Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность темы определяется недостаточной проработкой на практике вопросов стабилизации распределения давления по длине трубопровода с учетом суточных колебаний давления, связанных с изменением потребления по времени. Увеличение протяженности трубопроводов с одновременным усложнением структуры трубопроводных систем, повышение мощности трубопроводного оборудования усугубляют последствия любых нарушений производственного процесса. Выход из строя оборудования, разрушение труб линейных участков могут привести не только к экономическому ущербу от недопоставки продукта, затрат на ремонт и длительные простои трубопровода, но и к авариям с тяжелыми последствиями для окружающей среды. Одно из неприятных явлений, с которым приходится сталкиваться при транспортировке углеводородного сырья по длинным трубопроводам, заключается в суточных колебаниях давления, имеющих место при подключении-отключении потребителей с наступлением рабочего дня и его завершением. Поддержание требуемого распределения давления, как правило, в настоящее время осуществляется путем заявок (диспетчерской службы или потребителя), передаваемых на газораспределительные станции по телефонной связи. Управление газотранспортной системой осуществляется на основании интуиции и опыта специально подобранных и обученных диспетчеров. Здесь важны опыт работы в газотранспортной системе и личные качества специалиста. Именно диспетчеру приходится обеспечивать нормальное функционирование газотранспортного предприятия на протяжении всего дежурства, а при необходимости принимать правильные решения по ликвидации внештатных ситуаций.
При такой организации работы неизбежны провалы давления у потребителей или его забросы, что сопряжено с нарушениями технологических процессов на производстве или даже с авариями.
Из всего сказанного вытекает, что необходимы системы автоматического управления (САУ), которые должны с требуемой точностью поддерживать заданный закон распределения давления по всей длине трубопровода при работающих потребителях.
Заметим, однако, что при функционировании САУ необходима информация о распределении давления по длине трубопровода на каждый текущий момент времени. По этой информации можно синтезировать такое управляющее воздействие в виде давления на входе в трубопровод, которое обеспечит решение поставленной задачи. Практическое осуществление сбора такой информации является неразрешимой задачей. При неполном измерении информация о параметрах состояния снимается лишь в отдельных точках трубопровода, что осуществить значительно проще.
Сегодня для практического использования требуются алгоритмы поддержания требуемого распределения давления по всей длине трубопровода.
Данная диссертационная работа посвящена актуальной теме, а именно решению задачи синтеза оптимального управления транспортировкой углеводородного сырья, которое обеспечивает оперативность управления трубопроводом и надежность его работы при наиболее экономичных режимах перекачки.
Цель работы. Развитие методов и алгоритмов управления транспортировкой углеводородного сырья, обеспечивающих требуемое высокое качество переходных процессов.
Задачи исследований.
-
Разработка алгоритма решения задачи синтеза граничного управления транспортировкой углеводородного сырья:
-
при полном измерении,
-
при неполном измерении;
-
-
Разработка алгоритма решения задачи синтеза сосредоточенного неграничного управления транспортировкой углеводородного сырья:
-
при полном измерении,
-
при неполном измерении;
-
Объектом исследования является магистральный трубопровод, предметом исследования являются методы и алгоритмы синтеза оптимального управления транспортировкой углеводородного сырья по длинным трубопроводам.
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, вариационного исчисления, теории оптимального управления системами с распределенными параметрами, теории дифференциальных уравнений, теории автоматического управления.
Научная новизна. Разработка алгоритмов решения задачи синтеза граничного управления распределением давления и задачи синтеза сосредоточенного неграничного управления распределением расхода при транспортировке углеводородного сырья по длинным трубопроводам.
Достоверность результатов работы. Достоверность результатов проверена математическим моделированием.
Практическая ценность результатов заключается в том, что разработанные алгоритмы могут быть использованы для построения систем автоматического управления, которые обеспечивают заданный режим с предотвращением аварийных ситуаций, вызванных забросами давления.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы и внедрены в проекте методического руководства по оптимизации транспортировки сырья в ОАО "Татнефтепром-Зюзеевнефть", г. Казань;
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Алгоритм решения задачи синтеза граничного управления транспортировкой углеводородного сырья:
-
при полном измерении,
-
при неполном измерении;
-
-
Алгоритм решения задачи синтеза сосредоточенного неграничного управления транспортировкой углеводородного сырья:
-
при полном измерении,
-
при неполном измерении;
-
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
Международной молодежной конференции «XIV Туполевские чтения», г. Казань (2006 г.);
VII Всероссийской научно- технической конференции "Наука. Промышленность. Оборона", г. Новосибирск (2006 г.);
Научных семинарах кафедры «Автоматика и управление» и кафедры «Аэрогидродинамика» Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, г. Казань (2004-2007 гг.).
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликованы 4 печатных научных работы, в том числе 2 статьи, и 2 тезиса докладов конференций.
Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, лично автором диссертации в [1] разработан алгоритм синтеза управления транспортировкой углеводородного сырья по длинным трубопроводам, проведено математическое моделирование.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав основных результатов работы, списка литературы. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, в том числе основной текст на 121 странице, содержит 21 рисунок. Список литературы включает 79 наименований.
