Dynsim是一個功能全面的、基于嚴格計算的、成熟的動態過程模擬系統，運用基于機理的技術和嚴格的熱力學數據，提供準確可靠的計算結果，用于解決從工程分析、控制系統校核到操作員培訓系統等工作中遇到的最棘手的動態模擬問題。Dynsim是PRO/II的動態版本，基于新一代用戶環境－SIM4ME構建。

當今的工廠正面臨著來自生產操作方面越來越大的挑戰，工廠自身狀態和內外部環境的不斷變化正嚴重威脅生產操作的安全性和盈利能力。一些不能控制的意外事故通常造成開車的延遲、產品的無謂浪費、嚴重的設備損壞甚至是造成災難性的后果。

Invensys隆重推出一流的動態過程模擬系統Dynsim，幫助您更安全、更高效地設計和操作現代化的工廠。

Dynsim以模型數據的集成作為主要概念而設計，全面促進您的工程工作流，如設計、操作分析、動態模擬、操作員培訓、性能監測以及實時優化等等，以減少投資、提高產率、增強決策管理。

Dynsim的效益：

u       減少滿足動態需求的設備成本

u       能在最小危險的條件下進行高級控制策略的驗證和修改

u       評價工廠的開停車工序

u       防止生產中斷

u       提高工廠操作效率

u       通過對火炬和泄壓系統的評價提高工廠操作安全性

 

Dynsim在過程動態分析中的應用：

（1）穩態設計的校核

傳統的工程設計中人們往往都只是用PRO/II等穩態模擬軟件，但很多設計的決策需要知道工藝過程的瞬態響應和耦合關系。通過應用Dynsim校核穩態模擬的結果，人們能有信心確保工廠在實際操作過程中不會發生意外。

通過Dynsim最新設計的公用數據模塊的方式，PRO/II的穩態模型能自動轉換為Dynsim的動態模型，這將節省設計人員大量的時間和精力。

【案例】PRO/II到Dynsim的轉換

（2）控制策略分析

盡管很多控制策略都是通過經驗開發的，但如今的工廠裝置的集成度已經越來越高，要求產品質量、產量的不斷提高以及環保等因素使裝置的操作越來越復雜和難易控制，因而傳統的經驗方法已經逐漸不能滿足這樣的需要。應用Dynsim能幫助控制工程師快速開發、評估、測試和調整控制策略，既可用于新建裝置，也可針對現有裝置。而且應用Dynsim建立模型也是說服工廠技術人員和操作人員接受控制方案的關鍵技術。下列是Dynsim在控制方面的典型應用：

分餾和精餾控制           Dynsim能應用于精餾和分餾系統復雜控制系統的研究。Dynsim計算的動態氣液相剖面能用于幫助確認塔盤尺寸設計。對于產品規定特別嚴格或進料經常變化的情況，Dynsim尤其有用。

【案例】脫乙烷塔動態模型

脫乙烷塔動態模型可以幫助用戶更深入地了解塔的操作以及影響產品分離精度的因素。用戶可以考察一些干擾（如進料量、進料組成、進料溫度和壓力、下游壓力等變化）發生時對塔操作的影響。

壓縮機防喘控制           Dynsim能用于對大型離心式壓縮機的防喘控制系統進行測試和校核，防止發生喘振，尤其是在啟動和停機狀態下。Dynsim能模擬工業壓縮機在啟動工況下的動態行為，用以確定閥位和最大出口壓力。

【案例】壓縮機防喘控制

本案例的目的是研究壓縮機在突然停機時其防喘系統能否正確工作以避免發生喘振。圖3是動態模型，圖4顯示當壓縮機由于馬達斷電而停機時的壓頭的變化軌跡圖，該圖表明在此過程中沒有發生喘振。

蒸汽發電和分布             工業蒸汽系統如聯合發電、煉廠蒸汽系統、整體氣化聯合循環裝置IGCC等通常都是大型化的、高度集成的并有多個壓力等級蒸汽分布管網，而這些蒸汽又往往都是通過加熱鍋爐、熱回收蒸汽發生器和廢熱鍋爐等產生的。由于這些系統的穩定和可靠對維持正常的工廠操作極為關鍵，使得這些裝置的操作約束非常嚴格。對它們進行完整的分析除了穩態模擬外，還需要對諸如蒸汽發生器的產量、響應時間、控制系統、蒸汽系統管網水力學、泄壓閥水力學的動態行為等進行詳細分析。Dynsim能用于對煉廠蒸汽系統、廢能發電、整體氣化聯合循環系統（IGCC）等過程及其控制系統進行分析和評估。蒸汽系統的可靠性對煉廠非常重要，因為蒸汽的中斷將造成停車從而帶來巨大的經濟損失。對于最新興起的IGCC技術，Dynsim能用于校核控制系統、控制閥的尺寸和響應時間并提供初始控制參數等，Dynsim能用于研究但一個輪機或汽包停機時，備用系統如輔助燃燒等能產生蒸汽從而快速恢復蒸汽供應量。

