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Apros能源動力系統(tǒng)高精度動態(tài)仿真軟件

Apros是由芬蘭國家技術(shù)研究院VTT與芬蘭富騰工程技術(shù)有限公司Fortum聯(lián)合研發(fā)的熱力發(fā)電廠工藝過程及其自動控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真軟件。Apros具有30年的研發(fā)和成功應(yīng)用歷史，已被廣泛應(yīng)用于核電機組、燃煤火電機組、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、垃圾焚燒發(fā)電機組、工業(yè)過程蒸汽動力系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)的動態(tài)仿真。Apros不僅能夠用于創(chuàng)建熱力發(fā)電廠運行人員的仿真培訓(xùn)模擬器，還能夠用于其他一般熱能動力系統(tǒng)及其自動化系統(tǒng)的設(shè)計驗證及運行控制優(yōu)化。Apros的用戶廣泛分布于全球的發(fā)電企業(yè)、設(shè)計院、發(fā)電裝備制造企業(yè)、電力工程公司、電站自動化系統(tǒng)供應(yīng)商和科研機構(gòu)及大專院校。

Apros是一款多功能軟件，應(yīng)用于建模和分析不同的電廠的動態(tài)過程。它可以在普通的辦公電腦上使用。它主要應(yīng)用于核電站和火力發(fā)電廠中。軟件中的動態(tài)仿真模型能夠讓用戶輕松地檢查電廠的過程行為。且Apros能夠簡單快速地模擬系統(tǒng)的瞬變現(xiàn)象和不同的狀態(tài)。

Apros的一大優(yōu)勢在于它結(jié)合了******的流程建模與復(fù)雜的自動化建模。通過使用Apros，用戶可以看到過程和自動化如何協(xié)同工作，并且可以對整個集成系統(tǒng)進行詳細的研究和優(yōu)化。

Apros提供了嚴謹?shù)膭討B(tài)仿真模型來支持各項工程任務(wù)，它可以用于安全分析、過程設(shè)計、培訓(xùn)和自動化測試等等，有效利用動態(tài)仿真模型可以加速和提高工程水平。因此，用戶可以獲得更加高效的過程和更少的投資成本。Apros已廣泛應(yīng)用于行業(yè)中的多個項目，并且能夠獨立完成電廠整個過程的動態(tài)仿真。這些仿真可以根據(jù)不同的需要進行，因此一個計算模型可以用來滿足多種工程和項目的需求。

 

l  核電應(yīng)用

  Apros多任務(wù)處理

Apros廣泛應(yīng)用于核電廠的安全分析。在核領(lǐng)域，Apros已經(jīng)被用來模擬多種不同電廠的概念，其中包括沸騰和壓水反應(yīng)堆。

在整個項目周期以進化的方式處理過程中，Apros無疑是一款理想的軟件。隨著項目的進行和新的建模任務(wù)要求更加細致，Apros所建的模型也會更加精巧。在整個項目生命周期中，不同用戶可以直接使用同一個模型配置數(shù)據(jù)庫進行不同的任務(wù)。

這些優(yōu)勢能夠減少掌握軟件工具的技術(shù)人員及其培訓(xùn)成本。而模型維護是整個核電廠生命周期的一個重要問題，在對工藝設(shè)備或自動化系統(tǒng)進行電廠改造后，模擬器必須每年更新一次，有一個***新的模型是對電廠來說是非常有利的。

Apros的可擴展性使其在具體的小型模型分析上更有潛力，而且其模型還能在后續(xù)過程中擴展到覆蓋整個核電廠模型。

為您的核電站許可或建設(shè)項目選擇Apros，或者為NPP電力升級或自動化改造項目選擇Apros，可以為您在開發(fā)和維護階段帶來巨大的經(jīng)濟與時間效益。

  經(jīng)過驗證的嚴謹?shù)暮穗姀S模型

完整的反應(yīng)堆島、渦輪島以及包括自動化、儀表和電氣系統(tǒng)在內(nèi)的控制模型。

Apros包含嚴謹?shù)?、?jīng)過良好驗證的解算器和單元模型庫，用于整個核電廠過程和系統(tǒng)的動態(tài)模擬。這有利于用戶可以使用簡單的動態(tài)建模和仿真軟件，而不是在幾個工具中維護相關(guān)知識和***新的模型。

Apros軟件的靈活性使得用戶可以使用不同的模型，例如一維或三維中子學(xué)模型。同樣，在項目進行過程中，用戶可以開始使用Apros軟件中的自動化模擬，并當(dāng)它變得可用時，用自動化供應(yīng)商的具體詳細的仿真自動化代替。

Apros軟件擁有廣泛的代碼驗證程序和核安全模擬的******批準。

Apros軟件的熱工水力代碼和核庫單元模型已經(jīng)得到了廣泛的驗證，并被確定適用于BWR和PWR輕水反應(yīng)堆。驗證過程包括冷啟動和停機程序、正常操作模型、負載抑制以及各種事故和緊急情況等。每個新的Apros版本都會重復(fù)進行大量的代碼校核和驗證過程。

芬蘭輻射與核安全局（STUK）批準對Apros新核電廠進行事故分析。

Apros軟件擁有******獨立于供應(yīng)商的代碼，非常適合基準測試中的NPP瞬態(tài)分析。

  擁有全套工具和專家支持的高效軟件

Apros軟件的功能包括幫助用戶在NPP項目的動態(tài)模擬任務(wù)中增加模型配置、仿真分析、報告和模型維護等。這些功能提高了仿真項目的效率，并幫助用戶的項目專注于以下要點：

ü  憑借易用的Windows圖形用戶界面，快速模型配置，無需編程。

ü  憑借******模擬速度性能，可提高仿真速度。

ü  在年度修訂之后，會有自動模型驗證測試和模型更新報告。

除基本的建模和仿真功能外，Apros還包括一套完整的工具套件，為用戶增加以下的附加特性：

ü  Apros測試站：用于自動化檢查項目的綜合自動化測試工具。

ü  Apros培訓(xùn)站：操作員培訓(xùn)模擬器項目的集成指導(dǎo)工具。

ü  Apros連接工具：用于與各種自動化系統(tǒng)供應(yīng)商的激勵或仿真自動化系統(tǒng)進行連接

ü  外部模型集成工具：用于集成用戶自己的計算代碼和單元模型。

ü  分布式建模工具：用于生成分布式工具模型，以******限度地提高仿真速度。

遍布全球的高端用戶，項目專家的專業(yè)評價，對于Apros的推廣和提高具有重要作用。

  Apros在BWR和PWR項目中***新的成果

新建的核電廠在許可和建設(shè)項目上面臨很多子項目和挑戰(zhàn)，需要在項目過程中使用動態(tài)模擬：從概念設(shè)計和安全分析，過程和自動化設(shè)計，自動化邏輯測試，控制室人機界面設(shè)計，操作說明和測試到操作人員的全方面模擬器培訓(xùn)。在安全啟動后，電廠模型和模擬培訓(xùn)必須不斷更新，這意味著定期的模型維護程序取決于核電廠修訂計劃。

電力的升級，生命周期的延長，以及自動更新等項目正在全世界多個核電廠中開展。在這樣的改造項目中提出了嚴格動態(tài)仿真的平等挑戰(zhàn)和要求。另外，目前有一些全球研究中心正******于加速引進GEN4核電站方案，這對核電廠模型和軟件驗證提出了更高的要求。

對核電行業(yè)的好處：

ü  用于模擬整個核電廠過程的動態(tài)建模工具，其中包括自動化和電氣系統(tǒng)

ü  對應(yīng)多任務(wù)項目的單一工具：安全分析，工程項目，自動化測試和培訓(xùn)

ü  經(jīng)過充分驗證，嚴格的核模型和******認證

ü  近期正使用Apros進行的多任務(wù)BWR和PWR仿真項目

ü  高效建模和仿真結(jié)果分析

ü  針對特定任務(wù)量身定制的全套附加工具，如自動化測試和操作員培訓(xùn)

ü  有專家模型和產(chǎn)品支持

 

l  火電應(yīng)用

目前，Apros主要******于新一代高效清潔發(fā)電廠的建模。支持低排放清潔電廠建模仿真功能的開發(fā)工作已經(jīng)陸續(xù)開展，工作包括模擬氧氣的生產(chǎn)等。

Apros擁有火力發(fā)電廠動態(tài)仿真需求的所有功能。******的動態(tài)仿真模型可以非常******地模擬實際電廠的行為，從而使得多種方式應(yīng)用于電廠的整個生命周期中。例如，模型可應(yīng)用于電廠新建或改造的工程設(shè)計，或被進一步改造成培訓(xùn)模擬器，亦或是根據(jù)Apros提供的實時響對自動化系統(tǒng)進行測試。

  全面的模型庫

Apros包含的模型庫可用于對各類電廠操作進行模擬，包括流體管網(wǎng)以及電廠的燃料、煙氣和汽水管道的熱交換等。而且，Apros包含的庫還可用于對電廠的自動化系統(tǒng)和電力系統(tǒng)建模。這些功能可以用于各類汽輪機、余熱鍋爐、流化床和柴油發(fā)動機等電廠設(shè)備的建模。

Apros能夠模擬煤粉、爐排、鼓泡式流化床、循環(huán)流化床等不同種類的鍋爐；Apros也可用于對超臨界機組建模；軟件功能上也支持對煤、泥炭、天然氣和石油等各種燃料進行建模；Apros也可用于對燃料運輸系統(tǒng)建模。

  對柴油發(fā)電機進行建模

Apros的柴油發(fā)電機模型工具箱可用于各類柴油發(fā)動機的建模。用適當(dāng)?shù)哪K進行組合可以建立I型或者V型發(fā)動機，定義汽缸的號碼，將其與曲柄軸連接，并將渦輪增壓器也加入到流程中。通過利用Apros模塊相應(yīng)的參數(shù)屬性，特定的電機模型很容易得到發(fā)動機的技術(shù)數(shù)據(jù)。

參考案例——福斯特惠勒公司–波蘭瓦基莎電廠

Apros用于控制設(shè)計和動態(tài)過程的驗證。鍋爐是直流式超臨界循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐的設(shè)計燃料是煙煤，而代替燃料中含有濕泥煤（高達30%）和生物燃料（高達10%）。電廠功率是460 MW，蒸汽特性是360 kg/s，275 bar和560 ℃。

  Andritz ——余熱鍋爐的分析

在幾年時間內(nèi)，Andritz用Apros做了數(shù)萬次余熱鍋爐水循環(huán)的分析，這些研究包括在不同負荷和壓力條件下對自然循環(huán)的分析研究。

研究的分析目的是確保余熱鍋爐中不同部位的充分冷卻。

典型的仿真模型包括鍋爐的后部、前部和側(cè)壁，鍋爐管束、篩管、上汽包和下汽包，從汽包到主管的倒角管，側(cè)壁頭，篩管頭以及從水壁頭到汽包的立管。研究對新鍋爐和現(xiàn)有的老鍋爐都進行了分析。通過分析蒸汽體積分數(shù)，計算了鍋爐中各部分的流速和傳熱率，并用數(shù)值方法對鍋爐的可行性進行了評價。

 

l  海水淡化

Apros能夠模擬鹽水轉(zhuǎn)換成飲用水的過程

對很多國家來說，脫鹽水是一種重要的，甚至是******的淡水來源。生活水平的提高和人口的高速增長使得世界各地對于海水淡化廠的需求逐漸提高。

Apros全面的仿真流程和自動化組件庫，可以使得海水淡化廠的建模******簡單。通過模型，用戶可以清晰地了解到系統(tǒng)的整個動態(tài)響應(yīng)過程：

ü  給水流量的變化

ü  鹽水溫度變化

ü  鹽水再循環(huán)流的瞬變

ü  給水鹽度的變化

Apros可對整個海水淡化廠進行建模。Apros不僅可以計算鹽水的熱力學(xué)性質(zhì)，還擁有一個用于計算特殊反滲透的模塊。通過這些特點，Apros可以計算不同類型的熱脫鹽工藝和反滲透裝置的動態(tài)特性。Apros可對MSF-，MED-和RO-型的海水淡化廠進行建模。

在計算模型中，汽液混合物的狀態(tài)被定義為壓力、焓值和鹽分總濃度的函數(shù)。每個計算節(jié)點都可獲得鹽水的溫度、密度、沸點、飽和點、濃度以及蒸汽和固體鹽的質(zhì)量分數(shù)值。

 

l  集中供熱

Apros的集中供熱網(wǎng)建模與分析功能

Apros可用于對集中供熱網(wǎng)以及遠程集中供熱管路進行建模和分析。集中供熱系統(tǒng)是一種將區(qū)域的熱量集中，并把熱量分配給包括空間供暖和熱水供暖等在內(nèi)的住宅和商業(yè)供暖的系統(tǒng)。Apros是一款動態(tài)模擬此類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)工具。

Apros軟件包括全面的組件庫，用于對集中供熱網(wǎng)的所有組件（包括管道、閥門、泵、熱交換器和熱水庫等）進行建模。還可以使用自動化和電氣組件對整個網(wǎng)絡(luò)的I&C（控制泵功率、閥位、建模操作員指令等）進行建模。

Apros擁有為集中供熱網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)隧道建模的組件。因此，可以計算服務(wù)隧道在蒸汽或熱水泄漏等情況下的環(huán)境條件。

集中供熱管道可以直接連接到熱電聯(lián)產(chǎn)電廠模型。在這種情況下，可以施以不同的電廠動態(tài)瞬變，從而研究整個集中供熱系統(tǒng)的行為。

 

l  制漿造紙

  Apros應(yīng)用于制漿造紙

由于制漿造紙工藝具有多變的原料、復(fù)雜的過程以及多樣的終端產(chǎn)品等因素，因此制漿造紙對建模仿真來說是一個具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。Apros Paper是一款用于模擬動態(tài)造紙工藝以及制漿主要工藝的******工具。Apros包括用于詳細的仿真模型配置和高精度解決方案的高效工具，以及用于紙漿和紙張質(zhì)量建模和跟蹤光纖加工歷史數(shù)據(jù)的新工具。這些功能和工具大大增加了紙漿和造紙工藝中動態(tài)模擬器的利用潛力。

  理想的動態(tài)模擬工具

******的實時動態(tài)模擬器是在正?；蛱厥獠僮鳁l件（如Web Break）下期間檢查和設(shè)計流程與自動化配合情況的理想工具。此外，Apros Paper的動態(tài)模擬提供了用于研究由于設(shè)備或自動化故障，操作員操作或原材料質(zhì)量變化引起的干擾的工具。

  開發(fā)和優(yōu)化造紙工藝

Apros Paper已經(jīng)成功應(yīng)用于更快捷、更靈活的短循環(huán)過程和自動化理念的開發(fā)，如造紙機橫向控制系統(tǒng)開發(fā)（美卓自動化）、空氣沖擊干燥開發(fā)（Metso）、板機變化優(yōu)化（斯道拉恩索BM2，Kaukop，芬蘭）、系統(tǒng)擾動衰減的研究以及磨坊質(zhì)量和能量的平衡研究（M-real）等。

 

l  燃料電池

Apros應(yīng)用于固體氧化物燃料電池系統(tǒng)

Apros為高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）系統(tǒng)建模提供了一個多功能平臺。平臺包括了建模過程，自動化系統(tǒng)和功率控制等功能。雖然Apros的燃燒和自動化模型庫為SOFC系統(tǒng)建模提供了堅實的基礎(chǔ)，但是仍需要開發(fā)和添加更多模型以滿足SOFC系統(tǒng)的特定需求，例如對催化燃燒器、噴射器、脫硫設(shè)備、功率轉(zhuǎn)換設(shè)備和固體氧化物燃料電池平面堆疊模型等的建模。這項工作自2004年開展延續(xù)至今。

SOFC系統(tǒng)可以在800℃或更高的條件下運行。因此，環(huán)境和系統(tǒng)組件的熱損失管理問題對于系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。對于在標準PC和筆記本電腦上，Apros的組件模型進行的實時操作也足夠的******快捷。

Apros已在芬蘭的************項目和歐盟資助項目（LARGE-SOFC，FP6）中被用于固體氧化物系統(tǒng)組件和系統(tǒng)級的建模，其中過程級模型的模擬結(jié)果已經(jīng)與實際的SOFC單元進行了比較，證明其良好的******性，并且在標準計算機中的運行速度比實時速度快20倍。此外，Apros SOFC系統(tǒng)模型所取代的控制硬件測試已應(yīng)用于實際系統(tǒng)。以這種方式，自動化硬件可以在安裝實際系統(tǒng)之前進行測試。

Single solid oxide fuel cells.單一固體氧化物燃料電池

VTT的 5 kWe SOFC 示范裝置。該裝置在2007年結(jié)束的國家項目中以5Kw SOFC 平面堆運行了7000h。

Apros已經(jīng)在26個國家應(yīng)用，用戶包括核電廠、燃煤電廠、自動化供應(yīng)商、造紙廠和固態(tài)氧化物燃料電池系統(tǒng)開發(fā)商等。Apros已在多項工程任務(wù)中證明其重要性，其中包括安全分析、訓(xùn)練和過程優(yōu)化與設(shè)計等。

 

l  相關(guān)應(yīng)用：

  工程項目

Apros是支持工程項目的重要工具，其仿真模型可以用于測試動態(tài)過程變化。

Apros發(fā)電廠仿真模型可用于多功能任務(wù)：

ü  流程預(yù)設(shè)計

ü  自動化設(shè)計

ü  詳細的工藝流程設(shè)計

ü  規(guī)劃操作程序

ü  操作員的預(yù)培訓(xùn)和再培訓(xùn)

ü  分析和優(yōu)化

Apros在工程應(yīng)用方面的示例：

ü  設(shè)計新型高壓預(yù)熱器系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)

ü  設(shè)計蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的節(jié)流孔尺寸

ü  分析新的緊急補給罐

ü  功率增加分析

ü  分析蒸汽發(fā)生器控制系統(tǒng)

ü  分析蒸汽冷凝器的過程系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

ü  設(shè)計帶安全閥的初級卸壓回路

ü  調(diào)節(jié)過熱排水箱液位控制器

 

  安全分析

核電廠的安全分析一直是Apros***重要的應(yīng)用。例如，芬蘭輻射與核安全局（STUK）已經(jīng)批準了使用Apros進行的事故分析，并將它作為芬蘭核電廠的正式許可軟件。

Apros可用于對整個核電站的物理模型進行建模，包括BWR和PWR類型（沸騰和加壓水反應(yīng)堆）。計算模型包括：一維和三維反應(yīng)堆中子學(xué)、兩相熱工水力學(xué)、安全殼、I＆C系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和過程組件。在過去幾十年的許多項目中，Apros計算模型被廣泛驗證。

基于Apros計算模型的安全分析案例：

ü  失水事故

ü  蒸汽發(fā)生器管道破裂（一次泄漏）

ü  設(shè)計擴展條件分析

ü  加壓熱沖擊分析

ü  確認緊急和關(guān)閉程序

ü  控制桿失控

ü  預(yù)充氣式氣槍小計里程

ü  超壓保護分析

ü  給水損失

ü  降低給水溫度

ü  關(guān)閉主蒸汽隔離閥

ü  蒸汽發(fā)生器安全閥事故操作

ü  外部電網(wǎng)跳閘

ü  分析高油底殼溫度下的應(yīng)急系統(tǒng)

ü  主系統(tǒng)冷卻劑回路中硼濃度走勢

ü  給水泵汽蝕分析

ü  ATWS分析：蒸汽管路斷裂，主蒸汽管路中斷，預(yù)充氣式氣槍錯誤啟動

ü  次級電路中斷分析

 

  全方位培訓(xùn)模擬器

Apros已經(jīng)成功應(yīng)用于許多培訓(xùn)模擬器項目，以模擬工廠自動化流程。Apros仿真軟件成功結(jié)合了高精度和高仿真速度的優(yōu)點，這使得Apros成為全方位培訓(xùn)模擬器的******選擇。

Apros軟件包含了許多功能，使培訓(xùn)模擬器的構(gòu)建變得容易：

ü  快速簡便的建模

ü  綜合組件庫（過程，自動化，電氣等）

ü  所有電廠狀態(tài)的******快速計算（全功率，瞬變，停機）

ü  全廠在一個模型中建模

ü  對于核應(yīng)用，還有三維中子和放射性運輸模型

使用Apros培訓(xùn)站應(yīng)用程序，使用者可以輕松進行設(shè)計和培訓(xùn)。培訓(xùn)站可以提供以下工具：

ü  開始和保存標準課程

ü  創(chuàng)建新的初始條件

ü  序列用于自動進行訓(xùn)練

ü  改變模擬速度（慢，實時，快速）

ü  激活或禁用標準和特定的故障

ü  在滿足預(yù)定義的工藝條件后，可以定義條件故障自動激活

ü  使用測試站的重播功能來重復(fù)執(zhí)行培訓(xùn)

ü  報告培訓(xùn)的運行情況

Apros可以連接到具有標準通信接口的自動化系統(tǒng)和人機界面。與以前的項目相比，西門子和霍尼韋爾的自動化和顯示系統(tǒng)的連接已成功實現(xiàn)。電廠的自動化系統(tǒng)可以連接到Apros，使得工廠和模擬器自動化系統(tǒng)相同。