英维思·流程模拟解决方案 - gongkongftp.gongkong.com/UploadFile/Datum/2009-12/... · 2009. 12. 11. · 英维思•流程模拟解决方案 1 公司简介 1.1 英维思过程系统和英维思集团

英维思·流程模拟解决方案 Invensys Simulation Solutions

英维思过程系统（中国）

2006 年 7 月

北京办公室电话：+86-10-8458 5757 地址：北京市朝阳区霄云路 26 号传真：+86-10-8458 4521 鹏润大厦 B 座 809 网址：http://www.ipschina.com.cn 邮编：100016 E-mail：[email protected]

英维思• 流程模拟解决方案

目录

1 公司简介 ........................................................................................................................ 1

1.1 英维思过程系统和英维思集团 ........................................................................................ 1 1.2 全球解决方案部 ................................................................................................................ 1 1.3 英维思过程系统在中国 .................................................................................................... 1

2 过程工程软件包（Process Engineering Suite） ....................................... 3

2.1 PRO／II®流程模拟软件 .................................................................................................. 3 2.1.1 灵活易用的用户界面 ........................................................................................................4 2.1.2 强大的组分及其物性 ........................................................................................................4 2.1.3 完整的热力学模型 ............................................................................................................4 2.1.4 全面的单元操作 ................................................................................................................5 2.1.5 强大的流程控制与优化 ....................................................................................................6 2.1.6 开放的架构 ........................................................................................................................7 2.1.7 其它功能 ............................................................................................................................9

2.2 HEXTRAN®传热系统模拟软件 .................................................................................... 13 2.3 INPLANT®流体力学计算软件 ...................................................................................... 14

2.3.1 工艺管线系统 ..................................................................................................................14 2.3.2 公用工程管网系统 ..........................................................................................................14 2.3.3 泄压系统 ..........................................................................................................................14 2.3.4 严格计算的能力 ..............................................................................................................15 2.3.5 灵活的管线系统定义 ......................................................................................................15 2.3.6 泄压系统分析 ..................................................................................................................15

2.4 VISUAL FLOW®安全系统和泄压系统模拟软件 ........................................................ 15 2.4.1 应用广泛 ..........................................................................................................................15 2.4.2 效益 ..................................................................................................................................15 2.4.3 特点 ..................................................................................................................................16 2.4.4 用于火炬分析的 PHAST FX 附加模块 ..........................................................................16

2.5 DATACON ...................................................................................................................... 18 2.6 PES 典型客户 .................................................................................................................. 18

2.6.1 国外部分用户 ..................................................................................................................18 2.6.2 国内部分用户 ..................................................................................................................19

2.7 客户反馈 .......................................................................................................................... 19

3 上游优化软件包（Upstream Optimization Suite） ................................ 20

3.1 PIPEPHASE®稳态多相流模拟器 ................................................................................... 20 3.1.1 效益 ..................................................................................................................................20 3.1.2 特点 ..................................................................................................................................21 3.1.3 工程计算能力 ..................................................................................................................23 3.1.4 应用集成 ..........................................................................................................................25

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一应俱全（Get More from One.）

3.2 NETOPT®网络优化器.................................................................................................... 25 3.2.1 效益 ..................................................................................................................................26 3.2.2 应用 ..................................................................................................................................26 3.2.3 特点 ..................................................................................................................................26

3.3 TACITE®管线瞬态条件模拟器..................................................................................... 26 3.3.1 模块组成 ..........................................................................................................................26 3.3.2 独特优势 ..........................................................................................................................26 3.3.3 主要应用领域 ..................................................................................................................27

3.4 典型客户 .......................................................................................................................... 30 3.4.1 国外客户 ..........................................................................................................................30 3.4.2 国内客户 ..........................................................................................................................30

3.5 客户反馈 .......................................................................................................................... 30

4 动态模拟软件包（Dynamic Simulation Suite） ..................................... 31

4.1 DYNSIM®动态模拟软件 ............................................................................................... 31 4.1.1 效益 ..................................................................................................................................31 4.1.2 特点 ..................................................................................................................................31 4.1.3 模型库 ..............................................................................................................................32 4.1.4 DYNSIM 典型用户..........................................................................................................34

4.2 FSIM Plus......................................................................................................................... 34 4.2.1 完美的 I/A series 系统离线模拟和测试工具 .................................................................35 4.2.2 产品的主要特点 ..............................................................................................................35 4.2.3 FSIM Plus － Foxboro I/A Series 系统的完美模拟解决方案 ........................................35

4.3 TRISIM Plus ....................................................................................................................36 4.3.1 完美的 Triconex Tricon 或 Trident 系统离线模拟和测试工具 .....................................36 4.3.2 产品的主要特点 ..............................................................................................................37 4.3.3 TRISIM Plus － Triconex TMR Series系统的完美模拟解决方案 .....................................37

4.4 OTS 操作员培训系统...................................................................................................... 37 4.4.1 效益 ..................................................................................................................................38 4.4.2 对主要 DCS 和 PLC 系统的支持....................................................................................38 4.4.3 基于机理模型的严格性和可靠性...................................................................................39 4.4.4 工艺的模块化——最大的灵活性...................................................................................39 4.4.5 典型应用领域 ..................................................................................................................39 4.4.6 用户 ..................................................................................................................................40

5 Comos FEED®整合前端工程设计软件..................................................................... 41

5.1 特点和效益 ...................................................................................................................... 41 5.2 不同之处 .......................................................................................................................... 42 5.3 典型客户 .......................................................................................................................... 42 5.4 客户反馈 .......................................................................................................................... 43

6 在线性能软件包（On-Line Performance Suite） ................................... 44

6.1 ROMeo 实时优化系统 .................................................................................................... 44

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6.1.1 产品优势 ..........................................................................................................................44 6.1.2 应用广泛 ..........................................................................................................................45 6.1.3 应用效益 ..........................................................................................................................45 6.1.4 客户应用 ..........................................................................................................................45 6.1.5 炼油行业 ..........................................................................................................................46 6.1.6 石化行业 ..........................................................................................................................46

6.2 ARPM 在线性能监控系统 .............................................................................................. 47 6.2.1 化学工业中的在线性能监控 ..........................................................................................47 6.2.2 工厂操作决策必须改变，以做得更好...........................................................................47 6.2.3 什么是在线性能监控？ ..................................................................................................48 6.2.4 当前在线性能监控的必要条件 ......................................................................................48 6.2.5 Invensys 的 ARPM——完整的在线性能监控解决方案 ...............................................49 6.2.6 ARPM 如何工作 ..............................................................................................................50 6.2.7 以何频繁开展性能监控？ ..............................................................................................51 6.2.8 ARPM 的典型应用 ..........................................................................................................51 6.2.9 结语 ..................................................................................................................................52

7 行业解决方案 .............................................................................................................. 53

7.1 油气生产 .......................................................................................................................... 53 7.2 炼油 .................................................................................................................................. 53 7.3 化工和石化 ...................................................................................................................... 53 7.4 电力 .................................................................................................................................. 54 7.5 纸浆与造纸 ...................................................................................................................... 54

8 客户应用与成功案例 .................................................................................................. 55

8.1 中国石油天然气股份有限公司 ...................................................................................... 55 8.2 中国石化工程建设公司 .................................................................................................. 55 8.3 中国石化集团洛阳石油化工工程公司 .......................................................................... 56 8.4 中国石化集团宁波工程公司 .......................................................................................... 56 8.5 上海惠生化工工程有限公司 .......................................................................................... 57 8.6 中国成达工程公司 .......................................................................................................... 57 8.7 山东齐鲁石化工程有限公司 .......................................................................................... 57 8.8 中国石化上海石油化工研究院 ...................................................................................... 57 8.9 华南理工大学 .................................................................................................................. 58

9 技术支持、培训与服务 .............................................................................................. 59

9.1 技术支持、在线知识库、软件更新与升级 .................................................................. 59 9.2 用户培训 .......................................................................................................................... 59

9.2.1 华东（上海）培训中心 ..................................................................................................59 9.2.2 华南（广州）培训中心 ..................................................................................................60 9.2.3 华北（北京）培训中心 ..................................................................................................60

9.3 工程服务 .......................................................................................................................... 60

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图录

图 2-1 新一代用户添加子程序功能 ...................................................................................................... 7 图 2-2 BatchFrac间歇精馏模块.............................................................................................................. 9 图 2-3 在Excel中生成完全自定义的报表（数据和图表等） ............................................................. 9 图 2-4 基于Excel的单元过程 ............................................................................................................... 10 图 2-5 MS Office样式的菜单图标 ....................................................................................................... 10 图 2-6 在计算器、控制器中获取Cp和Cv值....................................................................................... 10 图 2-7 工具按钮实现将所有物流的性质表数据弹出/隐藏 ............................................................... 11 图 2-8 物流性质的工具提示功能 ........................................................................................................ 11 图 2-9 物流和单元过程的动态搜索 .................................................................................................... 11 图 2-10 物流性质的动态搜索功能 ...................................................................................................... 12 图 2-11 多模拟管理器 .......................................................................................................................... 12 图 2-12 整合SimSci的热力学数据管理器TDM程序.......................................................................... 13 图 2-13 PHAST FX模拟火炬辐射的剖面 ........................................................................................... 17 图 2-14 PHAST FX模拟喷射火焰 ....................................................................................................... 17 图 3-1 PIPEPHASE操作界面 ............................................................................................................... 21 图 3-2 PIPEPHASE图形报表输出－1 ................................................................................................. 21 图 3-3 PIPEPHASE图形报表输出－2 ................................................................................................. 22 图 3-4 PIPEPHASE图形报表输出－3 ................................................................................................. 22 图 3-5 PIPEPHASE图形报表输出－4 ................................................................................................. 22 图 3-6 PIPEPHASE的Excel数据报表输出 .......................................................................................... 23 图 4-1 FSIM Plus和TRISIM Plus的模拟架构 ..................................................................................... 36 图 4-2 Invensys的OTS架构 .................................................................................................................. 38 图 6-1 ARPM的工作流程..................................................................................................................... 50

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1 公司简介

1.1 英维思过程系统和英维思集团英维思过程系统（Invensys Process Systems，简称 IPS）是伦敦上市企业英维思（Invensys）

集团的业务公司之一，旗下包括 Avantis（资产管理）、Foxboro（过程控制系统）、SimSci-Esscor（流程模拟与优化）、Triconex（安全系统）、Wonderware（人机界面）和 Validation Technologies等在业界享有广泛盛誉的行业领先品牌。IPS 的总部和经营中心设在美国马萨诸塞州的福克斯波罗（Foxboro）。英维思集团的总部位于英国伦敦，业务遍及 80 多个国家和地区。更多信息，请访问：http://www.invensys.com 和 www.invensys.com/ps。

作为全球自动化、控制和过程解决方案等领域的领先企业之一，英维思过程系统的产品

已在全球数万家工厂使用，其中包括世界最大型的炼油厂、燃气厂、石化厂、发电厂、纸浆

和造纸厂，以及小型的综合性批量制造工厂。

英维思过程系统所做的一切都是为了提高客户企业生产资产的回报。它通过提供计划与

调度、先进控制与优化、人机界面、持续改进工程师、过程控制、过程测量、工厂的历史和

实时数据库、控制回路服务、状态监测、培训模拟、报警管理、安全管理、网络安全、企业

资产管理等产品、解决方案与服务，协助企业均衡提高人员、设备、能源和存货的可用性与

利用率，从而获得最佳的经济价值。

1.2 全球解决方案部英维思过程系统全球解决方案部（IGS）是一个凝聚了 50 年来不断积累的专家知识和经

验的全球性团队。该团队专注于流程模拟（稳态和动态模拟）、离线和在线实时优化、操作

员培训系统、先进控制、重油分析、罐区自动化（包括油品调合）、自动化控制系统、油气

田生产数据管理、电厂生产管理和资产管理等解决方案，涵盖石油与天然气、炼油、石化、

化工、电力、船舶业、运输业、煤矿业、市政工程和工程设计等行业，致力于为全球过程工

业提供高品质的软件产品、解决方案与技术服务，以降低用户投资成本、提高生产效益和产

品质量，以及为管理决策提供支持，从而帮助客户创造巨大的效益。

全球解决方案部通过提高过程工业企业的操作效率，优化工厂的开、停车程序，研究如

何节省费用，提供基于模型的优化和控制技术，以及“虚拟传感器”技术等方式，帮助过程

工业企业优化资产、工艺或整个装置。全球解决方案部运用诊断和设计方法，帮助客户发现

商业机会；可针对客户需求进行解决方案的评估、开发，以及实施；以项目和变化管理服务

的形式提供和维护解决方案；不断开发新的创造性技术和解决方案，并可根据客户需要进行

定制。

1.3 英维思过程系统在中国在我国的化工、石油和石化界，提起流程模拟软件，人们自然就会想到 PRO／II。该软

件就是英维思过程系统（IPS）旗下的 SimSci-Esscor 品牌产品之一。作为我国仪器仪表行业的第一家中美合资企业——成立于 1983 年的上海福克斯波罗（Foxboro）有限公司，业界更不会陌生，它已为我国的数百家世界级工业企业装备了高水平的过程控制系统，其中包括海

上石油平台、炼油厂、石化厂、发电厂、钢厂、水泥厂、浮法玻璃厂、药厂和食品加工厂，

在业界享有极高的知名度和美誉度。

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目前，英维思过程系统（中国）主要由上海福克斯波罗有限公司、上海英维思过程控制

有限公司、北京技术中心，以及位于沈阳和成都的办事处等机构组成。北京技术中心也是全

球解决方案工程服务中心之一。

更多信息，敬请访问：www.invensys.com/ps，www.simsci-esscor.com和 www.ipschina.com.cn。



2 过程工程软件包（Process Engineering Suite）

英维思的流程模拟解决方案（Invensys Simulation Solutions）包括 PES 过程工程软件包（Process Engineering Suite）、UOS 上游优化软件包（Upstream Optimization Suite）、DSS动态模拟软件包（Dynamic Simulation Suite）、OPS 在线性能软件包（On-Line Performance Suite），以及 Comos FEED®整合前端工程设计软件。

PES 过程工程软件包包括 PRO／ II、HEXTRAN、 INPLANT、VISUAL FLOW 和DATACON 等一整套先进的 5 大软件系列，用于对工厂设施进行过程设计、性能监控、进料计划、离线优化等工作，广泛应用于油气生产、炼油、石化、化工、聚合物、制药等工业领

域。PES 充分利用了开放式接口，如 COM 和 OLE 等，提供和第三方应用软件的接口。

2.1 PRO／II®流程模拟软件 PRO／II 是历史最悠久的通用化工稳态流程模拟软件，最早起源于 1967 年 SimSci 公司

开发的世界上第一个炼油蒸馏模拟器 SP05。1973 年，SimSci 推出基于流程图的模拟器，1979年，又推出基于 PC 机的流程模拟软件 Process（即 PRO／II 的前身），并很快成为该领域的国际标准。自此，PRO／II 获得了长足的发展，客户遍布世界各地。

PRO／II 可广泛应用于各种化学化工过程的严格的质量和能量平衡计算，从油气分离到反应精馏，PRO／II 提供了最全面、最有效和最易于使用的解决方案。

PRO／II 拥有完善的物性数据库、强大的热力学物性计算系统，以及 40 多种单元操作模块。它可以用于流程的稳态模拟、物性计算、设备设计、费用估算／经济评价、环保评测以

及其它计算。现已可以模拟整个生产厂，从包括管道、阀门到复杂的反应与分离过程在内的

几乎所有装置和流程，并在油气加工、炼油、化学、化工、聚合物、精细化工和制药等行业

得到了广泛应用。

典型的应用装置包括：常减压催化裂化加氢裂化烷基化异构化重整加氢精制焦化聚合物生产

乙烯裂解烯烃生产天然气处理气体脱硫润滑油加工中间体生产合成氨无机化合物

Provision 图形界面是建立和修改流程模拟和复杂模型的理想工具，用户可以很方便地建立某个装置，甚至是整个工厂的模型，并允许以多种形式浏览数据和生成报表。

PRO／II 已广泛地应用于工厂设计、工艺方案比较、老装置改造、装置标定、开车指导、可行性研究、脱瓶颈分析、工程技术人员和操作人员的培训等领域，协助企业优化生产装置，

降低生产成本和操作费用，以及节能降耗等，以获得巨大的经济效益。



2.1.1 灵活易用的用户界面

PRO／II 的图形界面十分友好，并灵活易用。其主要特点包括：灵活的流程制图和数据输入基于颜色的输入向导

PRO／II 使用颜色标识模拟的状态，如物流、单元过程和相关参数的数据是否输入完整、当前每个单元的模拟运算的实时状态等。

用户可配置的缺省值单元操作和物流的搜索功能数据查看窗口

数据查看窗口使用户能够直接在界面上查看物流和单元操作的结果，查看内容

可根据需要进行配置。先进的报表功能制图功能

您可以生成和查看多种图形，PRO／II 可提供的输出结果作图包括：塔单元的内部流量负荷、温度、压力和组成等塔的分离因子换热器夹点分析相包络图加热、冷却曲线油品评价曲线

2.1.2 强大的组分及其物性

PRO／II 拥有强大的纯组分库，其组分数超过 2000 种。所有可能形成气液相行为的组分均有充分的数据和信息，并能用于 K 值和密度等性质的计算。大多数组分都有内置的传递性质关联式。大多模拟都只需要库中的数据即可完成计算，而无需另外的纯组分数据。PRO／II 用工业标准的方法处理石油组分，通过分子量、中沸点或密度中的至少两个量预估其它需要的组分性质数据。PRO／II 通过粒子尺寸分布和用户定义的属性处理固体物。