【案例】煉廠蒸汽系統動態模型

該煉廠蒸汽系統包括兩臺燃氣透平、兩臺熱回收蒸汽發生器和三個級別的蒸汽分布系統。模擬的目標是研究當一個燃氣透平停機時控制系統是否能維持煉廠高、中、低壓蒸汽總管的壓力。

圖5－燃氣透平和熱回收蒸汽發生器動態模型

圖6－煉廠三個級別的蒸汽系統

圖7－高壓蒸汽總管壓力（藍色）和補燃系統響應（綠色）的動態變化圖

（3）瞬態條件下的設備設計

一般情況下，人們往往通過PRO/II的計算來確定設備的設計參數如設計溫度、電機功率、金屬材質選擇等，但如果站在動態分析的角度來看，這些設計通常都有嚴重的過度設計問題。Dynsim能用于對這些參數進行更為準確的計算，能大幅度節省設備投資。下面列出幾個應用案例如：

壓縮機啟動             對高速電機的壓縮機，并非在所有工況下啟動功率都是足夠的。如：壓縮機輸出壓力需降到一定值時其熱重啟才是可能的，這將延遲壓縮機的重新啟動以便泄放下游設備壓力，從而增加的火炬管網泄放量，如果電機啟動失敗還需要額外的電機冷卻時間。Dynsim將幫助工程師分析并選擇合適的電機功率而又避免過度設計。

【案例】大型工業壓縮機在排放壓力很低時的啟動都不會有任何問題。但當壓縮機在正常操作時停機從而必須在較高排放壓力的情況下重新啟動，其所需的功率和扭距都可能超出電機的設計極限。電機可能無法達到最高的轉速并由于過高的繞組溫度而重新停機，此時必須等到電機完全冷卻才能再嘗試啟動，從而又將造成額外損失。Dynsim能用于評估壓縮機的啟動過程包括熱啟動過程。

圖8顯示一個兩級壓縮機組的動態模型，包括分離罐、吸入段、中間級、出口管線和中間冷卻器以及后冷卻器。圖9顯示，電機在最初的17秒速度增加很快（藍色），但由于循環閥是打開的，壓縮機出口壓力并沒有明顯提高（粉紅色）。當電機達到最高速度后，其功率和扭距迅速下降（紅色和綠色）。圖10表示的是壓縮機的熱啟動過程，電機斷電后，其轉速在45秒內降到約100RPM（藍色），壓縮機出口壓力約200PSIA（粉紅色）。在如此高的排放壓力下，壓縮機不能重新啟動，電機最高也僅能達到500RPM的轉速，而且會造成繞組過熱，應開啟泄壓閥進行泄放。

圖8－兩級壓縮機動態模型

圖9－壓縮機在停機工況下的啟動

圖10－壓縮機熱啟動時的動態變化圖

加氫裝置泄壓         在高壓加氫裂化或其它加氫裝置中，用于進料和反應產物的換熱器設計中必須考慮反應器泄壓以確定其設計溫度。在泄壓過程中原料被切斷，而沒有介質用于反應產物的冷卻。PRO/II穩態模擬的方法是假設換熱器溫度將立即升高到和反應產物出口溫度相同，從而整個換熱器序列都依此而設計。而如果用Dynsim進行分析，則可以考慮管線和換熱器管子的熱容，從而準確計算換熱器的管壁溫度，避免過度設計。

【案例】加氫裂化裝置泄壓工況動態模型

動態模型如圖11所示，包括反應器、反應產物換熱器E1～E5、熱高壓分離罐、冷高壓分離罐等，還包括空冷器前的注水流程以及進料閥XV1、到循環壓縮機的閥門XV2、泄壓閥XV3等。根據實際情況對裝置做一定程度的并且是保守的假設：反應器不作嚴格模擬而用罐（Drum）描述，通過一個PID控制器調整氣液相的比例以正確模擬泄壓前反應器的存液量；用Pipe模型（帶管側金屬熱容值和重量）模擬換熱器的管側部分，殼側部分用一股加載在Pipe上的熱物流來描述。在泄壓工況下，沒有進料的冷卻，此時每個熱物流的熱負荷設為零，流體和金屬管間的傳熱系數來自穩態計算的結果。

造成泄壓的典型事故工況包括反應器溫度過高、部分（全部）斷電或設備故障等。反應器進料泵和循環壓縮機將會停機并開始泄壓，一般泄壓時間將持續15分鐘左右。在沒有進料冷卻的情況下，反應產物換熱器溫度將升高。

另一個沒有如此嚴重的工況是進料的中斷且沒有泄壓，如果進料泵停機，則由于循環氣還在繼續供給，反應器存液將會耗盡。

由于有泄壓發生，前一個工況的反應產物流量將比進料中斷工況可能要高。但在泄放工況下換熱器將能承受更高的溫度，原因是換熱器的機械應力將隨壓力的降低而下降。

通過Dynsim的情景分析（Scenario），我們可以模擬泄壓事故工況，即同時地，進料閥、循環壓縮機閥關閉，泄壓閥打開，反應產物空冷器的電機停止，換熱器E1～E4的熱負荷設為零。計算的反應器壓力和所有換熱器管側壁溫的動態如圖12所示。反應器壓力在15分鐘左右從2000PSIA降到400PSIA（藍色）。其它的線分別表示E1～E4管壁溫度的動態變化曲線。根據ASME規則，容器和管線的設計是基于平均金屬溫度而不是與之接觸的物料溫度。相比傳統的方法，Dynsim由于考慮了管束金屬熱容和反應器的實際存液量，從而降低了換熱器的設計溫度。

圖11－加氫裂化裝置泄壓工況動態模型

圖12－反應器壓力和反應產物換熱器管壁溫度的動態圖

低溫泄放                在氣體加工和LNG等工業裝置的泄放系統中，泄放容器和管線通常會冷到非常低的溫度。根據ASME規定，容器和管線的設計應基于金屬平均溫度而不是物流溫度。極高或極低的物流溫度將迫使人們選擇昂貴的管材。Dynsim能幫助工程師準確計算管線不同部分隨時間變化的金屬平均溫度剖面。在很多情況下，平均金屬溫度都比流體溫度高很多，從而避免使用昂貴的金屬管材。

【案例】低溫泄放

本案例中，兩個容器通過一系列管線進行泄壓，由于泄放物料溫度非常低（低于-50 C），人們會關心管線的平均溫度是否會低于-29 C從而使得普通碳鋼不適合做管材。圖13是該例的動態模型，包括兩個泄放容器V1和V2，通過安全閥XV2泄放，接著是一段長625m、管徑12寸（Schedule40）的泄放管線。在Dynsim模擬中等熵膨脹效率為1.0，這將使得容器泄放過程沿著等熵的路徑進行，從而計算的溫度將比其它軟件沿等焓路徑計算的溫度要低。Dynsim和PROII泄壓模型計算結果一致，但Dynsim還能計算多個設備同時泄壓。

圖14顯示容器壓力在20分鐘左右從6500KPa降到1000KPa（紅色和綠色）最大泄放量約為120,000Kg/hr（藍色）。

圖15顯示泄放物料溫度開始急速降低到-50C以下（紅色），但很快又由于泄放背壓的形成而反彈升高。管線的溫度隨之降低，離安全閥最近的管段溫度首先下降（藍色）。可以看出第一個管段的溫度降到了-29C 以下從而可能需要不銹鋼管材，而后續的管段溫度在整個泄放過程中都保持在-29C以上，使用碳鋼管材即可，因此可以節省大量的投資費用。

（4）緊急泄放系統的設計和分析

緊急泄放系統對于工廠的安全十分關鍵，正確的設計對保障操作人員安全和保護設備的投資十分重要。Dynsim能用于對這些系統的性能進行詳細的評估、測試和量化計算。下面列舉其中一些應用：

塔的泄放量計算      常規的方法對塔泄放量的計算十分保守因而通常造成泄放管網的過度設計，而且有時火炬系統的設計也會由于受火炬輻射或政府管理的約束。Dynsim能提供更為準確的計算結果，例如：相比常規方法，對于一個沸點范圍較寬的分餾塔，Dynsim通過準確計算輕組分的存量和熱負荷等使計算的泄放量減少50％。

【案例】常壓塔事故工況泄壓分析

某工廠對常壓塔進行改造，由于改造設計設備變化，因而需要對塔的設計條件進行重新核算并且實施了高可靠性的緊急停車系統（ESD）。廠方要求對現有火炬系統進行核算，驗證其能否滿足改造后的需求。利用Dynsim對該常壓塔在非正常操作工況下的塔壓和泄放量進行嚴格計算。圖一是該常壓塔的示意圖。除了對圖示所有的設備進行建模外，還包括了常規控制和ESD邏輯控制。總共分析了5種事故工況，如：全部斷電、回流泵停機、石腦油冷凝器風扇故障、進料泵故障、提供塔頂燃料氣以控制壓力的閥門不能開啟等。

以全部裝置斷電的工況為例，圖17 表示了該工況下的主要參數的動態變化。所有的進料、產品、回流和中段循環的泵全部同時停機。蒸汽供應受ESD系統控制，在持續兩秒鐘后ESD系統關閉了流向主塔和側提塔的蒸汽，但加熱爐的蒸汽供應照常。由于進料中斷和加熱爐的熱慣性，加熱爐出口溫度急劇升高，而后在15分鐘內又逐漸下降至蒸汽的溫度（如圖17暗紅色）。由于停電進入預閃蒸塔和加熱爐的原料被切斷，塔頂回流冷凝器、中段回流和石腦油冷凝器的冷量中斷，使得塔的熱量不能被及時移除。回流換熱器的出口溫度急劇升高并逐漸解決蒸汽的溫度（圖17綠色）。整個塔的壓力穩步升高約2分鐘直到第一組安全閥PSV1/2開啟，這一組安全閥僅是簡單開啟，在10秒鐘內泄放2Kg氣體后壓力降至其設定壓力后關閉，隨后在1分半鐘后壓力再次升高到設定壓力，導致其開啟。如此反復約40分鐘，直到比較輕的基本泄放完畢后結束（圖17藍色和紅色）。此后由于足夠的物料排放到了火炬系統而且設備也已經逐漸冷卻，從而使塔壓始終低于安全閥的設定壓力。由于塔壓始終沒有超過PSV3/4的設定壓力，這組安全閥沒有打開。整個過程中塔壓沒有超過16％的允許過壓值。泄放量的峰值和安全閥PSV1/2的大小有關。

火炬管網系統         Dynsim能幫助計算火炬泄放管網系統的水力學，動態計算火炬管網背壓的變化，并能監測管線流體是否達到臨界流。

【案例】火炬泄放管網

對一個氣體加工廠的火炬系統進行動態模擬分析，觀察安全閥的動態行為。動態模型如圖18所示。模型包括三個泄放源（vessel）和三個安全閥以及相關的管線組成的泄放管網，一直到火炬點為止。為簡單起見三個安全閥全部用爆破片，即安全閥打開后不能自行關閉。

圖19和20分別表示泄放源的壓力和安全閥的背壓在泄放前后的動態變化圖。當泄放源V1的壓力升高到安全閥的設定壓力時安全閥開啟，其背壓升高，同時其余沒有泄放的安全閥背壓同時升高。圖21表示泄放量的動態變化圖。

圖18－火炬泄放管網動態模型 圖19－泄放容器壓力的動態 圖20－安全閥背壓的動態

圖21－泄放量的動態

（5）危險和安全研究

Dynsim的一個最大的應用領域是危險和安全的“what-If”分析。應用Dynsim動態模型，工程師能對諸如“如果關閉反應物的冷卻水將會怎樣？”、“如果該閥門打不開了將會怎樣？”等問題進行分析，并能給出量化的答案，如過程如何響應、對事故進行處理的時間能有多少、該如何應對等，以及如何防止事故的發生等。

Dynsim的特點：

Dynsim是一個完美的動態模擬工具。嚴格的、基于機理的設備模型確保了其準確性

Dynsim基于機理的模型，包括嚴格的熱力學和流體力學模型，使動態過程模擬計算具有超群的魯棒性和準確性。Dynsim運用魯棒的解決算法和快速的初始化功能，能嚴格處理即使是最復雜的工廠布局和系統。擴展性將節省了您在Dynsim上的投資 Dynsim的獨特功能使用戶能無縫地從工程設計階段的應用擴展到如DCS系統校核、操作員培訓系統（OTS）等不同階段，而且所有的應用都在一個相同的平臺上！Dynsim的模塊化結構和開放的標準確保Dynsim在整個生命周期中都能滿足您的需求。與控制系統和穩態模擬器的連接，Dynsim充分利用現代開放軟件標準，實現與其它主要應用程序的接口，如穩態模擬器和控制系統模擬器等。能保持已有PRO/II模型的統一性，還能輕松實現與控制系統模擬器（如FSIM Plus）的連接，以驅動基于嚴格模擬的操作員培訓系統。Dynsim的CORBA層能輕松實現與其它CORBA兼容應用程序的交互通信。

Dynsim是一個一流的動態模擬環境，模型和熱力學模塊基于嚴格的機理，應用范圍廣泛，可以是單個設計的研究，甚至可以是到高保真度的、分布在多個機器和平臺上的操作員培訓系統解決方案。

（1）模型庫  

Dynsim擁有完整的模型庫、傳遞函數庫和工具庫。除了常見的工藝流程單元如精餾塔、換熱器和壓縮機等外，模擬器還可以建立電力和機械單元模型如斷路器和馬達等。

（2）壓力流程解算器

Dynsim有一個魯棒的壓力驅動流動算法，適用于可壓縮和不可壓縮系統。換句話說，該模擬器可以基于對壓力和流動速率的嚴格解算，模擬逆向流。

（3） 控制庫

相比而言，Dynsim有很多控制模塊和幾乎所有的控制邏輯都能在Dynsim中描述，并且可以用Dynsim對這些邏輯進行優化。Dynsim帶有自己的通用控制塊的庫，工程師可以將其用于創建復雜的控制方案。控制庫中的模塊可用于兩個目的。既可以聯合起來提供傳遞函數，或集成到一個模型中提供一個功能控制系統。

（4）可在運行中配置

在Dynsim的用戶環境中，如果您要對模型的參數或結構進行改變時，無需停止和重新啟動引擎。在模擬模型正在運行過程中，您也可以添加新的單元操作和物流。這些更改要直到上載和保存時才生效。這是Dynsim的特色之一，在模型創建或需要經常更改的情況下十分有用

（5）方程編輯器

Dynsim允許用戶將一個自己的方程添加到幾乎所有的模型參數中。如換熱器單元對傳熱系數有一個放大系數，該系數可以連接到一個方程中，可以根據容器液面高度而調整傳熱系數。在解算引擎中，Dynsim有先進的數學算法，即眾所熟知的基于點的篩選法（Point-based-sorting），不像傳統的序慣法求解引擎，用戶無需擔心要考慮解算次序而使其收斂。用戶添加方程可成為整個模擬方程組的一個完全整合的部分，這對同時求解計算引擎是一個非常重要的特點。

（6）用戶添加模型

用戶可以用C++開發自己的模型。用戶添加程序作為一個獨立的DLL和Dynsim連接，它可以只通過一個簡單的調令而進行閃蒸計算，其中可定義閃蒸類型如：溫度－壓力、壓力－焓、焓－密度或內能－密度等。

（7）快照（Snap Shot）

快照功能使用戶可以返回到當前模擬的早期時間點，復位到那時記錄的所有數據和狀態并重新開始模擬計算。有兩種類型：backtracks和初始條件IC，其主要區別在于Backtrack在用戶定義的時間間隔點自動拍照，而IC則只是在用戶做出動作時才拍照。

（8）故障干擾（Malfunction）

故障干擾是一個不希望發生的、非正常的事件。如閥門不按照給定命令動作等。故障干擾的引入是培訓的最重要的內容，它能測試一個學員對工廠發生問題的分析和正確反應的能力。在Dynsim中，您可以創建任意數量的故障干擾，可以有選擇性地保存下列以便重新調用。每個故障干擾直接影響一個模型對象（如泵、閥門、開關等等），用戶選擇了某個對象進行故障干擾，Dynsim則能顯示一個自定義的窗口，反映與該對象類型相關的故障特征。

（9）情景（Scenarios）

該功能使用戶能自動記錄或手動編寫一系列在模擬過程中發生的事件。用戶能使程序連續運行多個工程研究的工況，Dynsim將對每個不同的工況分別存儲結果，并在每個工況開始時重新裝載初始條件。用戶能修改模型的參數如閥位、PID設定點或電機的啟停狀態等。

（10）  支持關鍵詞導入導出

除了可以存儲模擬文件以外，用戶還能以XML文件或關鍵詞Text文件的格式保存文件。這些文件還能再次重新裝載或導入Dynsim中創建最初的模型。