Помощь студентам в учебе
Совершенствование методов управления промышленной безопасностью на магистральных нефтепроводах (на примере участка трубопровода «Грушовая-Шесхарис» ПАО «Черномортранснефть»)
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ 12
1.1 Определение и классификация магистральных нефтепроводов 12
1.2 Основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов 14
1.3 Промышленная безопасность магистральных нефтепроводов 17
1.4 Анализ существующих методов обнаружения утечек нефти 21
1.5 Характеристика места проведения исследования 29
1.6 Информационно-патентный поиск систем обнаружения утечек нефти 30
1.7 Постановка цели и задач диссертационного исследования 34
1.8 Выводы по первому разделу 37
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК НЕФТИ ИЗ
МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА 38
2.1 Оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти 38
2.2 Исследование алгоритмов обработки данных от датчиков избыточного
давления 41
2.3 Применение метаэвристических поведенческих алгоритмов 44
2.3.1 Описание классического алгоритма оптимизации роем частиц 44
2.3.2 Выбор топологии связей роя частиц 48
2.4 Применение самоорганизующихся карт Кохонена 52
2.5 Выводы по второму разделу 63
3 ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ 65
3.1 Создание новой модели нейронной сети Кохонена 65
3.2 Анализ полученных результатов применения новой модели 71
3.3 Модернизация существующей сети связи магистрального нефтепровода... 72
3.4 Расчет основных характеристик новой сети связи 83
3.5 Выбор оборудования для организации системы обнаружения утечек
нефти 86
3.6 Разработка алгоритма обработки данных системы обнаружения утечек
нефти 89
3.7 Аспекты промышленной безопасности, охраны труда и практического
применения исследуемой СОУ 95
3.8 Анализ влияния нового метода контроля утечки на повышение уровня
промышленной безопасности объекта 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 106
ПРИЛОЖЕНИЕ А 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 119
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДАХ 12
1.1 Определение и классификация магистральных нефтепроводов 12
1.2 Основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов 14
1.3 Промышленная безопасность магистральных нефтепроводов 17
1.4 Анализ существующих методов обнаружения утечек нефти 21
1.5 Характеристика места проведения исследования 29
1.6 Информационно-патентный поиск систем обнаружения утечек нефти 30
1.7 Постановка цели и задач диссертационного исследования 34
1.8 Выводы по первому разделу 37
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК НЕФТИ ИЗ
МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА 38
2.1 Оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти 38
2.2 Исследование алгоритмов обработки данных от датчиков избыточного
давления 41
2.3 Применение метаэвристических поведенческих алгоритмов 44
2.3.1 Описание классического алгоритма оптимизации роем частиц 44
2.3.2 Выбор топологии связей роя частиц 48
2.4 Применение самоорганизующихся карт Кохонена 52
2.5 Выводы по второму разделу 63
3 ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ 65
3.1 Создание новой модели нейронной сети Кохонена 65
3.2 Анализ полученных результатов применения новой модели 71
3.3 Модернизация существующей сети связи магистрального нефтепровода... 72
3.4 Расчет основных характеристик новой сети связи 83
3.5 Выбор оборудования для организации системы обнаружения утечек
нефти 86
3.6 Разработка алгоритма обработки данных системы обнаружения утечек
нефти 89
3.7 Аспекты промышленной безопасности, охраны труда и практического
применения исследуемой СОУ 95
3.8 Анализ влияния нового метода контроля утечки на повышение уровня
промышленной безопасности объекта 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 106
ПРИЛОЖЕНИЕ А 118
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 119
Актуальность темы исследования. Сегодня трудно представить развитие современного общества без открытия нефтяных и газовых месторождений, разработки способов транспортировки данных продуктов, их переработки и всестороннего использования данных продуктов в различных отраслях.
Россия обладает уникальной трубопроводной системой, лидирующей по грузообороту, производительности и себестоимости перекачки сырья среди других видов транспорта. Текущее состояние нефтепроводов нашей страны плачевное, у более половины срок эксплуатации превышает 25-летний срок. Общая проблема функционирования трубопроводной системы осложняется тем, что существующая противопожарная техника и технологии не могут надежно обеспечивать безопасность, что подтверждается ростом количества возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами на объектах. Поэтому на сегодняшний день активно происходит поиск научно-технических решений по моделированию прикладных систем управления техносферной безопасностью магистральных трубопроводов для решения триединой цели: гарантирование экологической безопасности, предотвращение человеческий жертв вследствие чрезвычайных ситуаций и предупреждение возникновения ЧС. Особую актуальность проблеме идентификации утечек нефти придает ужесточение природоохранных законов. Таким образом, актуальность настоящего диссертационного исследования заключается в повышении уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах.
