HTRI SmartPM™ - Phần mềm mô phỏng nhiệt

Tổng quan về HTRI SmartPM™

HTRI SmartPM™ là nền tảng phần mềm phục vụ chuyển đổi số, giám sát hiệu suất, phân tích, dự báo và tối ưu hệ thống trao đổi nhiệt công nghiệp.

SmartPM kết hợp các phương pháp tính toán truyền nhiệt của HTRI với dữ liệu vận hành thực tế, mô hình vật lý và các phương pháp phân tích dự báo để xây dựng Digital Twin – mô hình số của thiết bị và mạng thiết bị đang vận hành.

Khác với việc chỉ kiểm tra thiết bị tại một điều kiện thiết kế cố định, SmartPM cho phép doanh nghiệp theo dõi diễn biến hiệu suất theo thời gian, hiểu nguyên nhân của sự thay đổi, dự báo xu hướng trong tương lai và đánh giá trước tác động của các quyết định vận hành hoặc bảo trì.

SmartPM có thể được ứng dụng cho các mạng lưới gồm thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị làm mát bằng không khí và lò gia nhiệt, đặc biệt tại những hệ thống phức tạp hoặc chịu ảnh hưởng lớn của cáu cặn.

Mô hình SmartPM hiển thị một số ví dụ về quá trình gia nhiệt sơ bộ thô

Digital Twin trong SmartPM hoạt động như thế nào?

Một hệ thống SmartPM có thể được hiểu theo quy trình:

Thiết bị thực tế → dữ liệu vận hành → mô hình Digital Twin → tính toán hiệu suất → phân tích và dự báo → hỗ trợ quyết định vận hành/bảo trì

Các thông số đo tại nhà máy như: lưu lượng; nhiệt độ; áp suất; điều kiện dòng; thành phần hoặc tính chất lưu chất… được đưa vào mô hình của thiết bị.

SmartPM sử dụng các mô hình kỹ thuật chi tiết của HTRI để tính toán những thông số mà hệ thống đo lường thông thường không thể cung cấp trực tiếp. Qua đó, người vận hành có thể theo dõi tình trạng của từng thiết bị cũng như ảnh hưởng của thiết bị đó đến toàn mạng trao đổi nhiệt.

Mô hình không chỉ phản ánh trạng thái hiện tại mà còn có thể sử dụng dữ liệu lịch sử và các mô hình dự báo để đánh giá hiệu suất trong tương lai.

Các chức năng chính của SmartPM

1. Giám sát hiệu suất thiết bị theo thời gian

Trang tổng quan có thể tùy chỉnh chuyển đổi các thông số chính của hiệu suất thành thông tin chuyên sâu

SmartPM theo dõi các chỉ số hiệu suất quan trọng của thiết bị trao đổi nhiệt và lò gia nhiệt bằng các phương pháp tính toán chi tiết của HTRI. Người sử dụng có thể theo dõi:

• Hiệu suất truyền nhiệt;
• Nhiệt tải;
• Nhiệt độ;
• Tổn thất áp suất;
• Tình trạng cáu cặn;
• Các thông số vận hành quan trọng;
• Xu hướng suy giảm hoặc phục hồi hiệu suất sau bảo trì.

Kết quả có thể được xem trong SmartPM hoặc trao đổi với hệ thống quản lý dữ liệu của nhà máy thông qua kết nối hai chiều. 

2. Phân tích và dự báo cáu cặn

Fouling – cáu cặn là một trong những nguyên nhân quan trọng gây suy giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị. Khi cáu cặn tăng, nhà máy có thể phải đối mặt với:

• Giảm khả năng thu hồi nhiệt
• Tăng nhu cầu nhiên liệu;
• Tăng tổn thất áp suất;
• Hạn chế công suất;
• Tăng chi phí vận hành;
• Tăng nhu cầu vệ sinh và bảo trì thiết bị.

SmartPM hỗ trợ theo dõi diễn biến cáu cặn và sử dụng các mô hình dự báo để ước tính xu hướng trong tương lai. Các phương pháp dự báo của HTRI có thể xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng như:

• Nhiệt độ bề mặt;
• Điều kiện dòng chảy;
• Thành phần của dòng công nghệ;
• Vật liệu bề mặt truyền nhiệt.

Việc kết hợp mô hình vật lý, dữ liệu vận hành và các phương pháp dự báo dựa trên AI giúp doanh nghiệp hiểu rõ hơn hành vi cáu cặn của thiết bị và xây dựng chiến lược vận hành phù hợp.

3. Tối ưu kế hoạch vệ sinh thiết bị

Không phải lúc nào vệ sinh thiết bị sớm nhất cũng là phương án kinh tế nhất. Dừng thiết bị để vệ sinh làm phát sinh chi phí và có thể ảnh hưởng đến sản xuất, trong khi để thiết bị hoạt động quá lâu trong tình trạng cáu cặn lại gây tổn thất năng lượng và hiệu suất.

SmartPM hỗ trợ doanh nghiệp đánh giá:

• Thiết bị nào cần ưu tiên vệ sinh;
• Thời điểm vệ sinh phù hợp;
• Ảnh hưởng của việc vệ sinh một thiết bị tới toàn mạng;
• Mức cải thiện khả năng thu hồi nhiệt;
• Tác động tới năng lượng và vận hành.
• Nhờ đó, kế hoạch bảo trì có thể được xây dựng trên cơ sở dữ liệu và hiệu suất thực tế thay vì chỉ dựa vào chu kỳ cố định.

4. Đối soát và nâng cao chất lượng dữ liệu vận hành

Dữ liệu cảm biến trong nhà máy không phải lúc nào cũng đầy đủ hoặc hoàn toàn chính xác. SmartPM có chức năng data reconciliation – đối soát dữ liệu, giúp:

• Giảm ảnh hưởng của sai số đo;
• Ước tính các thông số còn thiếu;
• Phát hiện các giá trị đo bất thường;
• Xác định những cảm biến có khả năng gặp vấn đề;
• Tạo bộ dữ liệu đáng tin cậy hơn cho việc đánh giá hiệu suất.

Khả năng này đặc biệt quan trọng đối với Digital Twin vì độ chính xác của kết quả phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng dữ liệu đưa vào mô hình.

5. Hỗ trợ xử lý sự cố

SmartPM giúp kỹ sư nhận biết những thay đổi bất thường trong hiệu suất thiết bị. Khi kết hợp với các mô hình chi tiết của HTRI, người sử dụng có thể phân tích sâu hơn các vấn đề liên quan đến:

• Suy giảm truyền nhiệt;
• Cáu cặn;
• Nhiệt độ bề mặt;
• Nguy cơ ăn mòn;
• Rung động do dòng chảy;
• Điều kiện vận hành bất thường.

Khả năng theo dõi xu hướng theo thời gian giúp đội ngũ kỹ thuật phát hiện vấn đề sớm hơn và có cơ sở tốt hơn để xác định nguyên nhân.

6. Phân tích các kịch bản “What-if”

Một trong những lợi ích quan trọng của Digital Twin là có thể thử nghiệm thay đổi trên mô hình trước khi áp dụng vào thiết bị thực tế. SmartPM cho phép xây dựng các kịch bản để đánh giá ảnh hưởng của:

• Thay đổi điều kiện vận hành;
• Thay đổi lưu lượng;
• Thay đổi phân chia dòng;
• Vệ sinh một hoặc nhiều thiết bị;
• Thay thế thiết bị;
• Cải tạo mạng trao đổi nhiệt;
• Thay đổi loại nguyên liệu;
• Thay đổi cấu hình hệ thống.

Qua đó, doanh nghiệp có thể so sánh nhiều phương án trên cơ sở hiệu suất kỹ thuật, năng lượng, vận hành và kinh tế trước khi quyết định triển khai.

7. Tối ưu phân chia dòng

Trong các mạng trao đổi nhiệt có nhiều nhánh song song, cách phân chia lưu lượng ảnh hưởng trực tiếp đến:

• Khả năng thu hồi nhiệt;
• Vận tốc dòng;
• Tổn thất áp suất;
• Nhiệt độ đầu ra;
• Mức độ cáu cặn.

SmartPM có khả năng phân tích và điều chỉnh flow split – phân chia dòng nhằm tìm phương án vận hành phù hợp hơn. Việc tối ưu phân chia dòng có thể giúp giảm nguy cơ cáu cặn, duy trì nhiệt độ công nghệ cần thiết và cải thiện hiệu quả truyền nhiệt của toàn hệ thống. 

8. Phân tích thu hồi nhiệt và cải tạo mạng trao đổi nhiệt

SmartPM 6.0 bổ sung các công cụ nâng cao phục vụ đánh giá và cải tạo mạng trao đổi nhiệt. Phần mềm có thể sử dụng các phương pháp phân tích pinch để xác định những khu vực trong hệ thống còn tiềm năng cải thiện khả năng thu hồi nhiệt.

Các công cụ trực quan hóa có thể hỗ trợ:

• Xây dựng đường composite của dòng nóng và dòng lạnh;
• Đánh giá nhu cầu tiện ích nóng và lạnh;
• Xác định pinch point;
• Đánh giá chênh lệch nhiệt độ truyền nhiệt;
• Nhận biết thiết bị hoặc khu vực đang vận hành kém hiệu quả.

Sau khi xác định cơ hội cải thiện, kỹ sư có thể mô phỏng phương án thay đổi và đánh giá ảnh hưởng đến năng lượng cũng như hiệu quả kinh tế trước khi thực hiện cải tạo thực tế.

9. Giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải

Khi khả năng truyền nhiệt của thiết bị suy giảm, đặc biệt trong mạng gia nhiệt nguyên liệu, nhà máy thường phải bổ sung năng lượng từ các nguồn khác như lò gia nhiệt. Việc quản lý tốt hiệu suất mạng trao đổi nhiệt có thể giúp:

• Tăng khả năng thu hồi nhiệt;
• Giảm nhiệt tải yêu cầu từ lò;
• Giảm tiêu thụ nhiên liệu;
• Giảm năng lượng lãng phí;
• Hỗ trợ giảm phát thải.

SmartPM cho phép doanh nghiệp đánh giá những vấn đề này trên toàn mạng thay vì chỉ xem xét từng thiết bị riêng lẻ. 

Những điểm mới đáng chú ý của SmartPM 6.0

Hỗ trợ nhiều loại thiết bị hơn

Các phiên bản SmartPM trước đây tập trung chủ yếu vào các thiết bị vỏ – ống được mô hình hóa bằng Xist. Bên cạnh Xist® – shell-and-tube exchanger, SmartPM 6.0 mở rộng hỗ trợ thêm các module của Xchanger Suite gồm:

• Xace® – thiết bị làm mát bằng không khí;
• Xhpe® – hairpin exchanger;
• Xjpe® – jacketed-pipe exchanger;
• Xphe® – plate-and-frame exchanger;
• Xspe® – spiral plate exchanger;

Nhờ đó, Digital Twin trong SmartPM có thể phản ánh tốt hơn các mạng công nghiệp thực tế sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau.

• Giám sát thiết bị làm mát bằng không khí: Việc tích hợp Xace với SmartPM cho phép đưa air-cooled heat exchanger vào mạng Digital Twin. Người vận hành có thể đánh giá ảnh hưởng của điều kiện môi trường và điều kiện công nghệ đến hiệu suất thiết bị, đồng thời nghiên cứu phương án vận hành quạt hoặc bảo trì hệ thống phù hợp với sự thay đổi theo mùa.

• Mô hình hóa các mạng liên kết nhiều phân xưởng: Trong thực tế, dòng công nghệ không phải lúc nào cũng giới hạn trong một phân xưởng. SmartPM 6.0 có khả năng mô hình hóa các mạng có dòng trao đổi giữa nhiều đơn vị công nghệ, ví dụ liên kết giữa: CDU – Crude Distillation Unit và VDU – Vacuum Distillation Unit.

Việc mô hình hóa như một hệ thống tích hợp giúp đánh giá khả năng thu hồi nhiệt và chiến lược bảo trì trên toàn mạng thay vì tối ưu từng phân xưởng riêng biệt.

SmartPM và Xfh Ultra – Digital Twin cho lò gia nhiệt

SmartPM có thể kết hợp với Xfh Ultra để theo dõi và phân tích lò gia nhiệt. Các chỉ số quan trọng có thể được theo dõi theo thời gian nhằm đánh giá:

• Hiệu suất lò;
• Điều kiện vận hành;
• Nhiệt độ tại các vị trí quan trọng;
• Ảnh hưởng của nhiên liệu;
• Suy giảm hiệu suất do cáu bẩn hoặc đóng xỉ;
• Các yếu tố liên quan đến an toàn và độ tin cậy.

HTRI đã công bố các trường hợp ứng dụng SmartPM kết hợp Xfh Ultra để đồng thời quản lý mạng trao đổi nhiệt và fired heater trong nhà máy.

Khả năng trực quan hóa và báo cáo

SmartPM cung cấp môi trường tập trung để theo dõi các chỉ số vận hành và xu hướng hiệu suất. Người sử dụng có thể:

• Theo dõi các thông số theo thời gian;
• Xem biểu đồ hiệu suất;
• So sánh dữ liệu lịch sử;
• Theo dõi kết quả tính toán;
• Xây dựng biểu đồ phục vụ phân tích;
• Tạo báo cáo;
• Chia sẻ thông tin giữa các nhóm kỹ thuật, vận hành và quản lý.

