Технология мониторинга MРC (multivariable predictive control – многофакторный контроль, оценка, прогнозирование), отвечающая современным экономическим, производственным требованиям и требованиям безопасности, основанная на непрерывном особом контроле количественных и переменных величин множества показателей: контролируемых, регулируемых (уставок) и показателей производительности. Отличие данной технологии от применяемых в настоящее время на предприятиях систем контроля режимных параметров заключается в наличии дополнительных аналитических экспертных систем и модулей, позволяющих принимать решения на основании прогнозных показателей.
Система обеспечения надежности и безопасности системы объектов должна основываться на анализе следующих составляющих:
– качественном анализе и прогнозировании параметров надежности;
– техническом оснащении объектов магистральных трубопроводов;
– кадровых ресурсах, принимающих организационно-управленческие решения и обслуживающих объекты;
– оперативном реагировании специальных служб при возникновении и инцидентов;
– автоматизированной системы управления магистральными трубопроводами и т.д.
Для оценки надежности трубопровода существует большое количество методов, однако экспертиза осложняется тем, что часть нагрузок на объекты нефтегазовой отрасли носит вероятностный характер. Так, например, надежность оборудования, эксплуатируемого в неоптимальных и переменных режимах эксплуатации, а также в услових продления ресурса, необходимо оценивать с учетом показателей сохраняемости, на основании параметрических методов диагностирования в режиме реального времени.
Кроме того, воздействие окружающей среды, экстремальные ситуации, возникающие в результате изменения гидрогеологии, микроклимата и связанных с ними деформаций грунта и силовых воздействий, выполнение строительных работ и эксплуатации специальной техники приводит к нерасчетным напряжениям, влияющим на надежность работы системы.
Поэтому произвести экспертизу надежности нефтегазовых объектов весьма сложно и возможно только на основе методов теории надежности с учетом вероятностных характеристик как конструктивных параметров отдельных участков трубопровода, так и с учетом возможных внешних воздействий.
Существующая система сбора, обработки и использования статистической информации о техническом состоянии нефтегазопроводов, накапливающаяся при их диагностировании различными методами, нуждается в дальнейшем совершенствовании. При этом одним из главных направлений должно стать создание систем с применением современных информационных технологий, которые объединяют возможности экспертных и традиционных систем статистической обработки. Таким образом, целью работы является повышение эффективности мониторинга для управления надёжностью объектов трубопроводного транспорта. В процессе исследования авторами решался ряд задач, связанных с разработкой моделей и алгоритмов, для оценки показателей надежности по временным показателям и диспетчерским данным, разработкой программного комплекса по оценке надежности. На сегодняшний день авторами разрабатывается программная оболочка для оценки показателей надежности, с помощью языка программирования С Sharp разработано пользовательское приложение на базе Windows Form Application.
Для анализа могут быть использованы как комплексные показатели надежности, согласно системе государственных стандартов «Надежность в технике», так и диагностирование в системе онлайн на основании флуктуационного анализа диагностических параметров.
По результатам анализа установлено, что на сегодняшний момент в публикациях отсутствуют данные о продуктах, которые позволяли бы по диспетчерским данным производить оперативную оценку показателей надежности нефтегазовых объектов.
В качестве примера модули программного обеспечения по временным показателям апробированы при пробных расчётах для оценки надежности газоперекачивающих агрегатов.
В связи с этим целесообразно разработать программный продукт, позволяющий быстро обрабатывать большой массив данных при определении надежности объектов нефтегазовой отрасли. С помощью языка программирования С Sharp можно разработать пользовательское приложение на базе Windows Form Application, которое позволит:
– сократить время на расчет количественных показателей надежности;
– совместить качественную и количественную методики оценки при определении степени надежности нефтегазовых объектов;
– автоматически производить проверку показателей надежности по сравнению с нормативными и выделять отклоняющиеся величины;
– графически интерпретировать результат оценки;
– выводить на экран результаты анализа показателей и решение о степени надежности нефтегазовых объектов.
Основная задача при реализации экспертной системы ‒ создать универсальную виртуальную платформу, которая позволит интегрироваться под различные условия и задачи нефтяных и газовых объектов.
Первым этапом является создание блока с расчетом комплексных коэффициентов надежности, который принимает данные, такие как время работа агрегата, время нахождения агрегата в резерве, время вынужденного простоя, количество отказов оборудования. На основе сканируемых (вводимых) параметров программа рассчитывает комплекс коэффициентов, выводит их на экран и интерпретирует в графические данные, осуществляет прогноз. В этом же блоке находятся коэффициенты технического состояния как экстенсивного использования и интенсивного использования оборудования.
Второй этап ‒ введение аналитического параметрического блока. Его задача ‒ отслеживание диспетчерских данных, по поведению которых определяется закон распределения и рассчитывается вероятность дальнейшего развития.
На третьем этапе, анализируются нормы, которые регламентируются ГОСТами, техническими регламентами и нормативными документами. При приближении расчетных данных к критическим границам срабатывает оповещение с ссылкой на нормативный документ.
Рис. 1. Стартовое окно
Разработанная программная оболочка «Экспертная система контроля надежности CR2015» предназначена для определения надежности и технического состояния нефтегазового оборудования.
Анализ работы агрегатов может проводиться на основании использования агрегата по времени, по мощности; экономичности, наработке, нахождении в резерве или ремонте (ППР). Анализ надежности для газоперекачивающих агрегатов осуществляется на основании оценки коэффициентов надежности агрегатов и временных показателей, регламентируемых системой стандартов «Надежность в технике», в том числе наработок в различных состояниях, коэффициентом готовности, оперативной готовности, технического использования, простоя и других.
Программный комплекс универсален и адаптивен, так как позволяет оператору устанавливать периодичность оценки показателей, формировать комплекс показателей для анализа и период прогноза. Экспертная система требует индивидуальную настройку под конкретный промышленный объект с уставками и настройками.
Для завершения работы программы необходимо закрыть все окна или закрыть стартовое окно, что приведет к завершению работы всей программы.
Аналитический блок разработан по двум направлениям:
– анализ показателей надежности, характеризующих свойство объекта и его элементов сохранять состояние работоспособности (на основании статистических данных);
– анализ характеристик, параметров, факторов, определяющих свойство объекта сохранять состояние работоспособности (на основе эксплуатационных данных).
Рис. 2. Расчет данных и построение диаграмм
Рис. 3. Анализ комплексных показателей работы агрегата
Для анализа и управления надежностью системы формируется структура, которая в режиме реального времени позволяет:
– производить оценку показателей надежности каждого элемента системы на любом уровне и определять наиболее уязвимые элементы;
– определять, какие параметры системы оказывают наибольшее влияние на ее надежность.
Следует отметить, что в основу разрабатываемой методики контроля надежности системы и подсистем нефтегазовых объектов положены следующие требования:
– многофакторные модели надежности системы должны обеспечить однозначную, корректную оперативную количественную оценку конкретного опасного объекта;
– системная модель и комплекс универсальных логико-математических моделей должны позволять производить комплексную оценку и анализ надежности с учетом факторов и параметров, изменяющихся в длительных интервалах эксплуатации и хранения, и непрерывно изменяющихся параметров в режиме реального времени;
– должны быть четко установлены связи между факторами и показателями (часто зависимыми или однозначно не определяемыми), влияющими на безопасность и надежность технической системы в целом (в частности, например, на сохраняемость);
– методы оценки надежности технологической системы должны быть совместимы с существующими системами АСУ ТП и давать возможность осуществлять корректировку показателей под воздействием различных факторов;
– система должна обеспечить функции прогнозирования (с применением теории вероятности и математической статистики) параметров технологического процесса, планирования, оптимизации и надежное и эффективное управление технической системой в целом.
Поэтому создаваемый мониторинг строится на основе метода системного анализа, практически единственного, позволяющего корректно осуществлять принятие решений в условиях большого количества информации различной природы. Программа реализует принцип непрерывного сканирования показателей надежности и сравнения полученных значений с критическими. При достижении контролируемыми факторами критических значений определяются область и вид технического вмешательства.
Для получения адекватной модели надежности объектов весьма важным является выбор вида распределения отказов или событий, соответствующего фактическому, от чего во многом зависит точность получаемых результатов.
Рецензенты:
Соколов С.М., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень;
Торопов С.Ю., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.