СКАЧАТЬ:   ar3model-kursach.zip [1,4 Mb] (cкачиваний: 136)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Моделирование систем»

на тему: «Математическое моделирование отстойника»

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...3

Теоретическая часть…………………………………………………………………4

1.1.         Описание хода технологич

еского процесса и функциональной схемы    производственного объекта……………………………………………….4

1.2.         Используемый комплекс технических средств автоматизации………...5

1.3.         Назначение и устройство отстойника…………………………………….7

Расчётная часть………………………………………………………………………9

    2.1 Составление статической модели процесса…………………………………9

    2.2 Корреляционный и регрессионные анализы……………………………..26

    2.3 Составление уравнения динамики…………………………………………..

    2.3 Расчёт производительности………………………………………………….

Заключение……………………………………………………………………………

Список литературы………………………………………………………………….

Введение

Математическое моделирование важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не познан внутренний механизм взаимодействия и, следовательно, нет возможности описать данное явление обобщенным уравнением. Построение математической модели заключается в создании формализованного описания объекта исследования на языке математики в виде некоторой системы уравнений и функциональных соотношений между

 отдельными параметрами модели. Математическая модель может содержать как дифференциальные, так и конечные уравнения, не содержащие операторов дифференцирования.

Полная математическая модель включает описание связей между основными переменными процесса в установившемся режиме (статическая модель) и во времени, т.е. при переходе от одного режима к другому (динамическая модель), а также ограничения на процесс и критерий оптимальности.

В данной работе вопрос построения математической модели рассматривается на примере составления математической модели отстойника на ГУ-43 ЦДНГ-1 НГДУ «Елховнефть».

Курсовая работа состоит из трех частей. В первой части дается описание функциональной технологической схемы процесса подготовки нефти, которое позволяет представить место и функции средств автоматизации в общей технологической схеме, выявить закономерные связи параметров процесса, также наглядно демонстрирует непосредственно сам процесс подготовки нефти на рассматриваемой установке. Вторая часть работы является расчетной и включает составление статической и динамической моделей отстойника, расчета его основных параметров и оптимизацию процесса. В третьей части представлен графический материал, включающий функциональную технологическую схему с автоматизацией на формате А1.

Теоретическая часть

1.1.Описание хода технологического процесса и технологической схемы производственного объекта

Гу-43 обеспечивает сбор девоновской нефти с ГЗУ-102, 102а, 52, 53, 11, 44, 101 и со скважин ЗАО «Геотех» Ново-Елховского м

есторождения НГДУ «Елховнефть». Обработанная деэмульгатором газонефтяная эмульсия обводнённостью около 90% (обводнённость определяется влагомером ВСН-1) со скважин через групповые замерные установки поступает в нефтегазосепараторы Е-1,2 (1-ая ступень сепарации), где происходит отделение попутного нефтяного газа, а так же проводится замер рабочего давления в сепараторах датчиком давления Метран-43, контроль за межфазным уровнем Элита. Отделившаяся вода поступает в РВС-2000 №1, после отстоя перетекает в РВС-2000 №2 (измерение уровня осуществляет уровнемер ДУУ-4), откуда насосами №3,4 через узел учёта в систему ППД.

Резервуары РВС оборудованы эффективно работающей внутренней технологической начинкой, обеспечивающей одновременно глубокую степень подготовки нефти, очистки сточной воды, а также утилизацию очищенных сточных вод в систему ППД без дополнительной очистки.

На приёме и выкиде насосных агрегатов осуществляется контроль давления с помощью манометра показывающего МП4-Ух6 и ЭКМ.

Отделившийся газ с 1-ой, 2-ой ступени, направляется на компрессорную станцию КС-21 управления «Татнефтегазпереработка». В аварийных случаях существует возможность подачи газа на факел для сжигания.

Для обезвоживания нефти, а также для защиты насосов и трубопроводов от коррозии на Гу-43 предусмотрена подача деэмульгаторов и ингибиторов коррозии. Для подачи деэмульгатора используется блочная установка типа БР-2,5, ингибитора коррозии-БДР-2,5. Реагент из ёмкости перекачивается в мерник БР-2,5, откуда дозировочным насосом типа НД подаётся в линию газоводонефтяной эмульсии перед нефтегазосепараторами БЕ-1,2. Аналогично в линию пластовой воды перед насосами Н-3,4 подаётся ингибитор коррозии.

Дренаж со всех аппаратов соб

ирается в дренажную ёмкость. Водонефтяная эмульсия дренажной ёмкости периодически инжекторным насосом откачивается в линию промысловой жидкости перед насосами Н-1,2.

Все емкости, работающие под давлением, снабжены предохранительными клапанами, сброс с которых осуществляется на факел.

На ГУ-43 система построена на базе контроллера «КП МЕГА ДНС».

  Контроллер МЕГА ДНС обеспечивает:

- прием аналоговых и дискретных входных сигналов;

- выдачу дискретных выходных сигналов (управления насосами и сигнализации);

- регистрацию и архивирование технологических параметров реального времени в базе данных контроллера «МЕГА ДНС»;

- обеспечение связи с ДП.

       Контролируемый пункт МЕГА ДНС работает в круглосуточном режиме. Сигналы с датчиков объекта поступают на контроллер. Контроллер анализирует их, и при достижении максимального или минимального уровня в емкости №1,2,3 контроллер подает сигналы на включение или выключение насосного агрегата.

Функциональная  схема ГУ-43 представлена в Приложении 1.

1.2.Используемый комплекс технических средств автома

тизации

Таблица №1

Приборы автоматики

FT – прибор для измерения расхода, бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (например, дифманометр.)

PI – прибор для измерения давления (разрежения), показывающий, установленный по месту (любой показывающий манометр, дифманометр, тягомер, напоромер, вакуумер и т.п.).       

 TT - Прибор для измерения температуры, бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Например: термометр манометрический (или любой другой датчик температуры) бесшкальный с пневмо или электропередачей

TI – прибор для измерения температуры, показывающий, установленный по месту (термометр ртутный, термометр манометрический).

TE – первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту (термометр термоэлектрический, термометр сопротивления.

LE – первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения уровня, установленный по месту (например, датчик электрического или емкостного уровнемера).

LT – прибор для измерения уровня, бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (например, уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей).

1.3.Назначение и устройство отстойника

Вертикальный стальной резервуар типа РВС-2000м³ объемом 2000м³ состоит из стенки, днища и конического покрытия (см.рис.1). Технические характеристики представлены в таблице 1. Масса конструкции 59 т. днище резервуара состоит из цен

тральной части толщиной 5 мм и окрайков толщиной 8 мм, сваренных с центральной частью на заводе. Такие окрайки называются прямыми. Резервуар предназначен для хранения нефтепродуктов (избыточное давление в газовом пространстве 200 мм.вод.ст). Для уменьшения влияния на конструкцию солнечной радиации, то есть снизить нагрев хранящегося в резервуаре нефтепродукта, стенку и покрытие окрашивают двумя слоями лака с добавлением 15% алюминиевой пудры.

Резервуар изготовлен по проекту заводом - изготовителем. Широко применяется отечественный индустриальный методы рулонирования. При этом методе значительная часть сварочно-монтажных работ и изготовление укрупненных блоков переносится в заводские условия, вследствие чего повышается качество работ.

Резервуар эксплуатируют в различных географических районах, отличающихся климатическими, грунтовыми и сейсмическими условиями.

Таблица №2  

Рис. 1. Резервуар вертикальный РВС-2000м³

Резервуары вертикальные сварные (РВС) имеют формы покрытий: конические, сферические и сфероидальные, клепаные (РВК) - конические. Стенки РВС имеют соединения листов встык, внахлестку и частично встык (вертикальные) и внахлестку (горизонтальные), а РВК внахлестку или встык с накладками.

По вместимости резервуары РВС бывают от 100 до 30000 м³; РВК - от 100 до 10000 м³; резервуары РГС и РГК - от 3 до 100м³.

Резервуары эксплуатируются в различных климатических условиях с температурой окружающего воздуха до минус 60°С в зимнее время и до плюс 50° С в летнее время при различной температуре продукта в резервуаре.

 Для хранения нефтепродуктов с температурой вспышки паров 28°С (301 К) и ниже независимо от категории и группы резервуарных парков следует применять: резервуары вертикальные с плавающими крышами и (при соответствующем обосновании) - с понтонами; резервуары горизонтальные цилиндрические и другие резервуары, конструкции или оборудование которых сокращают или не допускают потери нефтепродуктов от испарения.

Расчётная часть

2.1 Составление статической модели процесса.

Возмущающие воздействия

                         Q (Х₁)                                                                

                                                                                                                                             L (Y)                

                          P (Х₂)                                                                                                                           

Входные параметры:

Q_ВХ – расход добываемой жидкости (м³/сут);

P_ВХ  – давление на входе (атм.).

Выходные параметр:

L – уровень жидкости (м);

Необходимо получить зависимость выхода готовой нефти от входных параметров процесса. В качестве изучаемых факторов, от которых зависит выходной параметр выбираем следующие:

Q_1ВХ – расход добываемой жидкости (м³/сут);

P_ВХ  – давление на входе (атм.).

Исходным статистическим материалом служит выборка объемом в 60 измерений, собранная с изучаемого объекта в режиме нормальной эксплуатации (пассивный эксперимент) (см. Табл.№3).

Таблица №3

2.2. Корреляционный и регрессионный анализы

Краткие сведения из теории

Обработка результатов пассивных экспериментов для получения математической модели проводится методами классического регрессионного и корреляционного анализа.

Для иллюстрации метода корреляционного анализа рассмотрим две случайные величины X и Y, для которых известны законы распределения. Предположим, что для них будет справедливо приближенное уравнение регрессии:

                                                                                                                                      (1)

Представим поле корреляции в виде чертежа с результатами опытов, отмеченных точками в соответствующей системе координат (рис. 2).

Вид уравнения регрессии выбирается путем экспериментального подбора. При изучении зависимости от одного параметра необходимо для определения вида уравнения регрессии построить эмпирическую линию регрессии.

Затем последовательно соединяют точки  отрезками прямой.

Рис. 3. Построение эмпирической линии регрессии по опытным данным

Полученная ломаная линия называется эмпирической линией регрессии у по х. По виду эмпирической линии регрессии можно подобрать уравнение регрессии .

Частными случаями уравнения линейной регрессии с одной независимой переменной х являются:

1. Полиномиальная регрессия, когда

                                                                                     (2)

и ее разновидности

- линейная регрессия от одной переменной (m=1):

с помощью функции line(x,y)                                                                           (3)

- параболическая регрессия (m=2):

                                                                                                  (4)

по формуле:

                                                                (5)

- кубической зависимость (m=3):

                                                                                       (6)

2.Трансцендентная регрессия

и ее разновидности

- в виде зависимости показательного типа:

                                                                                                               (7)

которая линеаризуется путем логарифмирования:

                                                                                                (8)

- в виде дробно-показательного типа:

                                                                                                               (9)

которая также линеаризуется путем логарифмирования:

                                                                                                   (10)

Для обратно-пропорциональной зависимости: если точечный график дает ветвь гиперболы, приближающую функцию можно искать в виде:

                                                                                                  (11)

Эмпирическое корреляционное отношение, характеризующее тесноту связи между X и Y, определяется следующим образом:

                                                   (12)

Среднеквадратическое отклонение находится по формуле:

                                                                                                (13)

Регрессионный анализ проводится после того, как определен вид уравнения регрессии и найдены значения его коэффициентов. Этот анализ состоит в следующем: проверяется значимость всех коэффициентов уравнения регрессии и устанавливается адекватность уравнения.

При отсутствии параллельных опытов и дисперсии воспроизводимости  остаточная дисперсия определяется следующим образом: