автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Оперативное управление технологическими процессами городских систем газоснабжения

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

ГАЗОСНАБЖЕНИЯ.

1.1. Аналитический обзор работ по развитию систем управления процессами транспорта и распределения газа.

1.2. Современные методы моделирования, расчета и оптимизации газопроводных систем

1.3. Краткий анализ зарубежной практики управления газопроводными системами.

2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

2.1. Особенности функционирования городского газового хозяйства

2.2. Общая характеристика системы распределения природного газа как технологического объекта управления.

2.3. Математическая формализация и моделирование системы распределения природного газа

3. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В СИСТЕМЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

3.1. Оперативное распределение ресурсов природного газа.

3.2. Оперативное управление системой распределения природного газа по давлению.

3.3. Определение необходимого числа контролируемых пунктов системы распределения природного газа.

3.4. Анализ влияния запаздывания получения технологической информации на качество моделирования

4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ

4.1. Разработка метода и устройства для дистанционной настройки регуляторов давления газа.

4.2. Разработка метода и технологической установки ограничения подачи газа

4.3. Разработка средств телемеханической техники для системы оперативного управления технологическими процессами распределения природного газа

4.4. Автоматизированная система управления технологическими процессами распределения . природного газа "Газораспределитель"

4.5. Оценка технико-экономической эффективности результатов работы

Важным фактором повышения эффективности и качества общественного производства является существенное изменение структуры топливно-энергетического баланса в сторону увеличения в нем доли природного газа. Замена газом других, менее эффективных видов топлива позволила за последнее десятилетие получить экономию эксплуатационных расходов свыше 10 млрд. руб ^14]. Использование природного газа улучшает условия труда, повышает его производительность, позволяет осуществлять принципиально новые технологические процессы. В среднем, в сырьевых, технологических и энергетических процессах переход на природный газ дает экономию в размере от 2 до 50 руб. на I т.у.т. [94].

Решениями ХШ съезда КПСС [i] предусмотрено осуществление программы форсированного развития добычи природного газа с доведением ее объема в 1985 году до 600-640 млрд. куб.метров, сооружение мощных магистральных газопроводов с высокой степенью автоматизации и эксплуатационной надежности. Подчеркнута необходимость поднять эффективность и надежность работы Единой системы газоснабжения страны / ЕСГ/,

Городские системы распределения природного газа / СРПГ/ - конечное звено Единой системы газоснабжения. Это сложные системы с разветвленными и многократно закольцованными газопроводами высокого, среднего и низкого давления, включающие газораспределительные станции, газорегуляторные пункты и большое число промышленных, а также коммунально-бытовых газопотребителей [l4, 22, 48, 58,ЮЗ] .

В [i4]указывается, что рост городского газового хозяйства и усиливающиеся тенденции к централизации управления требуют новых современных средств и методов совершенствования процессов управления сложными многоотраслевыми системами.

Объективная необходимость совершенствования методов оперативного управления технологическими процессами распределения природного газа обусловлена целым рядом взаимодействующих аспектов, к важнейшим из которых относятся следующие I, 4, 6, 45, 86, 98]:

- экономический аспект, связанный с ростом масштабов всего социалистического производства и распределительных систем газоснабжения, в частности, переходом от экстенсивных к интенсивным методам развития экономики, углублением плановых основ ее ведения, что предъявляет новые, более высокие требования к системам управления;

- математический аспект, связанный с необходимостью выработки оптимальных решений в сложных условиях управления динамичными технологическими процессами газоснабжения, когда технологические процессы и технический уровень объектов управления непрерывно совершенствуются и усложняются;

- информационный аспект, связанный со значительно возросшими объемами обрабатываемой технологической информации, когда интенсивность информационных потоков в системе управления процессами при применении традиционных средств контроля и управления превышает психо-физиологические возможности диспетчера- технолога;

- кибернетический аспект, связанный с необходимостью улучшения систем управления вследствие многообразия режимов, увеличения числа связей как внутри СРПГ, так и между магистральными транспортными системами ЕСГ,появления новых кибернетических средств автоматической обработки информации, уменьшения допустимых сроков принятия решений;

- энергетический аспект, связанный с поиском наиболее эффективных путей и методов распределения располагаемых ресурсов природного газа среди предприятии и отраслей промышленности, использующих газ как топливо и как сырье, необходимостью экономного потребления и уменьшения утечек газа, улучшения учета и контроля за расходованием газа ;

- социальный аспект, связанный с безопасной эксплуатацией газопроводов и газоиспользующих агрегатов, а также возросшими объемами коммунально-бытового газопотребления.

Все вышеизложенное свидетельствует об актуальности проблемы совершенствования задач оперативного управления технологическими процессами газоснабжения и создания на их основе автоматизированных систем управления технологическими процессами распределения природного газа - АСУ ТП РПГ.

В основу научных разработок задач оперативного управления технологическими процессами городского газоснабжения должен быть заложен системный подход, который представляет собой упорядоченный способ оценки сложных организационно-экономических и технических свойств СРБГ в единой их взаимосвязи для правильной постановки задач и целей управления, а также установления возможности их реализации соответствующими средствами и методами [32, 67].

Настоящая работа посвящена теоретической и экспериментальной разработке технологических основ новых, более эффективных систем управления распределением природного газа в масштабе городского газового хозяйства, в том числе и автоматизированных.

Научная новизна работы заключается в формализации и математическом описании СРПГ, разработке методов оперативного управления СРПГ по давлению, рационального распределения ограниченных ресурсов газа, установления максимально-допустимого уровня запаздывания информации и оптимального числа точек конт- . роля, разработке специализированных технических средств передачи, контроля и отображения технологической информации, дистанционного управления настройкой локальных устройств регулирования по давлению и расходу /ограничению газопотребления/.

Практическая полезность работы заключается в том, что в результате ее впервые в СССР создана АСУ ТП РПГ "Газораспределитель" с соответствующим математическим, информационным и техническим обеспечением. Система "Газораспределитель" введена в эксплуатацию в конце 1980 г. в г. Ворошиловграде и успешно функционирует в настоящее время. Экономический эффект от ее эксплуатации составляет 270 тыс.руб. в год. В настоящее время выполнена работа по проектированию такой системы для г. Северо-донецка, завершается проектирование для г. Харькова и ведется проектирование для г.г. Киева и Днепропетровска.

По материалам исследований опубликовано 14 печатных работ и 5 научно-технических отчетов. Работа выполняется в соответствии с заданием 0.01.II.04.01.Н4 проблемы 0.01.II "Разработать и внедрить рекомендации по оптимальному распределению природного газа в условиях лимитных ограничений" /постановление ГКНТ СССР и Госплана СССР от 08.12.81 г. В 491/244/.

Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления работ по АСУ жилищно-коммунальным хозяйством в XL пятилетке" /г.Вильнюс, 1980 г./, Всесоюзном совещании "Опыт телемеханизации систем газоснабжения городов "/Ворошиловград, 1980г./, Всесоюзной научно-технической конференции "Пути дальнейшего повышения эффективности газового хозяйства" /г.Баку, 1981г./, Всесоюзной конференции "Управление большим городом" /г.Москва, 1981г./, Всесоюзной конференции "АСУ технологическими процессами в городском хозяйстве" /г.Москва, 1982г./, Научно-практическом семинаре "Автоматизированная система управления городским хозяйством г. Киева" /г. Киев, 1982г./, Республиканском семинаре "Совершенствование эксплуатации систем газоснабжения с помощью ЭВМ" /г.Киев,1982 г./, ряде других конференций и научных семинаров. Работа экспонировалась на ВДНХ УССР и награждена Дипломом I степени.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Обьем диссертации -166 стр., список литературы - 133 наименований.

8. Результаты работы легли в основу создания автоматизированной системы управления технологическим процессом распределения природного газа, в состав которой входят также разработанные в ходе данной работы новый эффективный комплекс технических средств "Синтез-60", внедренный в серийное производство, и ряд других конструкторско-технологических разработок. Внедрение результатов работы в производство обеспечило получение экономического эффекта в размере 270 тыс.руб. в год. Автоматизированная система управления технологическим процессом распределения природного газа успешно эксплуатируется с 1980 г. в г. Ворошиловграде и запроектирована для ряда других крупных городов.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 года. - М.: Политиздат, 1981. - 95 с.

2. Абрамова Х;Я. Разработка и применение методов оценки предельных режимов газоснабжающих систем при планировании и управлении топливоснабжением района. Дис.на соиск.учен. степени канд.техн;наук. Иркутск, 1979.

3. Автоматизированные системы управления городским хозяйством /Под ред.В.М.Глушкова. Киев: 'ЧЗудгвельник", 1978.- 144 с;

4. Автоматизированная система управления технологическим цро-цессом газоснабжения г.Харькова. Разработка технического задания. Науч.-техн.отчет "УкрНИИинжпроект", руководитель темы В.А.Меняйло. У.9.76-, № ГР76075525, инв.№ Б606862.-Киев, 1976. - 290 с.