烃类物流可根据油品评价数据定义。一般这些评价会包括蒸馏数据（实沸点、ASTM D86、ASTM D1160、ASTM D2887）、密度数据和分子量、轻组分数据和炼油性质，如倾点、硫含量等数据。PRO／II 用这些输入数据生成一个或多个离散的虚拟组分序列，用于代表此类物流的组成。

允许用户定义或覆盖所有组分的性质。亦可自己定义库中没有的组分，自定义组分的性

质可以通过多种途径得到或生成，如可以从在线组分库中获取，用 UNIFAC 法以分子结构估算，或输入为“non-library”组分。您可以用 PRO／II 中的 DATAPREP 程序查看和操作纯组分的性质数据，也可以用它生成自定义组分（即 non-library 组分）的性质数据。当然，还可以通过 DATAPREP 生成您自己的纯组分库。

2.1.3 完整的热力学模型

PRO／II 提供了一系列工业标准的方法来计算物系的热力学性质，如 K 值、焓值、熵值、密度、气相和固相在液相中的溶解度，以及气体逸度等。这些方法包括：

一般关联式：如 CSK 值算法、API 液相密度算法



状态方程：如 SRK、PR 计算 K 值、焓值、熵值和密度液相活度系数模型：如 NRTL 计算 K 值气相逸度方法：如 Hayden-O'Connell 法计算二元缔合特殊组分系统的计算方法：如醇类、甘醇类、酸水系统、气体脱硫系统等等固－液平衡方法：如 Van't Hoff 法计算固相在液相中的溶解度

另外，PRO／II 的电解质模块还包括很多专门用于处理离子水溶液系统的热力学方法。

PRO／II 将根据用户的要求计算下列传递性质：液相粘度、液相热传导率、液相扩散率、气相粘度，以及气相热传导率等。另外，还可以计算物流的气液相界面张力。PRO／II 中包含了很多关联式，用于预测混合物的上述传递性质。

对于过程模拟来说，准确预测物系的物性和相行为是十分关键的。PRO／II 带有数据回归功能，可以将测量的组分或混合物的性质数据回归为 PRO／II 可以使用的形式。回归选项如下：

性质关联：您可以输入一系列温度下某个与温度相关性质的数据，将其回归为任意一种

方程的形式，以用于 PRO／II 性质的关联。回归过程中将计算方程的系数。

相平衡：将多组分平衡数据用于回归，产生液相活度系数模型或状态方程的二元交互作

用参数。使用这些二元参数可以确保相应的热力学方法能再现这些测量的平衡数据。

混合性质：您还可以回归多组分混合热或混合体积数据，用于生成 Redlich-Kister 二元交互作用参数。

这些数据的回归需要复杂的非线性数值算法。PRO／II 中应用的算法包括美国国家标准局 NIST 开发的正交距离回归算法和非线性最小平方关联法等。

2.1.4 全面的单元操作

PRO／II 的单元操作十分全面，不仅包括一般模型，如闪蒸、阀、压缩机、膨胀机、管道、泵、混合器和分离器，而且还包括复杂的模型，如蒸馏塔、换热器、严格管壳式换热器

（包括整合的 HTRI 模型）、加热炉、空冷器、冷箱模型、反应器、固体处理单元等等。

2.1.4.1 塔

对于塔，PRO／II 提供了一系列蒸馏算法、初始值生成算法和模拟选项，能为任意蒸馏问题建立模型。在塔单元操作中共有四种类型的蒸馏算法供您选择。对于某个问题通常不止

一种算法合适。但在一般情况下，IO 算法适合于绝大多数情况和操作条件。CHEMDIST 算法适合于非理想物系和两个液相的物系。烃类物系的蒸馏如果带中断回流，以及含自由水时，

则更适合于用 SURE 算法。对于这些算法，您可以选择是否对板式塔和填料塔的水力学方面进行设计和核算。另外，PRO／II 还支持简洁塔模型，让您能快速对多种塔操作的分离特征进行分析。除此之外，LLEX 单元操作则是一个专门用于液液萃取塔的模型。因此，PRO／II 中的蒸馏计算十分完整。

2.1.4.2 反应器

PRO／II 提供下述反应器模型：转化反应器、平衡反应器、吉布斯自由能最小化反应器、全混流反应器、平推流反应器等。

转化反应器基于用户提供的化学计量转换比和反应热数据，通过求算一个或多个同时发

生的化学反应的热平衡和物料平衡来模拟一个反应器。



平衡反应器则是基于用户输入的化学计量、化学平衡系数或平衡差数据，以及反应热数

据等，通过求算一个或多个同时发生的化学反应来模拟一个反应器。

吉布斯自由能反应器通过求算物料和热平衡模拟一个单相或多相反应器。该算法通过自

由能的最小化，在满足整个热量和物料平衡前提下，计算产品产率、组成以及热条件。

全混流反应器模型模拟一个连续进料并带搅拌釜的反应器。该模型假设物料进入反应器

时完全混合。该模块允许绝热操作，可定义热负荷，或者在指定温度或进料温度下等温操作，

对沸腾槽模型，则是在一个恒定体积下操作。

平推流反应器则模拟一个表现出平推流行为的管状反应器。该模型的两个基本的假设是

（1）无轴向混合或热传递（2）所有流体元素通过反应器的时间均等。

另外，PRO／II 中还支持反应精馏，允许对精馏塔中同时进行的反应过程进行严格的建模。

2.1.4.3 换热器

简单换热器单元可以用于模拟单股物流的加热冷却、两股工艺物流的换热、或一个工艺

物流和一个公用工程物流间的换热。另外，换热器的任意一侧均可连接到蒸馏塔的某一块理

论板上（包括冷凝器和再沸器），用于模拟与塔内部物流的换热工况。

而严格的换热器则是管壳式换热器的核算和设计模型，将严格的热力学模型和鲁棒的收

敛算法进行有机结合。该模型支持几乎所有的 TEMA 管壳式换热器的结构。严格计算通过换热器的热量传递和压降，可正确处理所有可能发生的相变情况，包括物流的冷凝和汽化过程。

可选的气液液平衡 VLLE 热力学方法则对换热器任意一侧的三相分布进行严格计算。另外，与 HTRI 换热器模型的整合，则使得您可以在 PRO／II 中直接激活 HTRI XIST 管壳式换热器的计算程序。

PRO／II 允许对冷箱进行建模——LNG 换热器，它可以模拟多个冷热物流间的换热。该换热器分成多个单元代表各个交叉流动的元素。每个单元也可将多个进料进行混合形成一个

联合进料。进料物流允许在出口时分离成气相和液相产品。

PRO／II 中，加热换热器（或称为炉子）单元操作通过在一侧燃烧燃料而加热另一侧的流体。加热炉模型结合了燃烧反应器和换热器的功能。

2.1.5 强大的流程控制与优化

2.1.5.1 流程控制

PRO／II 拥有解算特大型和复杂流程的能力，允许在流程中包括反馈控制器和多变量控制器。这些单元可通过调整上游参数而逐步达到用户定义的工艺单元或物流的参数。反馈控

制器适合于处理控制变量和规定的一对一关系，而对于要同时处理多个规定和约束时，则需

使用多变量控制器。

PRO／II 能自动对流程进行分析，找出循环物流和装置的回路，并由此决定“撕裂物流”和解算序列。当然用户也可覆盖这些计算并定义自己的计算序列。有些类型的循环物流和回

路较难收敛，速度慢，PRO／II提供了 2种加速算法以加速收敛过程：即 Wegstein法和 Broyden法。

上述这些机制和方法，确保了 PRO／II 解算大型和复杂流程的能力，而且收敛性能卓越。



2.1.5.2 流程优化

所谓流程优化，是从一组设计或操作条件中自动选择出其中最佳的方案。大多数的设计

或操作决定都涉及到优化问题，即您希望通过选择某一组的设计或操作变量，而使得另一些

变量最大化或最小化。比如，对于一个精馏塔来说，您可以选择一个合适的进料位置，使得

塔釜热负荷消耗最小；当然，一个更全局一些的方法则是调整工厂所有的操作条件，使得整

个效益或产量最大化等。

显然，完全手动地在大量操作条件中找出最佳条件而使得效益最大化绝非易事。为帮助

您轻松完成这些任务，PRO／II 提供了优化器单元操作，该优化器无需评价所有可能的工况，就可以非常聪明地得到最佳方案。PRO／II 优化器采用 SQP 算法求算非线性优化问题，不再仅是优化单个装置操作条件，而是可以优化整个工艺流程。

PRO／II 优化器中，您需要定义一个目标函数（最大化或最小化）和最少一个操作变量。此外，每个操作变量都应定义一个上下限。约束的数量与变量的数量无直接关系，并且该优

化器对优化问题的大小本身并没有硬性的限制。

2.1.6 开放的架构

2.1.6.1 读取现场数据

PRO／II 能在模拟计算中使用除输入数据外的来自某个数据源的数据。这些被称为 Tag数据，可采自某个数据库服务器或可读的文本文件。这些可读的文件或 Tag 数据文件可以用编辑器进行编辑或由数据校正程序（如 DATACON 等）生成。Tag 数据为用户提供了一个更加强大的功能，因为用户可以自动地读取现场数据和／或变化中的数据。

2.1.6.2 用户添加子程序

PRO／II 的用户添加子程序功能，允许将用户自己用 FORTRAN 编写的计算方法整合到PRO／II 标准程序中，允许整合的计算方法包括：

用户添加热力学方法用户添加传递性质算法用户添加单元操作用户添加反应动力学

最新一代的用户添加子程序功能允许用户自定义基于 XML 的图形界面，用户还可以为自定义的模型配置图形界面（从 XML 文件中）。

图2-1 新一代用户添加子程序功能



2.1.6.3 OLE 自动化

PRO／II 带有一个灵活的 OLE 自动化层，允许用户对 PRO／II 模拟数据的信息进行读写操作。您可以从 PRO／II 模拟数据库文件中提取数据到 OLE 兼容的程序中进行进一步的处理，如 Excel、Lotus123 或一个用 VB 编写的应用程序。实际上，PRO／II 本身也是用 OLE层从各个数据输入窗口获取和保存数据的。现在，PRO／II 用户还可以获取模拟数据，并可用于自己的应用程序中。

2.1.6.4 与第三方程序的接口

PRO／II 提供了许多与第三方程序的可选接口。PRO／II-HTFS 接口可实现从 PRO／II数据库中自动提取物流的性质数据并创建 HTFS 输入文件。PRO／II-HTRI 接口也是从 PRO／II 数据库中提取数据并生成 HTRI 输入文件。另外，PRO／II 现在与 HTRI XIST 管壳式换热器程序间实现了完全的整合。从 PRO／II 中计算的严格的物料和能量平衡数据可导出到SuperTargete™ Suite 的塔模块中用于分析分离过程的整体能量效率，其计算结果提出的建议则可以在以后的 PRO／II 中进行运算和评价。PRO／II 有一个与 SPYRO 的接口，该接口由TECHNIP 公司开发，提供了 PRO／II 与 SPYRO 的直接连接。该接口可充分利用 SPYRO 软件，用于建立一个包括裂解反应在内的完整的乙烯工厂模型。

2.1.6.5 附加模块

PRO／II含有 6个附加模块：间歇模块、聚合物模块、电解质模块、AMSIM模块和RateFrac模块。

间歇模块：允许对搅拌釜间歇反应器和间歇蒸馏单元进行模拟计算，既可独立运行，也

可作为PRO／II流程的一部分。

电解质模块：该模块无缝整合了OLI Systems Inc.公司开发的严格电解质热力学算法。EUP电解质工具包作为该模块的一部分，提供了更多的先进功能，如生成自定义的电解质模型、

创建和维护用户自己的物质数据库。

聚合物模块：PRO／II Polymer是PRO／II的一个附加模块，且基于PRO／II平台，使用户在同一个环境中模拟包括聚合过程在内的整个工厂。

AMSIM模块：DB-Robinson公司的胺脱硫脱炭模块，完全集成到PRO／II中。

RateFrac模块：Koch-Glitsh公司的基于速率的蒸馏模型，完全集成到PRO／II中。

BatchFrac间歇精馏模块（新增）：PRO/II集成了Koch-Glitsch公司的BatchFrac间歇精馏模型。BatchFrac时一个严格的间歇精馏程序，化学和化工工程师用于间歇工艺的设计和优化。支持反应精馏和两个液相的精馏过程。



图2-2 BatchFrac 间歇精馏模块

2.1.7 其它功能

2.1.7.1 工况研究

工况研究是一个执行级别的功能，用户可通过有选择性地改变流程参数，创建、运算和

分析不同的工况，而且一个输入文件允许有任意数量的工况。

2.1.7.2 全新的 SIM4ME 报表系统

全新的 SIM4ME 报表系统提供了非常灵活、方便且完全自定义的基于 Excel 的报表。

图2-3 在 Excel 中生成完全自定义的报表（数据和图表等）

2.1.7.3 基于 Excel 的单元过程

将 Excel 作为 PRO/II 的内嵌单元过程，方便用户自己编写基于 Excel 的单元过程。



图2-4 基于 Excel 的单元过程

2.1.7.4 MS Office 样式的菜单图标

图2-5 MS Office 样式的菜单图标

2.1.7.5 在计算器、控制器中获取 Cp 和 Cv 值

图2-6 在计算器、控制器中获取 Cp 和 Cv 值



2.1.7.6 工具按钮实现将所有物流的性质表数据弹出/隐藏

图2-7 工具按钮实现将所有物流的性质表数据弹出/隐藏

2.1.7.7 物流性质的工具提示功能

当鼠标放置在物流上即可显示性质数据。

图2-8 物流性质的工具提示功能

2.1.7.8 物流和单元过程的动态搜索

图2-9 物流和单元过程的动态搜索



2.1.7.9 物流性质的动态搜索功能

所有物性可按照名称关键词搜索，方便查找。

图2-10 物流性质的动态搜索功能

2.1.7.10 多模拟管理器

多模拟管理器实现了 PRO/II 到 PRO/II 或 PIPEPHASE 到 PRO/II 间的物流传递或多个模拟的同时解算。

图2-11 多模拟管理器

2.1.7.11 整合 SimSci 的热力学数据管理器 TDM 程序

在 TDM 中用户可以管理和组织纯组分和二元数据。



图2-12 整合 SimSci 的热力学数据管理器 TDM 程序

2.1.7.12 prz 文件

用户定义的物流性质列表（Stream Property List）、单元操作性质列表（Unit Operation PerpertyList）格式随 prz 文件一起发送，并且在 prz 文件中新增备份的 inp 文件。

除此之外，PRO／II 还有很多其它方面的特殊功能，如在线 FORTRAN 程序用于动力学方程的计算、物流计算器、泄压单元等等。

2.2 HEXTRAN®传热系统模拟软件 HEXTRAN是一个全面的、帮助工艺工程师分析和设计各种类型传热系统的模拟工具。

从夹点分析的概念设计到换热器和换热网络的设计与核算，HEXTRAN涉及的传热设计范畴十分广泛。HEXTRAN由SimSci开发，在 8.0 版本以后完全整合了PRO／II®的热力学模型和组分库，用于严格计算工艺物流，并生成准确的热力学性质和传递性质。

HEXTRAN 是帮助您获取更大利润的有力工具，如：提高能源利用效率和大幅度降低操作费用改善过程传热、产品产率和质量提高工厂操作弹性和产量优化换热器的清洗计划最优的防污剂的选择和使用改善工艺设计和改造方案

HEXTRAN 可让您轻松实现对设计、操作和改造复杂换热过程的各种情况进行分析和评价，或用于设计新的传热系统，最大化操作效率，以及发现潜在的问题。

作为设计工具，HEXTRAN 可帮助您设计简单的或是复杂的传热系统，使换热工艺更高效和更灵活。作为改造工具，HEXTRAN 可帮助您改进现有设备，改造换热网络，以使系统达到最优的操作性能。作为操作工具，HEXTRAN 可帮助您找出换热器清洗的最佳时机，并预测系统将来的操作性能。

HEXTRAN 的应用范围广泛，其中包括：换热器设计换热器操作分析夹点分析换热网络集成优化



换热器性能监控换热器清洗工况研究

2.3 INPLANT®流体力学计算软件 INPLANT 是一个严格的稳态流体力学计算软件，可用于对工厂管网系统进行设计、核

算和分析。应用 INPLANT，工程师可快速地对工厂的管网系统的安全性进行评价和分析。INPLANT 可用于设计新的管网系统，也可用于改造现有系统。其应用十分广泛，从管线的尺寸设计，一直到大型的、带复杂嵌套回路的多相流管网系统的核算等。不仅如此，INPLANT还能计算火炬泄压系统，包括高速或临界流动的单相或多相流等工况。

INPLANT 广泛适用于各种管线，其中包括：化工工艺管线真空传输管线公用工程分配系统蒸汽系统消防水管网火炬泄压系统

INPLANT 可为您带来显著的效益：改善工厂管网的设计与改造使投资费用和操作成本更低，一般可节省 5％或更多。降低管线成本提高工厂产率使工厂操作更安全

2.3.1 工艺管线系统

INPLANT 可让工程师快速找出工艺管线中水力学性能不佳的成因，并找到合适的解决方法。INPLANT 可针对哪怕是最复杂的带环状管网系统，计算压降和能力平衡方程，并严格模拟管线的传热过程。管线的传输量、合适的管线尺寸、回路中的流动分配、泵和压缩机、

