Диссертация (1137104), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

10 бит адреса БМ позволяют присвоить адреса 1024 шт.БМ (рисунок 3.4). Разделительные биты, логический «0», определяют длинуадреса передаваемой информации. Стоповые биты, представляют код 10101010и выполняют дополнительную функцию «тайм-паузы» при ретрансляцииданных. Таким образом, кадр передачи данных состоит из 32 бит.ПередачаполудуплексноминформациипосредствомрежимеуменьшениядляППУ,осуществляетсяпотребляемоймощностиввопределенные моменты времени. От интервала между передачами зависит103мощность выбираемых источников питания, таких, например, как солнечнаябатарея.Рисунок 3.4. - Формат данных (кадр) БМВ связи с тем, что из всех устройств, входящих в беспроводной модульППУ потребляет наибольшую мощность в основных режимах «приема –передачи», актуальным становится расчет максимального времени работы БМ вэтих режимах.

Так как размер всех кадров одинаков, то объем передаваемойинформации ai, где i - количество модулей, а также принимаемой, от одного БМк другому а1….аN будет все время увеличиваться на один кадр, при этом общийобъем передаваемой и принимаемой информации в сети будет всегда одинаков.Врезультатепроведенныхрасчетовдлясенсорнойтелекоммуникационной системы КУГ было получено, что при количестве БМ,рассматриваемых на участке МГ, N=500. Информация, передаваемая первымБМ1, (т.е.

размер 1 кадра), равна a1=32 бит, тогда размер для aN определяетсякак aN=a1+(N-1)d=d*N, где d - шаг прогрессии, принимается, что d=a1.В итоге информация, передаваемая БМ500, составляет aN=500*32=16000бит. Объем информации, передаваемой системой через все БМ, составляетSN=((a1+aN)/2)*N=((32+16000)/2)*500=4*106бит.Таким образом, БМ с заданным периодом выполняют нормализацию иАЦП сигналов с подключенных к ним датчиков и устройств, а также104осуществляют их первичную обработку. Далее полученные результаты в видепакета с цифровыми данными передаются в точку сбора информации.Особенностями данной разработки являются: минимальное количествопроводных каналов связи между элементами системы (кабели используетсятолько для соединения шлюза с сервером и далее с ЭВМ, хотя и здесьдопускается беспроводной способ соединения аппаратных средств, напримерWi-Fi); возможность интеграции в единой системе большого числа различныхцифровых и аналоговых датчиков; хорошая масштабируемость сети и высокаянадежность доставки данных; работа всех модулей от автономных источниковэлектропитания; дистанционный сбор данных; дистанционное управлениесистемой сбора данных; осуществление процедуры контроля без нарушениятехническиххарактеристикобъектадиагностирования;простотареконфигурации и масштабирования системы; долговременная работа системыв целом и модулей в отдельности без обслуживания и т.д.Основными преимуществами являются: гибкость конфигурации приустановке модулей; использование дешевых, но качественных датчиков пообнаружению утечек метана; совместимость с широкой номенклатуройдатчиковотразличныхпроизводителей;дляпередачиинформациииспользуется радиоканал на частоте 2.4 ГГц, который не требует сертификации;пониженные трудозатраты на монтаж, пуско-наладку и сопровождение;простота наращивания системы; высокая отказоустойчивость при выходе изстроя модулей; длительный срок службы элементов питания за счетавтоматического перехода в спящий режим.Следует также отметить, что применение технологии беспроводныхсенсорных сетей и модульной конструкции беспроводных устройств позволяетзначительно снизить как первоначальные капитальные вложения в проектреализации СТС контроля утечек газа и мониторинга ТС МГ, так и затраты привозможной модернизации системы в процессе ее эксплуатации.

Внедрение105данной телекоммуникационной системы на основе беспроводных модулейпозволит, при прочих равных условиях, значительно снизить срок окупаемостипроекта, что особенно важно в текущей экономической ситуации.3.3. Принцип размещения беспроводных модулейДля задания мест размещения БМ на МГ, определим параметры факелараспространения утечки газа при различных климатических условиях.Используемый метод расчета «Параметров факела распространения утечкигаза», который базируется на математической модели рассеивания газообразныхи аэрозольных примесей в атмосфере воздуха, разработанной в главнойгеофизическойобсерваторииГоскомгидрометаподруководствомМ.Е.Берлянда [17,92,101].

