Методы идентификации технологического процесса трубопроводного транспорта нефти

• Автор: Тмур, Антон Борисович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

Глава 2. Математические модели и методы расчета трубопроводных систем

2.1 Общая методика построения математических моделей трубопроводных систем

2.2 Моделирование конструктивных элементов трубопроводной системы с

распределенными параметрами

2.3 Моделирование конструктивных элементов трубопроводной системы с

сосредоточенными параметрами

2.4 Численный метод решения уравнений математической модели объектов с

распределенными параметрами
2.5 Численный метод решения уравнений математической модели объектов с
сосредоточенными параметрами
2.6 Выводы
Глава 3. Разработка алгоритма оценки начального состояния трубопроводной системы..
3.1 Переход от разностной схемы к вектору состояния
3.2 Вывод уравнения относительно вектора измерений
3.3 Оценка начального состояния трубопроводной системы
3.4 Расчет начального приближения по квазистационарной модели
3.5 Исследование применимости разработанного алгоритма оценки начального
СОСТОЯНИЯ
3.6 Выводы
Глава 4. Разработка алгорима оценки текущего состояния трубопроводной системы
4.1 Математический аппарат алгоритма оценки текущего состояния
4.2 Адаптивная настройка алгоритма оценки состояния
4.3 Связь с алгоритмом оценки начального состояния
4.4 Исследование применимости разработанного алгоритма оценки текущего
состояния
4.5 Выводы
Глава 5. Внедрение
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список терминов
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время трубопроводный транспорт нефти является одним из наиболее дешевых видов транспорта нефти и нефтепродуктов. Однако, в связи с тем, что подавляющее большинство нефтепроводов в России было построено еще в 70-80-е годы прошлого века, имеет место естественный износ нефтепроводов и, как следствие, высокая вероятность аварий с разрывом на линейной части трубопровода. Это влечет за собой разливы нефти, которые наносят гигантский ущерб окружающей среде, а ликвидация последствий таких разливов представляет собой очень трудозатратный и дорогостоящий процесс. Чтобы избежать подобных ситуаций, либо минимизировать ущерб для окружающей среды в случае аварии, принимается целый ряд мер в части мониторинга режимов перекачки и показателей течения в нефтепроводе.
По большей части контроль над ходом перекачки принято осуществлять по измерениям показателей течения в контролируемых пунктах (КП). Такими показателями являются давление и расход. Однако длина трубопровода может достигать тысяч километров, в то время как стоимость установки и эксплуатации измерительных приборов высока. В связи с этим принято устанавливать датчики давления в среднем через каждые 20 км, а расходомеры только на нефтеперекачивающих станциях (расстояние между которыми порядка 200-300 км). Частота обновления данных с КП и расходомеров порядка 1-2 секунд. Таким образом, при управлении трубопроводом диспетчер имеет достаточно ограниченную информацию о процессе, который происходит в трубопроводе. Это особенно критично при пуске, останове или переходе с одного режима перекачки на другой, т.к. переходные процессы несут большую опасность заброса давления выше предельно допустимого значения.
В этой связи возникает задача идентификации состояния технологического процесса в трубопроводной системе (а именно, подробных профилей давлений и скоростей течения) по имеющимся измерениям. Решение этой задачи в режиме

реального времени позволяет дать актуальную и подробную информацию диспетчеру, управляющему трубопроводом, о том, какие технологические процессы происходят в трубопроводе.
Математические модели течения нефти в трубопроводе уже много лет используются при проектировании и расчете режимов эксплуатации трубопроводов. Численные методы, разработанные для решения уравнений данных моделей, позволяют решать нестационарные задачи при задании начального состояния и граничных условий. При этом, в качестве граничных условий выступают показатели работы оборудования. Однако начальное состояние, как правило, неизвестно и это еще одна актуальная проблема при моделировании трубопровода в реальном времени. Решению этих двух задач: идентификации начального и текущего состояния технологического процесса трубопроводной системы, и посвящена данная работа.
Актуальность работы также обусловлена созданием и внедрением системы поддержки принятия решений для трубопроводных систем Восточная Сибирь -Тихий Океан (ВСТО) и ВСТО-2. Данная система содержит в своём составе динамическую математическую модель, функционирующую в режиме реального времени на основании данных, поступающих из системы телемеханики.
Цели и задачи исследования. Целью данной работы в общем смысле является разработка алгоритмов идентификации состояний технологического процесса транспорта нефти, для поддержки принятия решений по управлению, формируемых с использованием экспертной подсистемы в АСУТП.
Первой задачей, решаемой в рамках данной работы, является построение алгоритма идентификации начального состояния технологического процесса (профилей давлений и скоростей) в трубопроводной системе. При этом, в качестве входных данных для моделирования помимо показателей работы оборудования (частота вращения колеса насоса, угол закрытия заслонки регулятора, уровень нефти в резервуаре и т.д.) могут использоваться оперативные

«?~{Х,-ХГ)

(2.51)
= -{х, + хг)
г- (2.52)
С помощью формул (2.51)-(2.52) рассчитываются все показатели во
внутренних узлах трубы. Т.е. формулы (2.51)-(2.52) используются для
и+1 /1+1 я+1 и+
т=2,3,...,М-1. Показатели в граничных узлах, т.е. ’ 1 и им
рассчитываются при расчете элементов, граничащих с данной трубой.
Получим формулы4 для частных производных от величин ' и :

дЛ , Л ,

ди1+

= —рс + -
т," І»" ІАг51 • Я
/Жт+1 Ми+, ЛТ +- я+-

(2.53)
(2.54)
(2.55)
(2.56)
(2.57)
(2.58)
Будем обозначать в качестве элемента матрицы Якоби Зарч частную
производную:
. да";'
Ja’b — р р,я дЪп ’
(2.59)
1 Запись
здесь означает, что производная берется в точке с пространственным индексом т.