5. Александров А.В. Автоматизированное управление единой системой газоснабжения. М.: Недра, 1980. - 351 с,

6. Александров А.В. Надежность систем дальнего газоснабжения. -M.s Недра, 1976. 318 с.

7. Александров А.В., Баясанов Д.Б. Применение электронно-вычислительных машин для расчета и управления в системах дальнего транспорта газа. М.: Недра, 1970. - 255 с.

8. Богдасаров В.А. Потери газа в городском газовом хозяйстве.-Л.: Недра, 1972. 156 с.

9. Баясанов Д.Б. Автоматическое управление магистральными газопроводами. М.: Недра, 1964. - 435 с.

10. Баясанов Д.Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства. М.: Строй-издат, 1974, - 312 с.

11. Баясанов Д.Б., Быкова З.Я. Расчет и проектирование городских газовых сетей среднего и высокого давления. М.: Стройиздат, 1972. - 207 с.

12. Баясанов Д.Б., Гурвич Г.М. Автоматическое регулированиеи управление в городских газовых сетях. М.: Стройиздат, 1970. - 191 с.

13. Баясанов Д.Б., Ионин А.А. Распределительные системы газоснабжения. М.: Стройиздат, 1977. - 407 с.

14. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965, - 458 с.

15. Белодворский Ю.М. Утечки газа, их причины и устранение. -Л.: Недра, 1968. 160 с.

16. Беляев Л.С. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неоцределенности. Новосибирск: Наука, 1978. - 128 с.

17. Берж К. Теория графов и ее применение. М.: Иностранная литература, 1962.

18. Берман Р.Я., Панкратов B.C. Автоматизация систем управления магистральными газопроводами. Л.: Недра, 1978.- 159 с.

19. Берсенев И.С. Автоматика и телемеханика в газоснабжении городов. М.: Стройиздат, 1972. - 215 с.

20. Берхман Е.И. Экономика систем газоснабжения. Л.: Недра, 1973. - 375 с.

21. Бобровский С.А., Яковлев Е.И. Газовые сети и газохранилшца.-М.: Недра, 1980. 413 с.

22. Борисов С.П., Даточный В.Б. Гидравлические расчеты газопроводов. М.: Недра, 1972. - 112 с.

23. Быкова З.Я., Герчиков С.В. Периодичность опроса ГРП при диспетчеризации городских газоснабжающих систем; Газовая промышленность, 1967, № 3, с.39-41»

24. Вальд А. Последовательный анализ. М.: Физматгиз,I960.-328 с

25. Водяник П.Ф. Автоматизация управления газоснабжением городов. Киев: "Бдавелъник", 1979. - 136 с.

26. Вольский Э.Л., Константинова И.М. Режим работы магистрального газопровода. Л.: Недра, 1970. - 168 с.

27. Галактионов А.И. Основы инженерно-психологического цроекти-рования АСУ ТП. М.: Энергия, 1978. - 208 с.29:. Гарляускас А.И. Математическое моделирование оперативного и перспективного планирования систем транспорта газа. -М.: Недра, 1975. 160 с.

28. Глушков В.М. Введение в АСУ. Киев: Техника, 1974. - 309 с.

29. Горнштейн М.Ю. Определение технико-экономической эффективности АСУ ТП: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИприборострое-ния, 1979. - 48 с. - /ТС-3, вып.6/.

30. Григоровский Е.П. Исследования динамики сетевых систем современными методами, Киев: Вшца школа, 1979. - 200 с.

31. Дмитриев В.Ф., Дризовский Л.М., Созипова Л.Т. Современные системы телемеханики: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИпри-боростроения, 1978. - 47 с. - /ТС-3, вып.З/.

32. Дубнов П.Ю., Малышев А.Г., Руденко Ю.Н. и др. Иерархия в системе оперативного управления топливоснабжением и пути ее совершенствования. Тр.симпозиума. Иерархия в больших системах энергетики. Иркутск, 1978, т.2, с.5-29.

33. Дубровский В.В., Шифрин В.Б. АСУ технологическими процессами в газовой промышленности. Киев: Техника, 1977. - 79 с.

34. Дубровский В.В., Шифрин В.Б., Бизюк И.Т. Анализ ситуации в больших системах газоснабжения с помощью ЭВМ: Обзорная информация. М.: ВНИИЭгазпром, 1979. - 53 с. - /Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности, вып. 7/.

35. Дудин В.П., Меняйло В.А. Устройство телемеханизации "Синтез-60". Информ.листок & 78-0297 ДкрНИИНТИ.

36. Евдокимов А.Г. Оптимальные задачи на инженерных сетях. -Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьковском ун-те, 1976.- 152<41; Евдокимов А.Г., Дубровский В.В., Тевяшев А.Д. Потокораспре-деление в инженерных сетях. М.: Стройиздат, I979.-I99 с;.

37. Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д. Об одном адаптивном алгоритме прогнозирования случайных процессов, содержащих периодические компоненты. Автоматизированные системы управленияи приборы автоматики, 1977, вып.43, с.129-136.

38. Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д. Оперативное управление потоко-распределением в инженерных сетях. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьковском ун-те, 1980. - 144 с.

39. Ильина Т.Р., Родионов Б.Г. К вопросу оптимизации режимов давления газа в городских газовых сетях. Использование газа в народном хозяйстве. Тр. ин-та ГипроНИИгаз, Саратов, 1969, вып.УШ, с.301-312.

40. Ионин А.А.,Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1981. - 415 с;

41. Иродов В.Ф., Казин А.И., Максименков В.П. Эволюционные алгоритмы потокораспределения в инженерных сетях. В кн.: Математические методы механики жидкости и газа. Сб.научн.тр, Днепропетровск, Днепропетровский гос.ун-т, 1981, с.130-135.

42. Казин А.Н., Иродов В.Ф. Таксономия и прогнозирование аварийных вызовов городского газового хозяйства. Изв.ВУЗов. Строительство и архитектура, 1981, № 9, с.105-109.

43. Корчевский О.В., Сокуренко В.И., Розкин М.Я. Повышение способ ности промышленных предприятий к компенсации пиковой неравномерности газопотребления по коммунально-бытовому сектору; -Изв.ВУЗов. Строительство и архитектура,1982, М, с.II2-115.

44. Куприянов М.С. Рациональные системы газоснабжения городов; -М.: Стройиздат, 1971. 143 с.

45. Ли Т.Г., Адаме Г.Э., Гейиз У.М. Управление процессами с помощью ЭВМ. Моделирование и оптимизация. М.: Сов.радио, 1972. - 312 с.

46. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования. М.: Статистика, 1979. - 254 с.

47. Ляуконис А.Ю. Применение современных вычислительных средств и методов при оптимизации городских систем газоснабжения: Обзорная информация. м.: ШИИЭгазпром, 1980.-50с.Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности, вып. 4/.

48. Ляуконис А.Ю., Гарляускас А.И. О некоторых причинах нарушения режима городского газоснабжения.- В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Грозный, 1978, № 16, с. 89-97.

49. Максименков В.П., Иродов В.Ф. Оптимальное проектирование древовидных газопроводов с помощью эволюционного алгоритма.-Деп. рукопись, № 2867.-Киев: УкрНИИнти, I98I.-I3 с.

50. Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики: Издание второе, переработанное и доп. -М.: Высшая школа, 1982. 335 с.

51. Меняйло В.А., Власюк А.В., Павловский Б.М. Устройство дистанционного управления настройкой регуляторов давления газа: Информ. листок № 81 0175 /УкрНИИнти/.

52. Меняйло В.А., Павловский Б.М. Автоматизированная система управления технологическим процессом газоснабжения Ворошиловграда : Информ. листок J® 78-0082 /УкрНИИинти/.

53. Меняйло В.А., Павловский Б.М. Некоторые вопросы технического обеспечения АСУ ТП распределения природного газа в больших городах.- В кн.: Управление большим городом. Тезисы докл. Первой Всесоюзной конф. М.: ±981, с. II6-II8.

54. Меняйло В.А., Павловский Б.М. Устройство для регулирования давления с ограничением расхода.-Положительное решение по заявке № 3504171/18-4.

55. Меняйло В.А., Розкин М.Я., Иродов В.Ф. О выборе контролируемых пунктов для оценки параметров потокораопределенияв газопроводных сетях. Деп.рукопись $ 3359. - Киев: Укр-НИИНТИ, 1982. - 10 с;

56. Меняйло В.А., Роман Е.Д. и др. Бесперебойность газоснабжения обеспечивает АСУ. Городское хозяйство У1фаины, 1974, № 3, с.29-30.

57. Михайленко В.М., Малый В.В; Оптимизация управления сложной гидравлической сетью в проходном режиме. В кн.: Вопросы теории проектирования сложных систем управления. - Киев: изд.АН УССР, научный Совет по кибернетике, 1974, с.25-38.

58. Надежность городских систем газоснабжения /Ионин А.А., Алибеков К.С., Жила В.А., Затикян С.С. М.: Стройиздат, 1980. - 231 с.

59. Наумов Б.И. Международная система малых электронных вычислительных машин. СМ ЭВМ. - Приборы и системы управления, 1977, & 10, с.3-17.

60. Никайдо X. Выпуклые структуры и математическая экономика. -М.: Мир, 1972. 517 е.86v Отраслевые руководящие материалы по созданию АСУ ТП /1Ъсудар-ственный комитет СССР по науке и технике. М.: Финансы и статистика, 1982. - 128 ci

61. О планировании подачи газа буферным потребителям /Корчев-ский О.В., Розкин М.Я., Сокуренко В.И., Мелец М.В. Экономика газовой промышленности. Реф.сб.ВНИИЭгазпрома, 1980, вып.10, с.8-12.

62. Проблемы управления городскими системами газоснабжения /Ильина Т.Р., Поплавская Л.М., Моложаева Т.К., Коркина Л.П., Черкасова А.Я. Газовая промышленность, 1975, № 12,с.41-43.

63. Разработка пульта оператора-технолога АСУ ТП газоснабжения г.Ворошиловграда. Hayчн.техн.отчет /УкрНИИинжпроект, руководитель темы В.А.Меняйло. У.2.77, № ГР78044944, инв;В F?66374. Киев, 1978. - 43 с!.

64. Разработка технического задания на АСУ ТП газоснабжения г.Днепропетровска. Научн.-техн.отчет /УкрНИИинжпроект, руководитель темы Б.М.Павловский У.06.08.76, 1ЯТ78006718, инв. № Б836740. - Киев, 1979. - 167 с.

65. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов.радио, 1980. - 232 с;

66. Смирнов В.А., Герчиков С.В. Применение современной вычислительной техники в городском газовом хозяйстве. М.: Стройиздат, 1970. - 168 с.

67. СНиП П-37-76, часть П, глава 37 Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Газоснабжение. Внутренние и наружные устройства. - М.: Стройиздат, 1977. - 87 с.

68. Ставровский Е.Р. Надежность регулирования сезонных колебаний спроса в системах газоснабжения. Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып.15. Иркутск,1978, с.64-71.

69. Стаскевич Н.Л. Справочное руководство по газоснабжению. -Л.: Гостоптехиздат, I960. 875 с.

70. Сухарев М.Г. Оперативные задачи минимизации дефицита в системах газоснабжения и методы их решения. Методические вопросы исследования больших систем энергетики, вып.15, Иркутск,1978, с.72-81.

71. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р., Брянских В.Е. Оптимальное развитие систем газоснабжения. М.: Недра,I981. - 294 с;

72. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Оптимизация систем транспорта газа. М.: Недра, 1975. - 276 с.

73. Тевяшев А.Д., Федоров Н.В. Гидравлический расчет одного класса инженерных сетей с активными элементами. Автоматизированные системы управления и приборы автоматики, 1980, вып.55, с.11-16.

74. Тевяшев А.Д., Федоров Н.В., Ткаченко В.Ф. Оптимизация систем транспорта и распределения газа. Автоматизированные системы управления и приборы автоматики, 1980, вып.53, с.62-69.

75. I; Торчинский Я.М. Оптимизация проектируемых и эксплуатируемых газораспределительных систем. Л*: Недра, 1981. - 183 с;

76. Фельдман М.И. Определение прогнозных расходов газа с помощью факторного показателя. Газовая промышленность , 1975, № 4, с.38-40.

77. Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучении машин. М.:Наука, 1971, - 255 с.

78. Фурман И.Я. Регулирование неравномерности газопотребления. М.:Недра, 1973. 200 с.

79. Фурман И.Я. Экономические цроблемы покрытия пиковых расходов газа. Газовая промышленность, 1978, № 9, с.24-26.

80. Хаймер Ю. Оперативные методы и оптимизация контроля режимов работы системы газоснабжения ГДР Дис.канд.техн.наук, Москва, 1979.

81. Хасилев В.Я. О црименении математических методов при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем. Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт , 1971, Ш, с.16-27.

82. Хачатрян Р.Г. Исследование нестационарных режимов городских газовых сетей . Дис. канд.наук. Москва, 1974.

83. Химмельблау Д.М. Прикладное нелинейное программирование.-М.: Мир, 1975. 534 с.

84. Централизованный контроль и оптимальное управление на магистральных газопроводах. Л.: Недра, 1973.