В общем случае данный метод позволяет рассчитыватьконцентрации выбрасываемых газов в вертикальном и горизонтальном сечениифакела. Для решения задач, поставленных в данной работе, предложенныйметод позволил рассчитывать поля концентраций/изолинии, создаваемыеисточниками выбросов/дефектами определенного диаметра из МГ, а такжелинейными и плоскостными источниками выбросов.Приэтомнеобходимоотметитьвероятностнуюособенностьрассчитываемых по данному методу полей концентраций, которая зависит отсовокупности рассматриваемых состояний различных факторов и меняется впределах, отличающихся друг от друга на несколько порядков. Отклонениефактически измеряемого значения от расчетного должно укладываться впределы погрешностей математической модели и проведенных исследований и,как правило, не должно превосходить десяти-двадцати процентов.Для определения расстояния между БМ и высоты их установки былипроведены расчеты значения приземной концентрации метана (ПКМ) с при егоутечке из МГ через отверстие диаметром D, величина которого может106изменяться, в свою очередь концентрация облака определялась по формуле[17,92,101]: c( x, y, z )= r (u ) ⋅ cm ⋅ S x ( x, u ) ⋅ S y ( x, y, u ) ⋅ S z ( x, z , u ) ,(3.1)где c( x, y, z ) - ПКМ в точке с координатами x, y, z; cm - max значение ПКМ; r (u ) функция, учитывающая влияние скорости ветра u на максимальное значениеПКМ; S x ( x, u ) - функция, учитывающая распределение ПКМ вдоль оси x, облакавыброса; S y ( x, y, u ) - функция, учитывающая распределение ПКМ поперек оси y;S z ( x, z , u ) - функция, учитывающая распределение ПКМ по высоте (ось z).Для определения max значения ПКМ при условии ∆T ≈ 0 (холодныевыбросы – температура метана в трубе приблизительно равна температуре=cmатмосферного воздуха) использовалась формула:A⋅ M ⋅ nH4⋅K ,(3.2)3где A - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы(для ХМАО А=160-200); M - массовый расход метана, выбрасываемого ватмосферу; n - коэффициент, учитывающий условия выхода метана изотверстия в трубе; H - высота источника выброса над уровнем поверхностиземли (для наземных источников при расчете принимается величина H =2 м);K=π ⋅ D2D=⋅ w1 , гдеV, где V1 – объемный расход метана, определяемый по 18 ⋅ V14w1 – средняя скорость вытекания метана из трубы.Скорость выхода метана из трубыw1 через отверстие площадью S ватмосферу определяется на основании уравнения Бернулли для адиабатногопроцесса (при условии, что скорость газа меньше скорости звука) [17,92,101]:w1=2γ p0γ −1 ρ0 1 −   γ −1 p  γ 1p 0,(3.3)107где p1, p0 - атмосферное давление и давление метана в трубе; ρ - плотность0метана в трубе; γ =cp- показатель адиабаты для данного газа (в частности дляcvметана γ =1,33).

Массовый расход метана M определяется из формулы:1 p γ=M S=ρ1w1 S  1  p0 2γ p0γ −1 ρ0 1 −   γ −1 p  γ1p 0,(3.4)где ρ1 - плотность газа в атмосфере.Приведенный массовый расход метана из трубы определяется как:1M max 2  γ −1 2γpρ .= Sγ +1 0 0 γ +1 (3.5)Такое количество метана вытекает из МГ в том случае, когда давлениегаза в трубе достигает «критического» значенияp0*по отношению кγ γ + 1  γ −1*атмосферному p1 : p0* = p1  . Для метана p0 =1,85 p1 . 2 В этом случае скорость истечения метана равна местной (критической)скорости звука а1 в поперечном сечении отверстия:w=a=112γ p0=γ + 1 ρ02γRT ,γ +1 0(3.6)где R - постоянная метана; T0 - температура метана в трубе.Расход остается постоянным и равным M max , также и в том случае, когдадавление в трубе p0 > p0* .

Это происходит вследствие того, что метан впоперечном сечении отверстия трубы течет со скоростью звука и изменениевнешнего состояния не может оказать влияния на процесс его истечения.108В реальных условиях всегда выполняется условие p0 > p0* , так как p0 >2атм.Это значит, что расход и скорость утечки метана из трубы равнысоответственно M max и a1 .Для задач обнаружения и определения величины концентрации утечкиметана из газопровода представляет интерес величина Cxy , представляющаясобой проинтегрированную по высоте h концентрацию метана в облакевыброса: Cxh ( x) =ym∫Chxy(3.7)( x, y )dy− ymдатчика метана.где ym – порог чувствительностиВеличина Cxyh ( x, y ) = Cxy / h , приведенная к единице высоты представляетсобой усредненное количество метана, содержащееся в приземном слоеатмосферы толщиной 1 м. Расчеты (фактически моделирование) проводились сиспользованием программного обеспечения MahtCad [46,105,109], результатырасчетовпредставленыввидеграфиков–изолинииотносительногораспределения концентрации метана – облака утечки газа.

Исходные данныебыли приняты исходя из параметров транспортируемого углеводородного сырьяпо магистральным газопроводам. Для проверки и уточнения проведенныхрасчетов были проведены эксперименты на стенде натурных измерений(рисунок 3.5).Который заключался в том, что баллон с природным газом, находящийсяпод давлением 3 атм, ставился на ровную песчаную площадку размерами100x100 м2. С сайта www.gismeteo.ru запрашивалась информация о направлениии скорости ветра. Из трубки с отверстием диаметром D=3мм, расположенной навысоте h=2см над поверхностью земли выпускался газ. Параметры газовогооблака, представленные на рисунке 3.6, определялись с помощью специальногоизмерительного стенда (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации