автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Интеллектуальное, алгоритмическое и информационное обеспечение гибридной экспертной системы проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки

Р Г Б ОД

2 7 ЯНВ 1Я97

На правах рукописи

ГОРДЕЕВА ЮЛИЯ ЛЬВОВНА

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ, АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИБРИДНОЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (химия); 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¡Москва -1996

Работа выполнена на кафедре кибернетики химико-технологических . процессов Российского химико-технологического университета имени Д.И.Менделеева.

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент Бобров Д.А.;

доктор технических наук, профессор, действительный член (академик)

Ак? демии Технологических Наук РФ Мешалкин В.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, действительный член(академик) Международной Академии Информатизации Егоров C.B.; кандидат технических наук, доцент Гурьева J1.B.

Ведшая организация: Башкирский НИИ нефтяного машиностроения (БашНИИНефтемаш).

в РХТУ им. Д.И.Менделеева (125 047, Мбсква А-47, Миусская пл., 9)

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева.

Защита диссертации состоится в часов на заседании диссертационного совета Д 053.34.08

Автореферат разослан

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Бобров Д.А.

Общая характеристика работы

Актуальность. В настоящее время одним из важных направлений научно-технического прогресса нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности является создание энергосберегающих производств, которые могут приспосабливаться к использованию разнообразного нефтяного сырья и к изменению номенклатуры выпускаемой продукции.

Для автоматизированного проектирования энергосберегающих установок нефтепереработки необходимо создать специальные экспертные системы (ЭС) синтеза оптимальных химико-технологических систем (ХТС), которые позволяют генерировать оптимальные смысловые решения, представляющие собой описание или чертеж технологической схемы энергосберегающей ХТС.

В современной научно-технической литературе подробно не освещены вопросы разработки и применения экспертных систем для выбора способов энергосбережения в нефтеперерабатывающих производствах, для синтеза оптимальных энергосберегающих ХТС нефтеперерабатывающих производств, для синтеза оптимальных теплообменных систем (ТС), которые обеспечивают рекуперацию вторичных энергоресурсов установок нефтепереработки. Мало внимания уделяется разработке научных принципов создания интеллектуального обеспечения гибридных экспертных систем синтеза ресурсосберегающих ХТС нефтепереработки и нефтехимии. Недостаточно проработаны вопросы синтеза оптимальных ТС при интервальном изменении значений ' температур исходных горячих н холодных потоков, что нередко обусловливает низкую эффективность эксплуатации производства.

В связи с этим задача разработки архитектуры, интеллектуального, алгоритмического и информационного обеспечения гибридной ЭС проектирования энергосберегающих установок нефтепереработки, а также создание эвристическо-вычислительной процедуры синтеза оптимальных ТС при интервальных значениях температур входных потоков имеет актуальное научное и хозяйственно-экономическое значение.

Основные разделы диссертационной работы выполнялись в соответствии с заданиями Государственной научно-технической программы Министерства науки и технической политики РФ "Экологическая безопасность химических производств" и Приоритетною направления "Создание энергосберегающих процессов на основе

рациональных химико-технологических систем, оптимизации теплообменного оборудования и эффективных технологий разделения смесей" Государственной научно-технической программы РФ "Новые принципы и методы получения химических веществ и материалов".

Цель диссертационной работы: разработать модели представления неформализованных знаний о способах проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки и эвристическо-вычислительную процедуру синтеза оптимальных теплообменных систем с учетом интервального изменения значений температур технологических потоков сырой нефти и продуктов нефтепереработки, которые являются важнейшими компонентами интеллектуального обеспечения гибридных ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки; разработать архитектуру, алгоритмическое и информационное обеспечение гибридной ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки; применить разработанную гибридную ЭС для синтеза оптимальной теплообменной системы установки первичной нефтепереработки ЭЛОУ-АВТ-2.

Научная новизна:

- впервые проведен концептуальный анализ знаний предметной области "Проектирование энергосберегающих установок первичной нефтепереработки" и построены фреймы - модели представления знаний основных понятий предметной области. ("нефтяное сырье", "нефтепродукт", "теплообменный аппарат", и т.д.), которые необходимы для накопления и переработки знаний при автоматизированном проектировании энергосберегающих ХТС первичной нефтепереработки;

- разработано девять наборов продукционных правил, которые необходимы для автоматизированного выбора типов технологических схем первичной нефтепереработки и являются важнейшим компонентом интеллектуального обеспечения ЭС;

- разработана продукционно-вычислительная процедура генерации оптимальных технологических схем энергосберегающих установок первичной нефтепереработки для различных видов сырой нефти;

- разработана эвристическо-вычислительная процедура синтеза оптимальных теплообменных систем с учетом интервальных изменений значений температур исходных горячих и холодных потоков, которая необходима для синтеза оптимальной энергосберегающей ХТС первичной нефтепереработки;

-разработана архитектура гибридной ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки, которая генерирует оптимальные технологические схемы как на основе накопления и переработки неформализованных знаний предметной области, так и с помощью цифрового моделирования и оптимизации сгенерированных семантических решений.

Практическая значимость. Разработана гибридная ЭС

проектирования энергосберегающих установок нефтепереработки, которая может быть использована для решения различных задач проектирования новых и реконструкции действующих установок первичной нефтепереработки (язык программирования Турбо Паскаль, операционная система MS DOS).

Создана база знаний гибридной ЭС, программно реализующая модели представления знаний предметной области "Проектирование энергосберегабщих установок первичной нефтепереработки".

Проведен анализ эффективности действующей установки ЭЛОУ-АВТ-2 и сформулирована научная постановка задачи ее реконструкции как задачи синтеза оптимальной ТС с учетом интервальных изменений значений температур нефтяного сырья и продуктов нефтепереработки.

С использованием разработанной эвристическо-вычислительной процедуры синтезирована оптимальная теплообменная система установки ЭЛОУ-АВТ-2, которая обеспечивает высокую степень рекуперации теплоты (0.94) при интервальном изменении значении температур входных технологических потоков.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции "Математические методы в химии (ММХ-8)" (г.Тула, 1993 г.), Международной конференции "Кибернетика химико-технологических процессов (КХТП-94)" (г.Москва, 1994 г.), Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-9)" (г.Тверь, 1995 г.), Международной конференции "Магматические меч оды в химии н химической технологии (ММХ-10)" (г.Тула, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано_работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на __

страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений.

Работа содержит _ рисунков и _. таблиц. Список использованной

литературы включает_наименований. Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, кратко охарактеризованы цели и задачи исследования, описана структура диссертационной работы.

В первой главе проведен аналитический обзор современных методов и программно-технических средств автоматизированного проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки. Традиционные способы и приемы проектирования, сводящиеся к поэтапной разработке проекта на основе использования знаний, умений и опыта проектировщиков, а также проведения отдельных расчетов с использованием ЭВМ, имеют ряд недостатков: невозможность просмотра альтернативных вариантов ХТС и выбора оптимального решения, недостаточно глубокая проработка вопросов снижения удельных расходов материальных и энергетических ресурсов и др. Обзор научно-технической литературы по данному вопросу показывает, что для проектирования эффективных энергосберегающих производств нефтепереработки необходимо использовать системы

автоматизированного проектирования (САПР), обладающие интеллектуальными свойствами. Такие САПР должны включать специальные ЭС автоматизированного синтеза оптимальных энергосберегающих ХТС, в том числе, оптимальных ТС рекуперации вторичных энергоресурсов нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ).

Экспертные системы могут использоваться на разных этапах разработки проекта энергосберегающих НПЗ: предпроектном анализе, классификации и выборе типов производственных операций и химико-технологических процессов (ХТП), планировании производства, выборе структуры технологической схемы ХТС, конструкционного

проектирования НПЗ. При этом ЭС прежде всего должна осуществлять автоматизированную операцию синтеза оптимальных энергосберегающих ХТС. Генерация, перебор и оценка различных вариантов ХТС могут быть основаны как на методе проб и ошибок, так и на использовании разнообразных моделей представления теоретических и практических знаний проблемной области, включая опыт высококвалифицированных специалистов-технологов. Несмотря на то, что общая теория ЭС достаточно развита, специфика конкретных задач требует разрабшки специального интеллектуального обеспечения для генерации оптимальных семантических и числовых решений для каждой прикладное! области.

Актуальной задачей в области синтеза энергосберегающих установок нефтепереработки является синтез оптимальных ТС. Усганонкп

первичной переработки нефти характеризуются большой энергоемкостью. Основные потери энергии (около 55%) связаны с нагревом нефтяного сырья и охлаждением нефтепродуктов. Разработанные в настоящее время методы синтеза оптимальных ТС позволяют проектировать оптимальные технологические схемы отделений рекуперации теплоты. Однако эти методы не учитывают возможных изменений параметров исходных горячих и холодных технологических потоков (например, массовых расходов, температуры) в некотором интервале, что существенно снижает эффективность рекуперации теплоты при эксплуатации НПЗ. На основе проведенного аналитического обзора научно-технической литературы сформулирована цель и основные задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы разработки интеллектуального обеспечения гибридных ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки.

Так как свойства нефтяного сырья, поступающего на НПЗ, меняются в зависимости от вида сырья, то важнейшим этапом проектирования НПЗ является выбор. типа схемы переработки нефти применительно к конкретному виду сырья и выпускаемым целевым продуктам, а также обоснование возможности использования даной схемы при изменении вида и состава сырья.

В работе предложена следующая содержательная постановка неформализованной задачи проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки:

при заданном составе и свойствах потоков нефтяного сырья, видах и показателях качества целевых продуктов, которые должны быть получены на проектируемой установке первичной нефтепереработки, различных видах химико-технологических процессов первичной нефтепереработки, которые могут обеспечить требуемую переработку сырья в целевые продукты, известных типах инженерно-аппаратурного оформления ХТП необходимо выбрать виды ХТП и типы инженерно-аппаратурного оформления ХТП первичной нефтепереработки, определить

покомпонентный состав, фазовое состояние и структуру технолог ических потоков между аппаратами технологической схемы; рассчитать оптимальные технологические и конструкционные параметры аппаратов, оптимальные параметры технологических потоков, которые обеспечивают минимум приведенных затрат на создание и

функционирование установки первичной нефтепереработки при заданных ограничениях на величину рекуперируемой энергии.

Основным компонентом интеллектуального обеспечения разрабатываемой гибридной экспертной системы является база знаний, которая программно реализует модели представления как теоретических знаний, так и практических знаний экспертов. База знаний позволяет в режиме интеллектуального диалога с ЭВМ генерировать оптимальную энергосберегающую технологическую схему установки.

Для программной реализации в экспертной системе важнейших процедур представления, переработки и накопления знаний предложено использовать фреймы, продукционные правила и продукционно-фреймовые модели представления знаний, в которых предметные знания отображаются в виде фреймов, а управляющие или процедурные знания -в виде продукционных правил.

В результате концептуального анализа знаний предметной области (ПО) - "Проектирование энергосберегающих установок первичной нефтепереработки" нами было выделено два типа знаний: предметные знаний, которыми являются основные понятия предметной области, и процедурные знания, которыми являются эвристические правила принятия рациональных технологических решений. К основным понятиям ПО относятся: "вещество", "смесь", "технологический поток", "нефтяное сырье", "нефтяные продукты", "аппарат", "технологическая схема", "химико-технологический процесс", "процесс теплообмена", "процесс ректификации" и др.

Эвристические правила ПО отображаются в виде продукционных правил (ПП), которые имеют вид: "ЕСЛИ (условие) - ТО (действие)". В результате концептуального анализа знаний предметной области проектирования энергосберегающих установок нефтепереработки нами выделены и сформулированы девять классов продукционных правил:

ПП1 - Правила выбора типа установки первичной нефтепереработки;

ПП2 - Правила выбора типа технологической схемы первичной нефтепереработки;

: ППЗ - Правила выбора вида уравнений расчета плотности нефти, дистиллятов и остатков;

ПП4 - Правила выбора вида уравнений расчета выхода легких фракций и базовых масел;

ПП5 - Правила выбора вида уравнений расчета параметров физико-химических свойств нефтяных фракций в зависимости от состава.

плотности, температуры и давления исходной смеси, а также правила определения химического и покомпонентного состава сырья по виду сырья;

ПП6 - Правила выбора вида уравнений расчета параметров равновесия сложных смесей в зависимости от состава, температуры и давления;

ПП7 - Правила выбора способов рекуперации вторичных энергоресурсов производств первичной нефтепереработки;

ПП8 - Правила выбора пар технологических потоков для участия в рекуперативном теплообмене;

Г1П9 - Правила выбора последовательности выделения целевых продуктов из многокомпонентных рмесей.

Таким образом, в результате концептуального анализа знаний о проектировании энергосберегающих установок первичной

нефтепереработки нами сделаны следующие выводы:

1. Физико-химические свойства нефтяного сырья и нефтепродуктов определяют выбор типа технологической схемы переработки.

2. Вариант технологической схемы переработки нефти выбирается для определенного способа переработки нефти (по топливному или масляному варианту).

Исходная задача проектирования НПЗ была декомпозирована на несколько подзадач: подзадача выбора технологической схемы первичной нефтепереработки с использованием продукционных правил ПП1,ПГ12и ППЗ; подзадача расчета параметров ХТП и технологических потоков первичной нефтепереработки с использованием продукционных правил ПП4, ПП5, ПП6 и вычислительных алгоритмов; подзадача синтеза оптимальной теплообменной системы установки первичной нефтепереработки с использованием продукционных правил Г1П8.

Нами предложена продукционно-вычислительная процедура вывода (или генерации) оптимальных решений при проектировании энергосберегающих установок первичной нефтепереработки, которая включает следующие стадии:

1. Ввод исходных знаний и данных о виде нефтяного сырья, которое может перерабатываться на проектируемой установке.

2. Расчет теплотехнических и физико-химических свойств потоков нефтяного сырья и фракций с использованием уравнений, выбранных с помотыо продукционных правил классов ПП4, Г1П5, ПГ16 и с применением вычислительных алгоритмов.

3. Выбор типа технологической схемы установки на основе использования продукционных правил класса ПП1.

4. Выбор типа инженерно-аппаратурного оформления установки с помощью продукционных правил класса ПП2.

5. Составление и расчет системы уравнений материальных и тепловых балансов для сгенерированных на этапах 3 и 4 технологической схемы установки первичной нефтепереработки. 6. Синтез оптимальной тегшообменной системы, входящей в структуру выбранной технологической схемы установки.

Вывод оптимального решения в . предложенной , нами продукционно-вычислительной процедуре осуществляется с использованием стратегии обратного направления - от "цели к данным". Целевое состояние решаемой неформализованной задачи - "тип технологической схемы" используется как исходное при поиске семантического решения. Генерация альтернативных вариантов технологических схем осуществляется с использованием метода "ветвей и границ" и стратегии "поиска в глубину" на дереве вариантов решений (ДВР).

На рис.1 показан семантический граф, отображающий фрагмент базы знаний для выбора типа технологической схемы первичной нефтепереработки.

Для моделирования и переработки знаний ПО нами разработаны фреймы-прототипы и фреймы-примеры.

Фреймы-прототипы отображают абстрактные понятия для класса сущностей или явлений (объектах, ситуациях и т.д.) ПО.

Фреймы-примеры отображают знания о фактах, о конкретных сущностях и явлениях и используются для постановки исходной неформализованной задачи синтеза энергосберегающих установок нефтепереработки и для генерации семантических решений. При генерации семантических решений неформализованной задачи проектирования энергосберегающих технологических схем НПЗ каждый прото-фрейм преобразуется во фрейм-пример. Сеть фреймов-примеров отображает семантическое решение неформализованной задачи проектирования энергосберегающих НПЗ.

Для построения фрсймов-проютнпов нами была осуществлена классификация и систематизация знаний предметной области, в результате которой выделены соподчиненные группы основных понятии ПО.

В третьей главе рассматриваются вопросы разработки архитектуры, алгоритмического и информационного обеспечения гибридной ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки, а также предлагается эвристическо-вычислительная процедура синтеза оптимальных ТС с учетом интервального изменения температур исходных горячих и холодных потоков.

Архитектура гибридной ЭС образована совокупностью трех функциональных блоков, реализованных в виде программных • комплексов: базы знаний; блока вывода решений, предназначенного для генерации семантического решения с применением фреймов и продукционных правил; интерфейса пользователя.

База знаний программно реализует декларативные и процедурные знания ПО. При разработке логической структуры базы знаний применены методы реляционной алгебры.

Редактор базы знаний позволяет пользователю модифицировать базу знаний, дополнять ее фактами и продукционными правилами.

Блок вывода решений имеет на входе полученное в результате диалога с пользователем описание исходных знаний и данных для поиска решений с использованием стратегии обратного вывода. В результате анализа и переработки знаний гибридная ЭС генерирует набор семантических решений, представляющих собой технологические схемы установок первичной нефтепереработки, которые далее передаются в блок цифрового моделирования для выбора оптимальной технологической схемы, а также в блок синтеза оптимальной ТС установки.

Состав интеллектуального обеспечения гибридной ЭС приведен на рис.2. Интеллектуальное обеспечение позволяет генерировать семантическое решение, т.е. выбрать технологическую схему установки первичной нефтепереработки длч различных видов исходного сырья и конечных продуктов.

Информационное обеспечение гибридной экспертной системы проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки реализуется в силе совокупности нескольких баз данных:

1) базы данных тештофншческих и физико-химических свойств веществ и смесей:

2) базы данных типовых технологических схем первичной нефтепереработки:

зариант_переработкн_нефти=топливнып^ (переработка=глубокая)

С

тип_установки=атмосферно-вакуумная_ трубчатка

(вариант_переработки_нефти=масляный)____(переработка=неглубокая)

тип_установки=атмосферная_ трубчатка

• !(содержани е_серы=более_0.5%^ Гсодержание_серь1=менее_0.5%]||

('(комбщщрование^ет^ £ (комбиннрование=есть^

тип_схемы=двукра гное, ^испарение

3/

/тип_схемы=с_иредварительным Л] ^испарением_у/

Сип_схемы=двукратное_испарение. с_пщроочисткой_беюиновых_фр

тип_схемы=двукратное_испарение_ с_гидроочисткой__топл1шных_

Рис.1. Семантический граф, отображающий фрагмент базы знаний для выбора типа технологической схемы первичной нефтепереработки.

Рнс.2. Интеллектуальное обеспечение гибридной экспертной системы.

3) базы данных типоконструкций и геометрических размеров типового теплообменного оборудования;

4) базы данных типоконструкций и геометрических размеров простых ректификационных колонн.

Для представления данных нами использована реляционная модель, организующая объекты и взаимосвязи между ними в виде таблицы. Для программной реализации баз данных нами использована СУБД FoxPro 2.0.

В состав алгоритмического обеспечения гибридной ЭС входят: алгоритм расчета физико-химических свойств чистых веществ и

смесей;

алгоритм расчета ректификации нефтяных смесей; алгоритм расчета геллообменных аппаратов.

Нами систематизированы аналитические зависимости для расчета характеристик нефтяного сырья, нефтяных фракций и нефтепродуктов.

Оптимальная технологическая схема установки первичной нефтепереработки должна содержать оптимальную теплообменную систему. Для синтеза оптимальных ТС подогрева сырья нами разработана эвристическо-вычислительная процедура синтеза, использующая следующие предпосылки:

1) при заданных интервальных значениях начальных и конечных температур исходных горячих и холодных потоков с целью повышения степени рекуперации тепла в системе и уменьшения затрат на эксплуатацию теплообменной системы процессы теплообмена нужно организовать гак, чтобы количество рекуперируемого тепла было максимальным:

2) интервальные изменения значений температур исходных горячих и холодных потоков приводят к интервальным изменениям максимума рекуперируемой энергии.

.Уравнение общего теплового баланса ТС определяет максимум энергии рекуперации и может быть записано в виде: n m

ZalZHl = -ZSjZcj (1)

L4 jM

Тепловой баланс для каждог о потока имеет вид:

m

Ql +ALZhL= Za.Lj(^j + 6jZcj) (2)

или в матричной форме: С?=[А] * ц, где [А] - матрица размерностью п * га,

п, ш - число горячих и холодных потоков соответственно, ф - количество теплоты ¡-го горячего и ]-го холодного потока соответственно, А;, - размеры полуинтервалов, 7)ль Ъс^ е [-1,1].

