AFT Arrow ANS可压缩流体管网管道尺寸自动优化选型

可准确计算可压缩流体和可计算复杂管网传热的软件一直是工程师积极寻求的解决方案。25年前,Applied Flow Technology(AFT)公司就已开发出了用于计算可压缩流体的流体力学模拟软件 – AFT Arrow。今年早些时候,AFT公司为AFTArrow引入了一个管网管径自动优化选型的附加模块(ANS),让设计工程师减少安装或运营成本,通过降低能源成本或减轻重量来实现这一目标。

ANS模块是基于AFT Arrow的功能之上,特别是适合用于设计包含蒸汽,压缩空气,化工和石化工艺气体,天然气输送等等的可压缩流体系统。AFT Arrow的典型应用包括管道或风管尺寸的选型,泄压阀选型和泄放系统分析计算,以及压缩机,风机和控制阀的选型。此外,它可以模拟系统操作和组件的相互影响,检测和校准计算声阻塞,评估管道的保温和管道传热,并对现有系统进行故障排除。

ANS附加模块内置有AFT公司的智能流体分析技术。IntelliFlow开发于2001年,是寻找管道中降低成本机会的系统。2003年,ANS推出了一种用于气体管网系统的版本。“我们知道这项技术是先进的,并且我们100%知道这项技术可以帮助优化工程设计,” AFT技术销售总监Reinaldo Pinto说。

AFT随后采用了行之有效的IntelliFlow技术,将其包装到一个更易于访问的程序中。对于可以使用AFT现有基础产品的工程师,即可快速打开ANS模块,然后按照导航面板进行操作。工程师可以选择一个路径来评估系统的重量,或评估运营成本。

“此新软件程序通常将帮助工程师优化设计系统,可节省10%至15%的管道成本和能源成本,” Pinto说。

根据Pinto,ANS具有三个主要优势:可作为现有产品的附加模块使用;AFT全球有38个渠道合作伙伴,并在80多个国家/地区广泛使用,将公司暴露于广泛的用例中不断改进现有技术;技术是一种全新概念,具有优化改进设计过程能力。

“ANS可以从一开始就在符合设计要求的情况下准确的对系统进行优化选型,”AFT的应用工程师Nick Vastine说。“工程师将能够申请系统的安全裕度,以考虑组合件上的磨损并遵守预期的系统寿命。聪明的内部数值搜索算法可以在如下情况使用-已有系统设计或新系统设计来评估复杂性系统设计中变量的相互作用,揭示了使成本最小化的参数设置。”

ANS模块使用IntelliFlow技术来进行选型迭代。使用现有的稳态水力模型,用户可以激活ANS附加模块并按照导航面板中输入必要的信息以对系统进行自动优化选型。

根据Pinto的说法,首先需要输入的是优化选型目标。这可以包括最小化初始成本,例如作为管道重量或金钱成本,或考虑长期系统整个生命周期内的能源成本。目标确定后是尺寸分配,它确定了该系统的内容将有所不同。指定候选集限制可用的管道尺寸,并将用于报告离散的管道尺寸,例如ANSI钢3英寸(76毫米)SCH 40。最终的用户输入的是设计要求。这些可以包括特定于压缩机的要求(例如最大功率或所需的压升)或系统中的管道(例如最高温度或最低输送量压力)。这些适应性强的设计要求使用户测试不同的操作条件,确保在每个设计工况中,单个系统的尺寸都合适。

ANS模块利用用户输入来告知优化选型迭代。根据Vastine的说法,工程师通常熟悉应用敏感性分析以找到特定样本的最小操作参数。“对于一个变量来说很好,但是随着变量的增多,复杂性增加很多,” Vastine说。这意味着需要工程师通过筛选数百万种设计组合来查找系统成本最少的方案,但是工程师有更好的方法来度过他们的时间。

图1. ANS模块中设置选型目标可以最小化初始成本和5年的能源成本。

“ANS模块取代了可能无法应付的迭代-通过更改管道尺寸进行调整,并使用由此带来的改进-通知进行下一次迭代。而不是全面测试组合,每次迭代都会通知下一个,可能不止几百种组合,而可能是数百万种组合,” Vastine补充道。“它会在宏上查看变量和尺寸网络以确保最低系统成本的情况下满足设计要求。较小的管道可以减少前期成本,但会重新需要更大的压缩机,反之亦然。”

ANS应用在压缩机站

ANS模块旨在满足设计要求的情况下通过优化管网管道管径的方式最大程度地降低系统成本,Pinto说。而不是手动迭代来获得递减的收益,ANS该模块可让数值方法指导选型过程以实现设计“智能化”并获得更好的结果。ANS模块可以设计单个系统以满足多种不同的需求运行条件。“这些不同的条件可以包括流量低,成分变化或压缩机并联运行方案” Pinto说。“模块也可以现有的压缩机站设计并对其进行调整以适应新的设计要求。这消除了启动的开销,每个设计都是从头开始。”

ANS模块可以执行以下功能:压缩机特有的设计要求,包括功率,压升,静态压力(输送压力)和转速。ANS模块可以设置功率上限,以重量最小进行选型。该模块还可以提供必要的压力上升范围以及指定范围最小和最大输送压力。对于转速,模块可以将现有压缩机的超频限制为条件看是否有可能在系统中保留现有的压缩机。

系统的设计要求还包括压缩机的运行方式。例如要求可以在管道的许多点指定以确保满足焓,质量流量,流速,温度和其它条件的要求。

设定目标和节省成本

系统中有许多潜在的选型目标。根据Vastine的说法,可以将初始系统成本降至最低基于重量,体积和表面积等因素。但是,由于在压缩机站中压缩机的成本可能是最高的,因此最好确定基于货币成本的初始系统。

图2. ANS模块中可以将某些管道设置为群组,比如控制阀进出口管道。这些共同的管道尺寸群组会在图5的工作空间中显示出来。

图3. ANS模块中在管道选型中可以定义管道尺寸选型范围

“由于运行压缩机需要大量能源,因此研究额外的预付款也可能是有益的投资以证明长期节省是合理的,” Vastine说。“对于具有最大预算的项目,可选地是允许最小的能源支出,以确保该项目是在预算内执行。这将导致最有效的压缩机符合设计要求。”

“ANS模块还可以考虑可变成本随时间变化,例如维护计划和能源成本增加,” Vastine补充说。“这些未来成本可以然后折价调整货币的时间价值,因此该项目保留其正净现值。工程师可以同时考虑通货膨胀,折现率和工厂生命周期在ANS模块本身中。”

图4. ANS模块中可以定义设计限定条件,比如最大流速。这可以避免最终的设计与相应的安全和运行标准不一致。

图5. 据AFT说,ANS模块帮系统5年的运营周期内减少17%的成本。设计条件有最大流速和最大压缩机功率。

ANS模块将围绕选定的对象构建一个压缩机系统。“它可以适应所选压缩机的运行方式; 但是,在以下情况下,选型过程中它不会主动更换压缩机型号,” Pinto说。“此将包括压缩机的工作曲线,但也可以包括-调整压缩机速度以得到曲线本身。

该模块可用于为以下项目中不同的压缩机创建不同的方案,并在这些情况下进行比较寻找最佳组合。据Pinto说,通过保存制造商信息存储到数据库中,在后续项目或新项目中,可以轻松访问这些数据。“在选型过程中,使用早期的制造商数据,对于减少最终建成的项目的不确定性至关重要。对于诸如压缩机的重要组件,复制最终的文件尤为重要” Pinto表示: “在设计的整个生命周期中,每轻微的不确定性都会让系统变得更加复杂。”

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