CC BY
10
УДК 004.891.2
Ластовецкий М.Л., Михайлова П.Г.
РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ «РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КОМБИНИРОВАННОЙ УСТАНОВКЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА»
Ластовецкий Михаил Леонидович, магистрант 2-го года обучения факультета цифровых технологий и химического инжиниринга;
Михайлова Павла Геннадьевна, к.т.н., доцент, доцент кафедры кибернетики химико-технологических процессов, e-mail: mikhaylova_pavla@muctr.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
На основе анализа плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций разработана экспертная система «Рекомендации по локализации и ликвидации аварийных ситуаций на комбинированной установке каталитического крекинга» для секций 100, 200 и 300. Для реализации экспертной системы использована программа Expert Developer Pro.
Ключевые слова: установка каталитического крекинга, ликвидация аварийных ситуаций, Expert Developer Pro, экспертная система.
DEVELOPMENT OF AN EXPERT SYSTEM "RECOMMENDATIONS FOR THE LOCALIZATION AND ELIMINATION OF EMERGENCY SITUATIONS AT A COMBINED CATALYTIC CRACKING UNIT" Lastovetskiy M. L., Mikhaylova P. G.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Based on the analysis of the plan for the localization and elimination of emergency situations, developed an expert system "Recommendations for the localization and elimination of emergency situations at a combined catalytic cracking unit" was developed for sections 100, 200 and 300. The Expert Developer Pro program was used to implement the expert system.
Keywords: catalytic cracking unit, elimination of emergency situations, Expert Developer Pro, expert system.
Введение
Нефтеперерабатывающие предприятия являются опасными производственными объектами, так как в ходе их эксплуатации есть риск возникновения аварийных ситуаций, которые могут приводить к неблагоприятным последствиям для жизни и здоровья населения. В качестве помощи сотрудникам для более быстрого реагирования создаются системы поддержки принятия решений в аварийных ситуациях. Одним из структурных элементов таких систем являются экспертные системы.
Экспертная система (ЭС) - программа, которая использует знания специалистов (экспертов) о некоторой конкретной узкоспециализированной предметной области и в пределах этой области способна принимать решения на уровне эксперта-профессионала.
В настоящей работе представлены результаты разработки экспертной системы «Рекомендации по локализации и ликвидации аварийных ситуаций на комбинированной установке каталитического крекинга».
Анализ аварийных ситуаций
Анализ аварийных ситуаций (сценарии их развития и способы локализации и ликвидации) непрерывно действующих установок
нефтеперерабатывающих производств проведен на примере секций 100, 200, 300 установки
каталитического крекинга и ректификации (Г-43-107) .
Комбинированная установка каталитического крекинга Г-43-107 предназначена для переработки вакуумного дистиллята с целью получения компонента высокооктанового бензина и олефино-содержащих газов. Производительность установки 2000 тыс. т/год.
Рассмотрены три секции для реализации основных технологических процессов, которые входят в состав комбинированной установки [1]:
• секция 100 - гидроочистка сырья;
• секция 200 - каталитический крекинг и ректификация;
• секция 300 - абсорбция и газофракционирование.
Анализ установки каталитического крекинга как источника риска проведен с использованием моделей и методов, рассмотренных в [2]. Вся информация для решения этой задачи взята из технологического регламента производства и плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций
(ПЛАС).
В ходе анализа производственных опасностей установлены причинно-следственные связи в виде взаимосвязей «признаки - аварийные ситуации» [1].
Разработаны логико-графические модели сценариев развития аварийных ситуаций в секциях 100, 200 и 300.
В итоге для секции 100 определены 139 возможных признаков, которые могут привести к возникновению 56 аварийных ситуаций. Для секции 200: 68 признаков и 35 аварийных ситуаций. Для секции 300: 97 признаков и 43 аварийные ситуации.
Создание структуры логического вывода экспертной системы
Для разработки ЭС могут использоваться различные средства: языки, среды
программирования и оболочки экспертных систем. Оболочка экспертной системы представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. При их использовании знания программирования не требуются. Для реализации экспертной системы использована свободно распространяемая программа Expert Developer Pro [3], представляющая собой оболочку ЭС.
На первом этапе необходимо спроектировать структуру логического вывода (рис. 1), которая в данном случае будет представлена ориентированным графом или деревом решений. Производя выбор в каждой точке разветвления, диаграмма дерева помогает принимать решения. Такой тип логической структуры (в виде дерева решений) может быть легко преобразован в компьютерную систему [4].
На рис. 1 представлен граф, отражающий знания по аварийным ситуациям и мерам их локализации и ликвидации для секции 100 установки каталитического крекинга [5]. Каждая вершина графа помечена уточняющим вопросом экспертной системы к пользователю или ее ответом на задачу.
Рис 1. Часть структуры логического вывода в экспертной системе для секции 100
Если вершина является вопросом, то из нее выходят две дуги. Одна дуга соответствует одному возможному ответу пользователя, другая - его
альтернативному ответу. Вершина, соответствующая ответу экспертной системы, не имеет выходящих дуг. Все вершины пронумерованы [4]. Номера вершин графа с исходящими дугами (вопросы) и номера вершин графа без исходящих дуг (ответы) соответствуют номерам первичных признаков и номерам аварий в базе данных для секции 100.
На рис. 1 выделен фрагмент в части структуры ЭС для секции 100, который более подробно рассмотрен на рис. 4 и 5 в виде консультации с использованием разработанной ЭС. Разработка экспертной системы
Expert Developer Pro - программа создана по идеологии «многодокументный интерфейс пользователя» [1].
В верхнем поле ввода указывается порядковый номер вопроса (рис. 2). В следующем - вопрос или результат консультации[4].
g Expert Developer Pro - Секция lOüxpt Expert View Window Help
! D^S '
Секция 200.xpt Щй Секция 100 .xpt
с 1Г^~1Г5~1 Г
raleas
"FI
Авария произошла в реакторном блоке гидроочистки?
D Выдать как ответ Да
Индекс
Авария произошла в блоке стабилизации гидрогенизата?
Рис. 2. Интерфейс программы Expert Developer Pro Далее - номера вопросов и текст, которые будут заданы следующими в случае положительного ответа (слева) или отрицательного ответа (справа).
ЕЗ Секция lQQ.xpt
EMESIS
Н^Б
Авария: Выброс парогазовой Фазы через рабочий ППК на Е-103 в атмосферу, загазованность территории блока.
Рекомендации: "1 ] Погасить основные и пилотные горелки печей П-101 Л,2 и П -102. 2) Включить паровую завесу печей. 3) Сбросить давление из К-101, Е-103 через К-105 в заводскую Факельную линию высокого давления. 4] Закрыть вывод нестабильного гидрогенизата из С-101, С-102 в К-101. 5) Прекратить подачу легкой
0 Выдать как ответ Да
Индекс | 0~r¡
Рис. 3. Создание одного из возможных результатов консультации в ЭС
Выставление флажка «Выдать как ответ» означает конец опроса. В этом случае в поле ввода вопроса помещается результат логического вывода (рис. 3).
Консультация с использованием разработанной ЭС
Для начала консультации с разработанной экспертной системой необходимо выбрать пункт
меню «Expert^Begin Test», либо нажать кнопку «Begin Test» на панели инструментов. Далее в качестве ответов на предложенные вопросы следует нажимать кнопки «Да» или «Нет» (рис. 4) [1]. На рис. 4 и 5 представлена консультация с использованием разработанной ЭС по выделенному фрагменту в структуре ЭС для секции 100 на рис. 1.
Авария произошла в блоке стабилизации гидрогенизата? Превышение давления выше допустимого?
а) да Нет б) Г............^...........1 Нет
Частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, трубопроводов? Выброс ПГФ через рабочие ПП
В)
]DED
[
1-
J
Рис. 4. Процесс опроса пользователя: а - Отвечаем "Да", б - Отвечаем "Да", в - Отвечаем "Нет", г ■
Отвечаем "Да"
Секция 100.::pt
Sei ш
Результаты
Авария: Выброс парогазовой Фазы через рабочий ПИК на Е-103 в атмосферу, загазованность территории блока.
Рекомендации: "1 ] Погасить основные и пилотные горелки печей П-101 /1,2 и П-102. 2) Включить паровую завесу печей. 3) Сбросить давление из К-101, Е-103 через К-105 в заводскую Факельную линию высокого давления. 4) Закрыть вывод нестабильного гидрогенизата из С-101, С-102 в К-101. 5) Прекратить подачу легкой
Да
J
J
Рис. 5. Результат консультации с использованием разработанной ЭС
Таким образом, экспертная система «Рекомендации по локализации и ликвидации аварийных ситуаций на комбинированной установке каталитического крекинга» может использоваться для поддержки принятия решений в случае возникновения аварийной ситуации. Небольшое количество вопросов не сильно обременит сотрудника и не займет много времени на ответы, но поможет быстрее сориентироваться с тем, какая аварийная ситуация произошла и как ее устранить. Ее можно также использовать для обучения операторов установки.
Разработанная экспертная система может быть использована в учебном процессе. Например, для ознакомления студентов с экспертными системами, их устройством, разработкой, а также с ПЛАС установки.
Список литературы
1. Оболочки для создания Экспертных систем // Экспертные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bourabai.ru/alg/expert22.htm (дата обращения: 07.03.21).
2. Методические указания к выполнению лабораторных работ «Разработка экспертной системы с помощью программы Expert Developer Pro» по дисциплине «Интеллектуальные информационные системы» для студентов специальности 071900 «Информационные системы» очной формы обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. Ю.В. Литвиненко. Воронеж, 2019. -20 с.
3. Expert Developer Pro // Экспертные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bourabai.kz/alg/expert23.htm (дата обращения: 07.03.21).
4. Чернобровкина И.И., Пыталева В.А. Подбор банковского кредитного продукта методом экспертных систем // Роль и место информационных технологий в современной науке. - 2018. - №2. - С. 10-15.
5. Савицкая Т.В., Егоров А.Ф., Михайлова П.Г., Лёвушкина С.А. Задачи и примеры анализа риска, оценки последствий аварий и негативных воздействий химически опасных объектов: учеб. пособие. - М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2011. -312 с.
