ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
INTELLIGENT SYSTEM FOR DETERMINING TECHNICAL CONDITION OF PIPELINE VALVES

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления технологическими процессами и может использоваться для комплексного мониторинга и диагностики технического состояния трубопроводной арматуры (далее - ТПА) на контролируемых пунктах телемеханики (далее - КП), компрессорных цехах (далее - КЦ) и газоперекачивающих агрегатах (далее - ГПА).
На данный момент существуют несколько разновидностей систем диспетчерского контроля и управления (далее - СДКУ), при помощи которых производится мониторинг технического состояния ТПА [1, 2].
Основными недостатками указанных выше систем являются:
- отсутствие функции анализа технического состояния ТПА, обусловленное неполной обработкой массива входных данных;
- короткий временной интервал хранения данных о ТПА, обусловленный малой глубиной архивов, которая составляет не более 3-х месяцев.
Задача изобретения - повышение надежности работы ТПА.
Технический результат - централизованный сбор, учет, хранение и обработка максимального массива данных с систем нижнего уровня, в том числе о техническом состоянии ТПА с целью контроля ее состояния для своевременного проведения технического обслуживания и ремонта ТПА и исключения возможности возникновения инцидентов и аварий на производственных объектах.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается интеллектуальной системой (далее - ИС), состоящей из модуля определения количества сигналов неисправности состояния ТПА, модуля определения прилежащих давлений и температуры наружного воздуха, модуля определения перепада давлений на ТПА, модуля определения количества перестановок ТПА, модуля определения длительности перестановки ТПА, базы данных реального времени, базы данных архивного времени, базы данных соответствия датчиков ТПА, а также журнала событий.
Заявленная система может являться комплексным расширением функциональных возможностей систем диспетчерского управления и может применяться как в сети автоматизированных систем управления технологическими процессами, так и в сети автоматизированных систем управления производственно-хозяйственной деятельностью.
Состав ИС определения технического состояния трубопроводной арматуры представлен на Фиг. 1.
ИС состоит из пяти модулей (1-5), базы данных реального времени (6), базы архивного времени (7), журнала событий (8) и базы данных соответствия датчиков ТПА (9), расположенных в Центральном диспетчерском пункте и получающих информацию в базы данных с систем нижнего уровня (аналоговых датчиков давления, температуры, расхода, дискретных датчиков положения ТПА, цифровых датчиков состояния ТПА).
Элементы системы выполняют следующие функции:
- модуль 1 предназначен для определения количества сигналов неисправности состояния ТПА;
- модуль 2 предназначен для определения прилежащих давлений и температуры наружного воздуха;
- модуль 3 предназначен для определения перепада давлений на ТПА; модуль 4 предназначен для определения количества перестановок ТПА;
- модуль 5 предназначен для определения длительности перестановки ТПА;
- база данных реального времени 6 предназначена для сбора данных на текущий момент и записи в журнал событий 8;
- база данных архивного времени 7 предназначена для сбора данных за прошедший период времени и записи в журнал событий 8;
- база данных соответствия датчиков ТПА 9 предназначена для привязки датчиков температуры и давления к конкретному ТПА, а также датчиков температуры и давления окружающей среды.
Принцип работы модуля 1 представлен на Фиг. 2.
Системой производится опрос базы данных архивного времени 7 по всем ТПА на КП, КЦ и ГПА, проводится анализ их состояния. Параметры считываются из базы данных архивного времени 7 и записывается в журнал событий 8 (далее - ЖС). Технологический параметр ТПА в системе диспетчерского управления имеет ряд состояний («Кран открыт», «Кран закрыт», «Неисправность», «Неопределенность»). При получении состояния «Неисправность», данные о состоянии текущего крана заносятся в ЖС 8. Далее системой производится подсчет вышеуказанного состояния у всех кранов. Таким образом имеется возможность оперативного отслеживания неисправного состояния по каждому ТПА.
Принцип работы модуля 2 представлен на Фиг. 3.
Системой производится опрос базы данных архивного времени 7 по всем ТПА на КП, КЦ и ГПА, проводится анализ на совершение перестановки ТПА. В случае, если перестановка ТПА совершена, запись о ней заносится в ЖС 8. Далее Системой обрабатывается база данных соответствия датчиков ТПА 9.
