خانه > مقالات > مهندسی > مهندسی فرآیند > محاسبات در مهندسی فرایند (ترجمه کامل)
FIGURE 1. The most popular types of calculations are related to the sizing of lines, tanks, vessels, pumps, compressors heat exchangers and PSVs. This Figure shows these general items and their variations

محاسبات در مهندسی فرایند (ترجمه کامل)

مقاله Calculations in Process Engineering قبلا در پست epczoom.ir/archive/1077 به طور خلاصه معرفی و جهت دانلود ارائه شده بود. در این پست ترجمه کامل این مطلب ارائه می گردد.

انجام موضوعی محاسبات مهندسی فرایند در موثرترین حالت می تواند در این ۴ روش مطرح شود.

  1. هدف از محاسبات
  2. محتوای محاسبات
  3. روشی که در انجام محاسبات به کار برده می شود
  4. اجراکننده ی محاسبات

هدف از محاسبات

مهندسان به طور معمول محاسبات را به منظورهای متنوعی به شرح زیر انجام میدهند.

  1. انجام ارزیابی فنی و اقتصادی یک کارخانه یا واحد خاص مانند: تعادل گرمایی و حرارتی و انجام ارزیابی در مراحل اولیه از پروژه یا هنگام نوشتن مطالعات و یادداشت های فنی برای سهامداران استفاده می شود.
  2. سایز کردن، ارزیابی و تعیین کردن یک بخش از تجهیزات
  3. تولید یک واحد عملیاتی خاص

سایز کردن، ارزیابی و تعیین کردن سه هدف متفاوت مجزا از سعی های محاسباتی هستند.فرایند سایز کردن کل پروژه را از نظر تجهیزات تعریف می کند به همین دلیل سازنده ها می توانند آنها را با دانش کمی از فرایند تولید کنند. عملیات سایز کردن به طور معمول محاسباتی را شامل می شود که هدفشان شناسایی ناشناخته های مربوط به یک جز از تجهیزات و فراهم اوردن سازتده که ان جز از تجهیزات را تولید کند.

در مقابل، وقتی یک جز تجهیزات و یا ابزار سیستم را تعیین میکنند، مهندسین باید اطلاعاتی را برای سازنده تعریف کنند و میتوان از انها انتظار داشت که سازنده نیازهایشان را براورده کند. به عنوان مثال، وقتی یک مهندس قصد دارد که شیر اطمینان)(PSVبخرد، او (مذکر یا مونث)نقطه تنظیم،سرعت زدن و موارد دیگر از شیر اطمینان را تعیین می کند.این محاسبات  که مهندس یک شیر اطمینان را با سایز کردن قطر روزنه، ثابت فنر و موارد دیگر طراحی کند مورد نیاز نیست.

این واضح و مشخص است که هیچ مهندس فرایندی پمپ سانتریفوژ را با محاسبه ی قطر پیش برنده و زاویه ی پره تعیین نمی کند. امروزه مهندسین فرایند می توانند انتظار داشته باشند که سازنده ها اطلاعات بیشتر اماده خواهند کرد که مراحل طراحی را دنبال کنند و تجهیزات فرایند را تعیین کنند.درنتیجه، در بازار تعریف شده ی امروزی خیلی کم طراحی ناب وجود دارد بلکه بیشتر یک عنصر مشخص هنگام انجام محاسبات سایز کردن وجود دارد.

سایز کردن و تعیین کردن جنبه هایی مربوط به تجهیزات ابزاری هستند که قرار است بعدا خریداری شود.ارزیابی کردن جنبه ی دیگریست که محاسبات درارتباط با اجزای تجهیزات موجود را شامل می شود.در حین انجام ارزیابی، سوالهایی ست که مهندس سعی می کند تا پاسخ دهد که جز موجودی می تواند در کاربرد جدید استفاده می شود یا نه.ارزیابی محاسبات تجهیزات رایج برای یک توع خاص از سرویس و شرایط مورد نیاز می باشد.

محتوای تجهیزات

محاسبات شامل سه مرحله ی زیر است:

مرحله ۱ احتیاج به شناختن مقادیر ورودی مناسب (فرضیات)

مرحله۲ انتخاب و استفاده از روشهای مناسب که آن پارامترهایی را که در مرحله ۱ تعیین شده است را به پاسخی با دقت مورد نیاز در زمانی مناسب برساند.

مرحله ۳ شامل ارزیابی و تایید فرضیات و نتایج است.

مرحله ۱: شناختن  مقادیر ورودی مناسب (فرضیات)

مهندسین تازه کار تمایل به کار در این مرحله را دارند.اغلب در محیط دانشگاه، استاد مقدارهای داده شده را آماده می کند در صورتیکه در دنیای واقعی،این بستگی به مهندسین دارد که تعیین کنند کدوم مقدارهای ورودی و فرضیات به هم مربوط هستند.این مرحله سه مرحله ی زیر را در بردارد.

۱- پیدا کردن پارامترهای موثر:

مهندسین احتیاج به پیدا کردن پارامترهایی دارند که بر روی نتایج که آنها جستجو می کنند اثر خواهد گذاشت. به عنوان مثال،دریک موضوع خاص سه پارامتر M،N،P میتواند وجود داشته باشد. در این مرحله،این سه پارامتر نیاز دارند تا ارزیابی شوند به منظور اینکه ارتباطشان را با مسائل در دستمان شناخته شود.

در این مرحله، مهندس باید قادربه ارزیابی این سه پارامترM، N، P  باشد که تعیین کند به عنوان مثال، M  و P  پارامترهای مورد نیاز هستند یا (یا بیشترین پارامترهای مربوطه هستند) و اینها بیشتر در مرحله ی ۲ در نظر گرفته خواهد شد. یا با سطح دقت مورد نیاز،شاید فقط M  در مرحله ۲ در نظر گرفته خواهد شد.

۲- انتخاب مقدارهای عددی.

در این مرحله، یک مقدار عددی مورد نیاز است که باید برای پارامترهای تعریف شده در مرحله ی قبلی اختصاص و تعیین شود. بزرگی عددی این طرح یا ارزیابی این پارامترها یک محدوده ای از اعداد را برای همه سناریوهای مختلف شامل می شود که در حین کار اجرایی کارخانه با ان روبه رو می شود. به عنوان مثال،Mdesign = ۶  می تواند یک تصمیم درست باشد وقتی پارامتر M  می تواند مقادیر۲، ۳.۵، ۵  را در حین کار اجرایی کارخانه قبول کند.

سعی و خطا که به طول معمول به صورت حدسهای روشن و درستی در آغاز و برخی تنظیمات در طول مسیر بر طبق اون نتیجه ی نهایی اغلب مورد نیاز است.

بعضی حسابهای تخمینی می تواند به مهندسین برای حدسهای اولیه بهتر کمک کند و این می تواند کمک به کاهش در زمان محاسباتی نیز شود. علت این مسیر تکراری این است که هر روشی محدودیتهایی دارد و در پایان اولین اجرای محاسباتی، هر محدودیتی باید بررسی شود تا مطمئن شوند که آنها به هم مرتبط هستند.

مرحله  ۲: انتخاب روش صحیح

 این مرحله خیلی مهم است. روش انتخاب شده باید دقیق باشد  و زمان مهندسی مورد نیاز برای آن روش باید در همان  زمان قابل توجیه باشد. یک مهندس فرایند با تجربه باید قادر به تعریف کردن روش محاسباتی برای هر وضعیتی باشد که با دقت خاص و زمان مورد نیاز یا محدودیتهایی مواجه می شود.

به عنوان مثال، در حین سایز کردن یک لوله، یک مهندس باید اگاه از استاندارد های سایز لوله که پیش از این در بازار موجود است باشد. بنابر این اگر طراح سایز خط را با دو رقم اعشار گزارش کند بر طبق سایز های از پیش تعریف شده لوله، منطقی نیست.

در این بین، یک سناریو می تواند قابل تغییر به موارد دیگر باشد که قادر به استفاده از نسخه  ساده تر از آن روش در زمان کوتاه محاسباتی است. چنین تغییری فقط وقتی قابل قبول است که سناریو جدید خیلی دیدگاه محافظه کارانه تری داشته باشد. اگر چه در چندین مورد، روش ساده تر و دیدگاه محافظه کارانه تری که خیلی پیرو روش پیشین باشد مورد قبول نیست. در مورد های دیگرمهم و البته پیچیده تر مسیر باید طی شود. این روش ممکن است در وضعیتی  که بدترین حالت سناریو ست اتفاق بیفتد که منجر به ساخت تجهیزات فوق العاده بزرگ که خیلی سخت و پر هزینه هستند بشود.

بررسیهای زیر تعدادی از تغییرهایی که معروف هستند و امروزه از آنها به طور گسترده ای  استفاده می شود را نشان میدهد.

