Моделювання оцінки якості природного газу з використанням нечітких баз знань

Abstract

Для транспортування природного газу та використання його, як енергоносія, в комунально-побутових та промислових масштабах необхідною умовою є його якісна підготовка та очищення, тому що в первинному природному газі міститься велика кількість крапельної вологи, важких вуглеводнів та механічних домішок, що може призвести до утворення гідратів, корозії, пошкодження технологічного обладнання, зменшення життєвого циклу газотранспортної системи та найстрашніше – виникнення аварійних ситуацій на газопроводах. В роботі представлено дослідження впливу чинників на якість природного газу на етапі підготовки (очищення) його для транспортування до споживачів. Встановлено, що такими факторами впливу є число Воббе вище, теплота згоряння вища, відносна густина природного газу очистка від сірководню, азоту, вуглекислого газу, кисню, механічних домішок та вологи. Запропоновано математичну модель прийняття управлінських рішень експертом проекту з оцінювання та прогнозування якості природного газу з врахуванням якісних та кількісних збуджуючих факторів впливу на неї, що базується на теорії нечіткої логіки на лінгвістичної змінної. Виконано фазифікацію нечітких оцінок факторів впливу, що дало можливість побудувати функції належності для лінгвістичних змінних, що описують процес підготовки природного газу на системному рівні. Для визначення якості палива на базі експертно-лінгвістичної інформації у вигляді правил “ЯКЩО – ТО” створено нечітку матрицю знань та отримано систему нечітких логічних рівнянь, що дозволить спрогнозувати процес очищення природного газу для транспортування та його склад при різних умовах експлуатації газотранспортної системи для забезпечення споживачів природним газом нормованої якості. Проведено оцінку та прогнозування якості газу, що призведе до підвищення експлуатаційної надійності газотранспортної системи та зменшення ймовірності виникнення аварій на ній та в кінцевому рахунку позначиться на своєчасному постачанні газу та зменшенні витрат на ремонт газопроводів.

For the transportation of natural gas and use it as an energy carrier, on a municipal and industrial scale, it is necessary to qualitatively prepare and purify it, because the primary natural gas contains a large amount of droplets of moisture, heavy hydrocarbons and mechanical impurities, which can lead to the formation hydrates, corrosion, damage to process equipment, shortening the life cycle of the gas transmission system, and worst of all, the occurrence of gas pipeline emergencies. The paper presents a study of the influence of factors on the quality of natural gas at the stage of preparation (purification) of it for transportation to consumers. Such factors are found to be the Wobbe number higher, the heat of combustion higher, the relative density of natural gas purification from hydrogen sulfide, nitrogen, carbon dioxide, oxygen, mechanical impurities and moisture. The mathematical model of managerial decision making is proposed by the expert of the project on estimation and prediction of quality of natural gas with consideration of qualitative and quantitative excitatory factors of influence on it, based on the theory of fuzzy logic on linguistic variable. Phasification of fuzzy estimates of impact factors was performed, which made it possible to construct membership functions for linguistic variables describing the process of natural gas preparation at the system level. To determine the quality of fuel on the basis of expert-linguistic information in the form of "IF - THAT" rules, a fuzzy matrix of knowledge was created and a system of fuzzy logical equations was obtained, which will allow to predict the process of purification of natural gas for transportation and its composition under different operating conditions of the gas transmission system to provide consumers natural gas of normalized quality. Gas quality assessment and forecasting have been carried out, which will increase the operational reliability of the gas transmission system and reduce the likelihood of gas accidents and ultimately affect the timely supply of gas and reduce the cost of gas pipeline repairs.

Для транспортировки природного газа и использования его в качестве энергоносителя, в коммунально- бытовых и промышленных масштабах необходимым условием является его качественная подготовка и очистки, так как в первичном природном газе содержится большое количество капельной влаги, тяжелых углеводородов и механических примесей, что может привести к образованию гидратов, коррозии, повреждения технологического оборудования, уменьшение жизненного цикла газотранспортной системы и самое страшное – возникновение аварийных ситуаций на газопроводах. В работе представлено исследование влияния факторов на качество природного газа на этапе подготовки (очистки) его для транспортировки к потребителям. Установлено, что такими факторами влияния является число Воббе, теплота сгорания, относительная плотность природного газа очистка от сероводорода, азота, углекислого газа, кислорода, механических примесей и влаги. Предложена математическая модель принятия управленческих решений экспертом проекта по оценке и прогнозирования качества природного газа с учетом качественных и количественных возбуждающих факторов влияния на нее, основана на теории нечеткой логики на лингвистической переменной. Выполнено фаззификацию нечетких оценок факторов влияния, что позволило построить функции принадлежности для лингвистических переменных, описывающих процесс подготовки природного газа на системном уровне. Для определения качества топлива на базе экспертно-лингвистической информации в виде правил "если – то" создано нечеткую матрицу знаний и получено систему нечетких логических уравнений, что позволит спрогнозировать процесс очистки природного газа для транспортировки и его состав при различных условиях эксплуатации газотранспортной системы для обеспечения потребителей природным газом нормированного качества. Проведена оценка и прогнозирование качества газа, что приведет к повышению эксплуатационной надежности газотранспортной системы и уменьшению вероятности возникновения аварий на ней и в конечном счете скажется на своевременном снабжении газа и уменьшении расходов на ремонт газопроводов.