传热影响、焦耳－汤姆逊效应、流体流型分布、气液相流速，以及三通管中相分离等，INPLANT均可为您准确进行计算。

2.3.2 公用工程管网系统

INPLANT 可用于严格求算带混合边界条件的循环回路管网系统，对冷却水、蒸汽、润滑油和空气等公用工程管网的流动分配情况进行计算。这些先进的功能，使用户易于监测工

厂所有公用工程管网系统的性能。对于给定输入压力，INPLANT 可帮助您计算出递送点的压力和流速，反之亦然。

2.3.3 泄压系统

当您在设计和操作中对装置进行改动时，INPLANT 可让您快速准确地分析和评价原有泄压系统的是否适当。这些信息对于避免可能危急工厂安全的紧急情况的发生十分关键。

INPLANT 可对所有类型的单相和多相泄压系统所需的背压进行准确的计算。如果所需的背压超过泄压源最大压力，该程序可自动为您重新确定泄放管线的尺寸。INPLANT 还能找出尺寸不够的安全阀，并方便地让您选择尺寸合适的安全阀。



2.3.4 严格计算的能力 SimSci 标准而成熟的热力学和物性计算方法和数据库详尽、工业标准的压降模型详细的传热计算，能计算保温层和不同环境的影响。采用一段段的压降和传热同时计算的方法可处理单相和多相流能处理组成流体和非组成流体

2.3.5 灵活的管线系统定义自带详细的管线配件和工艺处理设备模型单连接和任意结构的复杂网络，包括带回路网络。工况研究功能，可进行“what-if”情景模拟分析和改造的可行性研究。

2.3.6 泄压系统分析专业的用于泄压系统核算和设计的网络算法严格模拟临界流用 API 和 DIERS／HEM 方法设计安全阀用户定义安全阀数据

2.4 VISUAL FLOW®安全系统和泄压系统模拟软件 VISUAL FLOW 可对工厂安全系统、泄压系统和火炬辐射进行严格的稳态模拟计算，包

括流体达到临界流的工况。VISUAL FLOW 最初由 Visual Solutions 公司开发，后随公司并购而成为 SimSci 旗下产品，并得到进一步的开发和支持。从复杂泄压系统到复杂环状冷却水管网等系统核算中遇到的最棘手的问题，VISUAL FLOW 均能给出快速、可靠、准确的回答。VISUAL FLOW 拥有简单易用的操作界面，方便用户进行设计、核算、分析以及报表等工作。集成的 PHAST FX 附加模块可用于定量计算和评价火炬架的辐射和噪音以及多种火炬模型。

2.4.1 应用广泛

VISUAL FLOW 可广泛应用于油气生产、气体处理、炼油、石化、化工、工程设计、咨询等行业，如：

火炬网络安全阀的设计和核算管线尺寸设计容器泄压临界多相流公用工程系统

2.4.2 效益

应用 VISUAL FLOW 可实现：更安全的设计和操作更高效的火炬系统建模减少投资费用，一般可节省 5-20％。



减少操作费用

2.4.3 特点

2.4.3.1 准确性

VISUAL FLOW 采用点－点热力学和压降计算方法处理单相和多相流系统。其应用范围包括泄压网络、含多个火炬点的系统、安全阀、分液罐和回路等。VISUAL FLOW 能自动地在所有节点和缩放点检查是否达到临界流。VISUAL FLOW 采用 SimSci-Esscor 标准而成熟的热力学模型和组分库，计算流体的相平衡和物性，可处理组成和非组成、极性和非极性流体，

以及石油馏分和蒸馏曲线等数据。VISUAL FLOW 采用工业标准的单相和多相流模型计算压降，并对 Beggs-Brill 方法在高速或接近临界流的情况下进行了修正，并可设计单相和多相安全阀。

2.4.3.2 易用性

VISUAL FLOW 拥有一个易于使用的操作界面，并用一个相对简单的图表述整个系统的构架。用户可方便地用交互式的作图工具定义复杂的管线走向图，管线配件如弯管、三通、

缩放等，可自动插入到程序，并显示在相应的图中。VISUAL FLOW 还提供了一个工况研究管理器，您可以很轻松地定义多个工况，并进行分析和比较。图形数据或列表数据均可以输

出到 Excel 或 Word 中。所有报表均可随时打印和输出，并能根据您的要求进行自定义。

2.4.3.3 自定义

VISUAL FLOW 采用独具特色的模块化结构，允许您无限制地扩充和自定义。应用 OLE兼容的结构，您可以很轻松地添加自己独有的功能。VISUAL FLOW 可自定义的地方包括压降关联式、热力学、安全阀设计程序等。

2.4.3.4 安全和环保规则的协同性

过程工业企业时常面临安全和环保部门严格规则之挑战，如 OSHA 或 HSE 等。对这些进行评价，通常需要提交关于工厂火炬泄压系统的报告，包括网络结构、控制系统及其策略、

最大泄放量等内容。VISUAL FLOW 的报表系统、工况研究管理器、流程图等功能可帮助您更高效地完成这些工作，无论是对于设计、改造或是操作。VISUAL FLOW 已成功地被全球各大油气生产、炼油和石化公司所采用。

2.4.4 用于火炬分析的 PHAST FX 附加模块

PHAST FX 是 Visual Flow 的附加模块，可用于火炬分析。从 Visual Flow 能够自动传递数据到 PHAST FX 中。

PHAST FX 主要用于：

2.4.4.1 火炬计算定量计算和评价火炬架的辐射和噪音减少设计后修改产生的费用增强危险的识别减少操作定量危险评估（QRA）的相关费用工厂操作和设计的优化



2.4.4.2 火炬模型火炬辐射模型沸腾液体扩展蒸气爆炸（BLEVE）池火（Pool Fires）喷射火焰（Jet Fires） TNT 模型 TNO 多能法爆炸模型

图2-13 PHAST FX 模拟火炬辐射的剖面

图2-14 PHAST FX 模拟喷射火焰



2.5 DATACON DATACON 将实时的工艺数据转化为一致而可靠的信息。DATACON 由 SimSci 开发，

采用了 PROVISION GUI 图形用户界面。它运用成熟的统计学技术对流量、温度和组成等测量数据进行校正，以满足工厂每个单元的物流和能量平衡。DATACON 还能侦测测量数据中的过失误差，找出误差测量点，并确认测量数据中的冗余度。您还可以将 DATACON 同贵公司的 DCS、历史数据库或任意的在线操作的中央数据库进行连接。

DATACON 可在油气生产、气体处理、炼油、石化、化工、制药、冶金和采矿、工程设计等行业广泛地应用于：

过程监测：DATACON 分析在线工厂数据，跟踪设备性能，以及监测仪器误差或故障。DATACON 是您在分析、建模和中试设计的放大等工作中提高数据可信度的理想工具。

设备性能分析：DATACON 是跟踪设备性能随时间变化的有效工具。催化剂活性、压缩机效率和换热器污垢等等都是很好的例子，可以应用 DATACON 来跟踪设备性能的变化趋势，以及其对整个工厂的影响。

仪表维护：DATACON 可帮助您标识那些需要校准或维修的仪表。仪表误差的及时侦测和校准可减少操作问题和不合格品的生产。

仪表设计：无论是新建厂，还是改造工厂，仪表工程师均可使用 DATACON 设计出更安全、更可靠和更加经济有效的工厂控制系统。DATACON 的数据冗余分析功能，确保了那些最重要的测量数据的备份。

产率计量建模与优化

DATACON 可协助您实现：改善工厂性能和产率提高工厂效益更准确的数据一致而可靠的信息减少仪表维护费用减少仪表投资费用

一般来说，应用效益相当于工厂总产量的 1~5％。

2.6 PES 典型客户

2.6.1 国外部分用户 ABB Lummus Agip ATOFINA PETROCHEM Bechtel BP-Amoco ChevronTexaco Colt Engineering Equilon／Motiva ExxonMobil Fluor Daniel Foster Wheeler

KOC Parsons PDVSA Petrobras Petrocon Engineering Royal Dutch／Shell S & B Eng & Const Ltd. Saudi Aramco Statoil Stone & Webster Sunoco



GDS Engineers Idemitsu Jacobs Engineering JGC Kellogg Brown & Root

Technip／KTI Tesoro TotalFinaElf Toyo Washington

2.6.2 国内部分用户 CPE 大连分公司 CPE 东北分公司 CPE 抚顺分公司 CPE 辽阳分公司大庆石化设计院大庆石化研究院大庆天然气公司大庆油田设计院独山子石化设计院河南油田设计院济南炼油厂金陵石化工程公司金陵石化公司炼油厂锦州石化设计院克拉玛依石化公司炼油厂兰州炼油化工设计院辽河油田设计院齐鲁石化工程公司山东三维石化工程公司上海惠生化工工程公司上海苏尔寿有限公司上海兖矿能源科技开发公司胜利油田设计院乌鲁木齐石化设计院重庆川维石化工程公司

