WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

- для утечек, чтобы не дублировать существующие возможности, целесообразно брать значения на пределе чувствительности традиционных методов систем обнаружения утечек (3-5% от номинального расхода).

Этап выполняется только при инициализации системы диагностики и завершается её отладкой – накоплением в базе знаний решений алгоритма в процессе тестового ситуационного обучения.

На первом этапе предварительного поиска претендентов на решение S генерируется начальная популяция { }(=0) из N индивидов. Количество особей в популяции должно быть не менее удвоенного произведения видов диагностируемых осложнений k на количество замерных пунктов по трассе эксплуатационного участка трубопровода (m – 1), из которых не менее 50% популяции – это результаты диагностики предыдущих периодов времени, которые извлекаются из базы знаний. Вторая часть индивидов формируется из условия максимального охвата всего пространства поиска решений алгоритмом диагностирования. Применением одного из пакетов, реализующих генетический алгоритм с элитным отбором, циклической мутацией и диагональным кроссинговером, формируется неулучшаемая популяция хромосом, идентифицирующих локальные максимумы функции пригодности претендентов на решение.

Второй этап - уточнение локальных максимумов функций пригодности max S fit( |{@Gi}) по доминантным генам Gi подразумевает кластеризацию @ деление исходной популяции на группы {@W}, {@A}, {@D}, {@L}, {@ U} по принципу «родственной» близости индивидов. Применение операций генетического алгоритма в каждой группе с пропорциональным увеличением вероятности мутаций и уменьшения вероятности кроссинговера обеспечивает получение 5 решений, каждое из которых имеет своё максимальное значение функции пригодности в группе {@W}, {@A}, {@D}, {@L}, {@ U}. Нормированные значения этих функций определяют вероятность адекватности интерпретации результатов диагностирования технологических режимов:

fit Smax | G @ i P =. (1) G @ i k fit Smax | G k @ Алгоритм дефаззификации хромосом зависит от принятых вариантов кодирования:

- для пропорционального A @ i - длина участков с газовыми скоплениями, [м];

L = Ldown i i W @ i - длина участков с водными скоплениями, [м];

L = Lup i i - для прогрессивного +D D @ i @ i D ср - толщина слоя парафиновых отложений, [м];

= i 56 +L L @ i @ i - утечки, [м3/с];

Qleak = 0,05 Q i Pном D4 +диаг i i - «неподвижные» объекты, = U U i i i Q2 @ @ где Lup, Ldown - общая длина восходящих - up и нисходящих - down i i сегментов на i-ом участке трубопровода между замерными пунктами, [м];

- относительная погрешность средств измерения;

i Рном – предел измерений манометра на i-ом замерном пункте, [Па].

Результатом второго этапа процедуры диагностирования является конечный набор альтернатив, интерпретированный в ясных для диспетчера понятиях, в удобной для анализа и дальнейшего принятия решения форме в сочетании с качественными и количественными оценками каждой из них.

На заключительном этапе на основании собственного опыта, анализа тенденций развития процессов в трубопроводах и интуиции диспетчеру предлагается выбрать наиболее вероятную из предложенного алгоритмом списка альтернатив, адекватно отражающую реальную ситуацию на трассе.

Цикл диагностирования завершается пополнением базы знаний избранной альтернативой с трендами технологических параметров эксплуатации объекта, которая является своеобразной «памятью» системы функциональной диагностики. Если период «памяти» достаточно большой, велика вероятность повторения ситуации на трассе. Использование в алгоритме цепочек кодов, близких к искомому решению, значительно сокращает время расчётов и повышают достоверность полученных результатов.

Центральным звеном алгоритма, определяющим направление эволюции решений, а следовательно, и адекватность результатов диагностики, является функция пригодности. Учитывая многомерность пространства поиска, в работе обоснована структура функции пригодности, позволяющая интегрировать множества формализованных оценок осложнений технологических режимов по всем координатам частных оценок и диагностических признаков.

Общим диагностическим признаком всех осложнений является изменение давлений. С другой стороны, распределение давлений по трассе – наиболее точно и достаточно часто регистрируемый системами телемеханики и АСУ параметр в технологическом цикле перекачки. Поэтому компонента функции пригодности по гидравлическим потерям h принята в алгоритме диагностирования в качестве центрального связующего звена. С учётом погрешности средств измерения давления, каналов связи, помех в системах телемеханики и пр. компонента h функции пригодности примет вид:

рас m 1 -hфакт i h f S = 1-, (2) m i=Pном c m факт ( hi 1± 2 i + i ) g c где - относительная погрешность средств измерения;

i m - относительная погрешность расчёта;

i - плотность нефти, [кг/м3];

g - ускорение свободного падения, [м/c2].