Существующие системы управления работой магистральных нефтепроводов требуют пересмотра и модернизации с точки зрения автоматизации, внедрения инновационных технологий и компьютерных систем. Описываемый в работе метод обнаружения утечек является наиболее перспективным как для модернизации системы обнаружения утечек, так и для системы управления безопасностью нефтепровода в целом.
Исследуемая в работе система обнаружения утечек основана на работе микроскопических роботов, которые передвигаются по трубопроводу вместе с нефтепродуктом. Корректная работа микроскопических роботов требует внимательного подхода к разработке алгоритмов их управления.
Для решения задачи алгоритмического обеспечения процесса управления системы обнаружения утечек нефти предлагается применять получившие в последнее десятилетие широкое распространение практические аспекты нейронных сетей, в силу своей гибкости, оптимальности и универсальности. Однако для формирования автоматизированной системы гарантирования техносферной безопасности на объектах магистрального трубопровода данная технология используется впервые. В основу разработки положена теория нейронных сетей, которая является бионической технологией, основанной на существующих алгоритмах поведения роящихся насекомых, косяков рыб и т.д.
Для формирования системы приема-передачи сигнала в нейронную сеть предлагается встроить технологию по алгоритму Кохонена. Данный алгоритм был сформирован в попытке сформировать для решения практических задач систему обучения, которая могла бы накапливать значительный объем упорядоченных данных, получаемых из слоистой нейронной сети. Успешная реализация концепции была осуществлена финским профессором Тейво Кохонен в 1982 году и алгоритм был назван его именем - самоорганизующиеся карты Кохонена (СОКК). СОКК можно обучить узнавать или находить взаимосвязи между входами и выходами.
Целью диссертационного исследования является повышение уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах путем совершенствования метода управления параметрами системы обнаружения утечек нефти.
Чтобы достигнуть установленной цели в данной работе нужно найти решение для таких задач:
- рассмотреть классификацию, основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов;
- рассмотреть систему управления промышленной безопасностью магистральных нефтепроводов;
- провести анализ существующих методов обнаружения утечек нефти;
- выполнить анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации;
- охарактеризовать оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти;
- выбрать оптимальную модель и провести анализ результатов применения новой модели;
- выбрать оборудование для организации системы обнаружения утечек нефти;
- оценить влияние нового метода контроля утечек на уровень промышленной безопасности.
Объектом исследования является система обнаружения утечек нефти.
Теоретическая и методологическая база исследования основана на изучении, систематизации и анализе научной литературы по исследуемой теме; изучении и обобщении опыта моделирования технических систем; анализе нормативной документации.
Научная новизна исследования:
- В ходе анализа технического состояния современных отечественных нефте- и нефтепродуктопроводов выявлена проблема возникновения утечек, угроза которых определена в действующих нормативах по обеспечению техносферной безопасности. Сформулированы основные причины, способствующие нарушению целостности трубопроводов, а также определены главные требования, предъявляемые к системам диагностики утечек.
- Рассмотрена классификация, основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов и определены ключевые параметры системы. На базе российских и международных стандартов выделен подход к определению нефтепровода как объекта безопасности.
- Рассмотрена система управления промышленной безопасностью магистральных нефтепроводов на основе анализа патентной информации и определены пробелы в системе проектирования систем сбора данных.
- Проведен анализ существующих методов обнаружения утечек нефти и сформирован подход к их классификации. В работе показаны преимущества и недостатки физических методов и выявлены перспективы использования интеллектуальных систем.
- Выполнен анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации система сбора данных для определения утечек в магистральных трубопроводах на основе анализа действующей системы и ресурсов площадки «Грушовая» в АО «Черномортранснефть» с участком трубопровода Грушовая-Шесхарис.
- Охарактеризован оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти и построена модель математической логики для формирования самообучающейся системы.
- Выбрана оптимальная модель формирования нейронной сети и проведен анализ результатов применения новой модели; в совокупности с разработанным способом расчета местоположения утечки система автоматического определения утечек представляет законченную модель для автоматического определения утечки и расчета ее местоположения.
- Разработана схема выявления потерь количества нефти на магистральных трубопроводах, основанная на работе роя микроскопических частиц-роботов, которые двигаются по нефтепроводу вместе с нефтепродуктом.
- Выбрано оборудование для организации системы обнаружения утечек нефти и показана специфика организации охраны труда и промышленной безопасности сформированной системы.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что применение искусственных нейронных сетей при относительно низких затратах позволяет повысить точность определения места не только утечки, но и других внештатных ситуаций; обеспечить постоянный мониторинг состояния нефтепровода; позволяет обеспечить наивысшее качество управления нефтепроводом, доступное на сегодняшний день. Повышение точности расчёта местоположения утечки приведет к уменьшению потерь нефтепродуктов, а также сократит ущерб на окружающую среду. На основе сопоставления действующих нормативов по обеспечению безопасности магистральных трубопроводов определена и математически описана угроза утечек. Благодаря этому сформирован алгоритм управления предлагаемой системой обнаружения утечек в магистральных нефтепроводах
Положения, выносимые на защиту:
- Анализ основных причин, способствующих нарушению целостности трубопроводов, а также анализ требований, предъявляемых к системам диагностики утечек.
- Анализ существующих методов обнаружения утечек нефти и подход к их классификации.
- Анализ преимуществ и недостатков физических методов и перспектив использования интеллектуальных систем.
- Анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации система сбора данных для определения утечек в магистральных трубопроводах на основе анализа действующей системы и ресурсов площадки «Грушовая» в АО «Черномортранснефть» с участком трубопровода Грушовая-Шесхарис.
- Оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти и математическая модель для формирования самообучающейся системы.
- Оптимальная модель формирования нейронной сети и анализ результатов применения новой модели в совокупности с разработанным способом автоматического определения утечки и расчета ее местоположения.
- Выбор оборудования для организации системы обнаружения утечек нефти и показана специфика организации охраны труда и промышленной безопасности сформированной системы.
- Анализ влияния нового метода контроля утечки на повышения уровня промышленной безопасности нефтепровода.
Степень достоверности и апробация результатов: результаты работы прошли апробацию на следующих научно-практических конференциях:
- «Риск-ориентированный подход в деятельности Ростехнадзора», Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности 13 декабря 2017 г., Москва;
- VII Международная научно-техническая конференция и выставка «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», которая состоялась 6 - 27 октября 2017 г. в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка;
- Пятая Международная конференция «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (ESGI-2017), состоявшаяся 5-7 декабря 2017 года, Московская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка.
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:
- «Разработка алгоритма математической модели системы обнаружения утечек нефти», принято к опубликованию в журнале «Инновации и инвестиции» №3 за 2018 год;
- «Анализ эффективности некоторых модификаций классического роя частиц», опубликованная в журнале Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки» №11,2017.
Структура диссертации. Диссертация состоит из определений, обозначений и сокращений, введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников и 2 приложений. Основная часть исследования изложена на 108 страницах, текст иллюстрирован 42 рисунками и содержит 3 таблицы.
В настоящей магистерской диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями:
1. Авария на объекте магистрального трубопровода - внезапный вылив или истечение опасной жидкости в результате полного или частичного разрушения трубопровода, сопровождаемое одним или несколькими из следующих событий: смертельное травмирование; травмирование с потерей трудоспособности; воспламенение опасной жидкости или взрыв её паров; загрязнение любого водостока реки, озера, водохранилища поверх установленных пределов; утечкой более 2м3 в сутки.
2. Граничный эффект - негативный эффект при использовании самоорганизующихся карт Кохонена, который заключается в том, что нейроны на внешней части решетки имеют меньшее количество соседей, часто захватываясь «внутренними» нейронами, что приводит к искажению изображения, которое «сминается к центру».
3. Искусственный интеллект - наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ.
4. Кластерный анализ - многоуровневая статистическая задача, которая выполняет сбор информации об анализируемых объектах, а затем выполняющая организацию подобных объектов в группы.
