Исследователи из Техасского университета A & M недавно разработали более всеобъемлющую математическую систему, которая может помочь инженерам нефтехимических заводов не только сократить производственные затраты и повысить экономический эффект, но и сделать эти заводы более безопасными и более экологичными. Исследователи заявили, что их новый алгоритм является универсальным решением, которое может помочь инженерам в выборе наиболее оптимальной конструкции для установок химической обработки на их действующих предприятиях.
«Новизна нашего алгоритма заключается в том, что он предоставляет сложный инструмент принятия решений, который может использоваться инженерами проекта для выбора между конкурирующими проектами для своих установок химической обработки», — сказал д-р Прерна Джейн, работавший в Mary Kay O’Connor Центр безопасности процессов — аспирант в Texas A & M и в настоящее время инженер в нефтегазовой компании. «Наш инструмент объединяет данные о потенциальных опасностях оборудования, экономические данные и, что более важно, сложные взаимодействия человек-машина для создания единого числового результата. Это число указывает на конструкцию, которая максимизирует прибыль при одновременном снижении воздействия на окружающую среду и опасности».
Статья о результатах исследовательской группы была опубликована в октябре в ACS Sustainable Chemistry and Engineering.
Прежде чем продукты на основе нефти используются в повседневных целях, таких как отопление домов или заправка автомобилей, сырая нефть проходит серию этапов обработки для очистки и упаковки. Тем не менее, каждая фаза обработки может быть разработана различными способами с использованием различных технологий и различного количества рабочей силы. И так, каждый дизайн может значительно отличаться с точки зрения стоимости, безопасности, воздействия на окружающую среду и технического обслуживания.
Чтобы выбрать один из множества возможных вариантов, инженеры часто прибегают к числовому значению, которое называется окупаемостью инвестиций. Этот показатель в своей простейшей версии указывает на финансовую выгоду или прибыль, полученную в результате определенных первоначальных денежных вложений в данный дизайн. Тем не менее, инженеры часто используют более обширные алгоритмы, которые включают такие факторы, как воздействие на окружающую среду и безопасность работников, для расчета рентабельности инвестиций.
Но Джейн отметил, что даже эти более сложные алгоритмы в значительной степени упускают из виду социальные факторы , такие как то, как часто обновляются руководства по процедурам на химическом заводе или как часто проводится техническое обслуживание оборудования. По ее словам, этот человеческий фактор важно учитывать при расчете окупаемости инвестиций, потому что неисправные взаимодействия между оборудованием и оборудованием часто лежат в основе бедствий химических предприятий, таких как пожары и взрывы.
Д-р Махмуд эль-Халваги, профессор и Брайан, исследовательский и инженерный факультет на факультете химического машиностроения Арти Макферрин в Техасе A & M, отметил, что социальные факторы и факторы безопасности обычно учитываются после принятия важных проектных решений, касающихся химического завода. «На данном этапе ключевые компоненты дизайна уже доработаны, и становится довольно сложно внести существенные изменения в дизайн», — сказал он.
Чтобы устранить эти недостатки, Джейн и ее команда разработали еще более сложную математическую основу, которую можно было бы использовать при проектировании установок химической обработки. Кроме того, их алгоритм теперь включает взаимодействие человек-машина.
В новом алгоритме они включили величину, называемую сопротивляемостью, или способностью химического завода восстанавливаться из напряженного состояния.
«Подобно тому, как резиновая полоса может быть растянута до предела упругости только до того, как она сломается, химические заводы , если использовать их на полную мощность и без мер безопасности, могут разлагаться, что приводит к катастрофам», — сказал Джайн. «Включая устойчивость в наш алгоритм, мы хотели включить сложные взаимодействия между человеком и технологией, которые могут повлиять на устойчивость и, соответственно, оценку возврата инвестиций».
Как только алгоритм был полностью разработан, исследователи использовали его для сравнения различных конструкций газокомпрессорных систем, часто используемых на химических заводах. В частности, они сравнили величину возврата инвестиций для компрессионной системы, существующей на химическом заводе, с пятью другими гипотетическими конструкциями.
Джейн и ее коллеги обнаружили, что после учета социальных факторов наиболее перспективной конструкцией компрессорной системы была не та, которая уже была на существующей установке, а та, которую создали исследователи.
Джейн отметил, что их наблюдения указывают на возможность использования их алгоритма для оценки новых идей проектирования процессов, которые существуют в теории, но не были проверены на существующей установке.
«В энергетической отрасли часто не решаются вкладывать средства в новый дизайн процесса, если он еще не оценен», — сказал Джейн. «Благодаря нашему алгоритму у нас теперь есть возможность мозгового штурма идей для разработки новых процессов и их виртуального тестирования, без необходимости их физической настройки и запуска. Более того, мы можем снабдить алгоритм числами, соответствующими различным социальным факторам, относящимся к химические заводы. В этом процессе мы могли бы наткнуться на новый, более совершенный дизайн, более безопасный для работников и более благоприятный для окружающей среды ».