Компоненту согласования гидравлических потерь функции пригодности можно рассматривать как нечёткое множество с нечёткими границами, принадлежность к которому того или иного решения (хромосомы) выражается её значением, лежащим в диапазоне [0…1] (рисунок 3).

Применение одного признака – совпадение расчётных и измеренных давлений по трассе может дать достоверную оценку только одного какого-либо параметра. В нашем случае диагностики пяти осложнений необходимо ввести ещё как минимум 4-6 условий, решение которых совместно с (2) даст возможность идентифицировать каждое из них.

1,f 0,_f f( S ) 0 0,5 1,0 1,5 2,hрас hфакт Рисунок 3 – Компонента согласования функции пригодности по давлению S Для построения обобщенной функции пригодности fit( ), учитывающей все условия по всем диагностическим признакам, использованы логические операторы нечёткой логики: отрицания, конъюнкции, дизъюнкции, которые наиболее просто реализуются на ЭВМ:

отрицание ¬P, µ = (3) R R1 1-µ(P) ;

конъюнкция PQ, µ = µ(Р) µ(Q); (4) R R дизъюнкция PQ ¬P Q, µ = 1- µ(Р) µ(Q). (5) R R Определение логических операторов открывает возможность приложения математической логики в области методов принятия решений. Использование хорошо зарекомендовавших себя решений в смежных областях математики оправдано: единство предмета исследования заставляет искать как более совершенные средства решения проблем, так и более правдоподобные объяснения наблюдаемым явлениям. В рассматриваемой проблеме «мягкий» системный анализ, делая основной акцент на структуризацию проблемы, дополняет методологию «мягких» вычислений в структуре функции пригодности. Мультипликативный вид функции пригодности, зарекомендовавший себя в многокритериальной теории полезности, нашёл применение в алгоритме диагностирования:

1- m hрас-hфакт i fit(& S)= (1- ),(6) i ном m i=1 Pi c m факт ( hi 1± 2 i + i ) g где - нечёткое множество оценок соответствия решения, закодированного в хромосоме, интегральным диагностическим признакам осложнений технологических режимов нефтепровода в целом;

i - нечёткое множество оценок соответствия решения локальным диагностическим признакам, характеризующим осложнения на участке нефтепровода между смежными i и i+1 замерными пунктами.

Оба множества содержат в качестве операндов нечёткие множества оценок по частным осложнениям, объединенные логическими операторами (3-5).

Таким образом, можно констатировать, что для оперативной диагностики осложнений разработан аналитический аппарат системы функциональной диагностики технологических режимов магистральных трубопроводов, базирующийся на современных научных достижениях в области нечёткой логики, нечётких множеств и генетических алгоритмов. Выявлены механизмы самообучения и накопления знаний в процессе функционирования алгоритма.

Основными задачами

последующих глав диссертационной работы являются разработка и обоснование:

а) гидродинамических условий существования каждого осложнения как условие включения соответствующего гена в структуру хромосомы;

б) диагностических алгоритмов - количественной оценки осложнений решением обратных задач гидравлики и тепломассопереноса;

в) функций принадлежности, максимально объективно описывающих качественную оценку вклада каждого вида осложнений технологических режимов эксплуатации нефтепродуктопроводов с логической интерпретацией формализованного решения.

В третьей главе на основе моделирования стратифицированного течения в рельефном трубопроводе даны решения основных задач диагностики газовых скоплений, содержащих как газы неорганического происхождения (N2, CO2, H2S, и др.), так и легкие фракции углеводородов (СН4, С2Н6). Исследованию безнапорных и двухфазных потоков традиционно уделяется большое внимание.

Влияние участков с расслоенным течением на пропускную способность трубопровода достаточно детально исследовалось в работах И.А.Чарного, А.К.Галлямова, А.М.Шаммазова, Г.Е.Коробкова, А.М.Нечваля, А.И. Гужова, В.Ф.Медведева, В.К.Касперовича, К.Г.Донца, В.А.Мамаева, Г.Э.Одишарии. За рубежом наиболее авторитетными и часто цитируемыми являются N. Brauner, D. Barnea, Y. Teitel, A.E. Dukler (Израиль), H. Furukawa, M. Ihara, K. Kohda (Япония), G.F. Hewitt (Великобритания).

Традиционно для определения состояния фаз в многофазных потоках используются диаграммы структурных форм двухфазных потоков, которые имеют узкие рамки применения. В целях получения аналитического выражения для обобщенного критерия существования газового скопления, удобного для использования в практике эксплуатации трубопроводных систем, построена модель стационарного расслоенного потока в нисходящем цилиндрическом канале с углом наклона в профиле местности:

dH d D tg = +0 + 0,08263 o, (7) Q dx g dx D5 4R г sin 4R г где - безразмерный гидравлический радиус;

=1D - sin - коэффициент заполнения трубы;

= о,Q - скорость и расход жидкой фазы, [м/с, м3/с];

dH/dx – градиент глубины потока жидкой фазы по длине трубопровода;

- центральный угол живого сечения потока продукта по нисходящему участку трубопровода, [рад];

0 – коэффициент Кориолиса;

- коэффициент гидравлических сопротивлений, методика определения которого включает зависимости Г.Е.Коробкова для безнапорного ламинарного течения и зоны гладкого трения, а также формулу Кольбрука для зон смешанного и квадратичного трения с рекомендациями М.В.Лурье для аппроксимации переходного режима «коэффициентом перемежаемости».

В качестве критерия сравнения предложен режим течения жидкости полным сечением Qf под действием только гравитационных сил, когда гидравлический уклон равен тангенсу угла наклона оси к горизонту, а давление по длине участка остается постоянным:

tg D5, Q = (8) f 0, f где f – коэффициент гидравлических сопротивлений по классическим методикам гидравлики.

Адекватность предложенной модели доказывается сравнением с результатами семи независимых экспериментальных исследований, представленными на рисунке 4.

1,0,0, 0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,Q Qf - экспериментальные данные А.К.Галлямова;

- экспериментальные данные А.М.Лобкова;

- экспериментальные данные В.А.Мамаева и Г.Э.Одишария;

- эмпирические данные Р.С.Мартинелли, Р.У. Локхарта и Д.Б.Нельсона;

- содержание жидкой фазы в квадратичной зоне трения;

- содержание жидкой фазы в зоне гладкого трения;

- содержание жидкой фазы при ламинарном течении.

Рисунок 4 – Сводный график сопоставления расчётных зависимостей по модели (7) с экспериментальными данными истинного содержания жидкой фазы в нисходящем участке трубопровода Анализ технологических режимов перекачки нефтей в широком спектре изменения реологических и эксплуатационных характеристик продукта и труб выявил максимально возможные значения производительности нисходящего участка трубопровода в расслоенном режиме течения:

Qmax = 1,069...1,161. (9) Q f Таким образом, условием включения газовых скоплений в перечень осложнений, идентифицируемых на участке трубопровода между двумя последовательно расположенными замерными пунктами по трассе, является необходимое условие существования, которое означает, что если хотя бы один сегмент линии аппроксимации трассы трубопровода в рельефе местности отвечает условию:

Q < Qmax, (10) скопления газов на данном участке возможны. В противном случае ген А в @ соответствующем геноме должен обнуляться перед вычислением значений функции пригодности.

Алгоритмы диагностирования построены на физических феноменах, измеряемые параметры которых определяются преимущественно рассматриваемым осложнением. Для диагностики газовых скоплений предложены алгоритмы конкурирующих независимых оценок по времени прохождения импульса давления; по изменению объемов газовых скоплений в соответствии с законом состояния газа; по изменению длины газовых скоплений в зависимости от производительности. Для обоснования наиболее селективного диагностического признака газовых скоплений разработана модель распространения возмущений на самотечном участке трубопровода, которая основана на законах неразрывности и сохранения момента количества движения, принимая изменение живого сечения потока за счет деформации только газового скопления в трубе, так как упругость газов при эксплуатационных давлениях на несколько порядков ниже упругости жидкостей и металла. Получена зависимость скорости распространения волны возмущений от заполнения самотечного участка:

g D ( - sin ) =. (11) С sin Селективность метода диагностики газовых скоплений, основанного на разнице в скоростях распространения импульса давления, очень высокая, так как скорость звука в напорном участке трубопровода С0 = 1000 - 1425 м/с; в то время как в самотечном участке – С1 = 0 - 3 м/с.

Алгоритм диагностики заключается в измерении времени прохождения импульса давления по участку трубопровода по и против течения продукта, что исключает влияние скорости движения самого продукта на результат измерения. Общая длина газовоздушных скоплений Lдиаг на диагностируемом участке L определяется временем прохождения импульса давления:

0,5 C0 L =, (12) L диаг C -C где - время возвращения импульса давления к генератору, [с].

Алгоритм диагностики газовых скоплений по времени прохождения импульса давления имеет глобальный характер, т.е. идентифицирует длину скоплений во всём нефтепроводе, поэтому компоненту газовых скоплений функции пригодности правомерно отнести к нечёткому множеству интегральных оценок осложнений технологических режимов нефтепровода в целом, формальное представление которого имеет вид:

L L диаг = 1- - 1±, (13) А А L L диаг где Lдиаг, L – оценки длины газовых скоплений, полученные в результате применения алгоритма диагностирования (12) и дефаззификации кодов параллели генов {@А};

А – ошибка расчётов и дефаззификации в алгоритме диагностирования.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»