Диагностическая модель для системы диагностики состояния процесса пиролиза

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА

Афлятунов Р.М., Рудакова И.В., Русинов Л.А.

ANNOTATION

The diagnostic system for potentially dangerous process of pyrolysis of hydrocarbons is discussed. The system is created on the base of frame-production diagnostic model. The typical forms of root and daughter frames are considered. Production rules for describing of concrete faults, their reasons and recommendations on faults elimination are reviewed.

ВВЕДЕНИЕ

Текущая диагностика и мониторинг состояния потенциально опасных технологических процессов (ПОТП), многие из которых представляют серьезную опасность для персонала и окружающей среды, позволяет постоянно следить за характером их протекания, вовремя обнаруживать отклонения и нарушения нормального режима и принимать соответствующие меры.

Сложность ее осуществления определяется прежде всего отсутствием пригодных для работы в реальном времени математических моделей, а также недостаточным для обеспечения требуемой глубины диагностики количеством доступной в реальном времени информации о параметрах процесса.

Поэтому диагностику и мониторинг ПОТП осуществляют, базируясь на его информационной диагностической модели (ДМ), которая, в отличие от обычных, описывает в основном аномальные (нештатные) ситуации (НС) на процессе, отражая причинно-следственные связи в нем [1-4]. Поиск решения по продукционным правилам состоит в просмотре левых условных частей всех правил, входящих в диагностическую модель (ДМ) процесса. ДМ связывает нарушения с их проявлениями (симптомами), по которым система диагностики и определяет нештатную ситуацию. Каждое правило характеризует какую-либо конкретную причину, вызвавшую данную ситуацию. В случае, если одна и та же ситуация может быть вызвана различными причинами, ей будут соответствовать несколько правил. Для снижения размерности ДМ проводится декомпозиция объекта с выделением наиболее автономных его частей (например, участков, химических аппаратов и т.п.)

Ситуация для каждого продукционного правила описывается в ДМ вектором =(₁, ₂,… _J), элементы которого отражают, по мнению экспертов, идеальное для данного нарушения проявление симптомов. Наблюдаемая на процессе текущая (реальная) ситуация описывается вектором S_т = (s₁, s₂,… s_J), образованным значениями лингвистических переменных, соответствующих наблюдаемым симптомам. При выполнении всех условий левой части (наличии на объекте всех симптомов, учитываемых данным правилом), правило срабатывает. Тогда считается, что ситуация, описываемая правилом, имеет место и предпринимаются управления, содержащиеся в правой части этого правила. На практике часто соответствие векторов и S_т неполное, и можно говорить о какой-то степени уверенности в выводе CF, меньшей 1.

В работе рассмотрена диагностическая модель одной из основных структурных единиц, полученных в результате декомпозиции процесса пиролиза, а именно пиролизной печи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ

Установка пиролиза предназначена для термического разложения сырьевых углеводородов (прямогонный бензин, этан, бутан-пропан) в трубчатых печах пиролиза с целью получения пиролизного газа. Процесс является потенциально опасным как в пожарном, так и во взывоопасном отношениях. После печей пиролиза пирогаз проходит первичную очистку и подготовку на установке фракционирования перед подачей на компримирование. Установка пиролиза оснащена 15 пиролизными печами (рис.1), в том числе:

- печи поз. Е-ВА-101 - 109

- печи поз. Е-ВА-121, 122

- печи поз. Е-ВА-110 - 122

- печи поз. Е-ВА-114

пиролиз углеводород печь диагностика

Рисунок 1 Упрошенная технологическая схема процесса пиролиза углеводородов

Сырьем для печей пиролиза поз. Е-ВА-101-109 и Е-ВА-114 является прямогонный бензин. Печи поз. E-BA-121, 122 используют в качестве сырья этан-рецикл и бутан-пропановую фракцию. Печи поз. Е-ВА-110-112 способны перерабатывать как жидкое сырье, так и газовое сырье пиролиза. После всех печей пиролиза пирогаз поступает в колонну E-DA-101 установки фракционирования. Колонна E-DA-101 предназначена для охлаждения пиролизного газа и первичного разделения на фракции. Пирогаз с верха колонны E-DA-101 поступает в колонну E-DA-103, а закалочное масло подается в колонну E-DA-101 и колонну E-DA-102. Закалочная колонна поз. E-DA-103 предназначена для охлаждения пирогаза, из колонны фракционирования бензина поз. E-DA-101. Водно-углеводородная смесь с куба колонны поз. E-DA-103 выводится в отстойник поз. E-FA-141 для разделения фаз. Вода из отстойника E-FA-141 подается в колонну E-DA-103 и в колонну E-DA-104. Отпарная колонна технологической воды E-DA-104 предназначена для отпарки углеводородов из закалочной воды. Отпаренная вода поступает через сепаратор E-FA-142 в генераторы Е-ЕА-156АВСД, 148АВСД, где вода превращается в пар и через подогреватель Е-ЕА-154 поступает на печи пиролиза.

Колонна щелочной очистки пирогаза E-DA-203 предназначена для хемосорбции кислых газов. На печи пиролиза для охлаждения пирогаза подается питательная котловая вода из деаэратора E-EG-701, которая превращается в пар.

ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА В ПИРОЛИЗНОЙ ПЕЧИ

ДМ процесса пиролиза углеводородов строится на основании анализа процесса и опроса экспертов. Модель представляет собой двухуровневую фреймово-продукционную с сетью из корневых фреймов FrR_i на верхнем уровне [5]. Все фреймы FrR_i имеют одинаковый набор слотов, в которых содержится качественная или количественная информация о данном участке процесса, аппарате или другой структурной единице, выделенной в результате декомпозиции установки пиролиза. С корневыми фреймами FrR_i связаны дочерние фреймы FrS_j, каждый из которых описывает j-ю нештатную ситуацию, вызываемую нарушениями указанных выше видов, которые могут возникнуть на данной стадии ППВ. Кроме того, дочерние фреймы содержат необходимую информацию о мерах по устранению этих нарушений и о прогнозах последствий в случае их развития.

Структура фрейма FrR_i, описывающего i-ю стадию, может быть представлена следующим образом (типовой фрейм представлен на рис.2):

FrR_i={Name_i, Ako_i, Bc_i, Vf_i, Im_i, Next_i} (1)

где в скобках приведены названия слотов, составляющих FrR_ii.

Таблица 1

Структура корневого фрейма ДМ процесса пиролиза

В слотах фрейма содержится следующая информация: Name_i - имя i-й стадии ППВ, описываемой данным фреймом; Ako_i - список имен дочерних фреймов FrS_j, наследующих информацию из данного корневого фрейма и описывающих нештатные ситуации на данном участке процесса; Bc_i - набор значений режимных параметров, необходимых для ведения данной стадии процесса; Vf_i - алгоритм проверки исправности измерительных и управляющих каналов, состояния технологического оборудования; Im_i - матрица для обнаружения наличия нештатных ситуаций на данном участке (со слотом связана служебная процедура Pd_ij, которая изменяет статус фрейма FrS_ij при обнаружении на процессе соответствующей нештатной ситуации - St_ij становится равным единице); Next_i - указатель на фрейм FR_(i+1) перехода по сети (рассмотрение ситуаций на следующей опасной стадии).

Структура дочернего фрейма FrS_ij, описывающего нештатные ситуации на процессе, которые могут возникнуть на i-м его участке, представляется следующим образом (типовой фрейм представлен на рис.3):

FrS_ij = {Name_ij,Ako_ij,Atr_ij,St_ij,Dm_ij,Cs_ij,Rec_ij,Pr_ij,Conf_ij} (2)

где, как и ранее, в скобках приведены названия слотов, составляющих FrS_ij. В слотах фрейма содержится следующая информация: Name_ij - название j-й нештатной ситуации, информация о которой находится в данном фрейме; Ako_ij - указатель имени корневого фрейма FrR_i, с которым связан данный фрейм и значения атрибутов которого он наследует; Atr_ij - совокупности симптомов (диагностических показателей), обуславливающих активизацию настоящего фрейма (соответствует строке матрицы в слоте Im_i корневого фрейма FrR_i), и дополнительных симптомов, связанных с вызывающими данную ситуацию конкретными нарушениями и позволяющих их идентифицировать.

Статус рассматриваемого фрейма St_ij определяется по результатам сканирования матрицы для поиска нештатных ситуаций, находящейся в слоте Im_i соответствующего корневого фрейма [5]. Статус может иметь следующие значения: St_ij=выявленный, возможный и невыявленный.

Dm_ij - база продукционных правил, связывающих нарушения с основными и дополнительными симптомами в рамках нештатной ситуации, определяемой фреймом FrS_ij. В системе используется типовая структура продукционных правил: в левой части через связку И перечисляются симптомы, на которых проявляется нарушение, в правой содержатся указания на соответствующие элементы списков, содержащих причины нарушений и рекомендации по их устранению (в том числе и необходимые управления) и прогнозы их развития. Списки расположены в слотах Cs_ij, Rec_ij и Pr_ij фрейма FrS_ij.

Предложенная диагностическая модель процесса пиролиза углеводородов позволяет обнаруживать и идентифицировать нештатные ситуации на процессе. На данном этапе она использует детерминированную информацию. Однако дальнейшая работа с экспертами и анализ всей доступной информации о поведении позволит осуществить формализацию экспертной информации на базе аппарата нечетких множеств, что позволит более качественно оценивать степени уверенности в диагнозе, а также повысить глубину диагностики.

Таблица 2

Структура дочернего фрейма ДМ процесса пиролиза

ЛИТЕРАТУРА

1. Venkatasubramanian V., Rengaswamy R., Kavuri S.N., Yin K. A review of process fault detection and diagnosis. Part I: Part I: Quantitative model-based methods. // Computers and Chemical Engineering. 2003. V. 27. P. 293-311.

2. Русинов Л.А., Куркина В.В., Севергин М.В. и др. Диагностика и мониторинг процессов химических технологий. // Экологическая химия. 1996.т.5. N3. С.210-216.

3. Isermann R. Supervision, fault-detection and fault-diagnosis methods - an introduction // Control Eng. in practice. 1997. Vol. 5. No. 5. P. 639-652.

4. Qian Y., Li X., Jiang Y., Wen Y. An expert system for real-time fault diagnosis of complex chemical processes. // Expert Systems with Applications. 2003. V.24. P. 425-432.

5. Русинов Л.А., Александрова Н.А., Рашковский П.В., Кравченко Е.М. Повышение безопасности процесса получения пероксида водорода на основе диагностики его текущего состояния. // Химическая промышленность сегодня. 2003. N4. C.45-50.

Размещено на Allbest.ru