5. Контроль технического состояния - инспекция состояния и параметров оборудования и сооружений на предмет их соответствия требованиям технических условий и технической документации.
6. Магистральный трубопровод (для транспортировки нефти и нефтепродуктов) - это «единый производственно-технологический комплекс, предназначенный для транспортировки подготовленной нефти и нефтепродуктов от пунктов приема до пунктов сдачи потребителям или перевалки их на автомобильный, железнодорожный или водный виды транспорта, состоящий из конструктивно и технологически взаимосвязанных объектов, включая сооружения издания, используемые для целей обслуживания и управления объектами магистрального трубопровода» [6].
7. Самоорганизующаяся карта Кохонена - нейронная сеть с обучением без учителя, выполняющая задачу визуализации и кластеризации.
Россия обладает уникальной трубопроводной системой, лидирующей по грузообороту, производительности и себестоимости перекачки сырья среди других видов транспорта. Текущее состояние нефтепроводов нашей страны плачевное, у более половины срок эксплуатации превышает 25-летний срок. Общая проблема функционирования трубопроводной системы осложняется тем, что существующая противопожарная техника и технологии не могут надежно обеспечивать безопасность, что подтверждается ростом количества возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами на объектах. Поэтому на сегодняшний день активно происходит поиск научно-технических решений по моделированию прикладных систем управления техносферной безопасностью магистральных трубопроводов для решения триединой цели: гарантирование экологической безопасности, предотвращение человеческий жертв вследствие чрезвычайных ситуаций и предупреждение возникновения ЧС. Особую актуальность проблеме идентификации утечек нефти придает ужесточение природоохранных законов. Таким образом, актуальность настоящего диссертационного исследования заключается в повышении уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах.
Существующие системы управления работой магистральных нефтепроводов требуют пересмотра и модернизации с точки зрения автоматизации, внедрения инновационных технологий и компьютерных систем. Описываемый в работе метод обнаружения утечек является наиболее перспективным как для модернизации системы обнаружения утечек, так и для системы управления безопасностью нефтепровода в целом.
Исследуемая в работе система обнаружения утечек основана на работе микроскопических роботов, которые передвигаются по трубопроводу вместе с нефтепродуктом. Корректная работа микроскопических роботов требует внимательного подхода к разработке алгоритмов их управления.
Для решения задачи алгоритмического обеспечения процесса управления системы обнаружения утечек нефти предлагается применять получившие в последнее десятилетие широкое распространение практические аспекты нейронных сетей, в силу своей гибкости, оптимальности и универсальности. Однако для формирования автоматизированной системы гарантирования техносферной безопасности на объектах магистрального трубопровода данная технология используется впервые. В основу разработки положена теория нейронных сетей, которая является бионической технологией, основанной на существующих алгоритмах поведения роящихся насекомых, косяков рыб и т.д.
Для формирования системы приема-передачи сигнала в нейронную сеть предлагается встроить технологию по алгоритму Кохонена. Данный алгоритм был сформирован в попытке сформировать для решения практических задач систему обучения, которая могла бы накапливать значительный объем упорядоченных данных, получаемых из слоистой нейронной сети. Успешная реализация концепции была осуществлена финским профессором Тейво Кохонен в 1982 году и алгоритм был назван его именем - самоорганизующиеся карты Кохонена (СОКК). СОКК можно обучить узнавать или находить взаимосвязи между входами и выходами.
Целью диссертационного исследования является повышение уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах путем совершенствования метода управления параметрами системы обнаружения утечек нефти.
Чтобы достигнуть установленной цели в данной работе нужно найти решение для таких задач:
- рассмотреть классификацию, основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов;
- рассмотреть систему управления промышленной безопасностью магистральных нефтепроводов;
- провести анализ существующих методов обнаружения утечек нефти;
- выполнить анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации;
- охарактеризовать оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти;
- выбрать оптимальную модель и провести анализ результатов применения новой модели;
- выбрать оборудование для организации системы обнаружения утечек нефти;
- оценить влияние нового метода контроля утечек на уровень промышленной безопасности.
Объектом исследования является система обнаружения утечек нефти.
Теоретическая и методологическая база исследования основана на изучении, систематизации и анализе научной литературы по исследуемой теме; изучении и обобщении опыта моделирования технических систем; анализе нормативной документации.
Научная новизна исследования:
- В ходе анализа технического состояния современных отечественных нефте- и нефтепродуктопроводов выявлена проблема возникновения утечек, угроза которых определена в действующих нормативах по обеспечению техносферной безопасности. Сформулированы основные причины, способствующие нарушению целостности трубопроводов, а также определены главные требования, предъявляемые к системам диагностики утечек.
- Рассмотрена классификация, основные объекты и сооружения магистральных нефтепроводов и определены ключевые параметры системы. На базе российских и международных стандартов выделен подход к определению нефтепровода как объекта безопасности.
- Рассмотрена система управления промышленной безопасностью магистральных нефтепроводов на основе анализа патентной информации и определены пробелы в системе проектирования систем сбора данных.
- Проведен анализ существующих методов обнаружения утечек нефти и сформирован подход к их классификации. В работе показаны преимущества и недостатки физических методов и выявлены перспективы использования интеллектуальных систем.
- Выполнен анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации система сбора данных для определения утечек в магистральных трубопроводах на основе анализа действующей системы и ресурсов площадки «Грушовая» в АО «Черномортранснефть» с участком трубопровода Грушовая-Шесхарис.
- Охарактеризован оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти и построена модель математической логики для формирования самообучающейся системы.
- Выбрана оптимальная модель формирования нейронной сети и проведен анализ результатов применения новой модели; в совокупности с разработанным способом расчета местоположения утечки система автоматического определения утечек представляет законченную модель для автоматического определения утечки и расчета ее местоположения.
- Разработана схема выявления потерь количества нефти на магистральных трубопроводах, основанная на работе роя микроскопических частиц-роботов, которые двигаются по нефтепроводу вместе с нефтепродуктом.
- Выбрано оборудование для организации системы обнаружения утечек нефти и показана специфика организации охраны труда и промышленной безопасности сформированной системы.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что применение искусственных нейронных сетей при относительно низких затратах позволяет повысить точность определения места не только утечки, но и других внештатных ситуаций; обеспечить постоянный мониторинг состояния нефтепровода; позволяет обеспечить наивысшее качество управления нефтепроводом, доступное на сегодняшний день. Повышение точности расчёта местоположения утечки приведет к уменьшению потерь нефтепродуктов, а также сократит ущерб на окружающую среду. На основе сопоставления действующих нормативов по обеспечению безопасности магистральных трубопроводов определена и математически описана угроза утечек. Благодаря этому сформирован алгоритм управления предлагаемой системой обнаружения утечек в магистральных нефтепроводах
Положения, выносимые на защиту:
- Анализ основных причин, способствующих нарушению целостности трубопроводов, а также анализ требований, предъявляемых к системам диагностики утечек.
- Анализ существующих методов обнаружения утечек нефти и подход к их классификации.
- Анализ преимуществ и недостатков физических методов и перспектив использования интеллектуальных систем.
- Анализ существующих моделей и алгоритмов оптимизации система сбора данных для определения утечек в магистральных трубопроводах на основе анализа действующей системы и ресурсов площадки «Грушовая» в АО «Черномортранснефть» с участком трубопровода Грушовая-Шесхарис.
- Оптимальный процесс обработки данных об обнаружении утечек нефти и математическая модель для формирования самообучающейся системы.
- Оптимальная модель формирования нейронной сети и анализ результатов применения новой модели в совокупности с разработанным способом автоматического определения утечки и расчета ее местоположения.
- Выбор оборудования для организации системы обнаружения утечек нефти и показана специфика организации охраны труда и промышленной безопасности сформированной системы.
- Анализ влияния нового метода контроля утечки на повышения уровня промышленной безопасности нефтепровода.
Степень достоверности и апробация результатов: результаты работы прошли апробацию на следующих научно-практических конференциях:
- «Риск-ориентированный подход в деятельности Ростехнадзора», Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности 13 декабря 2017 г., Москва;
- VII Международная научно-техническая конференция и выставка «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», которая состоялась 6 - 27 октября 2017 г. в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка;
- Пятая Международная конференция «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (ESGI-2017), состоявшаяся 5-7 декабря 2017 года, Московская обл., Ленинский р-н, пос. Развилка.
