مقدمه ایی بر راکتور ها و کاربرد آن ها در صنعت

ارائه PDP و خدمات FEED برای طرح‌های نوآورانه پتروشیمی توسط APIPCO

ارائه PDP در واحدهای صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی توسط APIPCO

مقدمه

پکیج طراحی فرآیند (Process Design Package یا PDP) شامل یک مجموعه جامع از مستندات و اطلاعات فنی است. که به تفصیل تمام جوانب طراحی و اجرای یک فرآیند صنعتی خاص را شرح می‌دهد. این مستندات برای مهندسان، مدیران پیمانکار و سهامداران پروژه بسیار حائز اهمیت است و تشکیل یک مرجع اصلی برای تمامی فعالیت‌ها و تصمیم‌گیری‌های مرتبط با پروژه را می‌دهد.

PDP

اجزاء و جزئیات پکیج طراحی فرآیند

1. تحلیل آنالیزها

تحلیل نیازها مرحله‌ای حیاتی در طراحی فرایند است که شامل شناسایی و تجزیه و تحلیل نیازهای کاربران و ذینفعان می‌باشد. این مرحله از دیدگاه‌های زیر قابل بررسی است:

– شناسایی ذینفعان: در این مرحله، باید افرادی که تحت تاثیر فرایند قرار خواهند گرفت شناسایی شوند. ذینفعان می‌توانند شامل مشتریان، کارکنان، مدیران، تأمین‌کنندگان و سایر گروه‌ها باشند.

– جمع‌آوری اطلاعات: باید از روش‌های مختلفی برای جمع‌آوری اطلاعات استفاده کرد.

– تجزیه و تحلیل: پس از جمع‌آوری اطلاعات، باید به تجزیه و تحلیل داده‌ها پرداخته و نیازهای واقعی و اساسی را شناسایی کرد. در این مرحله، می‌توان نیازهای سطحی را از نیازهای اساسی تفکیک کرد.

– تعریف اهداف: اهداف طراحی فرآیند باید بر اساس نیازهای شناسایی‌شده تعیین شوند. این اهداف به‌عنوان دستورالعمل‌هایی برای مراحل بعدی عمل می‌کنند.

2. توصیف کلی فرآیند:

– هدف و دامنه: توضیحاتی درباره‌ی هدف کلی طراحی و نیازهای خاص آن.

– عملکرد کلی: توصیف از نحوه عملکرد کلی فرآیند و اهمیت آن در سیستم صنعتی.

– تحلیل بازار و نیازها: بررسی نیازهای مشتریان و تحلیل بازار برای تعیین محصولات نهایی.

3. نمودارهای فرآیند:

PFD و P&ID

– نمودار جریان فرآیند (PFD): نمایش بصری از مراحل مختلف فرآیند، ورودی‌ها و خروجی‌ها. این نمودار معمولاً شامل جریان‌های مواد و انرژی، تجهیزات کلیدی، و روابط بین مراحل مختلف است.

– نمودار کنترل (P&ID): شامل جزئیات مربوط به کنترل‌ها و سیستم‌های ایمنی است، نظیر سنسورها، شیرها، و خطوط لوله

4. مدل‌سازی فرایند

مدل‌سازی فرایند به طراحی و ترسیم مراحل و فعالیت‌های فرایند می‌پردازد. این مرحله اختصاصی برای تجسم و تحلیل فرایندهای موجود است. نکات مهم در این زمینه عبارتند از:

– ایجاد دیاگرام‌های جریان کار: این دیاگرام‌ها مراحل مختلف فرایند را به‌صورت بصری نمایش می‌دهند. استفاده از نمادهای استاندارد (مانند BPMN) کمک می‌کند تا فرایند به‌راحتی قابل فهم باشد.

– شناسایی نقش‌ها و مسئولیت‌ها: مدل‌سازی به مشخص‌کردن نقش‌های مختلف در فرایند کمک می‌کند. این نقش‌ها شامل افرادی می‌شود که وظایف خاصی دارند و مسئولیت‌هایشان باید مشخص شود.

– تحلیل نقاط قوت و ضعف: با مدل‌سازی فرایند، می‌توان به نقاط قوت و ضعف آن پی برد. همچنین می‌توان شناسایی کرد که کدام مراحل ممکن است نیاز به بهبود یا حذف داشته باشند.

– تجسم تسلسل مراحل: مدل‌سازی به تجسم چگونگی تسلسل مراحل کمک می‌کند و نشان می‌دهد که هر مرحله از چه نقطه‌ای به مرحله بعدی منتقل می‌شود، که باعث بهبود درک کلی از فرایند می‌شود.

