Хайсис HYSYS

Только англоязычное название‼!

Чтобы ответить на вопрос, почему программа ХАЙСИС является столь популярным инструментом технологических расчетов, достаточно
познакомиться с ее термодинамическим пакетом. Успех ХАЙСИС как
мощного и широко используемого расчетного инструмента связан не только с уникальным интерфейсом, который был разработан авторами этой программы, но в не меньшей мере и термодинамическими методами,
которые лежат в основе всех технологических расчетов.

" Встроенные" [кавычки единообразно во всём тексте] пакеты расчета свойств обеспечивают надежные результаты для расчетов смесей углеводородов и неуглеводородных сред, применяемых в нефтехимической и химической промышленности.
Термодинамическая группа фирмы Хайпротех [Оригинальное название] проанализировала и
произвела обработку экспериментальных данных, полученных из наиболее
надежных и уважаемых в мире источников. На основе этой работы была
построена база данных, содержащая более 1500 компонентов и более 16
тысяч бинарных коэффициентов. Если же свойства какого-то компонента не удается найти в этой базе, можно воспользоваться встроенными в ХАЙСИС методами расчета свойств компонентов, для которых полностью задана молекулярная структура.

Наряду со стандартными встроенными пакетами свойств пользователь имеет возможность для расчета конкретного свойства обратиться к специальному «табличному» пакету, который может дать более точные результаты в конкретном узком диапазоне, или создать свой собственный специализированный пакет свойств, который легко встраивается в ХАЙСИС с помощью технологии ActiveX.

Кроме того, ХАЙСИС содержит мощный пакет регрессии, который можно использовать совместно с табличным пакетом. Исходными данными для программы регрессии могут быть экспериментальные данные для чистых компонент (в ХАЙСИС содержатся экспериментальные данные для более чем 1000 компонентов), или собственные данные, которые имеются у пользователя. Этот пакет регрессии подбирает оптимальные коэффициенты для широкого набора имеющихся в программе формул расчета свойств. Такой подход позволяет получить результаты, максимально приближенные к Вашим экспериментальным данным.

Устоявшиеся подходы к разработке программ меняются на наших глазах и фирма Хайпротех идет в ногу с этими изменениями: программа ХАЙСИС соответствует сегодняшним передовым технологиям программирования. Поддержка технологии OLE и ActiveX позволяет использовать собственные пакеты свойств пользователя внутри программы ХАЙСИС.

Для расчета задач, относящихся к нефтеперерабатывающей, газовой и нефтехимической промышленности, в основном рекомендуется применять уравнения состояния Пенга-Робинсона. ХАЙПРОТЕХ расширила возможности этого уравнения состояния, что позволяет описывать с его помощью широкий круг систем в широком интервале условий. С помощью этого уравнения можно рассчитывать большинство однофазных, двухфазных и трехфазных систем с высокой степенью эффективности и надежности. Уравнения состояния и области их применения описаны в табл.3.

Таблица 3. Уравнения состояния и области их применения

Имеющиеся в ХАЙСИС термодинамические пакеты позволяют
пользователю получить свойства самых различных смесей - от легких
углеводородов до сложных нефтяных смесей и неидеальных
(неэлектролитных) химических систем. В ХАЙСИМ имеются расширенные уравнения состояния (PR и PRSV) для точных расчетов углеводородных систем, полуэмпирические модели и модели упругости паров для более тяжелых углеводородных систем, корреляции для точных расчетов свойств пара и модели коэффициентов активности для химических систем. Все эти уравнения имеют присущие им ограничения, и пользователь может лучше познакомиться с применением каждого уравнения. Например, для расчета легких неуглеводородных и углеводородных газов рекомендуется использовать такой термодинамический пакет как модифицированное уравнение Бенедикта – Вебба – Рубина (MBWR)

В настоящее время ХАЙСИС предлагает модифицированные уравнения состояния Пенга – Робинсона (РR) и Соава – Редлиха – Квонга (CRК).

Кроме этого, ХАЙСИС предлагает несколько методов, которые базируются на этих уравнениях состояния, такие как PRSV, Зудкевича – Йоффе (ZJ) и Кабади – Даннер (KD). Корреляция Ли – Кеслера – Плокера (LКР) является расширением уравнения Ли – Кеслера, применимым для расчетов смесей. В свою очередь уравнение Ли – Кеслера было получено как модификация уравнения Бенедикта-Вебера-Рубина (BWR). При этом уравнение состояния Пенга – Робинсона обеспечивает расчет физических свойств самых разнообразных систем в широком диапазоне рабочих условий. Уравнения состояния Пенга – Робинсона и Соава – Редлиха – Квонга непосредственно генерируют все необходимые равновесные и термодинамические свойства. Хотя уравнения этих методов одинаковы для большинства коммерческих программ моделирования, они были значительно усовершенствованы фирмой ХАЙПРОТЕХ. Став приемлемыми для большего числа систем и более широкого диапазона рабочих условий.

Уравнение Ли – Кеслера – Плокера является точным общим методом, применимым для расчета неполярных компонент и их смесей. Плокер и другие применил уравнение Ли – Кеслера к смесям. В свою очередь уравнение Ли – Кеслера было получено как модификация уравнения Бенедикта – Вебера – Рубина (BWR).

(5.1)

Фактор сжимаемости определяется следующим образом:

(5.2)

, (5.3)

где:

К физическим и транспортным свойствам, которые рассчитывает ХАЙСИС для определенной фазы, относятся вязкость, плотность, теплопроводность и поверхностное натяжение. Модели, используемые для расчета транспортных свойств, были заранее выбраны так, чтобы обеспечить наилучшее соответствие рассматриваемой химической системе. Например, модель состояний, предложенная Эли и Ханли, применяется для расчета вязкости легких углеводородов (НТК < 70 С), метод Тью - для тяжелых углеводородов, и модификация метода Летсоу-Стила - для расчета вязкости жидкости в неидеальных химических системах. Полное описание моделей, применяемых для расчета транспортных свойств, можно найти в справочной литературе, указанной в каждом подразделе. Все эти модели были модифицированы фирмой ХАЙПРОТЕХ для повышения точности расчетов.

В случае многофазных потоков транспортные свойства объединенной фазы теряют смысл, поэтому против соответствующих свойств выводится сообщение < empty> (пусто), хотя свойства каждой отдельной фазы известны. Исключение составляют операции типа труба и теплообменник. Для трехфазных потоков ХАЙСИС определяет кажущиеся свойства объединенной жидкой фазы на основе эмпирических правил смешения.

ХАЙСИС автоматически выбирает модель, наиболее подходящую для расчета вязкости фаз рассматриваемой системы. Выбирается одна из трех моделей, имеющихся в ХАЙСИМ: модификация метода NBS (Эли и Ханли), модель Тью или модификация корреляции Летсоу-Стила. ХАЙСИС выбирает модель на основе следующих критериев:

Все модели основаны на принципе соответственных состояний и были модифицированы для получения более надежных результатов. Эти модели выбраны потому, что они показали самые надежные результаты для указанных химических систем. Оказалось, что при расчете вязкости легких углеводородных жидких и паровых фаз наиболее надежные результаты дает модифицированный нами метод Эли-Ханли; вязкость тяжелых углеводородных жидкостей более эффективно описывается моделью Тью, а вязкость химических систем более точно рассчитывается с помощью модифицированного нами метода Летсоу – Стила.

Полное описание исходной модели соответственных состояний (NBS), используемой для расчета вязкости, представлено Эли и Ханли в их
публикации. Исходная модель была модифицирована для устранения
итеративной процедуры расчета коэффициентов формы системы.
Обобщенные модели коэффициента формы Лича и Леланда были
заменены специфическими моделями компонентов. ХАЙСИС строит
диаграмму PVT (давление-объем-температура) для каждого компонента и
подбирает путем регрессии константы коэффициента формы таким
образом, что диаграмма PVT может быть воспроизведена с помощью
эталонной среды. Следует отметить, что диаграмма давление-объем-
температура строится с помощью модели COSTALD для жидкой области.
Константы коэффициента формы рассчитываются таким образом, чтобы
при использовании эталонной среды диаграмма PVT воспроизводилась
правильно.

Константы коэффициента формы для всех библиотечных компонент уже подобраны с помощью регрессии и хранятся в библиотеке чистых
компонент. Для псевдокомпонент эти константы подбираются с помощью
регрессии на основе рассчитанных значений вязкости, которые в свою
очередь определяются исходя из базовых и критических свойств
псевдокомпонент.

Для псевдокомпонент, созданных нефтяным пакетом, константы
автоматически рассчитываются программой таким образом, чтобы разумно
описывать кинематическую и динамическую вязкость смеси.

Общая модель использует метан в качестве эталонной среды и применима для широкого диапазона неполярных жидких смесей в промышленности переработки углеводородного сырья. Точность при расчете нефтей с высоким содержанием ароматики или нафтенов будет выше, если имеются кривые вязкости, поскольку в систему заложены методы свойств чистых компонентов для средних нефтей. Эта модель, кроме того, обрабатывает воду, кислые газы и некоторые другие газы.

Хотя модифицированная модель NBS хорошо описывает эти системы, оказалось, что метод Тью дает лучшие результаты по вязкости тяжелых углеводородных жидкостей. Модель Тью, кроме того, основана на принципах соответственных состояний, но она вводит корреляцию вязкости для н-алканов в качестве эталонной среды вместо метана. Полное описание этой модели представлено в работе Тью " Внутренне согласованная корреляция для расчета вязкости жидких нефтяных фракций".

Для химических систем модель NBS, модифицированная Эли и Ханли, применяется для расчета вязкости паровой фазы, в то время как
модифицированная Летсоу и Стилом форма модели применяется для
расчета вязкости жидкостей. Этот метод также основан на принципах
соответственных состояний и дает удовлетворительные результаты.

Список литературы

1. Уравнение состояния Бенедикта – Вебба – Рубина [Электронный ресурс] / Свободная энциклопедия Википедия; Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/, свободный. (Дата обращения: 16.03.2016 г.) [плохо давать википедию. Попробуйте найти первоисточник]

2. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. Пер. с англ. под ред. Соколова Б.И. – 3-е изд., перер. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 592 c.

3. Русанов А. В. Интерполяционно – аналитический метод учета реальных свойств газов и жидкостей. // Восточно – Европейский журнал передовых технологий – 2013. - №63

4. J. Ratanapisit, J. F. Ely. Application of New, Modified BWR Equations of State to the Corresponding-States Prediction of Natural Gas Properties International Journal of Thermophysics, Vol 20, No. 6, 1999

5. Чионов А.М., Бегунц А.В., Коршунов С.А., Расчет летучести компонентов смесей легких углеводородов по уравнению состояния при высоких давлениях. Технологии транспорта нефти и газа – 2013 №2

6. Григорьев Б.А., Герасимов А.А., Александров И.С. Анализ и разработка методов расчета плотности нефти, газовых конденсатов и их фракций на основе многоконстантных обобщенных фундаментальных уравнений состояния. // Научно – технический сборник «Вести газовой науки» - 2013. - №1

7. Bretsznajder C. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета. Пер. с польск. под ред. Романкова П.Г. – Л.: Химия, 1966.

8. Глумов Д.Н., Стрекалов А.В. Способ расчета динамической вязкости газов в широком диапазоне давлений. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело» – 2011. – №1

9. Севастьянов Р. М. Зависимость вязкости от температуры Ученые записки ЦАГИ – 1974. Том V №3

10. Каплун А. Б., Мешалкин А. Б. Единое уравнение для расчета коэффициента вязкости диоксида углерода [??? ]

11. Глумов Д.Н., Стрекалов А.В. Аналитический расчет коэффициентов динамической вязкости природных газов. // Электронный научный журнал «Территория нефтегаз» – 2010. – №10

12. Свойский В. З. Вязкость и теплопроводность газов в диапазоне температур от 100 до 2000⁰ К Ученые записки ЦАГИ – 1973. Том IV №1

13. Кревский Г.Г., Герасимов Д.С., Журавлев А.А. Сжимаемость жидкостей и газов.

В сборнике: НЕФТЬ И ГАЗ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 55-летию Тюменского государственного нефтегазового университета. Тюмень, 2011. С. 231-235.

14. Лапшин В.И., Волков А.Н., Шафиев И.М. Коэффициент сжимаемости газов и газоконденсатных смесей: экспериментальное определение и расчеты. // Научно-технический сборник «Вести газовой науки» - 2011. - № 1 (6). С. 120-131.

15. Курлапов Л.И., Ташимбетова А.Т. Расчет концентрации кластеров и фактора сжимаемости в газах. //Наука, новые технологии и инновации. 2013. № 6. С. 42-45.

16. Русанов А.В. Математическое моделирование и исследование физических процессов в проточных частях гидротурбин. // Восточно – Европейский журнал передовых технологий – 2013. - №64

17. Русанов А.В., Пащенко Н.В., Русанов Р.А. Использование метода интерполяционно – аналитической аппроксимации уравнения IAPWS-95 при расчетах течений в проточных частях паровых турбин. // Проблемы машиностроения – 2015. - №1

18. Хайсис

[1] Флюид – [определение]