РЕШЕНИЕ АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ПУСКОВЫМ ПРОЦЕССОМ УСТАНОВКИ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Сафарова А.А.

Aзербайджанский государственньй университет нефти промышленности


Номер: 8-2
Год: 2017
Страницы: 25-29
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

оптимальное управление, пусковая операция, оптимальная стратегия, динамическая программирования, optimal control, start-up operation, the optimal strategy, dynamic programming

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье cформулирована физически обоснованная постановка задачи оптимизации пусковой операции разогрева ЭЛОУ АВТ-2 с учетом неопределенности характеристик рассматриваемого объекта управления. Задача оптимального управления пуском установки ЭЛОУ АВТ-2 описывается задачей динамического программирования с использованием принципа оптимальности, учитывающего многостадийное описание процесса пуска.

Текст научной статьи

Оптимизация пусковой операции разогрева установки первичной переработки нефти (ЭЛОУ АВТ) заключается в минимизации затрат топлива в нагревателе нефти Н-101 при выводе установки на эксплуатационный температурный режим. С учётом математической формы процедуры вывода, целевая функция записывается в виде: [1,3] (1) где Y- число шагов управления (на единицу меньше количества вершин графа переходов описывающего процесс, т.е. без учёта начальной или нулевой вершины); -значение управляющего воздействия (расхода топлива в нагревателе Н-101) предпринимаемого на -ом шаге; - период времени, требуемый для достижения - ой вершины графа. Ограничение, накладываемое на среднюю скорость роста температуры для каждого этапа управления, запишется в виде: (2) где -минимальный период времени, выступающий как ограничение на скорость достижения - ой вершины графа. [4] Проведенный анализ современных методов оптимизации сложных ХТС показал наилучшую применимость для данного случая принципа оптимальности динамического программирования.[2 ] В пользу данного вывода свидетельствует математическая форма процедуры вывода, представляющая объект управления как многостадийный процесс. Под оптимальной стратегией u_((Y-1)) понимается стратегия управления многостадийным процессом, включающим Y-1 последних стадий исходного процесса, придающая критерию оптимальное значение: (3) Где - величина, оценивающая эффективность каждой стадии процесса заданная в виде функции от переменной состояния стадии принятого на ней управления . Процедура решения задачи оптимизации при помощи принципа оптимальности начинается с оптимизации последней стадии процесса, результатом чего является набор оптимальных решений (управлений) на ней для любых возможных состояний входа этой стадии. Оптимизация последней стадии сводится к оценке СY возможных вариантов управлений в LY-1 состояниях выхода (Y-1) -ой стадии (LY-1 состояниях входа Y стадии). Обследованию подлежат (LY-1* СY) вариантов, что позволяет выделить LY-1 оптимальных управлений на Y стадии, соответствующих LY-1 состояниям выхода предыдущей стадии и обеспечивающих переход на последнюю стадию с оптимальным значением критерия , который в соответствии с (3) будет равен величине эффективности - fY перехода. При этом СY - является количеством дискретных значений управляющего параметра задействованных в базе экспертных оценок процесса для Y вершины графа. Согласно (3), минимум критерию доставляет величина fY, которая в свою очередь представляет суммарный расход топлива на последней Y стадии, из чего следует, что оптимальному переходу соответствует минимум показателя эффективности fY. Управления, найденные на последней стадии, оптимальны для любой стратегии управления, которая принята на предыдущих стадиях процесса, поскольку обследованы все возможные состояния входа Y стадии (выхода (Y-1)-й стадии). Выбор оптимального управления на (Y-1)-й стадии должен производится с учетом уже найденного оптимального управления для последней стадии. Он требует обследования (LY-2* UY-1) вариантов, так как оптимальные управления для Y - стадии уже определены. В результате, определяется LY-2 оптимальных управлений на (Y-1)-й стадии, соответствующих LY-2 состояниям выхода предыдущей (Y-2)-й стадии и обеспечивающих минимум критерию , который согласно (3) будет равен сумме величин эффективности - для переходов соответственно в (Y-1)-ю и Y стадии. Представим в виде выражения: (4) Воспользовавшись математическим описанием стадий процесса можно записать: (5) Обобщая, таким образом (5), на Y стадии процесса, находим: (6) Выражение (6) является математической формулировкой принципа оптимальности для пусковой операции разогрева установки ЭЛОУ АВТ и может быть представлено в рекуррентном виде: (7) Для начала расчетов по полученному рекуррентному соотношению (7) необходимо задаться начальной функцией, порождающей последовательностью функций. В качестве такой начальной функции можно принять (8) что естественным образом соответствует отсутствию процесса за пределами последней стадии. Логическим завершением проведенных исследований является алгоритм управления расходом топлива в нагревателе нефти технологической установки ЭЛОУ АВТ-2 для пускового режима. На рис 1 представлена блок-схема алгоритма. Апробация алгоритма была проведена на установке ЭЛОУ АВТ-2 Бакинского нефтеперерабатывающего завода имени Г. Алиева для трех сезонов гола обусловивших различные начальные условия (температуру холодной нефти - +10, +20 и +30°С). Целью экспериментов являлось выполнить пусковой разогрев установки по оптимальной траектории, предлагаемой программным обеспечением. Оценка качества модели прогнозирования средней скорости роста температуры в кубе К-2 по отдельным этапам была проведена на основании сравнения реальных отрезков времени, затраченных для достижения ключевых температур (вершин графа) и предсказанных моделью. В результате стандартное отклонение ошибки прогнозирования по времени составило 4,97; 2,2; 2,7 мин. соответственно для экспериментов 1, 4, 7 в таблице 3.2 (см. после выводов). Что составило соответственно 0,4; 0.2 и 0,2% от итогового реального времени, затраченного в период выхода на регламентную температуру в кубе К-2 для 3-ех указанных экспериментов. Кроме того, для оценки возможных потерь, при отличном от оптимального управления расходом топлива, были проведены эксперименты с участием операторного персонала установки (эксперименты 2, 5, 8 - ускоренный разогрев; эксперименты 3, 6, 9 - замедленный разогрев в таблице 1). После ввода начального условия моделировался разогрев объекта управления в режиме пуска. На множестве возможных траекторий разогрева, методом динамического программирования определялась оптимальная. В задачу экспериментатора входило поэтапно предлагать участникам эксперимента (экспертам-операторам) возможный сценарий управления и фиксировать их оценки относительно времени достижения следующей вершины графа (ключевой температуры в кубе колонны К-2). Полученные оценки усреднялись, принимались за достоверное поведение (темп разогрева) ОУ (в таблице представлены как «Реальное время достижения N-ой вершины графа») и сравнивались с предсказаниями по модели. Любое расхождение автоматически адаптировало модель, что позволяло алгоритму оптимизации корректировать оптимальную стратегию управления. В завершении экспериментов были получены итоговые значения расхода топлива в нагревателе нефти за период выхода на регламентируемую температуру. Увеличение расхода (потерь) топлива при ускоренном пуске составило 2,4; 4,7 и 3,2% для начальных условий (температура холодной нефти) 10, 20 и 30°С соответственно. Увеличение расхода топлива при замедленном пуске составило 5,6; 8,0 и 7,9% для начальных условий (температура холодной нефти) 10, 20 и 30°С соответственно. Таким образом, экспериментальная апробация разработанного алгоритма подтвердила его работоспособность и эффективность в выборе оптимальных траекторий разогрева оборудования. Рис.1. Блок-схема алгоритма управления Таблица 1 Результаты вычислительного эксперимента по прогонке алгоритма оптимизации пусковой операции разогрева установки ЭЛОУ АВТ-2 № испытания Оптимальное управление на 1-ом шаге Принятое управление на 1-ом шаге Оптимальное управление на 2-ом шаге Принятое управление на 2-ом шаге Оптимальное управление на 3-ом шаге Принятое управление на 3-ом шаге Оптимальное управление на 4-ом шаге Принятое управление на 4-ом шаге Итоговый расход топлива 1,58 1,74 2,12 2,5 1 1,58 1,74 1,74 2,12 2,12 2,54 2,54 41,7 м3 2 1,6 1,74 1,8 2,12 2,2 2,52 2,6 42,8 м3 3 1,51 1,74 1,62 2,08 2,02 2,54 2,42 44,1 м3 1,57 1,68 2,12 2,5 4 1,57 1,68 1,68 2,12 2,12 2,5 2,5 39,3 м3 5 1,6 1,72 1,8 2,12 2,2 2,52 2,6 41,1 м3 6 1,51 1,68 1,62 2,12 2,02 2,54 2,42 42,4 м3 1,58 1,72 2,12 2,52 7 1,58 1,66 1,66 2,12 2,12 2,5 2,5 37,9 м3 8 1,6 1,66 1,8 2,12 2,2 2,52 2,6 39,1 м3 9 1,51 1,68 1,62 2,12 2,02 2,5 2,42 40,9 м3

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.