Принципы построения моделей сложных технологических объектов с неоднородными векторными связями Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 004.94 Дмитриев Вячеслав Михайлович,

д. т. н., профессор, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники,

тел. (3822) 413915, e-mail: [email protected] Ганджа Тарас Викторович,

к. т. н., Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники,

тел. (3822) 413915, е-mail: [email protected] Важенин Сергей Константинович,

магистрант, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С НЕОДНОРОДНЫМИ ВЕКТОРНЫМИ СВЯЗЯМИ

V. M. Dmitriev, T. V. Gandzha, S. K. Vazhenin

PRINCIPLES OF CONSTRUCTING MODELS OF COMPLEX TECHNOLOGICAL OBJECTS WITH THE INHOMOGENEOUS VECTOR COMMUNICATIONS

Аннотация. Рассматривается методика моделирования сложных технологических объектов, допускающих декомпозицию на компоненты, для описания потоков между которыми следует использовать неоднородные векторные связи. К таким объектам относятся сложные разнообразные физико-химические системы, работа которых основана на использовании физических свойств и преобразовании составов многокомпонентных вещественных потоков.

Ключевые слова: сложные технологические объекты; физико-химические процессы; химико-технологическая подсистема; теплоэнергетическая подсистема, компьютерная модель, метод компонентных цепей.

Abstract. The technique of modeling complex engineering objects admitting decomposition into components with the flows between, which can be described with the use of heterogeneous vector communications, is considered. These objects include a variety of complex physical and chemical system based on the properties of multicomponent compositions and transformation of real flows.

Keywords: complex engineering objects; physical-chemical processes; chemical technologic subsystem; coal power subsystem; computer model, method of component circuit.

Введение

Промышленное оборудование предприятий нефтегазовой промышленности (НГП) относится к классу сложных технологических объектов (СТО) [1], в которых протекают процессы преобразования физических характеристик и химических составов многокомпонентных вещественных потоков, циркулирующих между элементами и аппаратами химической промышленности. Такие муль-тифизические процессы, подверженные влиянию окружающей среды, оказывают на ее объекты высокие техногенные воздействия. Задачами управления СТО является установление и поддержание безопасных и (или) эффективных режимов их функционирования. Для автоматизированного решения указанных задач и проектирования программ управления ими может быть применена компьютерная модель, адекватно отражающая протекающие в них мультифизические процессы. Она, будучи встроена в контур управления СТО, позволит реализовать интеллектуальную систему управления [2] с компьютерной моделью в контуре управления.

Для построения компьютерных моделей объектов с неоднородными векторными связями

может быть использован метод компонентных цепей (МКЦ) [3]. Он позволяет с помощью генератора моделей компонентов [4] сформировать компьютерную модель (КМ) любого объекта или системы, допускающей декомпозицию на отдельные взаимосвязанные элементы. В основанной на МКЦ среде компьютерного моделирования МАРС [5] реализуется вычислительный эксперимент, направленный на решение задач многовариантного анализа и параметрического синтеза, лежащих в основе решения задач исследования, проектирования и управления СТО. Для их решения требуется, чтобы используемая компьютерная модель объекта адекватно отражала протекающие в объекте управления многокомпонентные физико-химические процессы. Этого можно добиться за счет построения модели физико-химических СТО [6] с неоднородными векторными связями входящих в нее компонентов.

Классификация физико-химических

процес-сов в сложных технологических объектах нефтегазовой промышленности

Протекающие в СТО предприятий НГП процессы направлены на изменение физических свойств и химического состава многокомпонент-

ш

ных смесей веществ, циркулирующих между его элементами и химическими аппаратами. В каждой точке СТО многокомпонентная смесь в общем случае характеризуется гидравлическими (давлением Р и объемным (массовым или молярным) расходом О) и термодинамическими (температурой Т и тепловым потоком Q) характеристиками, а также вектором концентраций составляющих поток веществ С, называемых компонентами вещественного потока.