مدلسازی فرآیندهای صنعتی معمولاً در نرم‌افزارهای خاصی انجام می‌شود که به تحلیل و شبیه‌سازی سیستم‌های صنعتی کمک می‌کنند. برخی از این نرم‌افزارها عبارتند از:

1. **Aspen Plus / Aspen HYSYS**: برای شبیه‌سازی فرآیندهای شیمیایی و مهندسی نفت

2. **MATLAB/Simulink**: برای مدلسازی و شبیه‌سازی سیستم‌های دینامیکی

3. **AutoCAD**: برای طراحی و مدل‌سازی صنعتی

4. **PDMS, Revit, Aveva**: برای مدلسازی سه بعدی و شبیه‌سازی مکانیکی

5. **COMSOL Multiphysics**: برای شبیه‌سازی و مدلسازی فیزیک‌های چندگانه

نمونه پروژه مدلسازی انجام گرفته توسط APIPCO

مدل سازی هدر خروجی از کولینگ تاور در کامسول

5. تعریف تجهیزات:

– شرح تجهیزات: اطلاعات دقیق درباره نوع، اندازه، و مشخصات فنی تجهیزات، شامل راکتورها، برج‌های تقطیر، مبدل‌های حرارتی، و دیگر تجهیزات.

– معرفی سازندگان: فهرست سازندگان تجهیزات و مشخصات ضمانت‌نامه‌ها و خدمات پس از فروش.

6. مشخصات عملیاتی:

– شرایط محیطی: شرایط دما، فشار، و نرخ جریان در هر مرحله از فرآیند.

– تابع کنترل: نحوه کنترل و تنظیم پارامترهای فرآیند برای دستیابی به کیفیت مطلوب محصولات نهایی.

7. متریال و مواد ساخت:

– انتخاب مواد: مشخصات مواد مورد نیاز برای ساخت تجهیزات به منظور مقاومت در برابر شرایط عملیاتی، نظیر خوردگی و دما.

– گزارشات آزمایشات مواد: آزمایش‌های انجام شده بر روی مواد به منظور اطمینان از کیفیت و انطباق با استانداردها.

8. تجزیه و تحلیل ایمنی و زیست‌محیطی:

– تحلیل خطر و ارزیابی ریسک (HAZOP): شناسایی و ارزیابی خطرات و ریسک‌های مرتبط با فرآیند، همراه با راهکارهای پیشگری.

– مطالعه اثرات زیست‌محیطی: تحلیل تأثیرات بالقوه فرآیند بر محیط زیست و پیشنهادات برای کاهش این تأثیرات.

9. محاسبات مهندسی:

– محاسبات حرارتی و موازنه جرم: انجام محاسبات حرارتی دقیق و موازنه جرم برای هر مرحله از فرآیند.

– شبیه‌سازی کامپیوتری: استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی برای مدل‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند.

10. برآورد هزینه:

– تحلیل هزینه‌های اجرایی: ارائه برآورد دقیق هزینه‌ها برای طراحی، ساخت، و بهره‌برداری از تجهیزات و فرآیند.

– برنامه‌های مالی: چشم‌انداز هزینه‌ها در طول زمان و تحلیل بازگشت سرمایه (ROI).

11. نحوه تست و راه‌اندازی:

– برنامه تست و راه‌اندازی: دستورالعمل‌های لازم برای آزمایش تجهیزات و سیستم‌ها قبل از راه‌اندازی.

– تست عملکرد: مشخصات تست عملکرد برای اطمینان از اینکه تجهیزات طبق استانداردهای طراحی عمل می‌کنند.

12. مستندسازی و نگهداری:

– سندهای نگهداری و تعمیر: ایجاد راهنماها و فرایندهای نگهداری برای تجهیزات.

– مدارک آموزشی: مستندات آموزشی برای کارکنانی که با تجهیزات و فرآیندها کار می‌کنند به منظور ارتقاء ایمنی و عملکرد بهینه.