Для определения давлений и температур на момент перестановки крана модуль имеет следующий алгоритм:
- перебор событий журнала 8;
- при обнаружении события происходит проверка наличия параметра ТПА в базе данных соответствия датчиков ТПА 9;
- при обнаружении технологического параметра в базе данных соответствия датчиков ТПА 9 происходит проверка наличия параметров давлений и температур у параметра ТПА;
- при наличии всех параметров в журнал событий 8 добавляются строки для состояний давлений и температур на момент завершения перестановки ТПА.
Модуль 2 предназначен для определения внешних и внутренних факторов, влияющих на перестановки ТПА, а именно, при каких температурах наружного воздуха и при каких давлениях была совершена перестановка.
Принцип работы модуля 3 представлен на Фиг. 4.
2
Одной из составляющей технической исправности ТПА является минимальный перепад давлений на открытом кране. Максимальным перепадом давлений между входом и выходом крана является 2 кг/см, учитывая возможную погрешность датчиков давлений.
Системой производится опрос технологических параметров из базы данных реального времени 6. Автоматически ведется мониторинг всех ТПА на КП, КЦ и ГПА, проводится анализ их состояния. Алгоритм модуля 3 учитывает только те краны, которые имеют состояние «Открыт». Данные ТПА с состоянием «Открыт» заносятся в ЖС 8. Далее Системой обрабатывается база данных соответствия датчиков ТПА 9. При обнаружении датчиков давлений, принадлежащих ТПА с состоянием открыт, происходит вычисление перепада между ними.
,
где
Р
Δ - перепад давлений;
P
1
|| - давление до ТПА;
P
2
|| - давление после ТПА.
Р
Если Δ > 2, то в ЖС 8 выставляется пометка о большом перепаде на ТПА, отображая участок с километром и наименованием линейно-производственного управления магистральных газопроводов, к которому относится ТПА.
Принцип работы модуля 4 представлен на Фиг. 5.
Системой опрашивается база данных архивного времени 7. За определенный временной интервал производится сбор информации по ТПА. Далее в ЖС 8 заносятся записи событий ТПА, имеющих состояния «Открыт», «Закрыт», «Не определено». После записи в ЖС 8 происходит подсчет перестановок ТПА.
Общий принцип работы модуля разделен на следующие этапы:
- анализ структуры и первичная обработка ЖС 8, позволяющий определить ошибки в структуре данных;
- фильтрация данных по типам событий ТПА «Открыт», «Закрыт», «Не определено» для уменьшения информационного объема и ускорения обработки данных;
- предварительный анализ данных и сбор статистики;
- определение и сохранение перестановок ТПА по ЖС (8).
Принцип работы модуля 5 описан на Фиг. 6.
Системой опрашивается база данных архивного времени 7. Далее в ЖС 8 заносятся записи событий ТПА, имеющих состояния «Открыт», «Закрыт», «Не определено». Далее производится анализ ЖС 8 для определения временного интервала перестановки ТПА.
Основными этапами алгоритма являются:
- выполняется перебор всех событий ЖС 8 в хронологическом порядке;
- для каждого события «Открыт» или «Закрыт» по элементу СДКУ определяется ТПА и выполняется запись конечного состояния ТПА и отметки времени события;
- для каждого события «Открыт» или «Закрыт» выполняется ретроспективный поиск ближайшего по хронологии события «Не определено»;
- при достижении события «Не определено» поиск считается успешным, продолжительность перестановки определяется как разница отметок времени событий «Открыт» / «Закрыт» и ближайшего найденного события «Не определено»;
- при достижении события «Открыт» или «Закрыт» поиск считается неуспешным, продолжительность перестановки не определяется.
Благодаря информации о количествах перестановок ТПА, их длительности, а также условий, при которых совершались перестановки ТПА, можно сделать выводы о техническом состоянии запорной арматуры.
Эффект изобретения проявляется в том, что использование данной системы позволяет в режиме реального времени отслеживать техническое состояние крана на всей протяженности газотранспортной системы Общества, тем самым минимизировать возможность возникновения аварийной ситуации.
Эффективными показателями изобретения являются:
- сокращение экономических затрат, связанных с дополнительными выездами на удаленные площадки групп линейно-эксплуатационной службы и службы автоматизированных систем автоматики и телемеханики для определения технического состояния ТПА;
- повышение надежности и энергоэффективности транспорта газа на объектах дочерних обществ и филиалов ПАО «Газпром»;
- повышение производительности и безопасности технологических процессов транспорта газа.
Список источников
1. Электронный ресурс. https://www.psi.de (Дата обращения 22.11.2020).
2. Электронный ресурс. http://vniitf.ru/article/pvkVolna (Дата обращения 22.11.2020).