Для целей разработки компьютерных моделей СТО предприятий НГП в формате МКЦ требуется построение методики представления компонентов с неоднородными векторными связями (НВС) и разработка алгоритмов автоматизированного формирования обладающих ими компонентных цепей. Каждая НВС должна позволять сочетать в себе гидро- и теплодинамические характеристики, а также вектор концентраций веществ, входящих в многокомпонентные потоки. Неоднородные векторные связи, как новый формальный элемент, открывают дополнительные возможности компьютерного моделирования гидравлических, тепловых, теплоэнергетических, химико-технологических и эколого-экономических систем, требующих учета энергетических свойств и компонентного (вещественного) состава протекающих между их элементами потоков.

Базовые понятия метода компонентных

цепей

Базовыми понятиями метода компонентных цепей [3] являются понятия компонента и компонентной цепи (КЦ).

Компонентом структуры К5 (рис. 1) является формализованное отображение элемента, аппарата или функционального блока подлежащего декомпозиции объекта или системы, имеющее свою математическую модель, уравнения которой составлены относительно первичных его параметров и переменных.

Компонентной цепью (КЦ) в общем случае является произвольная совокупность компонентов структуры К5, связи которых, именуемые ветвями цепи, соединяются в общих точках, называемых ее узлами. С формальной точки зрения КЦ представляет собой совокупность трех взаимосвязанных множеств:

с = к в, Ы),

где К - множество компонентов; В - множество связей (ветвей); N - множество узлов КЦ, образованных при коммутации связей 5".

Каждый компонент множества К5 (рис. 1) имеет множество связей 5 (¡=1...к). В МКЦ введены три типа скалярных связей:

п1 •

• пЫ

Рис. 1. Обобщенный вид компонента

- элементарный (энергетический) тип связи, каждая из которых описывает передаваемый по связи энергетический поток, описываемый парой переменных (потенциальной и потоковой), произведение которых определяет мгновенную мощность передаваемой по связи энергии;

- информационный тип связей, по которым передается информационный поток, значение которого в каждый момент характеризуется одной потенциальной переменной;

- однородный векторный тип связей, передаваемый по которым информационный поток характеризуется несколькими однородными потенциальными переменными.

структура неоднородной векторной связи

Для целей моделирования в формате МКЦ протекающих в СТО физико-химических процессов могут быть применены компонентные цепи с неоднородными векторными связями.

Каждая неоднородная векторная связь ^

(рис. 2) представляет собой совокупность взаимосвязанных энергетических и информационных связей, векторная ветвь Ь которой инцидентна

ее векторному узлу п.. Она имеет вид

^ = ,

5И_Се] 51-СЦ

62ПЬ|

П2^П)

•пСе+1^П] •Псе+2^П]

Ьсе^Ъ)

а)

ПоЛП] -•По.+с^П]

б)

Рис. 2. Структура и содержание неоднородной векторной связи: а - структура неоднородной векторной связи; б - содержание неоднородной векторной связи

в

Ъ]

П

где Ь. = /},. Ь2, ..., Ь,... - векторная ветвь, являющаяся массивом размера Се |ь^ = Се , номеров ветвей скалярных энергетических связей, входящих в состав НВС 8Е1р8Е2р...,8ЕС^ с8у;

п, = [ пх, п2,... пСе, пСе+1, па+2, пСе+а 1 - векторный

= Л Ч»

•К

(1)

ЪЕ_->

Рис. 3. Структура и содержание энергетической связи

узел размером ^ = Се + С/, представляющий собой массив номеров узлов скалярных энергетических и информационных связей, входящих в состав НВС 8У ; Се - количество элементарных связей в составе 8У; С - количество информационных связей в составе 8У .

Для всех элементарных связей задается единое направление потока, которое может быть указано для всей НВС 8 ^, к которой они принадлежат. Если поток в связи будет направлен «от узла к компоненту», то отношение инцидентности будем записывать в виде

^ = М П1 ,

а если «от компонента к узлу», то в виде

^ = мч.

Формально НВС 8^ можно представить в

виде:

ву, = 1./ > 2./ > • ' 1./' 2./' • •

где у,8Е - совокупность энергети-

ческих связей.

Каждой энергетической связи (рис. 3)

ставится в соответствие пара топологических координат - узел пЕ ■ и ветвь ЪЕ . - соответственно

с потенциальной пЕ ;. — > ; и потоковой переменной ЪЕ_->УЪЕ]

8,

■и

ъ-0

>

1 2},-■■,су - совокупность информационных связей. Каждой информационной связи ■

ставится в соответствие пара топологических координат - узел пГ/. и ветвь - с одной потенциальной переменной «/(— > К, ;, /)/( — > 0 (рис. 4):

Образование КЦ СТО, имеющих НВС, производится на основании правил коммутации компонентов. При этом векторам Ь и п каждой неоднородной векторной связи компонента, все эле-

_ пц->

Уии

Рис. 4. Структура и содержание информационной связи

менты которых заданы в локальном координатном базисе компонента, ставятся в соответствие вектора В и N , характеризующие их потенциальные

и потоковые переменные в глобальном координатном базисе формируемой цепи.

Обобщенный компонент физико-химических систем

Сложные технологические объекты предприятий НГП относятся к классу многокомпонентных физико-химических систем [7], между компонентами которых циркулируют потоки веществ. Для их моделирования в формате МКЦ они должны быть представлены компонентными цепями С0 с НВС.

Физико-химические системы (ФХС) представляют собой совокупность элементов и аппаратов химической промышленности, в которых протекают разнообразные физические и химические процессы, нацеленные на получение конкретной продукции с заданными характеристиками. Циркулирующие между элементами и аппаратами вещественные потоки представляют собой многокомпонентные смеси веществ, обладающие различными видами энергии.

Вещественный поток может быть образован одним веществом или смесью веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях. Каждое вещество, включенное в такой поток, будет называться компонентом потока Кр . Образованный одним веществом в газовом или жидком состоянии поток будет называться однокомпонент-ным. Концентрация входящего в него вещества будет равна 1, а концентрация других веществ в данном потоке будет равна 0.

Когда вещественный поток образован несколькими веществами, он будет считаться многокомпонентным. Конкретное вещество, находящееся в потоке, будет являться компонентом потока

ш

KPi и характеризоваться своей концентрацией Ci, где =

определяющей массовую, объемную или молярную долю вещества в потоке.

Протекающие в СТО процессы направлены на изменение физических характеристик и компонентных составов циркулирующих потоков. Оказывая техногенные воздействия на окружающие их объекты природной среды, они зависят:

1) от компонентного (вещественного) состава входных многокомпонентных вещественных потоков и от запасенной в них энергии различной физической природы;

2) от физических и химических свойств веществ, составляющих многокомпонентный поток и определяющих агрегатное состояние, называемое фазой потока;

3) от количества подводимой и отводимой энергии различной физической природы без изменения компонентного состава потока;

4) от геометрических форм, размеров и других параметров химического аппарата.

На основе обобщенного компонента ФХС может быть построен набор типовых компонентов подсистем СТО. Они позволят формировать компьютерные модели соответствующих систем, анализировать протекающие в них мультифизические процессы и вырабатывать управляющие воздействия, направленные на установление в системах требуемого режима функционирования.

Обобщенный компонент ФХС (рис. 5) включает в себя совокупности входных

^ФХС _ . + ^ФХС _ . +

IN_1 — "|\1'1 IN_1 ' IN_2 — I \_2 1 П

-<ФХС

-элемен-

S'P_

Т1ЧТ

^IN nl1! ПШ nl

niN 1

nIN 2

nIN nl

Поит 1

nOUT 2

Рис. 5. Обобщенный компонент физико-химической системы

и выходных

^ФХС _ . +

ÖIN 1 — "IN l1! IN 1

^фхс_ . +

' IN 2 "iN 21! "iN 2

S®xc _

TM

^IN nl1! niN nl

(3)

физико-химических связей. Каждая входная (1) и выходная (2) физико-химическая связь, образованная на основе НВС (рис. 2), представляется в виде совокупности элементарных и однородных векторных связей:

= ' (4)

} 1 }

тарная связь, принадлежащая гидравлическому субаспекту физического аспекта. Она характеризуется переменными: потенциальной

давлением и потоковой У^ = О. - объемным

(массовым или молярным) расходом вещества. Далее такую связь будем назвать гидравлической',

V°=P -

nj J

% = bWs

n,

>VT bT

"J ' J

- -7 -«¡>~} /Ъ] элементарная связь термодинамического субаспекта физического аспекта, характеризующая запас тепловой энергии в вещественном потоке. Она включает в себя следующие переменные связи: VI = Т - температура, У^ = О - поток теплоты. Далее такая связь будет называться термодинамической связью-, Л'" - -> п[ -0 - однородная векторная связь с однородным вектором переменных = С, характеризующим концентрации веществ в описываемой им связи. Размерность данного вектора соответствует количеству веществ, циркулирующих во всей рассматриваемой ФХС. Далее такую связь будем называть связью концентраций.

Математическую модель обобщенного компонента ФХС КФХС можно представить в виде совокупности следующих уравнений:

(5)

Mfc = м°к и Mf и Ml и Mfc и мск и iT

(2)

где М% - множество уравнений модели, в которые входят только переменные гидравлических связей .V'. V/ — \,п, неоднородных векторных связей компонента КФХС; М°т - множество уравнений модели, каждое из которых содержит пере-

оО

менные гидравлических Л . и термодинамических

Поит n2 связей S, компонента KФ

Мi - множество

-] ---------------- " ' ' К

уравнений, включающих в себя только переменные термодинамических связей Лт компонента

K

ФХС .

м g

- совокупность уравнений, в которых выражается зависимость концентраций веществ в потоках от гидравлических и термодинамических переменных связей данного компонента; М^ -уравнения, в которые входят только переменные связей концентраций компонента; /г - совокупность топологических соотношений компонента КФХС, предназначенных для формирования топологических уравнений для узлов, образованных его связями.

На основе введенного физико-химического компонента КФХС (рис. 5) с входными и выходными физико-химическими связями может быть построен компонентный набор для моделирования различных подсистем СТО, направленных на минимизацию размера исследуемой модели и повышение быстродействия решения задач интеллектуального управления, в основе которых лежит многократный анализ модели при варьировании параметров ее компонентов.

Классификация компонентов и построение моделей физико-химических подсистем СТО

Подсистемами СТО будут называться его функциональные блоки, в которых учету подлежат определенные параметры и характеристики потоков, полностью характеризующие управляемые процессы. На основе этого определения можно выделить гидравлические, термодинамические, теплоэнергетические и химико-технологические подсистемы СТО. Такая классификация позволяет минимизировать размер вектора решения и соответствующей ему матрицы, а следовательно, увеличить быстродействие решаемых в процессе управления задач анализа и синтеза компьютерных моделей СТО.

Компоненты и модели гидравлической и термодинамической подсистемы были построены ранее на основе энергетических связей (1). В данной работе интерес представляют подсистемы, для описания которых будут использованы НВС с Се > 1 и (или) а > 1. К их классу относятся теплоэнергетические и химико-технологические подсистемы СТО.

Компоненты и построение моделей теплоэнергетической подсистемы СТО

Теплоэнергетической системой (ТЭС) называется такая подсистема ФХС, в элементах которой с помощью жидкого или газообразного (парообразного) теплоносителя осуществляется перенос тепловой энергии без рассмотрения и изменения компонентного состава содержащихся в нем веществ. Функционирование ТЭС направлено на отопление и поддержание заданных климатических характеристик в некотором помещении или температуры в некоторой точке другой ФХС, направленной на физико-химические преобразования многокомпонентных вещественных потоков.

Протекающие в ТЭС процессы характеризуются гидравлическими (давлением Р, вещественным потоком О) и термодинамическими (температурой Т и тепловым потоком Q) переменными. При этом в таких системах наблюдается

зависимость термодинамических характеристик от гидравлических.

Обобщенная модель элемента ТЭС в формате МКЦ может быть получена на основе обобщенного компонента ФХС, если в (4) положить

Уравнения компонентов, основанных на обобщенной модели ТЭС, должны быть сформированы относительно гидравлических и термодинамических переменных векторных связей. В этом случае обобщенная математическая модель компонента ТЭС может быть получена из (5) и представлена в виде

м™ = имткшт .

Одним из наиболее показательных теплооб-менных процессов, наблюдающихся в ФХС, является теплообменный процесс. Он происходит в теплообменниках.

Теплообменник является аппаратом ФХС, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями - вещественными потоками в газовой или жидкой фазе, имеющими различные температуры. Протекающие в теплообменниках процессы описываются кинетическим уравнением [8], выражающим связь между тепловым потоком Q и поверхностью ^ теплопередачи и называемым основным уравнением теплопередачи:

о=к-р-ьт^ ,

где К - кинетический коэффициент, характеризующий скорость переноса теплоты; ДТ - разность температур входных потоков теплоносителей; I - время теплообмена.

В представленной компьютерной модели теплообменного процесса (рис. 6, а) с помощью источника С81 через термогидравлическое сопротивление ЯЛ в теплообменник ТО1 подается горячий теплоноситель. Его температура измеряется с помощью измерителя потенциальной переменной 1_Уп1, его тепловой поток измеряется измерителем потоковой переменной 1_УЬ1. Через термогидравлическое сопротивление горячий теплоноситель выводится из теплообменника и передается в теплоэнергетический терминатор Т1. Его выходная температура измеряется измерителем потенциальной переменной 1_Уп2, а тепловой поток - измерителем потоковой переменной 1_УЬ2.

Холодный теплоноситель подается в теплообменник Т01 источником С82 через термогидравлическое сопротивление ИБ3. Его входная температура фиксируется измерителем потенциальной переменной 1_Уп3, а тепловой поток - измерителем потоковой переменной 1_УЬ3. Получив определенное количество тепловой энергии от го-

ш

рячего теплоносителя, холодный теплоноситель выводится из теплообменника с помощью термогидравлического сопротивления КР4. При этом его температура измеряется потенциальной переменной 1_Уи4, а тепловой поток - измерителем потоковой переменной Т_УЬ4.

а)

н Тер1ооЬтепгйк 1ММ

О горячий ДО О горячий ПОСЛЕ

11.199е+008 | 1,193е+008

О хородный ДО 0 холодный ПОСЛЕ

11.511 е+008 | 1.518е+008

Т горячий ДО Т горячий ПОСЛЕ

| 344.446 | 328.394

Т холодный ДО Т холодный ПОСЛЕ

277.029 | 309.132

<

б)

Рис. 6. Моделирование теплообменных процессов: а - компьютерная модель теплообменной системы; б - результаты моделирования

Результаты анализа компьютерной модели теплообменного процесса (рис. 6, а), в основе которой лежит модель теплообменника, представлены на рис. 6, б.

Компоненты и построение моделей химико-технологической подсистемы СТО

Компонентами химико-технологической подсистемы (ХТС) СТО являются компоненты структуры К5, в которых помимо изменения гидравлических и термодинамических характеристик изменяются компонентные составы веществ циркулирующих потоков. Их изменение может протекать вследствие сепарации, абсорбции (десорбции), ректификации либо других физических эффектов или химических реакций. При этом данные процессы, протекающие в основных аппаратах химико-технологической промышленности [8], могут протекать с поглощением или выделением энергии.

Для целей подачи в состоящую из взаимосвязанных компонентов ХТС многокомпонентного потока веществ под давлением и с соответствующей температурой применяется источник многокомпонентной смеси веществ. Его един-

ственная векторная связь Я , образованная с помощью узла п, является физико-химической:

3 = Ъ^п, = = ^ = Р[,С1 , = Тх,01 , = С , где Л',1 = /1, (/, - элементарная гидравлическая связь (р - давление в узле щ, О1 - объемный расход многокомпонентной смеси веществ); Л,' = 7],0] ~ элементарная термодинамическая связь (1\ - температура в узле я,. Ол - тепловой поток в связи ^ ); Л',' = С - однородная векторная связь, выражающая концентрации веществ в многокомпонентном потоке.

В качестве примера рассмотрим модель компонента «Сепаратор», осуществляющего разделение многокомпонентного потока на компоненты потока с различными характеристиками (агрегатным состоянием, размером молекул и т. п.). В технологическом процессе предприятий НГП сепараторы используются для выделения из добываемой нефти или природного газа механических примесей, земли и других веществ, находящихся в твердой фазе.

Компонент «Сепаратор» (рис. 7) предназначен для разделения многокомпонентного вещественного потока, поступающего на его вход щ, на два потока. При этом на выход щ поступают вещества, удовлетворяющие условию сепарации, а на выход щ - остальные вещества входного потока.

Рис. 7. Компонент «Сепаратор»

Связи компонента «Сепаратор»

Л', = и, , Л'2 = Ь2г\+п2 , Л'3 = ЬъцГпъ - физико-химические. Для каждой из них справедливо:

гг _ ггО ггТ ггС

где = Р1,С] - элементарная гидравлическая связь (р - давление в узле щ , О. - объемный расход многокомпонентной смеси веществ в связи ¿V); .V' = Т],01 - элементарная термодинамическая связь (Т - температура в узле щ , ^ -тепловой поток связи ); S'' — - однород-

иркутским государственный университет путей сообщения

ная векторная связь, выражающая концентрации веществ в узле п]; у =1...3 .

Математическая модель компонента «Сепаратор» включает в себя следующие уравнения:

- уравнения материального баланса сепарации:

С, — С, — (т3 = 0; • С, — С, = 0,

(6)

где £С1 - сумма концентраций компонентов веществ во входном потоке ^ , поступающих в первый выходной поток ;

- уравнения теплового баланса сепарации:

Т2-Т1= 0; Т3-Т1= 0;

0,-0,= о,

(7)

ных потоках и :

С'

С —

3 —

уравнения расчета концентраций во вход-

>ка:

С"

—— есливещество /' передается в выход

0 если вещество/передается в выход 5",, (8)

0 есливещество /' передается в выход

С"

—— если вещество / передается в выход

Предложенная на рис. 9 модель сепарацион-ной очистки нефтегазовой смеси от твердых (механических) примесей позволяет определять и поддерживать давление подаваемой на сепаратор нефтегазовой смеси, необходимое для поддержания ее давления на выходе сепаратора.

ш Берага1ог.тг5аг в®®

1 Уп1 © 1 Уп4 е- I Ут\7 © П/Ь10 л ©п

0-

0- 0- е- <$н .

С31 1_\л>1 1_ЧЬ2 ЯР1 5ЕР1 Г'Г? —^ г—^ —{—1——(уь)-(VI)-С=[>

-(уь)—Л/ь\ №5 1 Т2 ии л—*—

I Уп13 е— 1 Уп1€ е-

<$>—

е—

I < >

Рис. 8. Компьютерная модель сепарационной очистки нефтегазовой смеси от твердых (механических) примесей

Т а б л и ц а 1 Назначения измерителей в модели сепарационной

где £С1 - сумма концентраций компонентов веществ на входе щ, передаваемых со входа щ на выход щ ; 5С2 - суммы концентраций веществ на входе щ, передаваемых на выход щ .

Таким образом, уравнения (6)-(8) описывают протекающие в сепараторе процессы отделения твердых веществ от нефтегазоводяной смеси, добываемой из недр земли.

Пусть на вход сепаратора под давлением 50 МПа и температурой 303 К (30 оС) поступает добытая нефтегазовая смесь с компонентным составом веществ: нефть - 0,6; газ - 0,15; вода - 0,15; твердые вещества (земля, песок, нерастворенные соли и т. п.) - 0,1. В результате сепарации с помощью компонента «Сепаратор» 8ЕР1 (рис. 7) от нефтегазовой смеси производится отделение твердых веществ. Для измерения выходных величин в представленную компонентную цепь сепарацион-ной очистки нефтегазовой смеси от твердых (механических) примесей (рис. 8) включены измерители потенциальных и потоковых переменных, назначение которых представлено в табл. 1.

очистки нефти от твер дых примесей

Назначение измерителя Вход сепаратора Выход сепаратора Выход сепаратора

Давление смеси I Уп1 I Уп7 I Уп13

Расход смеси I УЫ I УЬ3 I УЬ5

Температура смеси I Уп2 I Уп8 I Уп14

Тепловой поток смеси 1_УЬ2 I_Уb4 I_Уb6

Концентрация нефти 1_Уп3 I_Уп9 I_Уп15

Концентрация газа I Уп4 I Уп10 I Уп16

Концентрация воды I Уп5 I Уп11 I Уп17

Концентрация твердых примесей I_Уп6 I_Уп12 I_Уп18

Предложенная на рис. 9 модель сепарацион-ной очистки нефтегазовой смеси от твердых (механических) примесей позволяет определять и поддерживать давление подаваемой на сепаратор нефтегазовой смеси, необходимое для поддержания ее давления на выходе сепаратора.

Заключение

В данной работе представлена методика формирования моделей с неоднородными вектор-

ш

ными связями и набор компонентов многокомпонентных физико-химических систем, позволяющих учитывать гидравлические и термодинамические характеристики циркулирующих между их аппаратами потоков, а также вектор концентраций входящих в них веществ.

0

separatar.rnrsdr

вход ВЫХОД 1 ВЫХОД 2 л

Р (Па) PI (Па) Р2 (Па)

2.5е+007 2.3е+007 2.5е+006

G (НЗ/ч) G1 (мЗ/ч) G2 (мЗ/ч)

250000.000 225000.00Э 24999.991

С нефть С1 нефть С2 нефть

0.600 0.667 0.000

С газ С1 газ С2 газ

0.150 0.167 0.000

С вода С1 вода С2 вода

0.150 0.167 0.000

С тв. примеси С1 тв. примеси С2 тв. примеси

0.100 0.000 1.000

ТОО Т1 (К) 12 (К)

288.000 200.000 288.000

Q (Пж/(м2*с)) Q1 (Цж/(мЗ*с)> Q2 Щж/(мЗ-с»

0.150 0.150 0.150

V

< >

Рис. 9. Результаты анализа модели сепарационной очистки нефтегазовой смеси от твердых (механических) примесей

Такие модели позволят автоматизировать решения задач многовариантного анализа и параметрического синтеза объектов управления, направленных на определение, установление и поддержание экономически эффективных и (или) экологически безопасных режимов функционирования СТО. Такие модели будут лежать в основе разработки интеллектуальных систем управления технологическими процессами [9] промышленных объектов предприятий нефтегазовой промышленности.

Работа выполнена на кафедре моделирования и основ теории цепей Томского государственного университета систем управления и радио-

электроники в рамках исследований по грантам

РФФИ № И-07-00384а и РФФИ № 13-07-00378а.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ганджа Т.В. Формализованное представление обобщенного технически сложного объекта с компьютерной моделью в контуре управления // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. 2012. № 2. С. 29-35.

2. Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. Принцип построения многоуровневых компьютерных моделей SCADA-систем для управления сложными технологическими объектами // Информатика и системы управления. 2013. № 2 (36). С. 24-36.

3. Дмитриев В.М., Арайс Л.А., Шутенков А.В. Автоматизация моделирования промышленных роботов. М. : Машиностроение. 1995. 304 с.

4. Дмитриев В.М., Ганджа Т.В., Т.Ю. Коротина Генератор моделей компонентов с энергетическими связями физически неоднородных цепей на базе интерактивной математической панели // Доклады Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2009. № 2 (20). С. 94-99.

5. МАРС - среда моделирования сложных технических устройств и систем / В.М. Дмитриев и др. Томск : В-Спектр, 2011. 281 с.

6. Дмитриев В.М. Ганджа Т.В., Шутенков А.В. Построение компьютерных моделей многофракционных физико-химических систем газопромысловых объектов в формате метода компонентных цепей // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2012. № 2 (26). Ч. 1. С. 145-150.

7. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. М. : Наука, 1979. 394 с.

8. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2 кн. Ч. 2. Массообмен-ные процессы и аппараты. М. : Химия, 1995. 368 с.

9. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях / Дмитриев В.М. и др. Томск : В-Спектр, 2012. 212 с.