Ідентифікація та контроль параметрів двоступеневого нагнітача природного газу із використанням методів штучного інтелекту

Abstract

Дисертацію присвячено розробленню методу контролю параметрів двоступеневого ВЦН природного газу із використанням його математичної моделі, реалізація якого у складі САК КС дає змогу оперативно відслідковувати роботу ВЦН, аналізувати і відстежувати передаварійні ситуації, що приведе до скорочення втрат газу завдяки своєчасному втручанню в роботу ВЦН, а також скорочення кількості аварійних зупинок завдяки впровадженню нових алгоритмів із застосуванням методів штучного інтелекту. Розроблено математичну модель двоступеневого відцентрового нагнітача природного газу, що виражає залежність продуктивності нагнітача природного газу від його технологічних та геометричних параметрів і враховує втрати на витоки газу та тертя дисків. Удосконалено метод побудови емпіричної моделі ВЦН оптимальної складності з використанням генетичного підходу та паралельного алгоритму розв’язку системи лінійних алгебраїчних рівнянь із застосуванням методу Гаусса, що дає можливість підвищити ефективність обчислювального процесу. Розроблено метод параметричної ідентифікації параметрів математичної моделі двоступеневого нагнітача природного газу, який дає змогу розрахувати параметри нагнітача та їхнє відхилення від початкових значень, що відповідають умовам роботи нового ВЦН або після його капітального ремонту. Розроблено прикладний програмний продукт підтримки задачі контролю параметрів двоступеневого нагнітача природного газу, що дає можливість інтегрувати його в існуюче програмне забезпечення ЗСАОА-системи СиесГ а його реалізація дає змогу зменшити затрати газу й собівартість ремонтно-профілактичних робіт.

Диссертация посвящена разработке метода контроля параметров двухступенчатого ВЦН природного газа с использованием его математической модели, реализация которого в составе САК КС дает возможность оперативно отслеживать работу ВЦН, анализировать и отслеживать предаварийные ситуации, что приведет к сокращению потерь газа за счет своевременного вмешательства в работу ВЦН, а также к сокращению количества аварийных остановок за счет внедрения новых алгоритмов с применением методов искусственного интеллекта. Разработана математическая модель двухступенчатого центробежного нагнетателя природного газа, которая выражает зависимость производительности нагнетателя природного газа от его технологических и геометрических параметров и учитывает потери на протечки газа и трения дисков. Усовершенствован метод построения эмпирической модели ВЦН оптимальной сложности с использованием генетического подхода и параллельного алгоритма решения системы линейных алгебраических уравнений с применением метода Гаусса, что дает возможность повысить эффективность вычислительного процесса. Разработан метод параметрической идентификации параметров математической модели двухступенчатого нагнетателя природного газа, который позволяет рассчитать параметры нагнетателя и их отклонения от начальных значений, соответствующих условиям работы нового ВЦН или после его капитального ремонта. Разработан прикладной программный продукт поддержки задачи контроля параметров двухступенчатого нагнетателя природного газа, который дает возможность интегрировать его в существующее программное обеспечение SCADA-системы Citect и реализация которого позволяет уменьшить затраты газа и себестоимость ремонтно-профилактических работ.

The thesis is dedicated to the development of the control method of parameters of the two-stage centrifugal compressor of natural gas using its mathematical model. Implementation of the method in the automatic control system of the compressor station gives the opportunity to watch the operation of the centrifugal compressor and to keep track of pre-damage situations throughout timely interruption of operation of the centrifugal compressor. In addition, it is posibl to reduce the number of unrequested stops due to the implementation of new algorithms using methods of artificial intelligence. The mathematical model of the two-stage centrifugal compressor is developed, which shows the dependence of the centrifugal compressor productivity on its technological and geometrical parameters and considers losses in gas flow and friction of disks. The method for the optimal complexity empirical model building is improved based on genetic algorithms and the parallel algorithm for solving linear equation systems by the Gauss, which gives an opportunity to increase the computation efficiency. The parametric identification method for the mathematical model of the two-stage centrifugal compressor is developed which makes it possible to determine its parameters and their deviation from the initial values, which corresponds to conditions where the centrifugal compressor is a new one or after its overhaul. Application software for the control of parameters of the two-stage centrifugal compressor is developed, which gives the opportunity of its integration into existing software SCADA system Citect and allows to reduce gas losses and the cost of repair or preventive maintenance.