Казахстанско-Британский технический университет
Казахстан

магистрант

г. Алматы



Список литературы

1. Benson, C., Dimopoulos, C., Argyropoulos, C.D., Varianou Mikellidou, C., and G. Boustras. Assessing the common occupational health hazards and their health risks among oil and gas workers, Safety Science, 140, 105284 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ssci.2021.105284.

2. Nalinakshan, S., Sivasubramanian, V., Ravi, V., Vasudevan, A., Sankar, M.R, and K. Arunachalam. Progressive crude oil distillation: An energy-efficient alternative to conventional distillation process, Fuel, 239, 1331–1337 (2019). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.11.033.

3. Kinsara, R.A. and A. Demirbas. Upgrading of crude oil via distillation processes, Petroleum Science and Technology, 34 (14), 1300–1306 (2016). https://doi.org/10.1080/10916466.2016.1200080.

4. Tengku Hassan, T.N.A., Shariff, A.M., Mohd Pauzi, M.M., Khidzir, M.S., and A. Surmi. Insights on Cryogenic Distillation Technology for Simultaneous CO2 and H2S Removal for Sour Gas Fields, Molecules, 27(4) (2022). https://doi.org/10.3390/molecules27041424.

5. Farhadian, A., Go, W., Yun, S., Rahimi, A., Reza Nabid, M., Iravani, D., and Y. Seo. Efficient dualfunction inhibitors for prevention of gas hydrate formation and CO2/H2S corrosion inside oil and gas pipelines, Chemical Engineering Journal, 431, 134098 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134098.

6. De Farias Soares, A., Dellosso Penteado, E., Ramalho Diniz. A.A., and A. Komesu. Influence of operational parameters in sour water stripping process in effluents treatment, Journal of Water Process Engineering, 41, 102012 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2021.102012.

7. Daniel, A., Sriramulu, S., Partheeban, N., and S. Jayagopalan, Digital Twin Technology and Applications, (New York, 2024), 400 p. https://doi.org/10.1201/9781003469612.

8. Mounaam, A., Harmen, Y., Chhiti, Y., Souissi, A., Salouhi, M. and M. El Khouakhi, UnisimDesign Simulation and Analysis of a Sulphuric Acid Manufacturing Plant with Double Absorption Process, in Proceedings of the 10th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications – SIMULTECH, IN-STICC. SciTePress, 2020, pp. 91–100. https://doi.org/10.5220/0009832300910100.

9. Usmani, S., Gonzalez Quiroga, A., Vasquez Padilla, R., Palmer, G., and M. Lake, Simulation model of the characteristics of syngas from hardwood biomass for thermally integrated gasification using unisim design tool, Energy, 211, 118658 (2020). https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118658.

10. Zi´ołkowski, P., Madejski, P., Amiri, M., Ku´s, T., Stasiak, K., Subramanian, N., Pawlak-Kruczek, H., Badur, J., Nied´zwiecki, and D. Mikielewicz. Thermodynamic Analysis of Negative CO2 Emission Power Plant Using Aspen Plus, Aspen Hysys, and Ebsilon Software, Energies, 14(19) (2021). https://doi.org/10.3390/en14196304.

11. Shirdel, S., Valand, S., Fazli, F., Winther-Sørensen, B., Aromada, S.A., Karunarathne, S., and L. E. Øi. Sensitivity Analysis and Cost Estimation of a CO2 Capture Plant in Aspen HYSYS, ChemEngineering, 6(2) (2022). https://doi.org/10.3390/chemengineering6020028.

12. Yandrapu, V.P., and N.R. Kanidarapu. Energy, economic, environment assessment and process safety of methylchloride plant using Aspen HYSYS simulation model, Digital Chemical Engineering, 3, 100019 (2022). https://doi.org/10.1016/j.dche.2022.100019.

13. Kartal, F. and U. ¨Ozveren. A comparative study for biomass gasification in bubbling bed gasifier using Aspen HYSYS, Bioresource Technology Reports, 13, 100615 (2021). https://doi.org/10.1016/j.biteb.2020.100615.

14. Olugbenga, A.G., Al-Mhanna, N.M., Yahya, M.D., Afolabi, E.A., and M.K. Ola. Validation of the Molar Flow Rates of Oil and Gas in Three-Phase Separators Using Aspen Hysys, Processes, 9 (2) (2021). https://doi.org/10.3390/pr9020327.

15. K¨okdemir, B., and N. Acaralı. A novel study on CHEMCAD simulation of isopropyl alcohol dehydrogenation process development, Journal of the Indian Chemical Society, 98(3), 100035 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jics.2021.100035.

16. De Oliveira Hansen, J.P., da Silva, E.R., Bilberg, A., and C. Bro. Design and development of Automation Equipment based on Digital Twins and Virtual Commissioning, Procedia CIRP, 104, 1167–1172 (2021) 54th CIRP CMS 2021 - Towards Digitalized Manufacturing 4.0. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.11.196.

17. Reyes-L´ua, A., Zotic˘a, C., Forsman, K., and S. Skogestad. Systematic Design of Split Range Controllers, IFAC-PapersOnLine, 52(1), 898–903 (2019) 12th IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems, including Biosystems DYCOPS 2019. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.06.176.

18. Machado, D.O., S´anchez, A.J., Gallego, A.J., de Andrade, G.A., Normey-Rico, J.E., Bordons, C., and E.F. Camacho. Split-range control for improved operation of solar absorption cooling plants, Renewable Energy, 192, 361–372 (2022). https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.04.064.

19. Samigulina, G.A., Samigulina, Z.I., and Zh.S. Lukmanova. Сognitive smart-technology of distance learning of Experion PKS distributed control system for oil and gas industry using ontological approach, News of the Academy of sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences, 1, 23–30 (2020). https://doi.org/10.32014/2020.2518-170X.3.

20. Haydary, J. Chemical Process Design and Simulation: Aspen Plus and Aspen Hysys Applications, (John Wiley & Sons, Incorporated, 2019).

21. Liu, Z. and I. Karimi. Simulation of a combined cycle gas turbine power plant in Aspen HYSYS, Energy Procedia, 158, 3620–3625 (2019). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.901.

22. Basyouny, A. Experimental validation of numerical two-phase flow in a horizontal separator, Results in Engineering, 15, 100476 (2022). https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100476.

23. Otitoju, O., Oko, E., and M. Wang. Modelling, scale-up and techno-economic assessment of rotating packed bed absorber for CO2 capture from a 250 MWe combined cycle gas turbine power plant, Applied Energy, 335, 120747 (2023). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.120747.

24. Commission, I.E. et al. Programmable controllers-part 3: Programming languages, IEC 61131-3 (Ed. 2.0), 2002.


Рецензия

Для цитирования:


Самигулин Т.И., Маратұлы Т. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА ПРОЦЕССА СБОРКИ И ОЧИСТКИ КИСЛОЙ ВОДЫ. Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2025;22(3):36-48. https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-3-36-48

For citation:


Samigulin T.I., Maratuly T. DEVELOPMENT OF A DIGITAL TWIN FOR THE SOUR WATER COLLECTION AND PURIFICATION PROCESS. Herald of the Kazakh-British Technical University. 2025;22(3):36-48. (In Russ.) https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-3-36-48

Просмотров: 13


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-6688 (Print)
ISSN 2959-8109 (Online)