Моделирование работы системы транспортировки и переработки нефти Текст научной статьи по специальности «Математика»

Хла Мо Аунг

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Описание работы системы транспортировки и переработки нефти

Флот, состоящий из 15 танкеров, осуществляет перевозку сырой нефти из порта Ситуэ в порт Янгон. Предполагается , что все танкеры при необходимости могут быть загружены в порту Ситуэ одновременно. В порту Янгон имеется только один разгрузочный док, с которого разгружаемая нефть поступает в хранилище, а затем по трубопроводу - на очистительную установку. Нефть поступает в хранилище с разгружаемого в доке танкера с постоянной скоростью 300 тб/день. Хранилище непрерывно снабжает сырой нефтью очистительную установку с постоянной скоростью 150 тб/день. Разгрузочный док работает с 6.00 до 24.00. Правила безопасности требуют прекращения разгрузки в момент закрытия дока. Разгрузка танкера заканчивается, когда объем оставшейся в танкере нефти становится меньше 7,5 тб. Емкость хранилища равна 2000 тб. Когда хранилище заполнено до предела, разгрузка прерывается. Снабжение очистительной установки прекращается, когда объем нефти в хранилище становится меньше 50 тб. Это делается для устранения возможных частых остановок и запусков очистительной установки. Ниже перечислены характеристики танкеров.

• Номинальная грузоподъемность равна 150 тб.

• Время в пути загруженного танкера распределено нормально с математическим ожиданием 5,0 дней (120 ч.) и среднеквадратичным отклонением 1,5 дня (36 ч.).

• Время в пути порожнего танкера распределено нормально с математическим ожиданием 4,0 дня (96 ч.) и среднеквадратичным отклонением 1 день (24 ч.).

• Время погрузки распределено равномерно на интервале от 2,9 до 3,1 дня (от 70 до 74 ч).

Начальные условия имитации соответствуют ситуации, когда хранилище заполнено наполовину, а танкеры прибывают под погрузку с интервалом 0,5 дня (12 ч.), начиная с нулевого момента

времени. Целью данного примера является имитация описанной выше системы в течение 365 дней для получения оценок следующих характеристик:

1. Использование разгрузочного и погрузочного дока.

2. Время, в течение которого очистительная установка снабжается нефтью.

3. Объем нефти в хранилище.

4. Время ожидания танкера.

5. Число танкеров, ожидающих разгрузки.

Технологическая схема транспортировки и переработки нефти

Технологическая схема процесса транспортировки и переработки нефти изображена на рис. 1. В порту Ситуэ производится загрузка танкеров нефтью пятнадцатью погрузочными доками, очереди на погрузку быть не может. Затем груженые танкеры приходят в порт Янгон где имеется только один разгрузочный док.

Далее возможны две ситуации: либо танкеры встают в очередь, либо разгружаются. Первое происходит либо если предыдущий танкер еще не завершил процесс разгрузки, либо переполнено хранилище, либо порт Янгон закрыт на ночной перерыв.

Рис. 1. Техническая схема транспортировки и переработки нефти

Рис. 2. Блок-схема процесса транспортировки и переработки нефти

После разгрузочного дока нефть перекачивается в нефтехранилище, откуда попадает в очистительные установки. Технологическая схема разработана с помощью графических редакторов: Ulead Pfotoimpact XL, visio2003.

Блок схема процесса транспортировки и переработки нефти

Блок-схема процесса транспортировки и переработки нефти изображена на рис. 2. Система транспортировки и переработки нефти является системой массового обслуживания.

Входным потоком в системе являются груженые нефтью танкеры. Заявки поступают на І5 приборов обслуживания «Загрузочные доки», затем идут на прибор обслуживания «Разгрузочный док», перед которым образуется очередь на разгрузку, миновав который попадают на прибор обслуживания «Нефтехранилище». Хранилище может переполняться, поэтому в блок схему введен блок переполнения, который не допускает переполнения нефтехранилища.

Структурно-функциональная схема работы системы транспортировки и переработки нефти

Для описания структурно-функциональной схемы процесса используется стандарт IDEF. Он был разработан как подмножество SADT. В основе SADT лежит модель. SADT - модель может основываться либо на функциях системы, либо на её предметах. Эти модели называют активностными моделями и моделями данных.

Трапс порти ровка и обработка нефти

Обслуживани Обработка

с танкеров нефти

Загрузка танкеров нефтью Разгрузка танкеров Хранение нефти Очистка нефти

Рис. 3. Иерархия уровней структурно-функциональной схемы

Основной рабочий элемент при моделировании - диаграмма. Модель 8ЛБТ объединяет и организует диаграммы в иерархические древовидные структуры (чем выше уровень диаграммы, тем она менее детализирована). В состав диаграмм входят блоки, отображающие активности системы и дуги, связывающие блоки. Блоки изображаются прямоугольниками и сопровождаются текстом. Каждая сторона блока имеет определенное значение (левая - вход, верхняя - управление, правая - выход, нижняя - исполнение).

Данный процесс можно разделить на три уровня три уровня: нулевой (рис. 4), первый (рис. 5) и второй (рис. 6 и рис. 7). На нулевом уровне основным блоком является «Транспортировка и обработка нефти». На первом уровне он декомпозируется на два блока «Обслуживание танкеров» и «Обработка нефти», которые в свою очередь, декомпозируются на блоки второго уровня соответственно «Загрузка танкера нефтью», «Разгрузка танкера» и «Хранение нефти», «Очистка нефти». На рис. 3 представлена иерархия уровней структурно-функ-циональной схемы.

Анализ результатов

Моделирование время 365 дней Таблица 1_________________________________________________________

Устройства Число транзакты Коэффицент исиольз ования Среднее время

Порт Ситуэ 933 0,384 3,605

ПШЇІЛЇЛ»

НУ

яопі і ї і« і * 7* и*

мій

ТОР

Разгружен ые к анкеры Правила транспортиров «я и переработки нефти

Поражжие танкеры Транспортировка и переработка нефти і Обработкажая нефть

Месамвмы

ослуяивания

'

А-1

Трвяспртирс»ка и переработка нефти

Р. 1

Рис.4. Структурно - функциональная схема ЇОЕРО ( нулевой уровень)

Рис. 5. Структурно-функциональная схема 1ВЕ¥О (первый уровень) 344

Рис. 7. Структурно-функциональная схема ЮЕГО (второй уровень, блок обработки нефти)

Моделирование на CPSS работы системы транспортировки и переработки нефти

GPSS программа

SIMULATE

//////////Загрузка;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

PORT_SITTWAY STORAGE 15

INITIAL XSXRANIL,О

INITIAL X90CHISTK,О GENERATE 12,,,15,

ZAGRYZKA ENTER PORTSITTWAY

ADVANCE 72,2

LEAVE PORTSITTWAY

ASSIGN OBEM,ISO

ADVANCE(NORMAL(I, 120,36) ) ;;;;;;;;;;Разгрузка;;;;;;;;;;;;;;;;

QUEUE PORTYANGONOCH SEIZE PORTYANGON DEPART PORTYANGONOCH RAZGRYZ ADVANCE 1

TEST L X5XRANIL,1990,RAZGRYZ ASSIGN OBEM-,12.5

SAVEVALUE XRANIL>,12.5

RELEASE PORTYANGON ADVANCE (NORMAL(1,96,24)) TRANSFER,ZAGRYZKA TERMINATE GENERATE 1

TEST G X5XRANIL,50,FINISH SAVEVALUE OCHISTK+,6.25 SAVEVALUE XRANIL-,6.25

FINISH TERMINATE

;;;;;;;;;;Перерыв;;;;;;;;;;;;;;; GENERATE 18,,18,,1 PREEMPT PORT_YANGON ADVANCE 6 RETURN PORT_YANGON TERMINATE

GENERATE 87 60 TERMINATE 1 START 1

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

/ Размер хранилища

/ Размер очистительной установ к ;Сгенерировать 15 танкеров, каждый /приходит раз в 12 часов

/ Загрузка танкеров в порт Ситуэ

/Погрузка

/ Покидание порта Ситуэ /Заполнение танкера 150 тб.нефти ;Время в пути загруженного танкера

/Вход в порт Янгон ;Занять порт Янгон ;Покинуть очередь на разгрузку ;Погрузка

;ООъем нефти в хранилище <2000

/Уменьшение объема нефти в /танкере за 1 час

/Увеличение нефти в хранилище /Нефти в танкере меньше 7.5?

/Время в пути порожнего танкера /Возвращение в порт Ситуэ

/Транзакты отвечающие за /увеличение нефти п очистительной /установке

/Объем нефти в хранилище > 50?

/Увеличить количество нефти в /очистительной установке /Уменьшить количество нефти в /хранилище

/////////////////////////////////// /Перерыв с 24 до 6 /Занять порт Янон /Задержка на перерыв /Освободить порт Янон

///////////////////////////////////

Pe3yjibTaTbi Mo/iejiHpoBaiiHH nepepa6oTKH ne<j>i M

Ha GPSS paGoTu chctcmu i panciiopi h-pobkh

GPSS World Simulation Report: - GPSS. 12.1

Tuesday, June 13, 2006 07s35s07

START TIME 0 . OOO

END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES 8760.000 29 1 1

NAME FINISH OBEM OCHISTK PORT_SITTWAY PORTYANGON PORTYANGONOCH RAZGRYZ XRANIL ZAGRYZKA

VALUE

22.000

10004.000

10002.000 10000.000 10006.000

10005.000 10.000

10001.000 2.000

LABEL

ZAGRYZKA

LOC

9

10

21

22

23

24

25

26

27

28 29

BLOCK TYPE GENERATE ENTER ADVANCE LEAVE ASSIGN ADVANCE QUEUE SEIZE DEPART ADVANCE TEST ASSIGN SAVEVALUE RELEASE ADVANCE TRANSFER TERMINATE GENERATE TEST

SAVEVALUE

SAVEVALUE

TERMINATE

GENERATE

PREEMPT

ADVANCE

RETURN

TERMINATE

GENERATE

TERMINATE

ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

15 0 0

458 0 0

458 1 0

457 0 0

457 0 0

457 10 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 0 0

447 4 0

443 0 0

0 0 0

8760 0 0

8760 0 0

886 0 0

886 0 0

8760 0 0

486 0 0

486 0 0

486 0 0

486 0 0

486 0 0

1 0 0

1 0 0

FACILITY PORT YANGON

ENTRIES

933

UTIL. 0. 384

AVE. TIME AVAIL. 3.605 1

OWNER PEND INTER RETRY DELAY 0 0 0 0 0

QUEUE PORT YANGONOCH

MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME 3 0 447 278 0.058 1.144

AVE.(-0) RETRY 3.025 0

STORAGE PORT SITTWAY

CAP. REM. MIN. MAX. 15 14 0 9

ENTRIES AVL. 458 1

AVE.C. UTIL. RETRY DELAY 3.754 0.250 0 0

SAVEVALUE

XRANIL

OCHISTK

VALUE

50.000

5537.500

FEC XN PRI

9264 0

9251 1

99 0

BDT

8761.000

8766.000 8771.812

ASSEM

9264

9251

99

CURRENT NEXT PARAMETER

ОВЄМ 150.000

112 О 8785.663 112 15 16 ОВЕМ 137.500

153 О 8787.037 153 15 16 ОВЕМ 137.500

1 О 8797.006 1 6 7 ОВЕМ 150.000

195 О 8798.026 195 6 7 ОВЕМ 150.000

58 О 8802.717 58 6 7 ОВЕМ 150.000

167 О 8809.766 167 6 7 ОВЕМ 150.000

181 о 8816.029 181 15 16 ОВЕМ 137.500

31 О 8817.116 31 3 4 ОВЕМ 137.500

126 О 8833.575 126 6 7 ОВЕМ 150.000

86 о 8846.796 86 6 7 ОВЕМ 150.000

139 О 8849.994 139 6 7 ОВЕМ 150.ООО

16 О 8891.860 16 6 7 ОВЕМ 150.000

44 О 8895.812 44 15 16 ОВЕМ 137.500

72 О ' 8911.286 72 6 7 ОВЕМ 150.000

9265 О 17520.000 9265 0 28

Таблица 2

Очередь Число транзак- МАХ Время среднее Среднее время

ты содержимое пребывания в

очереди очереди

Порт Янгон 447 3 0,058 1,144

Описание результатов

Результатом выполнения программы на языке программирования ОР88 стали оценки следующих характеристик:

• Использование погрузочного дока: 0.384 («PORT_SITTWAY», значение параметра «UTIL.»)

• Использование разгрузочного дока: 0.250 («PORT_YANGON», значение параметра «UTIL.»)

• Время снабжения очистительной установки нефтью: 886 (21 блок «SAVEVALUE», значение параметра «ENTRY COUNT»)

• Объем нефти в хранилище: 50.00 (переменная «XRANIL», значение параметра «VALUE»)

• Время ожидания танкера в очереди: 3.025

(«PORT_YANGONOCH», значение параметра «AVE.(-0)»)

Блок-схема алгоритма моделирование работы системы транспортировки и переработки нефти Описание алгоритма моделирования

Алгоритм моделирования процесса транспортировки и переработки нефти проиллюстрирован на рис. (8, 9, 10).

Приведём подробное описание блоков:

Блок 1. Задаются начальные параметры моделирования.

Блок 2. Определяются начальные условия.

Блок 3. Проверяется закончено время моделирования; если да

- то переход к 15

Рис. 9

блоку «Вывод параметров», если нет - к 4 блоку.

Блок 4. Увеличивается время моделирования

Блок 5. Проверяется разгружен ли танкер; если нет то загружаем танкер (переход к 6 блоку), если да - то к 8 блоку проверки заполненности хранилища.

Блок 6. Загружается танкер.

Блок 7. Загруженный танкер приходит в порт Янгон на разгрузку.

Блок 8. проверка, заполнено ли хранилище. Если заполнено, то необходимо ожидание (блок 9), если нет - проверка, не пусто ли нефтехранилище (10 блок).

Блок 9. Ожидание опустошения хранилища.

о

15___________

/Ввод параметров

т

^ конец

Рис. 10

Блок 10. Проверка, не достиг ли объем предельно допустимого минимального значения. При выполнении условия переход в блок № 12, в противном случае - ожидание (11 блок).

Блок 11. Ожидание заполнения хранилища.

Блок 12. Проверка, не наступил ли перерыв в работе разгрузочного дока. В момент времени с 6 до 24 часов танкер разгружается (блок 14), в остальное время ожидание окончания перерыва (блок 13).

Блок 13. Ожидание окончания перерыва.

Блок 14. Процесс разгрузки танкера в порту Янгон.

Блок 15. Вывод требуемых параметров моделирования, птш

— Коротко об авторе ------------------------------------------

Хла Мо Аунг - аспирант, Московский государственный горный университет.