Điều này giúp chuyển một lượng lớn dữ liệu vận hành thành thông tin có thể sử dụng trực tiếp cho việc ra quyết định. 

SmartPM phù hợp với những đối tượng nào?

SmartPM có thể phục vụ nhiều nhóm trong doanh nghiệp:

• Bộ phận vận hành: Theo dõi tình trạng thiết bị, hiệu suất mạng và các giới hạn vận hành.

• Bộ phận bảo trì: Xác định thiết bị cần ưu tiên kiểm tra hoặc vệ sinh và hỗ trợ xây dựng kế hoạch bảo trì.

• Kỹ sư công nghệ và kỹ sư thiết bị: Phân tích nguyên nhân suy giảm hiệu suất, thử nghiệm các kịch bản vận hành và nghiên cứu giải pháp cải tạo.

• Bộ phận quản lý năng lượng: Đánh giá khả năng thu hồi nhiệt, mức tiêu thụ năng lượng và các giải pháp giảm nhiên liệu.

• Bộ phận kỹ thuật và R&D: Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi thiết kế, thiết bị, nguyên liệu hoặc điều kiện vận hành.

• Ban quản lý nhà máy: Có thêm dữ liệu kỹ thuật để hỗ trợ các quyết định liên quan đến sản xuất, bảo trì, năng lượng, đầu tư và môi trường. 

SmartPM được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?

SmartPM được HTRI ứng dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống trao đổi nhiệt của ngành lọc dầu, đặc biệt là các crude preheat train – mạng gia nhiệt dầu thô.

Nền tảng cũng được HTRI phát triển và áp dụng cho nhiều hệ thống khác trong:

• Lọc dầu;
• Hóa dầu;
• Chế biến hydrocarbon;
• Công nghiệp thực phẩm;
• Nhiên liệu sinh học;
• Các ngành công nghiệp có mạng trao đổi nhiệt và hệ thống nhiệt phức tạp.

HTRI cho biết hơn 100 mạng trao đổi nhiệt trên thế giới đã được mô hình hóa bằng SmartPM. Các ứng dụng thực tế được HTRI công bố bao gồm TotalEnergies, ENEOS, HelleniQ Energy và Shell Global Solutions.

Lợi ích khi triển khai HTRI SmartPM

SmartPM giúp doanh nghiệp chuyển từ cách quản lý thiết bị chủ yếu dựa trên dữ liệu lịch sử và kế hoạch bảo trì định kỳ sang cách tiếp cận dựa trên trạng thái thực tế và dự báo tương lai.

Những lợi ích chính gồm:

• Hiểu rõ hiệu suất thực tế của thiết bị;
• Phát hiện xu hướng suy giảm hiệu suất;
• Quản lý và dự báo cáu cặn;
• Tối ưu kế hoạch vệ sinh;
• Giảm các hoạt động bảo trì không cần thiết;
• Hỗ trợ xử lý sự cố;
• Tối ưu khả năng thu hồi nhiệt;
• Giảm nhu cầu năng lượng và nhiên liệu;
• Hỗ trợ giảm phát thải;
• Đánh giá phương án cải tạo trước khi đầu tư;
• Nâng cao khả năng phối hợp giữa vận hành, bảo trì và kỹ thuật;
• Hỗ trợ ra quyết định dựa trên dữ liệu.

SmartPM vì vậy không đơn thuần là một phần mềm mô phỏng nhiệt mà là nền tảng Digital Twin và quản lý hiệu suất cho các hệ thống truyền nhiệt công nghiệp.

Liên hệ tư vấn HTRI SmartPM

CIC cung cấp và tư vấn các giải pháp HTRI cho doanh nghiệp tại Việt Nam. Đối với các nhà máy đang có nhu cầu:

• Giám sát hiệu suất mạng trao đổi nhiệt;
• Xây dựng Digital Twin;
• Quản lý cáu cặn;
• Tối ưu kế hoạch vệ sinh thiết bị;
• Cải thiện khả năng thu hồi nhiệt;
• Giảm tiêu thụ năng lượng;
• Kết nối mô hình HTRI với dữ liệu vận hành;

CIC có thể phối hợp cùng khách hàng đánh giá yêu cầu và lựa chọn giải pháp HTRI phù hợp.