سیستم‌های تخصصی کنترل پیش‌بینی چندمتغیره از قابلیت اطمینان تجهیزات نفت و گاز
چکیده
نویسندگان مجموعه‌ای از مطالعات مربوط به توسعه پشتیبانی متدولوژیکی از سیستم کنترل پیش‌بینی چندمتغیره از اطمینان برای صنعت نفت و گاز انجام داده‌اند. الگوریتم‌ها، روش‌های نوآورانه محاسبه و مدل‌های ریاضی از عوامل اطمینان که با سیستم مدیریت فناوری تولید مدرن، سیستم ثبت داده‌های ناظری، تشخیص غیرمخرب، و سیستم‌های کنترل فرآیند خودکار سازگار هستند، توسعه یافته‌اند. نرم‌افزارهای ریاضی برای تطابق با ویژگی‌های فناوری تجهیزات خاص طراحی شده‌اند و با استفاده از تئوری تجزیه و تحلیل فرآیند، تئوری اطمینان و عناصر تجزیه و تحلیل نوسان، مدل‌های توسعه‌یافته از عوامل اطمینان امکان پیش‌بینی پارامترهای تجهیزات فنی را در حالت زمان واقعی یا به مدت زمان تعیین شده فراهم می‌کنند. عملکرد تجزیه و تحلیل ساختاری و عاملیت سیستم به منظور برنامه‌ریزی نگهداری بهینه آن نیز فراهم می‌شود.
مقدمه
تکنولوژی‌های نظارتی MРC (کنترل پیش‌بینی چندمتغیره) با استفاده از کنترل مداوم ویژگی‌های کمی و اجرایی متغیرهای مختلف، از جمله متغیرهای قابل کنترل، تنظیم‌شده (تنظیم‌های اولیه) و عملکردی [1، 2]، با نیازهای اقتصادی، تولیدی و ایمنی مدرن سازگار هستند.
برای پیش‌بینی و ارزیابی قابلیت اطمینان از تسهیلات حمل‌ونقل لوله‌ای و انبارهای هیدروکربوری به صورت زمان واقعی، مطالعه دقیقی از تمام عوامل، پدیده‌ها و فرآیندهایی که ویژگی‌های مختلفی از اعتبار سیستم را تعیین می‌کنند، ضرور است.
تجزیه‌وتحلیل مطالعات موجود نشان می‌دهد که با وجود فوریت مسئله و تعداد قابل توجهی از تحقیقات، تکنیک‌های موجود تنها اجازه ارزیابی یک‌باره از اعتبار را می‌دهند و تمرکز بر ارزیابی و پیش‌بینی فوری در زمان واقعی با استفاده از فناوری‌های رایانه‌ای مدرن ندارند [3-6].
موضوع مطالعه
موضوع مطالعه، فناوری کنترل پیش‌بینی اعتبار است که نیاز به توسعه مجموعه الگوریتمی و ریاضی دارد.
روش‌ها
با تجزیه و تحلیل تجربیات عملی از تسهیلات صنعتی، به نظر می‌آید منطقی باشد که دنباله‌ای از فرآیندهای اصلی طراحی، اجرا و عملیات نظارتی سیستم را به چندین مرحله تقسیم کنیم (شکل 1). مراحل 1، 2، 5، 6 و 7 بر اساس نتایج تحقیقات نظری و صنعتی استوار هستند، در حالی که مراحل 3 و 4 توسط سازمان‌هایی انجام می‌شوند که سیستم‌های اطلاعاتی توسعه می‌دهند و همچنین به صورت مستقیم در ساخت و بهره‌برداری از تسهیلات خطرناک شرکت دارند.
لازم به ذکر است که امکانات و چشم‌اندازهای اجرای سیستم MРC توسعه‌یافته تنها به زمینه فناوری تولید محدود نمی‌شوند: آنها همچنین بر تحقیقات علمی و مؤسسات پروژه‌ها، نهادهای نظارتی در هنگام ارزیابی خطر، انتخاب مجموعه تجهیزات فناوری برای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه تعمیری، اعلام ایمنی سازمان‌ها و موارد مشابه تمرکز دارند.
تقریباً هر سیستم نظارت و کنترل فناوری یا صنعتی حاوی بانک اطلاعاتی است. سیستم جمع‌آوری داده‌های منبع به گونه‌ای طراحی شده است که می‌تواند با استفاده از سخت‌افزارهای موجود و جدید در سازمان‌های موجود تولید شود.
برای تجزیه و تحلیل و کنترل قابلیت اطمینان سیستم، الگوریتم‌های تجزیه و تحلیل ساختاری و عاملی تشکیل داده شده‌اند که به صورت زمان واقعی اجازه می‌دهند:
لازم به ذکر است که اساس توسعه روش‌شناسی برای نظارت بر قابلیت اعتماد سیستم‌ها و زیرسیستم‌های تأمین نفت و گاز مجموعه‌ای از الزامات است، که شامل موارد زیر می‌شود:
– مدل‌های چندمتغیره از قابلیت اعتماد سیستم باید ارزیابی کمی عملکردی یک تأسیس خطرناک خاص را به طور واضح و صحیح فراهم کنند.
– مدل سیستم و مجموعه‌ای از مدل‌های منطقی-ریاضی عام و جهانی باید امکان انجام ارزیابی جامع و تجزیه و تحلیل قابلیت اعتماد را با در نظر گرفتن عوامل و پارامترهایی که در دوره‌های طولانی عملیات و ذخیره سازی تغییر می‌کنند و پارامترهای مداوم تغییر کننده در حالت‌های زمان واقعی ممکن کنند.
– همبستگی‌های بین عوامل و شاخص‌هایی که بر ایمنی و قابلیت اعتماد سیستم فنی به طور کل (به خصوص نگهداری و غیره) تأثیر می‌گذارند (که اغلب وابسته یا به صورت یکتا تعیین نمی‌شوند) باید به وضوح تعریف شوند.
– روش‌های ارزیابی قابلیت اعتماد سیستم فنی باید با فرآیندهای فنی موجود سیستم‌ها (ACS) سازگار باشند و امکان تنظیم پارامترها تحت تأثیر عوامل مختلف را ارائه دهند.
– سیستم MPC باید امکاناتی برای پیش‌بینی (با استفاده از تئوری احتمال و آمار ریاضی) پارامترهای فرآیند، برنامه‌ریزی، بهینه‌سازی و کنترل ایمن و مؤثر سیستم فنی به طور کل را فراهم کند.
به همین دلیل نظارت توسعه یافته بر اساس روش تجزیه و تحلیل سیستم مبتنی بر تصمیم‌گیری تقریباً تنها راهکاری است که تصمیم‌گیری در شرایطی با حجم زیادی از اطلاعات متنوع را فراهم می‌کند. سیستم MPC اصل اسکن مداوم عوامل قابلیت اعتماد (در سیستم، این یک متغیر کنترلی CV است) و مقایسه مقادیر به دست آمده با مقدار حیاتی را اجرا می‌کند (شکل 2). هنگام رسیدن به مقادیر حیاتی عوامل کنترلی، منطقه و نوع مداخله فنی تعیین می‌شود.
به منظور اجرای الگوریتم‌های ارزیابی و تحلیل، مجموعه‌ای از مدل‌های ریاضی و روش‌های محاسباتی توسعه دادیم. به عنوان مثال، ممکن است روشی با مبنای مدل ضریب عامل قابلیت اعتماد باشد.
مدل‌های مختلفی برای ارزیابی قابلیت اعتماد تجهیزات فنی وجود دارد: مدل‌های تجربی؛ “محدوده بعدی پارامتر”؛ “بار – مقاومت”؛ “بار – ظرفیت تحمل”؛ مدل ضرایب.
بدون شک، روش‌های ضریبی به عنوان کاربردی‌ترین روش‌های جهانی برای اجرای تجهیزات در شرایطی از طولانی بودن دوره عملکرد تجهیزات، در شرایط عدم قطعیت و کمبود اطلاعات هستند، زیرا یک مجموعه ساده از مدل‌های خاص پیچیده را نمایندگی می‌کنند.
ارتباط عوامل قابلیت اعتماد و شرایط عملیاتی توسط ضرایب ارائه شده است که تأثیر آنها بر عوامل قابلیت اعتماد را در نظر می‌گیرند: ویژگی‌های فناوری تولید؛ عوامل آب‌وهوایی؛ عوامل بار: مکانیکی، برقی و غیره؛ پیچیدگی تجهیزات؛ ویژگی‌های نگهداری و غیره.
بنابراین، مسئله مطرح‌شده می‌تواند با استفاده از مدل‌های ضریبی به همراه ارزیابی تخصصی اهمیت ضرایب حل شود.
نتایج و بحث
اهمیت عملی این تحقیق شامل توسعه مجموعه‌ای از مدل‌های ریاضی و روش‌های پیش‌بینی برای پشتیبانی از تصمیم‌گیری و نظارت بر عوامل قابلیت اعتماد است که به صورت زمان واقعی عمل می‌کند و انتقال از سیستم “بعد از شکست” نگهداری و تعمیر به سیستم پیشگیرانه را بر اساس داده‌های پیش‌بینی‌شده در قابلیت اعتماد فراهم می‌کند.