۱- روش ترمودینامیکی در مقابل روش پویا. روش ترمودینامیکی اغلب به واسطه ی خوش ساختی و شناخته بودن در آثار منتشره و داده ها انتخاب می شود. به عنوان مثال پیدا کردن مقدار دمای بخار از سطح مایعی که قابل تغییر است بستگی به پارامترهای مختلف و احتیاج به تجدید نظر در پدید ه های مختلفی که انتقال گرما و جرم را شامل می شود، دارد. اگر چه با تغییر در روش پویا (که در آن سرعت بخار محاسبه شده است) به ترمودینامیک (که در ان فقط فشار اشباع شده بخار بالاتر از سطح مایع محاسبه شده است)، سعی ما را در این راستا آسان تر خواهد کرد.

۲- فرض کردن حالت پایدار نسبت به شرایط ناپایدار. اغلب شرایط پایدار که روشی خوش ساخت و ساده در محاسبات که هم نرم افزارش و حتی برنامه صفحه گسترده اش مقرون به صرفه است انتخاب می شود. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل پدیده باز شدن شیر اطمینان (PSV) ذاتا کار آسانی نسبت به فرایند اجرایی ناپایدار نیست. اگرچه در حال سایز کردن شیر اطمینان  (PSV)، ما اغلب وسیع ترین جریان را که در حالت پایدار در نظر گرفته شده است برای چند میلی ثانیه در حال باز کردن شیر اطمینان انتخاب می کنیم.

مرحله ۳- بازبینی فرضیات و نتایج

این تنها پایان کار نیست اما مرحله بسیار سخت است. نتایج در حین اجرای دوم یا بازبینی مراحل اول و دوم خوانده می شود.

همانطور که گفتیم، طراحی فرایند به تکرار نیاز دارد تا به نتیجه ی تقریبی نزدیک شود. در محاسبات مربوط به سایز کردن و مشخص کردن یکی از سه راه زیر را نتیجه خواهد داد.

۱- یک مورد شامل یه قطعه تجهیزات کوچک و مقرون به صرفه. در این مورد، تجهیزات اغلب نمی تواند سفارشی باشد اما آن می تواند بر اساس عرف انتخاب شود. به عنوان نتیجه، قطعه نهایی از تجهیزات ممکن است دقیقا آن چیزی نباشد که مورد نیاز است بلکه به واسطه ی محاسبات و تنظیماتی که ممکن است مورد نیاز باشدمی تواند ان قطعه را به پیکر بندی کلیش متصل کند. به همین دلیل موثر تر خواهد بود که خصوصیاتی از استانداردهای ان تجهیزات عرفی را در حین انجام محاسبات در دست داشته باشیم به طوری که تنظیمات را می توان به عنوان محاسبات در حال ساخت انجام داد.

۲- یک مورد شامل سایز کردن محدود یا تجهیزات نسبتا پیچیده. در این مورد، تجهیزات به طور معمول در کارگاه سفارش می شود. این موضوع مهم است که ابعاد محدودیت کارگاه را در سوالاتی به خاطر داشته باشید. اگر آن قطعه خیلی بزرگ است، ان قادر خواهد بود تا در این زمینه ساخت و درست شود و قیمت بالاتری برای ان  در نظر گرفته خواهد شد. یک طراح بی دقت، ممکن است یک مخزن با قطر نیم متر بالای محدودیتهای کارگاه طراحی کند،بنابراین به علت بی خودی قیمت جهش ناگهانی خواهد داشت به خاطر اینکه مخزن ناگهان با تغییراتی به خاطر تجهیزاتی که در کارگاه ساخته می شود به تجهیزاتی که در سایت ساخته می شود مواجه می شود.محدودیتهای کارگاه اعمال نفوذ خواهد کرد نه فقط به وسیله ساخت و ساز با ماشین الات در کارگاه  بلکه به وسیله محدودیتهای جاده ای یا محدودیت وزن پل هوایی که بر روی حمل و نقل تجهیزات تا رسیدن به مقصد نهایی تاثیر خواهد گذاشت.

۳- یک مورد شامل قطعه بزرگی از تجهیزات  می شود. در این مورد تجهیزات به طور معمول  در سایت با قیمت بالاتر سفارش می شوند. این قیمت بالا به وسطه ی اثری ازسودمندیهای متنوع موردنیاز (اب و برق) و کارگران با تجربه که به انجا فرستاده خواهد شد  که به منظور ساخت جز بزرگتری در سایت حاضر شوند. در نتیجه، این مورد اغلب به عنوان اخرین راه حل استفاده می شود.

اجراکننده های محاسبات

به طور کلی از هر گروه از مهندسین فرایند انتظار می رود که قادر به به انجام دادن نوع مختلف محاسبات بر اساس طبقه بندی حدسی شان باشند.

  • مهندس تازه کار در زمینه مهندسی طراحی فرایند: سایز کردن مخازن و کشتی ها، محاسبات هیدرولیکی برای پمپها، کمپرسور  و شیرهای کنترلی. سایز کردن مبدلهای حرارتی و سایز کردن شیر های اطمینان بعد از دریافت مقادیراز طرف مهندس ارشد طراحی فرایند.
  • مهندس میانی طراحی فرایند / مهندس ارشد: همه ی موارد بالا در فازهای چند گانه (که فاز دو گانه جریان برای سایز کردن لوله ها) جداکننده ها (دو و سه فازی جدا کننده ها، درام های حذف کننده ی گاز، جدا کننده ها) ایتم های دیگر مخصوص صنعت  مانند برج تقطیر برای نفت، سیستم مبدلهای یونی برای تصفیه اب) شیر اطمینان (اجرا کننده برای اولین مرحله از سایز کردن شیر اطمینان که شامل تعریف کردن سناریو های فشار و پیدا کردن سناریو های معتبر و حاکم  در سرعت محاسبات مد نظر است.
  • مهندسین ارشد طراحی فرایند: راکتورها به خصوصی از نوع پیچیده ی آن و  تجهیزات مخصوص صنعت.

بهترین محیط محاسبه را انتخاب کنید

در برخی از شرکتها بیشتر محاسباتی که با دست انجام میشود قابل قبول است درحالیکه بعضی از شرکتهای دیگر استفاده از نرم افزار خاص را برای انجام محاسبات به کار میبرند. در انجام محاسبات دستی (در مقایسه با محاسباتی که در یک صفحه گسترده انجام می شود) یک اشکال واضح و روشن وجود دارد که هرگونی تنظیمی نیاز به انجام دوباره تمام مراحل خواهد داشت (به این معنی که هیچ ارتباطی بین معادلات وجود ندارد تا آنها به طور اتوماتیک بعد از انجام هر گونه تغییری در پارامترها به روز شوند).

در مقابل، در برنامه های صفحه گسترده مانند اکسل یا برنامه های مشابه، انجام هر گونه تغییرات در پارامترها به صورت اتوماتیک منجر به تنظیم محاسبات در مراحل بعدی می شود. تنها اشکال کار با این روش این است که تمام مراحل محاسبات همیشه قابل رویت نیستند و تعدادی از فرمولها در سلولهای اکسل از نظر پنهان میشوند. برای بیشینه کردن مزایا و کمینه کردن معایب کار با صفحات گسترده، گامهای زیر بایستی برداشته شود:

  1. اطمینان حاصل شود که همه محاسبات به هم در آن روش مرتبط هستند و از این رو هر ورودی به یک نتیجه منجر خواهد شد. در این راستا باید مواظب بود که هر گونه عدم ارتباطی هشدار دهنده است چون انجام هر تنظیماتی بر روی ورودی به خروجی مناسب مورد نظرمان نتیجه نخواهد داد.
  2. اطمینان حاصل شود که همه ورودی های دستی قابل رویت هستند و به طور دقیق می توان آنها را به طراح برای تغییرات مورد نظر ارائه داد. ورودیهای دستی مخفی شده، و امکان بالقوه برای تغییر آنها ممکن است توسط طراحان جدید قابل شناسایی نباشند.
  3. حصول اطمینان از اینکه کاربران جدید Macro های موجود را غیر فعال نکنند.
  4. حصول اطمینان از اینکه در صورت نیاز گزینه تکرار محاسبات فعال است.
  5. حصول اطمینان از خوانا بودن نتایج محاسبات بر روی صفحه مانیتور و نیز نسخه ی چاپی.
  6. حصول اطمینان از اینکه وقتی قابلیت اضافه شدن ردیف و ستون در الگوها در نظر گرفته شده، همه اطلاعات انتقال پذیر هستند. این انعطاف پذیری در برخی صفحات محاسبات طراحی پمپ وجود دارد.

درباره فاطمه درخشانی

دانش آموخته فوق لیسانس مهندس شیمی از دانشگاه Birmingham هستم. بعد از اتمام دوره و بازگشت به ایران بلافاصله دوره آموزشی "مهندسی طراحی و شبیه سازی فرایند" را در مجمتمع عالی نوین پارسیان گذراندم (این دوره مورد تایید وزارت علوم و تحقیقات و فن اوری می باشد). آماده همکاری مشترک با مهندسین ارشد به منظور کسب تجربه و دانش جدید و بازگشایی افق های روشن تر در آینده پیش رو.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *