ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Газотранспортні підприємства-це підприємства, основним видом діяльності яких є магістральне транспортування газу і, іноді, супутніх нафтопродуктів. У наш час газ як джерело енергії використовується практично повсюдно, на всіх заводах і фабриках. Кожен з нас звик бачити красивий блакитний вогник у себе на кухні. Тому, важко переоцінити всю важливість роботи газотранспортних підприємств. На перший погляд може здатися, що нічого складного в їх діяльності немає-газ сам тече по трубах. Однак, це зовсім не так. Труби до 1,4 м діаметром, 75 атм. робочий тиск в трубі,складны установки для компримування і розподілу газу. І весь цей комплекс не можна просто зупинити ні на одну хвилину.

Безліч об'єктів газотранспортних компаній складають газотранспортну систему країни, окремого регіону, міста. А всією цією системою необхідно якось керувати .Для управління газотранспортною системою створюються диспетчерські пункти та відповідні автоматизовані системи з ієрархічною структурою. Основою побудови таких систем є принцип єдності та сумісності математичного, інформаційного і технічного забезпечення АСУ всіх рівнів управління.

1. Актуальність теми

Найбільш актуальними проблемами диспетчерської служби газотранспортного підприємства є завдання забезпечення безпечної експлуатації і поліпшення управління процесами транспорту газу. Для вирішення даних завдань розробляються і впроваджуються системи диспетчерського управління і системи автоматизації, включаючи системи телемеханіки. Однак при використанні «традиційної» системи телемеханіки та диспетчерського управління задачу аналізу ситуації і прийняття рішень вирішує людина-диспетчер. В умовах необхідності прийняття відповідальних рішень в обмежені терміни (особливо при локалізації аварій) і на основі аналізу багатокритеріальних даних навантаження на диспетчера істотно зростає. Завдання прийняття рішень ускладнюється при необхідності аналізу технологічного об'єкта складної структур, наприклад, закільцьованої трубопровідної системи перемичками і різними варіантами потоків газу.

Аналіз низки аварій в газовій галузі показав, що однією з причин аваріям є помилки диспетчерського персоналу, неприйняття або прийняття неправильних керуючих рішень. До того ж постійно зростають вимоги, які пред'являються до якості виконання операторами і диспетчерами своїх функцій у людино-машинної системі управління [ 3 ]

Виходячи з вищесказаного, особливу роль набуває автоматизація прийняття рішень в галузі управління газопроводами та іншими розподіленими об'єктами. Необхідно забезпечувати допомогу диспетчеру в аналізі поточного режиму роботи об'єкта, автоматизувати ідентифікації аварійних ситуацій та видачу диспетчеру рекомендацій щодо їх локалізації та усунення при максимальному збереженні працездатності газотранспортної системи або іншого технологічного об'єкта в цілому, що можна забезпечити за допомогою систем підтримки прийняття рішень (СППР). Поставлені завдання вирішуються СППР за рахунок первинної автоматичної обробки даних, що надходять від систем телемеханіки та інших систем, проведення розрахунків і моделювання режимів роботи об'єкта, а також застосування компонентів експертної системи у вигляді правил з описом можливих ситуацій в системі з відповідними рекомендаціями диспетчеру.

2. Об'єкт опису

Об'єкт опису-процес транспортування газу по ГТС (технологічний процес). Найпоширенішим способом доставки газу споживачам є транспортування по трубах.

Газотранспортна система (ГТС) у спрощеному уявленні складається з лінійної частини (трубопроводів) і газокомпресорних станцій (насосів). Під лінійною частиною маються на увазі магістральні газопроводи і газопроводи відводи, а також деякі інші технологічні об'єкти. Газокомпресорні станції (ГКС), названі для простоти насосами, являють собою надзвичайно складні технологічні об'єкти. До найбільш поширених технологічних об'єктів лінійної частини газотранспортної системи можна віднести: кранові майданчика (КП), газорозподільні станції (ГРС), станції катодного захисту (СКЗ) ( мал.1 ). КП служать для перерозподілу газових потоків між газопроводами, локалізації деяких ділянок газопроводів при аварійних ситуаціях або ремонтних роботах і т.п. СКЗ встановлюються для захисту труб магістрального газопроводу від корозії. На ГРС проводиться підготовка газу для кінцевого споживача: зниження і регулювання тиску, одоризація та ін [ 7 ] < p>

Спрощенне уявлення газотранспортної системи

Малюнок 1 - Спрощене уявлення газотранспортної системи
(анімація: 9 кадрів, 7 циклів повторення, 30,7 кілобайт)

Однією з основних завдань розвитку автоматизованих систем управління в газовій промисловості є завдання створення та розвитку автоматизованої системи оперативно-диспетчерського управленія.То є для управління газотранспортною системою створюються диспетчерські пункти та відповідні автоматизовані системи з ієрархічною структурою: Центральний диспетчерський пункт газотранспортного підприємства (ЦДП ГТП)-Диспетчерський пункт ЛПУ-ДП віддаленої компресорної станції (за наявності такої)-ДП компресорного цеху.

Нижче наведено приклад фрагменту ГТС.

Приклад фрагмента газотранспортної сістеми

Малюнок 2 - Приклад фрагмента газотранспортної системи

МГ1, МГ2-магістральні газопроводи;

ГРС-газорозподільні станції;

КП-кранові майданчики;

СКЗ-станції катодного захисту;

КС-компресорна станція.

Перед пуском газу по трубах його необхідно підготувати. Справа в тому, що разом з природним газом з свердловини виходять різні домішки, які можуть зіпсувати обладнання. Газ очищають від них кілька разів: безпосередньо при виході з свердловини, в наземних сепараторах, а потім ще при транспортуванні і на компресорних станціях. Далі газ осушують, охолоджують за допомогою холодильних установок або шляхом дроселювання (пониження тиску в місці звуження трубопроводу).

В даний час з точки зору ефективності максимальним діаметром газопроводу вважається 1420 мм. Найбільшою в світі є російська газотранспортна система з довжиною магістральних газопроводів на її території в 161,7 тис. км. Довжина українських магістральних газопроводів разом з газопроводами-відводами-5094, 408 км. [ 5 ] < p>

3. Цілі і завдання магістерської роботи

Метою роботи є підвищення ефективності управління технологічними процесами магістрального транспорту газу за рахунок розробки методів і моделей підтримки прийняття диспетчерських рішень.

Для вирішення зазначеної мети поставлені такі завдання:

  1. Аналіз методів і моделей управління газотранспортною системою з урахуванням специфіки технологічних процесів
  2. Дослідження моделей компонентів газотранспортної системи і параметричне опис їх взаємозв'язку
  3. Розробка процесно-орієнтованого підходу до формалізованого поданням технологічних процесів транспорту газу
  4. Розробка дискретно-неперервних моделей управління газотранспортною системою у вигляді гібридного автомата
  5. Перевірка адекватності розробленої моделі та визначення її ефективних параметрів
  6. Розробка рекомендацій для газотранспортних підприємств на основі експериментальних даних

4. Огляд методів та алгоритмів моделювання

Моделювання технологічного процесу дозволяє: точно визначити елементи технологічного процесу, які необхідно вдосконалити; кількісно оцінити залежність точності процесу обробки від технологічних факторів; прогнозувати ефект впровадження тих чи інших заходів по поліпшенню технології; створити математичну базу для розробки автоматизованих систем управління.

Процес побудови моделей можна представити таким чином:

Процес побудови моделей

Малюнок 3 - Процес побудови моделей

На першому етапі створення моделі виділяються ознаки, що характеризують систему і системоутворюючі елементи, а також відносини, на яких реалізуються ці ознаки. Це дозволяє визначити досліджуваний об'єкт як систему. На другому - визначається мета моделювання системи. На третьому етапі на кожному рівні деталізації розробляються математичні моделі та моделі координаторів для взаємодії між уровнямі.На першому рівні вивчають цікаву систему (об'єкт моделювання) і описують її змістовно. Такий опис називають концептуальної (змістовною) моделлю, яка представляє собою словесний опис математичної формулювання завдання. Потім формулюють концептуальну модель, для чого розробляють структуру моделі. Це структурний або топологічний рівень формування моделі, на якому модель записується у вигляді балансових співвідношень і обмежень. Далі на алгоритмічній рівні розробляють алгоритм розв'язання математичної моделі. Програмна реалізація якого відповідає наступного рівня деталізації - параметричного, на якому визначаються параметри моделі. І далі на останньому рівні проводиться перевірка адекватності моделі модельованого об'єкту. [ 8 ]

Для моделювання роботи виробничих процесів можуть бути застосовні такі методи [ 3 , 7 ]:

  • Аналітичне (математичне) і чисельне моделювання
  • Імітаційне моделювання
  • Фізичне моделювання
  • Натурне моделювання.
  1. Аналітичні і чисельні методи моделювання

    Ці методи дозволяють отримати характеристики системи як деякі функції параметрів її функціонування. Таким чином, модель являє собою систему рівнянь, при вирішенні якої отримують параметри, необхідні для розрахунку вихідних характеристик системи. Але часто внаслідок складності більшості реальних систем їх закінчене математичний опис (модель) або не існує, або ще не розроблені аналітичні методи рішення створеної математичної моделі. По-друге, при виведенні формул, на яких грунтуються аналітичні методи, приймаються певні припущення, які не завжди відповідають реальній системі.

    Прикладом є лінійне програмування, де для постановки завдання задається система рівнянь: одне цільове (мінімум або максимум) і ряд обмежень. Окремий випадок лінійного програмування - мережева завдання. Інший приклад даних методів моделювання - нелінійне програмуванні. Воно застосовується, коли залежності між величинами не можна виразити лінейно.К цій групі методів так само відносять метод кінцевих різниць, метод кінцевих елементів, методи ітерацій, пряме чисельне моделювання (один з методів чисельного моделювання течій рідини чи газу).

    Переваги методів: не вимагає великих витрат на проведення, широка область застосування, простота деяких методів і можливість отримання рішення без застосування ЕОМ [ 9 ].

    Недоліки методів: найчастіше досить складно побудувати модель адекватно враховує всі фактори [ 9 ].

  2. Імітаційні методи моделювання (статистичні)

    Суть імітаційного моделювання (ІМ) полягає в імітації процесу функціонування системи в часі, з дотриманням таких же співвідношень тривалості операцій як у системі оригіналі. При цьому імітуються елементарні явища, що становлять процес, зберігається їх логічна структура, послідовність протікання в часі. В результаті застосування ІМ отримують оцінки вихідних характеристик системи, які необхідні при вирішенні завдань аналізу, управління та проектування.

    Є різні методи ІМ, наприклад, на основ мереж, за допомогою графів і кінцевих автоматів.

    Переваги методу: широке коло вирішуваних завдань, можуть вирішувати завдання практично будь-якої складності, можна провести необмежену кількість експериментів з різними параметрами [ 9 ].

    Недоліки методу: складність опису всіх умов і вимоги обчислювальної потужності [ 9 ].

  3. Фізичне моделювання

    Це експериментальне моделювання, засноване на фізичному подобі зменшеною в розмірах моделі.

    Переваги методу: область застосування недоступна іншим методам [ 9 ].

    Недоліки методу: метод може дати надійні результати лише при дотриманні фізичної подібності моделі [ 9 ].

  4. Натурне моделювання

    Ставить у відповідність реальному об'єкту його матеріальний макет або ставиться експеримент на самому досліджуваному об'єкті, який при спеціально підібраних умовах досвіду служить моделлю самого себе.

    Переваги методу: можливість протестувати об'єкт моделювання в реальних умовах [ 9 ].

    Недоліки методу: високі витрати на створення моделі [ 9 ].

5. Огляд прикладних програм

Існують наступні програми, застосовувані для моделювання роботи, аналізу та управління роботою ГТС:

  1. Програма SPS для підтримки прийняття диспетчерських рішень (включає різні програмні продукти) Основні функції: відстеження складу і властивостей, імітація теплових умов, розрахунок ємності трубопровідної системи.
  2. PSIPrognosis-програSynerGEE-розрахунки та оптимізація режимів роботи трубопровідних сетей.Фізіческое моделювання
  3. SynerGEE-розрахунки та оптимізація режимів роботи трубопровідних мереж.
  4. Galiom-Управління цілісністю обладнання (RBI, RCM).
  5. Uptime-управління цілісністю трубопроводів.
  6. Scada-системи (Supervisory Control And Data Acquisition-Диспетчерське управління та збір даних). Це промислові керуючі системи, призначені в першу чергу для збору інформації про об'єкт управління, її відображення і архівуванні.
  7. Комплекс програм «АРМ диспетчера». Автоматизоване робоче місце (АРМ) диспетчера (оператора) призначено для оперативного спостереження за однією або декількома частинами технологічного процесу об'єкта автоматизації, а також для управління обмеженою частиною обладнання.
  8. Комплекс програм «Режимний журнал диспетчера». Комплекс по збору, відображенню даних у зручному вигляді, а також междууровневому обміну інформацією.

Основні недоліки програм: складність впровадження і роботи, не завжди пояснюються результати, не скрізь враховується специфікація ГТС України.

6. Математична постановка задачі

У штатному режимі функціонування ГТС вирішується завдання мінімізації енерговитрат на транспортування при дотриманні плану поставок газу, а в аварійному режимі вирішується завдання мінімізації втрат [ 2 ].

Потужність, що витрачається на перекачування газу через заданий трубопровід із заданим середнім тиском пропорційна витраті газу в кубі (L 3 ).

Таким чином можна записати, що витрата енергії на перекачування газу дорівнюватиме:

W=K×L3×Т

Де К-коефіцієнт пропорційності характерний для заданих умов (опір трубопроводу, властивості газу, тиск)

Т-період часу

L-витрата газу

Кількість газу, яка буде перекачана за час Т складе:

Удільн. Затр. Єнергії=W/M=K×L3×T/L×T=K×L2→min

Для втрат газу маємо:

Δp=ξ×ρ×u2/2

де ξ—коефіцієнт опору труби, u&mdashсередня по перерізу швидкість газу, ρ—газова постійна.

Висновок

Проведення розрахунків та моделювання режимів роботи об'єктів газотранспортних мереж є актуальною і до кінця не вирішеним завданням, тому що з одного боку моделювання важливо для поліпшення ефективності роботи газотранспортних мереж, але з іншого боку існує велика кількість методів моделювання і всі вони не ідеальні і мають недоліки. У ході работибилі розглянуті основні групи методів моделювання виробничих процесів і виконана постановка задачі, яка дозволить надалі створити працездатну модель процесу транспорту газу.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: зима 2013-2014 рр. Повний текст роботи та матеріали по темі можна буде отримати у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Абузова Ф.Ф., Алієв Р.А., Новосьолов В.Ф. та ін Техніка та технологія транспорту і зберігання нафти і газу. -М.: Надра, 1992. - 320 с.
  2. Алієв Р.А., Бєлоусов В.Д., немудре А.Г. та ін Трубопровідний транспорт нафти і газу. - М.: Надра, 1988
  3. Блок моделювання і прогнозування режимів роботи газотранспортних мереж ( http:/ / www.atgs.ru )
  4. Новицький К.А. Завдання управління потоками в транспортній системі: зб. науч. тр. МАДИ. Ротапринт МАДИ - М., 2009
  5. Офіційний сайт ПАТ «Укртрансгаз» ( Укртрансгаз )
  6. Сарданашвілі С.А. Розрахункові методи та алгоритми (трубопровідний транспорт), М.-2005
  7. Стаття «Рішення з організації зв'язку і передачі даних по лінійній частини магістральних газопроводів» (www.cta.ru/cms/f/342654.pdf )
  8. Стаття «Види математичних моделей. Ієрархічна структура моделей гнучкої хіміко-технологічної системи» (http://cisserver.muctr.ru/alk/cis-mathmod/lectures/lecture4/lecture4.php)
  9. Стаття «Методи моделювання виробничих процесів» ( www.tehnomag.ru/doc/203858 . html )