Вычислительная система расчета и оптимизации технологических режимов работы многоветочных нефтепроводов и тепловых сетей крупного города

Выводы

Авторы считают, что в данной работе новыми являются следующие положения и результаты:

1.Методика выполнения сканирования сети с учетом модели угроз, подразумевающей наличие нескольких типов пользователей (полномочий пользователей) и их различное расположение.

2.Метод расчета оценки защищенности, характеризующей наличие реальных уязвимостей, присущих элементам ИВС АСУ ТП и учитывающий роль узлов ИВС АСУ ТП с точки зрения обеспечения безопасности технологического процесса.

Однако следует отметить, что предлагаемый подход имеет и определенный недостаток, заключающийся в принципе сбора информации: у сканеров безопасности существует ряд тестов (как дополнительная опция), которые категорически запрещается выполнять на эксплуатируемых объектах, поскольку это может приводить к отказу в обслуживании или нарушению работы уязвимых программных средств. В этом случае выполнение мероприятий сканированию ИВС АСУ ТП следует выполнять либо на стадии разработки объектов, либо в специальные интервалы, предназначенные для выполнения ремонтных или других регламентных работ, когда это не приведет к нарушению работы всей системы.

Кроме того, предлагаемая оценка защищенности не является универсальной и её не следует использовать для сравнения уровня защищенности разных сетей. Однако, она будет полезной для сравнения состояния сети до и после принятия мер по устранению уязвимостей и принятию соответствующих мер по защите.

Литература

1.Руководящий документ ФСТЭК России «Автоматизированные системы. Защита от несанкционированного доступа к информации. Классификация автоматизированных систем и требования по защите информации», 1992.

2.Руководящий документ ФСТЭК России «Безопасность информационных технологий. Критерии оценки безопасности информационных технологий», 2002.

УДК 621.6: 621.311: 519.6

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МНОГОВЕТОЧНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ КРУПНОГО ГОРОДА

В. В. Шалай, ректор Тел.: (3812) 65 33 89, e-mail: frt@omgtu.ru Р. Т. Файзуллин, проректор Тел.: (3812) 65 33 89, e-mail: frt@omgtu.ru Омский государственный технический университет, http://www.omgtu.ru

The algorithm and codes for simulation and optimization of regimes for multibranch hydrosystems tacking into consideration on the limitations on pressure and order of working pumps are developed.

Рассмотрен программный комплекс расчета и поиска оптимальных по цене технологических режимов работы гидравлических систем с учетом ограничений по давлению по трассе и с выбором оптимального распределения дросселирования на насосных.

Ключевые слова: нефтепровод, тепловые сети, моделирование, оптимизация, насосы, параллельные вычисления

Keywords: oil-pipe line, heat transfer system, simulation, optimization, pumps, parallel computations

Вопросы, касающиеся надежности и оптимальности функционирования больших гидравлических систем являются в настоящее время не просто актуальными, а как показывает опыт последних событий, игнорирование этих вопросов может приводить и приводит к техногенным катастрофам, ставящим под вопрос функционирование всей экономики России. В связи с этим в Омском государственном техническом университете была инициативным образом разработана Система расчета и оптимизации работы больших гидравлических сетей (нефтепроводы и тепловые сети), что позволило осуществить непрерывное и оптимальное функционирование ряда крупных гидравлических сетей и в некоторых случаях избегать принятия аварийно опасных решений. Система или, иначе, программное обеспечение, разработано для реализации моделирования нефтепроводных систем и тепловых сетей крупного города, с учетом характеристик насосов и способов их включения.

Система состоит из следующих основных компонент:

• Расчетно-аналитическое ядро: В системе реализованы несколько математических моделей трубопроводной сети. Производится автоматический переход от описательной модели (база данных) через модель-граф к аналитической модели - системе уравнений, отражающих сетевые законы Кирхгофа. Потоко-распределение находится или по методу стрельбы или непосредственно решением системы нелинейных уравнений. Собственный математический аппарат позволяет производить гарантированное и однозначное решение этой системы для схем любой конфигурации с количеством элементов свыше 20000. Решением системы является потокораспределение и напоры в гидросистеме и расчет оптимальных режимов работы. Расчетно-аналитическое ядро системы позволяет моделировать ситуации и при авариях и других нештатных ситуациях;

• Графический интерфейс: Основным объектом в Системе является принципиальная гидравлическая схема. Ее создание, модификация и управление осуществляются на базе встроенного графического редактора. Результаты графических манипуляций отображаются в базе данных. Графический интерфейс существенно ускоряет и упрощает работу с системой, дает наглядность и возможность оперировать привычными пользователю объектами предметной области;

• База данных: Принципиальная схема нефтепроводной или тепловой сети, состоящая из элементов (трубы, задвижки, насосы ) с их гидравлическими параметрами хранятся в базе данных Системы.