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:
- «Разработка алгоритма математической модели системы обнаружения утечек нефти», принято к опубликованию в журнале «Инновации и инвестиции» №3 за 2018 год;
- «Анализ эффективности некоторых модификаций классического роя частиц», опубликованная в журнале Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия «Естественные и технические науки» №11,2017.
Структура диссертации. Диссертация состоит из определений, обозначений и сокращений, введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников и 2 приложений. Основная часть исследования изложена на 108 страницах, текст иллюстрирован 42 рисунками и содержит 3 таблицы.
В настоящей магистерской диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями:
1. Авария на объекте магистрального трубопровода - внезапный вылив или истечение опасной жидкости в результате полного или частичного разрушения трубопровода, сопровождаемое одним или несколькими из следующих событий: смертельное травмирование; травмирование с потерей трудоспособности; воспламенение опасной жидкости или взрыв её паров; загрязнение любого водостока реки, озера, водохранилища поверх установленных пределов; утечкой более 2м3 в сутки.
2. Граничный эффект - негативный эффект при использовании самоорганизующихся карт Кохонена, который заключается в том, что нейроны на внешней части решетки имеют меньшее количество соседей, часто захватываясь «внутренними» нейронами, что приводит к искажению изображения, которое «сминается к центру».
3. Искусственный интеллект - наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ.
4. Кластерный анализ - многоуровневая статистическая задача, которая выполняет сбор информации об анализируемых объектах, а затем выполняющая организацию подобных объектов в группы.
5. Контроль технического состояния - инспекция состояния и параметров оборудования и сооружений на предмет их соответствия требованиям технических условий и технической документации.
6. Магистральный трубопровод (для транспортировки нефти и нефтепродуктов) - это «единый производственно-технологический комплекс, предназначенный для транспортировки подготовленной нефти и нефтепродуктов от пунктов приема до пунктов сдачи потребителям или перевалки их на автомобильный, железнодорожный или водный виды транспорта, состоящий из конструктивно и технологически взаимосвязанных объектов, включая сооружения издания, используемые для целей обслуживания и управления объектами магистрального трубопровода» [6].
7. Самоорганизующаяся карта Кохонена - нейронная сеть с обучением без учителя, выполняющая задачу визуализации и кластеризации.
В работе был описан инновационный метод обнаружения утечек с помощью «роя» роботов-частиц, предназначенный для применения на магистральных нефтепроводах с целью оперативного обнаружения аварий, несанкционированных врезок и других нештатных ситуаций. Разработанная система обнаружения утечек позволяет проводить постоянный мониторинг технического состояния самого нефтепровода, что существенно облегчает его ремонт и повышает срок эксплуатации.
Эффективность работы системы зависит от выбранного алгоритма управления частицами в потоке нефтепродукта. В работе были рассмотрены наиболее типичные и подходящие алгоритмы управления роем роботов -частиц. В качестве алгоритма процесса управления (поиска оптимального процесса управления) в представленной работе предлагается алгоритм, основанный на самоорганизующихся картах Кохонена.
Самоорганизующаяся карта Кохонена - нейронная сеть с элементами искусственного интеллекта, которая работает над группировкой (кластеризацией) данных. Программа самообучения вносит изменения в топологической карте, изменяя местоположение её элементов согласно алгоритму обучения.
Классическая модель нейронной сети, предоставляет возможности кластерного анализа многомерных данных и является средством визуального отображения характера их распределения на двумерной топологической карте.
Описано решение известных проблем самоорганизующихся карт Кохонена классической модели, такие как «граничный эффект» и «мертвые нейроны» влияют на точность и качество анализа данных. Для преодоления этих проблем с сохранением важных свойств классической модели самоорганизующийся карте Кохонена в работе предложена новая модель сети этого типа, в решетке которой нейроны на границах соединяются между собой. Телеметрическая информация, полученная от частиц, двигающихся в потоке нефтепродукта посредством использования управляющих алгоритмов, обрабатывается на вычислительном центре. Результаты такой обработки выводятся на пульт управления нефтепроводом.
Благодаря постоянному нахождению роя роботов-частиц в потоке нефтепродукта и передаче телеметрических данных о состоянии нефтепровода возможно не только более быстрое реагирование на нештатные ситуации, но и своевременное распознавание и прогнозирование аварийных ситуаций, связанных с физической изношенностью нефтепровода. Система позволяет указать место и характер проведения ремонтно-восстановительных или внеплановых регламентных работ, что, несомненно сказывается на увеличении срока эксплуатации нефтепровода и на уменьшении вероятностей аварий на нём. Отказ или аварийная ситуация системы обнаружения утечек, основанной на работе «роя» микроскопических роботов -частиц не может привести к повреждению трубопровода, разливам нефтепродуктов в окружающую среду, повреждению трубопровода и иного оборудования. Последствия максимальной проектной аварии заключаются в потере связи с «роем» и прекращению приёма телеметрической информации, исходящей от него.
Рассмотрены аспекты применения, исследована проблема апробации и имплементации системы обнаружения утечек на магистральных нефтепроводах в уже существующую систему управления состоянием нефтепровода.
Повышение уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах после внедрения системы обнаружения утечек достигается за счёт:
- постоянного мониторинга всего участка нефтепровода,
- достижения минимального времени реагирования на внештатные ситуации,
- оптимизации проведения ремонтно-восстановительных работ, основываясь на получаемой телеметрической информации,
- снижения уровня промышленных рисков утечки нефти и развития ЧС и ее последствий.
Эффективность работы системы зависит от выбранного алгоритма управления частицами в потоке нефтепродукта. В работе были рассмотрены наиболее типичные и подходящие алгоритмы управления роем роботов -частиц. В качестве алгоритма процесса управления (поиска оптимального процесса управления) в представленной работе предлагается алгоритм, основанный на самоорганизующихся картах Кохонена.
Самоорганизующаяся карта Кохонена - нейронная сеть с элементами искусственного интеллекта, которая работает над группировкой (кластеризацией) данных. Программа самообучения вносит изменения в топологической карте, изменяя местоположение её элементов согласно алгоритму обучения.
Классическая модель нейронной сети, предоставляет возможности кластерного анализа многомерных данных и является средством визуального отображения характера их распределения на двумерной топологической карте.
Описано решение известных проблем самоорганизующихся карт Кохонена классической модели, такие как «граничный эффект» и «мертвые нейроны» влияют на точность и качество анализа данных. Для преодоления этих проблем с сохранением важных свойств классической модели самоорганизующийся карте Кохонена в работе предложена новая модель сети этого типа, в решетке которой нейроны на границах соединяются между собой. Телеметрическая информация, полученная от частиц, двигающихся в потоке нефтепродукта посредством использования управляющих алгоритмов, обрабатывается на вычислительном центре. Результаты такой обработки выводятся на пульт управления нефтепроводом.
Благодаря постоянному нахождению роя роботов-частиц в потоке нефтепродукта и передаче телеметрических данных о состоянии нефтепровода возможно не только более быстрое реагирование на нештатные ситуации, но и своевременное распознавание и прогнозирование аварийных ситуаций, связанных с физической изношенностью нефтепровода. Система позволяет указать место и характер проведения ремонтно-восстановительных или внеплановых регламентных работ, что, несомненно сказывается на увеличении срока эксплуатации нефтепровода и на уменьшении вероятностей аварий на нём. Отказ или аварийная ситуация системы обнаружения утечек, основанной на работе «роя» микроскопических роботов -частиц не может привести к повреждению трубопровода, разливам нефтепродуктов в окружающую среду, повреждению трубопровода и иного оборудования. Последствия максимальной проектной аварии заключаются в потере связи с «роем» и прекращению приёма телеметрической информации, исходящей от него.
Рассмотрены аспекты применения, исследована проблема апробации и имплементации системы обнаружения утечек на магистральных нефтепроводах в уже существующую систему управления состоянием нефтепровода.
Повышение уровня промышленной безопасности на магистральных нефтепроводах после внедрения системы обнаружения утечек достигается за счёт:
- постоянного мониторинга всего участка нефтепровода,
- достижения минимального времени реагирования на внештатные ситуации,
- оптимизации проведения ремонтно-восстановительных работ, основываясь на получаемой телеметрической информации,
- снижения уровня промышленных рисков утечки нефти и развития ЧС и ее последствий.