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摘要為破解上述難題,企業迫切需要引入更智能、更集成化的解決方案,即打造一體化的工藝與電力系統。而聯合仿真工具驅動的智能化設計與工程,正是革新氨工廠設計的關鍵所在。

  【儀表網 企業動態】一個世紀以前,瓦爾特·能斯特(Walther Nernst)和弗里茨·哈伯(Fritz Haber)等科學家憑借在工業合成氨生產方面的重大突破,重塑了全球農業格局。這一卓越成果不僅徹底改變了化學領域的發展走向,還在養活全球數十億人口方面發揮了關鍵作用,更為現代工業的發展奠定了全新基礎。
 
  歷史總在重演。如今,氨再次成為推動產業重大變革的核心。它不再僅僅是一種肥料成分,更是理想的低碳燃料和氫能載體,能夠有力支撐全球脫碳目標的達成。無論是基于可再生能源制備的綠氨(Green ammonia),還是通過碳捕集利用與封存(CCUS)技術制備的藍氨(Blue ammonia),這一化合物有望改變除農業以外的各行各業,比如電力、重工業等。尤其是從綠氨或藍氨中提取的氫氣,未來或將幫助諸如鋼鐵、水泥、航運行業等減排“困難戶”實現綠色脫碳。
 
  然而,實現可持續的氨生產并非易事。在現代化氨工廠中,工程的不確定性貫穿于平衡工廠最佳產能和最優配置的全過程,極易引發效率低下問題。與此同時,若對資本支出(CapEx)和運營支出(OpEx)估算有誤,整個項目往往在最終投資決策(FID)前便已脫軌。傳統的工程設計流程依賴人工計算和碎片化數據,致使工程進度超期、預算超支等情況屢見不鮮。此外,若要將可再生能源進一步整合到電力工程中,還會為企業增加運營復雜性和不可預測性的風險。
 
  為破解上述難題,企業迫切需要引入更智能、更集成化的解決方案,即打造一體化的工藝與電力系統。而聯合仿真工具驅動的智能化設計與工程,正是革新氨工廠設計的關鍵所在。通過將先進的工藝和電力流程仿真技術集成到動態數字孿生中,聯合仿真能夠有效降低項目風險,包括當前及后期運營風險;加快從工程、采購到施工(EPC)的整體進度;實現更加可持續、更具經濟效益的生產;降低高達30%的電氣儀表及控制系統(EIC)工程成本;幫助利益相關方敏捷、準確、自信地應對各種復雜挑戰。
 
  通過聯合仿真,實現更優的氨工廠設計
 
  聯合仿真的核心在于其作為動態數字孿生,能夠集成先進的工藝和電力仿真工具,為氨工廠創建統一模型。它不僅可以同步分析熱力學、質量平衡和電力系統,以極致精細度實現整體建模,還能通過開放平臺通信統一架構(OPC-UA),集成多種來源的數據。
 
  這種集成化的工作流程徹底打破了數據孤島,深度整合了工藝與電力仿真,使企業能夠實時調整生產流程,實現敏捷決策。憑借聯合仿真在早期階段提供的高精度數據支撐,利益相關方能夠在項目啟動前,全面評估從工廠布局規劃到可再生能源配置的各種方案,優化資源配置,提升整體工程效益。
 
  借助智能化設計,實現企業效益最大化
 
  聯合仿真為企業帶來的效益,不僅切實可見,更具有深遠影響。具體來看:
 
  降低設計風險:通過在可行性研究階段實現工廠產能與配置的“最優解”,大幅減少不確定性,使最終投資決策(FID)流程加快20%。
 
  提高成本準確性:利用可靠工程數據生成精準的資本及運營支出估算,增強投資者信心,最大限度地降低財務風險,提高項目獲批與推進的可能性。
 
  優化工程經濟效益:通過簡化工作流程,可減少30%工程成本,顯著減輕企業的成本負擔。通過量化這些經濟效益,聯合仿真能夠確保氨工廠設計的高效與經濟性,以更好地契合能源轉型需求。
 
  縮短工期,優化EPC進度:通過集成工藝與電力系統仿真,降低項目復雜性,便于企業更早地進行工廠設計評估,縮短工期達15%,加快項目試運行,實現更快的投資回報。
 
  憑借這些優勢,聯合仿真已然成為氨工廠項目中至關重要的工具,無論是在傳統的工業應用方面,還是新興的能源用途領域。
 
  從實際應用中挖掘聯合仿真的價值潛力
 
  事實上,聯合仿真的真正價值不僅限于設計階段,而是貫穿了氨工廠的全生命周期。依托這一動態數字孿生模型,企業能夠:
 
  提高運營效率:通過測試新的設定值并模擬“假設性”場景,在確保生產連續性的同時,優化性能表現。
 
  強化人員培訓與技能發展:借助操作員培訓模擬器(OTS),為團隊創建真實的培訓環境,使其能夠在無風險場景下練習、應對各類工廠狀況,提升決策能力。
 
  預測設備壽命:精準把握設備的磨損狀況,并基于集成化分析工具,制定前瞻性的設備維護策略。
 
  應對法規及技術變化:面向新法規出臺或可再生能源技術進步,能夠靈活調整工廠系統配置,并預估其盈利潛力,從而避免大規模硬件改造。
 
  而最能突出聯合仿真能力的一個實例,便是施耐德電氣與國內某企業攜手打造的綠色氫能項目。作為首例覆蓋從綠電到綠氫再到綠氨的全流程優化項目,它涵蓋了裝機容量為1.4吉瓦的陸上風電場,具備750兆瓦的綠氫生產能力,并打造了世界首個可變式氨工廠。
 
  依托智能化設計與聯合仿真制勝未來
 
  可持續、高效且可擴展的解決方案對于能源轉型至關重要。施耐德電氣的AVEVA工藝模擬仿真平臺(AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation)和ETAP等數字化工具,能夠以統一的、基于聯合仿真驅動的方式,幫助用戶在可行性研究階段優化氨工廠產能,提供精準的成本預測,并壓縮項目工期。這些工具不僅能夠化解氨工廠設計與工程階段的緊迫難題,更為構建更智能、可持續的氨生產基礎設施奠定了堅實基礎。
 
  在全球能源轉型加速的當下,以聯合仿真為代表的數字化工具,不僅能幫助企業應對各類工程挑戰,更能為氨工廠的長期盈利與未來發展提供有力支撐。在這方面,施耐德電氣將繼續依托聯合仿真技術優勢,推動氨工廠設計從高風險、不確定性向可預測、高效且經濟可行的方向轉變,攜手更多企業邁向綠色、高效、可持續的氨生產未來。

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