در واقع در حالت کلی، بسته طراحی فرایند (PDP: PROCESS DESIGN PACKAGE) به معنای فعالیت‌هایی است که به منظور ارائه نقشه‌ها و اسناد مربوط به طراحی و ساخت از طرف ارائه دهنده تکنولوژی شامل:

داده‌های اولیه طراحی (Basic design)
نمودار جریان فرایند (PDP)
نمودار لوله کشی و ابزار دقیق (P&ID)
برگه اطلاعات فرایند تجهیزات + لیست تجهیزات
لیست تجهیزات آزمایشگاهی (Laboratory)
توضیحات اینترلاک
چیدمان کارخانه و چیدمان کلی تجهیزات
معیار‌های طراحی ایمنی
لیست سیالات و کلاس لوله کشی
الزامات ابزار

در فرآیند توسعه محصول (PDP)، استفاده از نمودارهای مختلف و اطلاعات دقیق در مورد تجهیزات و فرآیندها حائز اهمیت است. این ابزارها به تیم‌های طراحی، مهندسی و تولید کمک می‌کنند تا شفافیت بیشتری در عملکرد و نیازهای پروژه داشته باشند. در ادامه، به چند نوع از این نمودارها و اطلاعات پرداخته می‌شود:

1. نمودار جریان فرآیند (Process Flow Diagram – PFD)

– تعریف: نمودار جریان فرآیند یک نمای کلی از مراحل مختلف یک فرآیند تولید را نمایش می‌دهد. این نمودار شامل ورودی‌ها، خروجی‌ها و مراحل تبدیل مواد در یک فرآیند است.

– اجزاء:

– مراحل مختلف فرآیند به صورت نمادهای استاندارد (مانند دایره، مستطیل).

– جریان مواد و انرژی بین مراحل.

– نقاط ورودی و خروجی.

– کاربرد: در مراحل اولیه طراحی، به عنوان ابزاری برای تجزیه و تحلیل روند تولید و شناسایی نقاط بحرانی

نمونه نقشه‌های PFD

PFD

2. نمودار لوله‌کشی و ابزار دقیق (Piping and Instrumentation Diagram – P&ID)

– تعریف: P&ID به تصویرسازی اجزاء سیستم‌های لوله‌کشی و ابزارهای کنترلی و اندازه‌گیری پرداخته و به تفکر مهندسی کمک می‌کند.

– اجزاء:

– پایپ‌ها و اتصالات.

– سوپاپ‌ها، سنسورها و ابزار دقیق.

– کنترلرها و سایر تجهیزاتی که در فرآیند استفاده می‌شوند.

– کاربرد: برای شناسایی و نام‌گذاری تجهیزاتی که نیاز به کنترل و نظارت دارند و همچنین شفاف‌سازی نحوه ارتباط بین آن‌ها

نمونه نقشه های P&ID

نمودار فرآیند و ابزار دقیق ، ادامه منطقی طرح جریان است زیرا در مورد آخر ، کلیه اطلاعات لازم برای ساخت و بهره برداری کارخانه فراهم می شود. هر واحد مهندسی تخصصی با استفاده از یک سمبل شناسی شناخته شده بین المللی (به عنوان مثال سری 5 ISA S) بخش هایی از صلاحیت خود را با درج در این طرح تکمیل یا توسعه می دهد:

داده ها و مشخصات تجهیزات
شماره گذاری و طبقه بندی لوله ها
ابزار دقیق در اتاق کنترل
ابزار دقیق و شیرآلات موجود در این زمینه
یادداشت های ساخت و نصب

P&ID

نمونه طراحی‌ نقشه‌های انجام شده توسط APIPCO

طراحی مدارک، دانش فنی و نقشه های BFD ،PFD ،PID ،UFD واحد خالص سازی اتیلن گلایکل ها

طراحی نقشه های دانش فنی تولید سوربیتان

طراحی 2 بعدی P&ID و PFD در نرم افزار Auto-CAD به صورت کاملا تخصصی

3. اطلاعات فرآیند تجهیزات

– تعریف: شامل مشخصات دقیق هر قطعه از تجهیزات، نظیر ظرفیت، عملکرد، نوع ماده ساخت و دیگر ویژگی‌های فنی می‌شود.
– اجزاء:
– شماره شناسایی و نام تجهیزات.
– مشخصات فنی و عملکرد (مانند دما، فشار، و ظرفیت).
– شرایط نگهداری و تعمیر.
– کاربرد: برای اطمینان از انتخاب و استفاده صحیح از تجهیزات در فرآیند تولید.

4. تجهیزات آزمایشگاهی

– تعریف: فهرستی از تجهیزات و ابزارهایی که در آزمایش‌ها و کنترل کیفیت محصول استفاده می‌شوند.

– اجزاء:

– تجهیزات اندازه‌گیری (مانند ترازوها، میکروسکوپ‌ها و کروماتوگراف‌ها).

– ابزارهای تست (مانند تجهیزات غیر مخرب و تست مقاومت).

– کاربرد: برای بررسی و ارزیابی کیفیت مواد، فرآیندها و محصولات نهایی.

5. نمودارهای فرآیند کیفی (Quality Process Diagrams)

– این نمودارها به مراحل کنترل کیفیت در فرآیند تولید پرداخته و شامل معیارها و استانداردهای کنترل کیفیت می‌شوند.

شبیه سازی فرآیند (Process simulation)

مهندسان طراحی فرآیند می توانند با استفاده از مدلسازی یک فرآیند، ایرادات و نقاط ضعف طراحی را مشخص کرده و اصلاحات مورد نیاز را انجام دهند. بهینه‌سازی فرآیند از دیگر اقداماتی است که مهندسان فرآیند با استفاده از شبیه‌سازی فرآیند انجام می دهند.

مراحل شبیه سازی فرآیند

شبیه سازی فرآیند به دو حالت انجام می‌شود.

شبیه سازی پایا Steady State

در شبیه‌سازی پایا و به طور کلی شرایط Steady State فرآیند وابسته به زمان نیست و در تمامی معادلات تغییرات نسبت به زمان برابر با صفر است.

شبیه سازی دینامیک (Unsteady State)

در حالت دینامیک ابتدا شرایط مساله را پایا در نظر گرفته و سپس پارامترهای حالت دینامیک را به آن اضافه می نماییم و در نهایت مساله را برای حالت دینامیک حل می‌کنیم. در این حالت نرم افزارها برای اجرای محاسبات ریاضی به زمان بیش‌تری نیاز دارند.

نرم افزارهای پرکاربرد در بخش فرآیند

نرم افزارهای زیر جزو پرکاربردترین نرم افزارهای این بخش در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی محسوب می‌گردند.

Aspen HYSYS
AspenPlus
COMSOL Multiphysics
Aspen B-JAC
aspen HTFS
aspen adsim
Apros
Petrosim
aspen HTFS
ProMax
PDMS
ProMax
ProSimPlus
…

نمونه شبیه‌سازی صنعتی انجام شده توسط APIPCO

شبیه سازی واحد تولید اتیل استات با ظرفیت 2400 تن در سال (300 کیلوگرم در ساعت)

شبیه سازی واحد 02 (NHT) و ارزیابی امکان سنجی استحصال بنزن از خوراک نفتا

شبیه سازی اسپن پلاس واحد ریفرمینگ پتروشیمی رازی

اهمیت و کاربردهای PDP

– راهنما برای پیمانکاران و مهندسان: PDP به عنوان یک منبع کلیدی اطلاعاتی برای پیمانکاران و مهندسان فراهم می‌آورد تا کارهای خود را به درستی و بر اساس استانداردهای علمی و صنعتی انجام دهند.

– مدیریت پروژه: کمک به مدیران پروژه در پیش‌بینی مشکلات و چالش‌های احتمالی و برنامه‌ریزی برای آنها.

– گزارش‌دهی و مستندسازی: تسهیل فرآیند گزارش‌دهی به مدیران ارشد و سهامداران در مورد پیشرفت‌ها و مشکلات پروژه.

– تضمین کیفیت: فراهم کردن مبنای مستند برای تضمین کیفیت محصولات و تجهیزات، افزایش اطمینان در فرآیند تولید.

– شفاف‌سازی فرآیندها: کمک به تجزیه و تحلیل و درک صحیح از جریان کار و عملکرد تجهیزات.

– شناسایی نقاط بحرانی: کمک در شناسایی نقاطی که نیاز به نظارت و کنترل بیشتری دارند.

– استاندارد سازی: ایجاد یک استاندارد برای ارزیابی و پیمایش فرآیند تولید.

– بهبود تصمیم‌گیری: فراهم کردن اطلاعات لازم برای تصمیم‌گیری بهتر در طراحی و توسعه محصول.

استفاده از این ابزارها و اطلاعات در طراحی و توسعه محصولات می‌تواند به افزایش کیفیت، کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی منجر شود.

نتیجه‌گیری

پکیج طراحی فرآیند یک ابزار کلیدی در مهندسی و مدیریت پروژه‌های صنعتی است. که با ارائه اطلاعات دقیق و جامع در مورد تمامی جوانب یک فرآیند، به ایمنی، کیفیت و موفقیت پروژه کمک می‌کند. این گذشته‌نگری و توجه به جزئیات نه‌تنها به بهبود عملکرد پروژه‌های صنعتی کمک می‌کند، بلکه ریسک‌های بالقوه را نیز به حداقل می‌رساند.