С 2001 года Система внедрена и находилась в эксплуатации в ОАО «Транссибнефть». Отличие результатов расчетов менее 1% от реальных режимов, что удовлетворяет требованиям Регламента. По результатам конкурса и участия в программе «Энергосбережение» СО РАН система эксплуатируется в УЭВ СО РАН (Академгородок, г. Новосибирск) c 2004 г. и в настоящее время проводится внедрение в городах Казахстана: Астана, Кустанай, Джезказган.

С использованием имеющиеся технических возможностей Омского государственного технического университета Система реализована в параллельном исполнении с максимальной масштабируемостью, т.к. по сути задачи требуется распараллеливание именно по вариантам без обмена между вариантами данными.

Осуществляется отображение на экран в ответ на соответствующие запросы схемы нефтепроводов ОАО «Транссибнефть»: схемы технологического участка, подробной

технологической схемы, профиля межстанционного участка, основных характеристик участка и НПС. Оператору предоставляется возможность изменять положение задвижек на технологической схеме (открытое/закрытое), указывать возможные схемы включения насосных агрегатов на каждой НПС, а также отмечать временно выведенные из работы насосные агрегаты. По технологической схеме определяются эффективные диаметры участков нефтепровода. Проводится выбор вида расчета технологического режима: для заданного варианта включения насосов на станциях; оптимального режима для заданной производительности (по заданному критерию); оптимального режима для максимально возможной производительности; для ряда оптимальных режимов в заданном диапазоне производительности. Возможен контроль и корректировка исходных данных для расчета. Для каждого вида расчета и каждого участка отображается свой набор исходных данных, который может быть проверен и откорректирован оператором. Предусмотрены: остановка расчета в заданном месте и контроль промежуточных результатов, построение пьезометрической линии для указанного расчетного режима, просмотр результатов расчета и выделение частей, предназначенных для печати, отображение на экране справочных материалов: размеров рабочих колес и характеристик насосов, формул расчетов, пояснений деталей алгоритмов и т.д. Предусмотрено выполнение вспомогательных расчетов: пересчет характеристик насосов при обточке рабочих колес, уточнение эффективных диаметров

участков по данным системы диспетчерского контроля и управления (СДКУ), определение дополнительных затрат, возникающих при отклонении режимов работы нефтепроводов от оптимальных. Результаты расчета и фактической реализации режимов сохраняются в базе данных. По результатам сравнения расчетных характеристик и фактической реализации возможно уточнение расходно-напорных характеристик насосов коэффициентов сопротивления участков. При этом: расчет режимов производится с учетом существующих ограничений по минимальному и максимальному давлению на НПС и по всей длине трассы. Возможен учет эффектов, вызванных переменной вязкостью и плотностью нефтепродукта вдоль трассы нефтепровода. Проводится многокритериальная оптимизация по стоимости электроэнергии и по распределению давления вдоль трассы. Одновременно рассматривается до трех взаимосвязанных технологических участков. Из них один участок - до разветвления и два - после НПС, работающей одновременно на два направления. На каждом участке может быть от 1 до 15 НПС, включая головную. На головной НПС могут быть две подпорные и две магистральные насосные, в общем случае работающие в произвольном сочетании. Каждый насос на каждой НПС в общем случае имеет индивидуальные характеристики.