新疆时代石油工程公司玉门油田规划设计院云天化有限公司中国成达化学工程公司中国海洋石油研究中心中国寰球化学工程公司中国神华煤制油有限公司中国石化抚顺石化研究院中国石化工程公司中国石化科学研究院中国石化洛阳工程公司中国石化宁波工程公司中国石化上海工程公司中国石化上海石化研究院中国石油大连石化公司中国石油独山子石化公司中国石油抚顺石化公司中国石油规划设计总院中国石油华东设计院中国天辰化学工程公司中国五环科技股份公司中海石油研究中心中海油壳牌南海石化公司

中化国际余杭高分子材料研发设计公司

2.7 客户反馈 “使用 PES 模拟工具的直接成效，就是我们节省了 60％的操作费用和 50％

的工厂建设费用。”

— 工厂经理，三菱化学（Mitsubishi Chemicals Corporation）



3 上游优化软件包（Upstream Optimization Suite）

上游优化软件包（UOS）是一套集成化的、技术先进的决策支持工具，包括了设计、操作和管理从油气储层表面一直到集输网络和地面设备的整个油气生产操作所需的所有模拟工具。

UOS领先的技术是基于严格的热力学和流体力学模型、先进的网络算法和创新性的非线性优化器等先进技术。开放性的 API接口使得 UOS和第三方程序能实现有效的集成，包括油藏模拟器、工艺模拟器等，因而为您提供了一个完全严格的解决方案，让您轻松应对哪怕是最复杂的系统。

3.1 PIPEPHASE®稳态多相流模拟器 PIPEPHASE 是用于油气生产网络和管道传输、分布系统计算的严格的稳态多相流模拟

器，其前身是 20 世纪 70 年代由 Chevron 公司开发的多相流模拟软件。1980 年，SimSci 将其商业化，取名为 PIPEPHASE。

PIPEPHASE 具有广泛的适用性，可用于从单井中关键参数的灵敏度分析，到油田地面管网的水力学计算，直到整个油气田跨年度设施规划的分析等各种工作。同时，通过对井下

和井筒特征与地面设施进行集成，PIPEPHASE 成为全面生产分析工具的终结者。

PIPEPHASE整合了现代油气生产方法和软件分析技术，形成了鲁棒而高效的油田设计和规划工具。PIPEPHASE拥有详尽的物性数据库和友好的用户界面，可处理单相气液体、黑油、组成混合物和蒸汽、CO2等各种流体类型，是全球油气生产和设计公司的首选解决方案。

严格的多相流分析和详尽的热力学计算，使得 PIPEPHASE 可广泛适合于各种应用，如：油气生产和集输系统天然气传输和分配网络化工流体管线公用工程网络传输管线的严格传热分析管线尺寸设计水合物生成分析节点分析蒸汽注入网络气举分析油气田的生产规划和资产管理研究

3.1.1 效益提高总体产量改善油气井和流动管线的性能改善管线和设备设计整合油田开发和规划减少操作费用减少投资费用提高工程设计的效率



3.1.2 特点

3.1.2.1 友好易用的用户界面和方便的输出报表

3.1.2.1.1 友好易用的用户界面

PIPEPHASE具有十分友好的用户输入和运行界面，如图3-1所示。

图3-1 PIPEPHASE 操作界面

3.1.2.1.2 方便的输出报表

一方面可在图形界面上直接显示压力、温度、流量等数据，并能自动更新（如图3-1）。另外，报告数据也可方便地输出到Excel或系统自带的RAS系统中（图3-6）。当然，也可以输出为Text形式的报告文件。

图3-2 PIPEPHASE 图形报表输出－1



Excel 报表

图3-6 PIPEPHASE 的 Excel 数据报表输出

3.1.2.1.3 支持关键词文件的输入

PIPEPHASE 支持关键词文件（文本文件）的输入，且关键词文件和图形文件自由导入/导出，且从关键词文件导入到图形文件时其图形拓扑结构保持不变。关键词文件的主要优点

包括：编辑方便、可批量输入数据易于查出输入错误占用空间小，便于工程项目的存档和寻求技术支持。

3.1.2.1.4 支持批量运行

PIPEPHASE支持批量运行，即一次可批量处理若干个 PIPEPHASE模型并输出计算结果。

3.1.3 工程计算能力

PIPEPHASE 拥有相关行业领先的技术，采用工业标准的方法库与数据库，有先进的网络求解算法，能处理任意复杂度的网络计算。PIPEPHASE 正在为全球各地从事管线管网设计、油气生产等的工程师广为采用。全球几大油气生产企业均视 PIPEPHASE 为标准工具，用于提高效率，减少投资，降低操作费用，以及提高油气产量等。

3.1.3.1 物性计算

在组分流体（定义纯组分及其组成的流体）处理方面，PIPEPHASE 组分库有 2000 多种纯组分及其全面的物性参数，且这些参数允许用户调整，同时可处理油品评价数据和石油馏

分数据。在热力学方面，PIPEPHASE 采用 SimSci 的工业标准热力学模型，包括一般关联式、状态方程、液相活度系数方程、改进的状态方程、特殊物系处理包、Henry 法则等，均与 PRO／II 相同，因而能准确计算各种工艺流体的热力学性质。

而对于非组成流体，可根据给定的密度等数据和相应的关联式预测流体物性，可处理黑

油（API45）、单相气体、单相液体、蒸汽等类型的流体。



PIPEPHASE 用工业标准的算法计算流体的传递性质，包括：热传导率、表面张力和粘度等。对于用户关心的粘度计算，还允许用户自定义粘度数据。对油水混合物，有三种方法

处理，即体积平均、API 14B、油水乳化（Woelflin 模型、转化点、乳化曲线）等。

3.1.3.2 压降计算

PIPEPHASE 包含 35 种工业标准的压降计算模型（包括 OLGAS-2000 两相和三相压降模型），适合于各种类型的水平、垂直或倾斜管内的单相流和多相流计算，并能预测流体的流

型。

如处理单相流的模型有： Hazen-Williams（液体） Panhandle-B Weymouth American Gas Association

处理多相流的模型有： Beggs & Brill Dukler-Eaton Eaton-Flanigan Gray（condensates） Hagedorn & Brown Lockhart & Martinelli Mukherjee & Brill Chisholm（fittings）

同时，PIPEPHASE 也能对管线进行严格的传热计算，如计算管线有保温层、在空气中、在水中、在土壤中等各种情况下的传热情况。

3.1.3.3 设备处理

PIPEPHASE 不仅可以计算弯管、三通管、缩放头等配件，还可对工艺中的设备，如泵、阀门、压缩机、膨胀机、加热器、冷却器、气液分离器、止回阀等进行计算。

3.1.3.4 先进的网络算法

PIPEPHASE 进行严格的压力和物料平衡计算，可处理任意复杂度的网络，如：纯聚集和分配的树状管网；树状管网、多个源（Source）和池（Sink）、某些段的流向不能确定；带复杂回路且流向不确定，并随边界条件而改变。



源（Source）

分配管网

集输管网

环状管网

池（Sink）

3.1.4 应用集成

PIPEPHASE 和 MS Excel/Access 兼容，可实现：从 Excel 中导入设备的特征数据，将结果数据导出到 Excel，将计算结果导出到 Access 数据库中保存等等功能。

PIPEPHASE 拥有强大的 API 接口，它是一组已发布的命令，旨在将自己开发的程序和PIPEPHASE 连接。该 API 接口能使用户非常方便地开发和维护自己开发的程序，而且即使PIPEPHASE 有新的版本，已发布的 PIPEPHASE API 也不改变。

PIPEPHASE 的 API 接口是完全和 COM 兼容的，因而可以和不同软件厂商的产品通过COM 连接和通信，且不依赖于编程语言，如可以用 C++、VB、VBA、Fortran 等等。通过API 和其它程序连接的例子有：

利用 VBA 用 Excel 编写基于 PIPEPHASE 的应用程序开发 PIPEPHASE 和流程模拟器（如 PRO/II）的连接开发 PIPEPHASE 和油藏模拟器的连接以 PIPEPHASE 为后台通过 VB 编写油田操作员的操作界面

3.2 NETOPT®网络优化器 NETOPT 是 SimSci 与美孚（Mobil）公司合作开发的一个对油气网络的生产操作进行优

化的功能强大的工具。NETOPT 基于非线性 SQP 算法，并和 PIPEPHASE 完全集成。同时还提供了一个接口，使第三方的油藏模拟器和 PIPEPHASE 地面网络分析功能进行耦合，这也是对整个油气田进行集成化建模所必需的。