Элементы а,/ матрицы [А] определяют относительные величины энергии рекуперации в каждой (у) операции теплообмена, т.е. в каждом теплообменнике:

аа = яи / (3)

где С)ч - энергия, передаваемая в (у) операции теплообмена (тепловая нагрузка ТА); су - энергия рекуперации ^го потока. Из (3) следует, что п

0.ц=1 , I, т. (4)

Ы •>

Кроме того:

а,] > 0. (5)

Матрица [А] описывает распределение общей энергии рекуперации между элементами ТС.

Для того, чтобы энергия рекуперации пропорционально распределялась между теплообменниками синтезируемой 'ГС, необходимо минимизировать среднеквадратичное значение коэффициентов ач:

Ч = — 2 аЦ тт и пт ц М

(6)

при ограничениях (1)-(5) и фиксированных значениях

Решением задачи (1)-(6) являются значения А и ], которые представляют собой некоторые функции от Ъс\ и 21),:

А = гЬО; (7)

I = ЦЪц, гЫ). (8)

Для анализа чувствительности J к изменению переменных ХС) и используем значения^ коэффициента чувствительности, которые позволяют определить Ъц и ¿11,, при которых среднеквадратичное отклонение минимально. Указанные значения будут определять те допустимые значения интервалов температур входных потоков, при которых система заданной структуры будет передавать установленное максимальное значение теплоты в каждой подсистеме синтезируемой ТС.

В диссертации подробно изложена операция выделения уровней ' максимума энергии рекуперации и каждой подсистеме ТС, которая продолжается до асимптотически полного исчерпания исходных интервалов количества теплоты или завершается при достижении заданной величины остаточных интервалов.

Для выбора рациональных пар технологических потоков для участия в рекуперативном теплообмене при синтезе каждой подсистемы ТС, которая обеспечивает эффективную рекуперацию теплоты, используется • набор продукционных правил класса Г1П8.

В четвертой главе разработана методика практического применения гибридной ЭС проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки, а также решена задача синтеза оптимальной ТС подогрева нефтяного сырья установки ЭЛОУ-АВТ-2.

При функционировании гибридной ЭС пользователь решает следующие задачи: выбирает тип технологической схемы первичной нефтепереработки; определяет способы использования вторичных энергорссурсов; выбирает номенклатуру продукции, которая буде вырабатываться на установке из сырья заданного состава.

Взаимодействие пользователя с ЭС осуществляется в форме диалога. Общая процедура диалога включает следующие этапы: инструктаж о режимах рабоп.1 ЭС, постановка задачи, поиск решения задачи, выдача результата - семантического решения задачи, объяснения всех операций i еперапип решения задачи.

При работе с ЭС, используя меню, пользователь имеет возможность: добавить факт в базу знаний: проверить истинность факта; просматривать факты базы знаний; добавить вопросы; добавить новые продукционные правила.

С использованием разрабопитой ЭС и предложенной нами чвристическо-вычислительиой процедуры синтеза оптимальных ТС была решена задача синтеза оптимальной ТС установки ЭЛОУ-АВТ-2. Проведен анализ эффективности действующей установки ЭЛОУ-АВТ-2 и предложен варпаш ее реконструкции

Поверочный расчет действующей технологической схемы ТС с ун-том 5 "" тепловых потерь с поверхности теплообменного аппарата показал, что температура потока нефти перед отбензиниваюшей колонной составлме! 230С. а степень рекуперации тепловой энергии равна 0.83.

Гсмперапра ичощото потока нефти в ощетинивающую колонну .тоткпл 6i.ii i. и пределах 2-М-250с'С\ что обеспечивает наилучший режим

i

♦ Í

импь

Рис.3. Операторная схема синтезированной ТС установки ЭЛОУ-АВТ-2: Зг-1 - горячие потоки ТС;

- холодные потоки ТС.

Таблица 1

Инженерно-технические характеристики действующей ТС и синтезированной ТС установки ЭЛОУ-АВТ-2

Показатель Действующий вариант Синтезированный вариант

Количество теплообменников 33 33

Температура подогрева нефти,°С 230 242

Степень рекуперации теплогы,% 0.83 0.94

Общая поверхность 2. теплооомена, м 7373 7373 _ .

работы колонны. Для повышения степени рекуперации геплпты горячих потоков установки АВТ-2 необходимо синтезировать оптимальную ТС, которая позволит достичь максимально возможную температуру нагрева потоков сырой нефти и наилучшего охлаждения горячих потоков с учетом действия возмущений по параметрам участвующих в теплообмене потоков.

Для расчета тенлофизических свойств технологических потоков при синтезе оптимальной ТС использованы исходные данные по уренгойской нефти и ее фракциям. Основными аппаратами синтезируемой ТС являются кожухотрубные теплообменники.

Операторная схема синтезированной ТС подогрева нефтяного сырья на установке ЭЛОУ-АВТ-2 приведена на рис.3. В таблице 1 приведена сравнительная характеристика вариантов действующей ТС и синтезированной ТС на основе использования эвристическо-вычислигельной процедуры.

. Выводы:

1. Разработаны продукционно-фреймовые модели представления неформализованных знаний о способах проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки и продукционно-пычислительная процедура вывода, которая позволяет генерировать семантические решения задач проектирования в виде описания технологических схем установок первичной нефтепереработки.

2. Разработана эвристическо-вычислительная процедура синтеза оптимальных теплообменных систем с учетом интервального изменения значений температур технологических потоков сырой нефти и продуктов нефтепереработки.

3. Рафабогана архитектурч, интеллектуальное и информационное обеспечение г ибридной ЭС проектирования энергосберегающих \сгано!; ^к первичной нефтепереработки, которая выбирает оптимальные технологические схемы установок как на основе накопления и переработки неформализованных знаний предметной области, так и с помощью цифровою моделирования и оптимизации сгенерированных семантических решений.

4. С помощью разработанной гибридной ЭС сгенерирована гехполег ическая схема установки первичной нефтепереработки ЭЛОУ-ЛВ1-2 и синтезирована оптимальная геплообменная система подогрева сырьч пои \сппювки. которая обеспечивает высокую степень

рекуперации теплоты (0.94) при интервальном изменении значении температур входных технологических потоков.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Гордеева 10.J1., Мешалкин В.П. Разработка моделей представления знании для проектирования энергосберегающих установок первичной нефтепереработки//Х Междунар. конф. "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-10)": Тез. докл. - Тула, 1996,-С.142.

2. Ивашкин 10.А., Гордеева Ю.Л., Борисова Ю.И. Компьютерное проектирование технологий переработки биосырья//Х Междунар. конф. "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-10)": Тез: докл. - Тула, 1996.- С.77.

3. Гордеева Ю.Л., Бобров Д.А. Применение экспертной системы для нредпроектной разработки схем первичной переработки нефти и газоконденсата//1Х Междунар. конф. "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-9)": Тез. докл. - Тверь, 1995. С.140.

4. Гордеева Ю.Л., Бобров Д.А. Экспертная система для управления процессом проектирования технологических схем нефтепереработки //Sbornik (conference "Rizeni procesn", Horni Becva (Чехия). 1994.-C.115-119.

5. Гордеева Ю.Л., Бобров Д.А. Экспертная система для управления процессом проектирования нефтеперерабатывающих производств //IV Междунар. конф. "Кибернетика химико-технологических процессов (KXTn-IV-94)": Тез. докл. - Москва, 1994. - С. 126.

6. Гордеева Ю.Л., Бобров Д.А. Экспертная система для проектирования энергосберегающих технологических схем нефтегазопереработки//\'Ш Всеросс. конф. "Математические методы в химии (ММХ-8)": Тез. докл. - Тула, 1993. - С.164.

7. Ярошеико A.M., Авсеев В.В., Блюм Г.З., Малышев P.M., Ефремов A.A., Гордеева Ю.Л., Бессарабов A.M. Разработка автоматизированного банка данных по конструкционным материалам //Перспективные конструкционные материалы и аппаратура для технологии особо чистых веществ. Науч. труды. - М., ИРГА, 1991. - С.41-47.