Расчет оптимального режима для максимально возможной производительности выполняется с анализом оптимального режима ближайшей (меньшей) производительности. Карта оптимальных режимов (Рис.1) рассчитывается на диапазон от минимально возможной, до заданной производительности, с учетом сбросов и подкачек в заданных диапазонах. Оптимизация проводится по технологическим участкам. В карту оптимальных режимов в качестве дополнительных включаются близкие к ним (допустимое отклонение критерия оптимальности задается оператором). Программный продукт производит оценку величины дросселирования давления на станциях, обеспечивающего выполнение ограничений по давлениям. Система использовалась непосредственно в эксплуатации многоветочного нефтепровода на протяжении ряда лет: 2001-2010 гг. Система работает в режиме реального времени. Выполняются общие требование к любой системе: устойчивость, реальность времени расчетов, время выполнения расчета позволяет принимать оперативные решения по эксплуатации нефтепроводов, простота функций оператора, наглядность. Учитывая требования оперативности принятия технического решения (возможна ситуация требующая реагирования в течение 15-20 минут), требования к эргономичности.

Рис. 1 Карта оптимальных режимов и выбранный режим.

Система может иметь широкое поле приложений в организациях ОАО «Транснефть», ОАО «Транснефтепродукт» и в энергетических компаниях российских городов. Авторы считают, что в данной работе основное отличие от существующих аналогичных разработок, это строгое математическое обоснование алгоритмов решения и оптимизации, используемых как базовые элементы. В приведенных ниже работах [1-3] показана неэффективность использования метода Ньютона для решения систем уравнений гидравлики, доказана единственность решения задачи и построены гарантировано сходящиеся итерационные алгоритмы. Предложены, обоснованы и реализованы алгоритмы уточнения характеристик насосов и труб по результатам сравнения расчетных и экспериментальных данных. На основании опыта эксплуатации Системы разработан эргономичный интерфейс и выработан совместный порядок работы между коммерческими, тех-

ническими и эксплутационными подразделениями организаций, использующей Системы. Установленные программные модели на достаточно мощной вычислительной базе ОмГТУ (кластер, система хранения данных) могут оказывать удаленные услуги (8аа8) тепловым компаниям городам, различных регионов России, что приведет к снижению общих затрат и повышению надежности.

Литература

1. Файзуллин Р. Т. О решении нелинейных алгебраических систем гидравлики. // Сибирский журнал индустриальной математики, 1999. Т. 2, №2. С. 128-136.

2. Логинов К. В., Мызников А. М., Файзуллин Р. Т. Расчет, оптимизация и управление режимами работы больших гидравлических сетей // Математическое моделирование, 2006. т.18, №9. С. 92-106.

3. Мызников А. М., Файзуллин Р. Т. Уточнение коэффициентов сопротивления в сложных гидравлических сетях по результатам ограниченного числа измерений // Теплофизика и аэромеханика, 2005. т.12, №2. С. 483-486.

УДК 544.6

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МИНИМИЗАЦИИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ В ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ НА СТАДИИ ПРОМЫВКИ

В. А. Казаков, д. т. н., профессор Тел.:(8412) 56 23 21, e-mail: vak2002@mail.ru О. С. Виноградов, к.т.н., доцент Тел.: (8412) 36 82 30, e-mail: fox-bbs@mail.ru Н. А. Гуляева, к. т. н., доцент Тел.: (927) 383 7292, e-mail: woinova53@mail.ru И. Г. Кревский, к.т.н., доцент Тел.: (905) 367 3233, e-mail: garryk63@gmail.com Пензенский региональный центр высшей школы (филиал) Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства тел (8412)562321, e-mail: Fox-bbs@mail.ru www.rgu-penza.ru

The water economy can be achieved in electroplating by minimizing the waterconsuming at the water-filtering stages. It is suggested to use software for optimizing the waste of electrolyte components and lavage water developed by the authors. It is based on modifying the autooperator route scheme in main and auxiliary operations.

Значительной экономии воды в гальваническом производстве можно добиться путем сокращения водопотребления на стадиях промывки. Предлагается применить разработанные авторами программные продукты для оптимизации (уменьшения) расхода компонентов электролита и промывной воды путем изменения схемы движения автооператора в основных и дополнительных операциях.

Ключевые слова — компьютеризация расчетов, гальваническое производство, сокращение водопотребления.

Keywords—computing automation, electroplating, reducing the water waste.

Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка теоретических основ по снижению вероятности техногенной катастрофы от гальванических производств» (госконтракт

14.740.11.0305 от 17 сентября 2010 ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)»