NETOPT 可以定义油气田生产操作的全方位优化战略，如生产企业常见的优化目标是产量的最大化，或在油田生命周期内的资本消耗最小化等。



3.2.1 效益整个油气田范围内的生产最大化工厂生命周期内资本消耗的优化操作费用最小化模拟模型的有效调整整合的储层和地面设施的建模

3.2.2 应用生产网络中地面设施的设计使模型参数和实际生产数据相吻合气举分配蒸汽和CO2注入网络的优化管线、压缩机和泵的设计油气田规划研究

3.2.3 特点优化目标以 PIPEPHASE 模型为基础优化相关的设计和操作局限以约束的形式指定决策变量从可调整的参数中进行选择内置的计算器功能使定义规定具有很大的灵活性与时间相关的收益和费用参数使经济模型的建立更容易

3.3 TACITE®管线瞬态条件模拟器 TACITE 由 IFP 和 SimSci 合作开发，是一个基于组成的多相流瞬态模拟器，用于油气生

产管线和油气井的设计和控制。TACITE 是完全整合在 PIPEPHASE 中的模块，能准确预测许多种流动情景。TACITE 支持多组分流体模型，因而基于纯组分的流体物系，可通过先进的集束（Lumping）技术转化为一个集束化的混合物。组分跟踪则允许对流体组成进行局部测定，因而可以对流体性质和当前的平衡条件进行很好的预估。TACITE 模块使您可在PIPEPHASE 环境中输入数据，并查看由 TACITE 动态模型计算的输出结果。

3.3.1 模块组成

TACITE 包括以下三个主要的模块：整合的热力学模型，计算流体物性；复杂的水力学模型，计算气液相间滑移；高性能的数值算法，计算在每个时间元和每个管线元的守恒变量。

3.3.2 独特优势

TACITE 的组分跟踪方法允许对流体组成进行局部测定，主要的优势在于：更好地预估当前的相态、流体性质和当前流。能考虑到那些描述入口组成随时间变化情况等有价值的信息。预测的管道出口气液相组成对生产分配、下游工艺计算、工厂操作和设计等均

十分有用。



内置闪蒸计算确保了模拟的鲁棒性和准确性，尤其是在那些接近相边界的条件下。

对很多典型的现象可以进行准确的预测，如管线低洼处重组分的累积等，同时还能预测由此带来的流体性质的变化。

3.3.3 主要应用领域

油气生产企业的主要目标就是提高产能，并降低成本。TACITE 能预测任何操作可能遇到的瞬态条件，通过更高的安全性和更好的控制来帮助您优化操作效率。

3.3.3.1 管线设计的优化

TACITE 可帮助您：预防操作问题预防输送能力的下降预防油气生产损失旋转设备的最优操作

这些预测技术将给您带来总产量的提高，同时减少投资和操作费用。包括下述典型情况：

3.3.3.1.1 设计生产网络和输送系统

在可接受的流态下，TACITE 使您能避免不希望的流动条件，这些往往会产生很不寻常的输出状态。您还可以在一定的限制下控制压力的波动。在可接受的流速下，TACITE 能使您预测和防止腐蚀的发生。

3.3.3.1.2 设计接收设备

对于管线和接收设备的特定设计参数，瞬态流动条件是很常用的设计条件。TACITE 可预测：

液塞捕集器的容量（输气管线）分离装置的容量（输油管线）进出口管线、管口、阀门的设计，避免在动态流动条件下的瓶颈问题。

3.3.3.1.3 管线和设备设计条件的定义

TACITE 可让您对由于所谓的“初始值触动设备”产生的瞬态条件进行建模，如注入设备、安全阀、PID 控制器等。依靠这些信息，您就可确定弯管、三通管等的机械压力和管线支柱的放置位置等。

3.3.3.1.4 对固体沉积和管线堵塞等危险状态的预测

固体沉积和管线堵塞大多是由于低温或低流量等原因所造成。TACITE 计算结果能用于有效降低水合物生成、蜡沉积和沙石沉积等危险。

3.3.3.2 协助操作

TACITE 可协助您：对管线动态行为更好的理解；对瞬态操作更佳的控制策略；为生产制定特殊的操作规程和计划，如提高和降低流量、停车、开车和泄压等；预防性的行为指导，以消除生产和安全中的问题与困难。

TACITE 可有效预测操作变化的原因，以及由此所带来的影响，其中包括：



3.3.3.2.1 管线阻塞（packing）／管线抽吸（drafting）

当管线的压力或进口流量上升时，管线中则会淤积更多的油气量——这就是管线阻塞。

相反，则是抽吸。这些情况下会发生很多问题：由于很大的压降，可能出现低温（焦耳－汤姆逊效应），并伴随着与环境（空

气或海上等）间的传热。持液量可能发生变化；由于管线剖面、流体流动或流态发生变化，可能产生大

规模的液塞。

TACITE 能用于预测或反馈传输需求。它能很好地预测管线中存留的气液流体，因而对预测响应需求变化的管线行为是非常有帮助的。

3.3.3.2.2 操作条件的改变

管线操作条件的模拟包括进口流量和出口压力的变化。通过 TACITE 进行的瞬态流的模拟，可让您预测动态影响、反应操作条件的变化，以及让操作更平顺，防止事故发生。

3.3.3.2.3 管线的停输和启动

在管线的停输和再启动情况下，由于液体沿管线的累积就可能造成问题，主要是在低洼

处，这样在重新启动时就会产生大量的液塞和很高的压降需求。TACITE 的模拟计算能帮助您定义操作规程，使人们不希望的负面影响最小化，避免发生操作问题。

3.3.3.2.4 出口阀门的关闭

关闭阀门是经常发生的事，并常和采取紧急措施有关。同时，在一段连接中，这也是很

常见的操作。TACITE 的模拟可根据压力、温度和液体累积等，预测管线随时间将会发生的情况。

3.3.3.2.5 预测强烈段塞流和地形导致的段塞流

在某些特殊的操作条件或管线走向条件下，为制定预防性的措施，了解流态情况是非常

有用的。例如：TACITE 在预测强烈段塞流和地形导致的段塞流的流态方面十分有用，在这些流态中有周期性的前向和逆向流。这些通常发生在斜坡、提升管或在粗糙的、拓扑剖面不

规则的管线中，这些管线含有低洼处，液相容易累积。同时，低流速和低流体能使得保持稳

定的流动条件变得十分困难，这也是造成该现象的原因。

3.3.3.2.6 特殊的瞬态操作——泄压

对于管线中的泄压操作，TACITE 模拟与环境的传热，准确计算流体的热力学状态。TACITE 还能预测管线流体的真实热力学行为并预测潜在的问题，如：

由于焦耳－汤姆逊效应而产生的低温，以及因此可能发生的结冰情况。与环境间的传热效应液塞

这样的研究可帮助您定义泄压操作规程（序列、时间和不同的步骤等），以确保安全。

3.3.3.2.7 操作情景的模拟

TACITE 允许您模拟多种操作情景，包括阀门、侧线进料和多个井等。



3.3.3.3 预测紧急措施所产生的后果

在已有的系统中，TACITE 可帮助您评价安全系统。在设计中，TACITE 可用于为管线（温度和压力）和在线设备（流量、灵活度、需要的输出压力和温度）设计操作规程，从而

帮助您对紧急／安全系统进行更加合理的设计。

在某些时间点，可能还需要采取多个不同的紧急措施，如：管线下游阀门的关闭生产的停止管线下游旋转设备的停止紧急泄压

目的是为了控制：压力波超压低温液塞危险事故（如管线破裂等）

TACITE 的计算结果能帮助您预测这些事件的可能性和后果。在多相流管线中这些尤为重要和有用。它能应用于可能出现气相的液体管线（如泄压装置），或不正常的流动条件，

它也能应用于可能出现凝析液的气相管线中。

3.3.3.4 操作控制系统的规定

应用 TACITE，您将可以设计与实际管线行为一致的操作控制系统。对管线网络的任意新情况的预测，增强了操作的安全性。

TACITE 可用于：评价 PID 控制器的充足性或用于设计 PID 控制器设置紧急逻辑系统／报警系统控制点计划生产、输送网络开发实时模拟器以观察：

下几个小时管线行为的趋势操作参数控制点发生变化后将出现什么现象

计划操作策略或培训

3.3.3.5 操作员培训

该培训涉及油气生产和集输系统的操作员。目的就是更易于控制管线和上下游设备间的

交互作用，同时又尽量以更安全的方式操作生产和集输系统。操作员必须知道很广范围内操

作条件下的管线的动态特征。

TACITE 可通过结合模拟计算和屏幕互动而成为培训工具。同时它也能用于研究管线行为对不同参数的灵敏度，即流量、下游压力、进口压力，以及油气比等的变化。



3.4 典型客户

3.4.1 国外客户

油气生产企业工程公司科研机构

AGIP Arabian Oil ChevronTexaco ECUAPETROL ExxonMobil Kuwait Oil PDVSA PEMEX Petrobras Qatar Petroleum Saudi Aramco Shell Statoil TotalFinaElf

ABB Lummus Bechtel Colt Engineering Electrowatt Eng. Fluor Daniel Foster Wheeler Jacobs Engineering JGC Kellogg Brown & Root Parsons Raytheon Stone & Webster Technip／KTI Toyo

Electrowatt Eng. ExxonMobil Research IFP JNOC TUFFP

3.4.2 国内客户中国石油天然气股份有限公司

包括：大庆油田有限责任公司、辽

河油田分公司、新疆油田分公司、

长庆油田分公司、西南油田气分公

司、塔里木油田分公司、华北油田

分公司、大港油田分公司、吉林油

田分公司、吐哈油田分公司、青海

油田分公司、冀东油田分公司、玉

门油田分公司、浙江油田分公司、

中国石油规划总院

大庆油田设计院大港油田设计院 CPE 西南分公司长庆科技工程公司中油辽河工程公司新疆油田勘探开发研究院大港油田勘探开发研究院中国石化勘探开发研究院胜利油田设计院河南油田设计院

3.5 客户反馈 “既然油气生产网络模拟器已经证明了它的价值，那么下一步就是将这些技

术进行系统而有效的整合，从而从整体上优化油气井和集输网络，进一步提高产率。SimSci 具备了我们实现该目标所需的技术和专家知识。”

— Ajit Sapre 博士，埃克森美孚



4 动态模拟软件包（Dynamic Simulation Suite）

4.1 DYNSIM®动态模拟软件 DYNSIM 是一个基于严格计算的全面而成熟的动态过程模拟系统。它运用基于机理的技

术和严格的热力学数据，提供准确可靠的计算结果，用于解决从工程研究到操作员培训系统

等工作中所遇到的最为棘手的动态模拟问题。DYNSIM 由 Invensys 旗下的 SimSci-Esscor 开发，并基于新一代的 SIM4ME 架构。

当今的工厂正面临着来自生产操作方面越来越大的挑战，工厂自身状态和内外部环境的

不断变化，正严重威胁着生产操作的安全性和企业的盈利能力。一些不能控制的意外事故通

常造成开车的延迟，产品的无谓浪费，严重的设备损坏，甚至造成灾难性的后果。

因而，Invensys 隆重推出世界一流的 DYNSIM 动态过程模拟系统，帮助您更安全、更高效地设计和操作现代化的工厂。

DYNSIM 以模型数据的集成为核心进行设计，全面提升贵公司的工程工作流，如设计、操作分析、动态模拟、操作员培训、性能监控以及实时优化等，以降低投资费用，提高产率，

以及强化决策管理。

4.1.1 效益减少满足动态需求的设备成本可在危险最小化的条件下进行高级控制策略的验证和修改评价工厂的开停车工序防止生产中断提高工厂操作效率通过对火炬和泄压系统的评价提高工厂操作安全性

4.1.2 特点

DYNSIM 是一个完美的动态模拟和培训工具。

与控制系统和稳态模拟器的连接 DYNSIM 充分利用开放软件标准，实现与其它主要应用程序的接口，如稳态模拟器和控制系统模拟器等。可保持与已有 PRO／II 模型的一致性，还可轻松实现与控制系统模拟器（如 FSIM Plus）的连接，以驱动基于严格模拟的操作员培训系统。DYNSIM 的 CORBA 层能轻松实现与其它 CORBA 兼容应用程序的交互通信。

可变的时间标度保护了您在 DYNSIM 上的投资 DYNSIM 有独特的功能，可根据工程设计应用的情况（如 DCS 校核和操作员培训的控制策略开发等）进行时间标度缩放，所有工作都在相同的图形环境中进

行。DYNSIM 的模块化结构和开放标准使其能满足您在整个工厂全生命周期内所有的动态模拟需求。



严格的、基于机理的设备模型确保了其准确性 DYNSIM 基于机理的模型，包括严格的热力学和流体力学模型，使其动态过程模拟计算具有超群的鲁棒性和准确性。DYNSIM 运用鲁棒的解决算法和快速的初始化功能，能严格处理即使是最为复杂的工厂布局和系统。

DYNSIM 是一个世界一流的动态模拟环境，模型和热力学模块基于严格的机理，应用范围广泛，既可以用于单个装置设计的研究，也可以用于分布在多个机器和平台上的高保真度

操作员培训系统解决方案。

4.1.3 模型库

DYNSIM 拥有完整的单元操作库、传递函数库和工具库。除了常见的工艺流程单元，如精馏塔、换热器和压缩机等外；模拟器还可以建立电力和机械单元模型，如断路器和马达等。

现有的模型库和系统结构可以允许您指定：可压缩和不可压缩网络的压力驱动流多个组分／热力学方法组支持单组分系统增强的本地性质模型带夹点分析和金属热容的换热器可逆流动

4.1.3.1 压力流程解算器

DYNSIM 有一个鲁棒的压力驱动流动算法，适用于可压缩和不可压缩系统。换句话说，该模拟器可以基于对压力和流动速率的严格解算，模拟逆向流。

4.1.3.2 可在运行中配置

在 DYNSIM 的用户环境中，如果您要对模型的参数或结构进行改变，无需停止和重新启动引擎。在模拟模型正在运行过程中，您也可以添加新的单元操作和物流。这些更改要直

到上载和保存时才生效。这是 DYNSIM 的特色之一，在模型创建或需要经常更改的情况下十分有用。

4.1.3.3 方程编辑器

DYNSIM允许用户将一个自己的方程添加到几乎所有的模型参数中。如换热器单元对传热系数有一个放大系数，该系数可以连接到一个方程中，可以根据容器液面高度而降低传热系数。

在解算引擎中，DYNSIM 有先进的数学算法，即众所熟知的基于点的筛选法，不像传统的序惯解算引擎，用户无需担心要考虑解算次序而使其收敛。用户添加方程可成为完全整合

的整个模拟方程组的一部分。

4.1.3.4 用户添加模型

用户可以用 C++开发自己的模型。用户添加程序作为一个独立的 DLL 和 DYNSIM 连接，它可以只通过一个简单的调令而进行闪蒸计算，其中可定义闪蒸类型，如温度－压力、压力

－焓、焓－密度或内能－密度等。

4.1.3.5 快照

快照功能使用户可以返回到当前模拟的早期时间点，复位到当时记录的所有数据和状

态，并重新开始模拟计算。



有两种类型的快照：Backtrack 和初始条件 IC，其主要区别在于： Backtrack 在用户定义的时间间隔点自动拍照，而 IC 则只是在用户做出动作时才

拍照。 IC 可允许条件描述，但 Backtrack 则没有描述。 IC 可被保护防止被覆盖，而 Backtrack 则会被自动覆盖。 IC 会自动添加用户名，Backtrack 则没有用户名的信息。对 IC 进行拍照使模拟进入冻结模式，而 Backtrack 的拍照则不改变模拟的模式。对 IC 拍照时，您可以指定 IC 号码，而 Backtrack 的号码由 DYNSIM 自动排序。

4.1.3.6 故障干扰

故障干扰是一个不希望发生的、非正常的事件，如阀门不按照给定的命令进行动作等。

故障干扰的引入是培训的最重要内容，它能测试一个学员对工厂发生问题的分析和进行正确

反应的能力。在 DYNSIM 中，您可以创建任意数量的故障干扰，可以有选择性地保存下来以便重新调用。每个故障干扰直接影响一个模型对象（如泵、阀门、开关等等），用户选择了

某个对象进行故障干扰后，DYNSIM 则能显示一个自定义的窗口，反映与该对象类型相关的故障特征。

4.1.3.7 控制库

DYNSIM 有很多控制模块，几乎所有的控制逻辑都能在 DYNSIM 中描述，并且可以用DYNSIM 对这些逻辑进行优化。

尽管许多控制策略是根据经验来开发的，但是如今的工厂已经越来越复杂，热量更加集

成，操作要求越来越高，以满足质量、产量、安全和环境的要求。在这种情况下，这些方法

就显得有些力不从心。而动态模型却可以帮助过程控制工程师快速开发、评价、测试和调整

控制方案，无论是新的，还是旧的工艺。另外，动态模型往往是展示新的控制策略性能的关

键技术，用于说服工厂工程师和操作人员采纳和接收新的工艺变更。

DYNSIM 带有自己的通用控制块库，工程师可以将其用于创建复杂的控制方案。

控制库中的模块可用于两个目的。既可以联合起来提供传递函数，或集成到一个模型中

提供一个功能控制系统。 PID 控制器防喘控制器主均衡器双输入开关多输入选择 n：提供任意数量点

的最高、最低、中间或平均值速率限制 Lead Lag 控制自定义逻辑

脉冲定位器 Latch 控制逻辑和逻辑或函数生成器计算器加和计时器

4.1.3.8 PRO／II 转换器

DYNSIM 可与 Invensys 的旗舰产品 PRO／II 稳态模拟器进行完全集成。在 DYNSIM 中可以直接打开 PRO／II 的模拟文件，并自动转换为�

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