Диссертация (1137266), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Проведем окружность с центром в точке утечкигаза с радиусом R - данная окружность будет показывать возможную зонураспространения газа в случае отклонения облака под влиянием ветра.Рисунок 2.12 К определению максимального расстояния от МГ до ДУМДалее необходимо определить максимальное расстояние, на котором можнорасположить датчик от места утечки для выполнения условия перекрываемости.Для этого сдвигаем точку 1 вдоль оси Y на R и, проведя окружность радиусом R,получим точку пересечения этих двух окружностей D2.

Спроецировав даннуюточку на ось X, получим максимальное расстояние:r  cos  D2  1  2) R 3R.2А проецируя данную точку D2 на ось Y, мы можем получить оптимальноерасстояние между датчиками, равное sin  D2  1  2) R  1 R .2-74Отдельно надо отметить, что, если располагать соседний датчик нарасстоянии меньше 1 R , то:2- соседние датчики будут находиться не на границе точки распределения, авнутри ее, а это значит, что возможно использование датчика с меньшейчувствительностью, следовательно, и меньшей стоимостью;- соседние датчики будут располагаться слишком близко друг к другу, чтоприведет к увеличению их количества и удорожанию всей системы обнаруженияутечки.Пунктирной линией указана возможная зона распространения газовогооблака в случае утечки из точки 2, расположенной под датчиком D2. Как можнозаметить, в случае выхода из строя датчика D2, данную утечку при определенномнаправлении ветра могут обнаружить оба соседних датчика D1 и D3.Вышерассматривалсяслучай,когдаветеротсутствоваллибоегорезультирующий вектор направлен вдоль оси X (рисунок 2.13).Рисунок 2.13 - К определению оптимального расположении ДУМотносительно МГТеперь представим, что результирующий вектор направления ветра проходитпод углом  к оси Y.

Проецируя точку пересечения данного вектора,отложенного из центра окружности радиусом R,-75- на ось Y, получим оптимальное расстояние между датчиками, равноеd  sin  D3  3' 3)R- на ось X, – оптимальное расстояние до датчика от газопровода, равноеr'  cos  D3  3' 3)R , но не более, чем r.Пунктирной линией показана возможная зона распространения газовогооблака в случае утечки из точки 3, откуда видно, что необходимое условиеперекрываемости также выполняется.Вслучае,когдачувствительности,предполагаетсярадиусомокружностииспользованиеRбудетдатчикалучшейявлятьсяграницараспространения облака газа соответствующей концентрации, и все остальныевеличины высчитываются исходя из этого. В результате, зная преобладающеенаправление ветра в заданном регионе и накладывая его на карту прокладки МГ,можно определить оптимальное расстояние между датчиками и от датчика догазопровода.

Таким образом, описанный выше метод позволяет рассчитатьданные, касательно размещения БМ, что в дальнейшем даст возможность дляболее точного определения параметров автономной системы электропитанияописанного модуля.Исходя из данных по выбранному ДУМ, определяем максимальноерасстояние от ДУМ до магистрального газопровода (МГ) (D) и между ДУМ (H).В общем случае уравнение, описывающее изменение концентрации газа приудалении от точки утечки, имеет следующий вид [33, 46, 65]: (y  y0 ) 2  (( x  x0 )  ut ) 2 C ( x, y , z , t ) exp  * *exp  (2 )3/2  x y z2 x2 y Q ( z  h) 2  ( z  h) 2  * exp  exp22 z  z(2.18),где  x ,  y ,  z - горизонтальная и вертикальная дисперсии; Q - скоростьвыброса вещества [г/с]; u - скорость ветра [м/с];x, y, z -точка размещениядетектора утечки; x0 , y 0 - координаты точки утечки; h - высота точки утечки.-76Так как в данном случае интересует расстояние r  x  x0 , на котороераспространится облако газа по перпендикуляру от МГ, то описанную формулуможно представить в упрощенном виде:C ( x, t )  (r  ut ) 2 Qexp(2 )3/2  x2 x (2.19).Представленная концентрация имеет размерность [мг/м3], но в спецификациик датчикам утечки газа указывается концентрация в миллионных долях - ppm [46,65]:Cmg / m3 C ppm MC ppmRT / p,R(T / p)Cmg / m3M,где для метана (CH4) M=16,04 г/моль, R=8,31 Дж/моль∙К, Т=293,15, р=101325Таким образом, мы имеемC ppm R(T / p) C(x, t) C ( x, t )*8.31*291.15 1.49C ( x, t )M16.04*103 *101325иC ppm  (r  ut ) 2 1.49* Qexp (2.20).(2 )3/2  x2xА, значит, выражение для определения расстояния, на котором концентрацияметана будет иметь значение C ppm , принимает вид:r  ut  2 x ln(1.49*Q)3/2(2 ) xC ppm.Значит, зная чувствительность выбранного датчика, можно определитьмаксимальное расстояние, на котором он сможет заметить утечку.

Это и будет r.После чего, руководствуясь необходимым условием перекрываемости зоны двухсоседних датчиков, находим максимально допустимое значение расстояний отДУМ до магистрального газопровода (МГ) (D) и между ДУМ (H). Примерразмещения БМ представлен на рисунке 2.14.-7731.49*QDut  2 x ln()2(2 )3/2  xC ppm (2.21).11.49*QH  ut  2 x ln()3/22(2 )  xC ppm Рисунок 2.14 - Пример размещения БМ вдоль МГТеперь можно рассчитать минимальное число ДУМ в системе (Nmin):N min  L / H , где L-общая длина выбранного участка МГ.При необходимости можно скорректировать значение чувствительности, тоесть выбрать другой ДУМ, руководствуясь принципом: выбирая детектор, кпримеру, с большей чувствительностью (As) мы можем увеличить максимальнодопустимое для покрытия всего участка МГ расстояние между ДУМ (Hmax), и,таким образом, уменьшить общее их количество, а это может привести куменьшению общей стоимости системы датчиков (Ss*N).-782.5 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙСЕНСОРНОЙ СЕТИМагистральные газопроводы имеют особую значимость как для компанийпроизводителей (Газпром, Сургутнефтегаз, Новатэк и др.), так и для страны вцелом, т.е.

являются стратегически значимыми объектами. В связи с этимкачество мониторинга технического состояния МГ должно обеспечиваться, в томчисле за счет применения высоконадежных систем.Как было указано ранее система мониторинга технического состояниямагистральных газопроводов представляет собой беспроводную распределённоютелекоммуникационную систему модулей, в состав которых входят детекторутечки метана, система управления электропитанием и приёмопередающееустройство. Таким образом, отдельный модуль БСТС представляет собойзаконченное автономное радиоэлектронное средство, обеспечивающее прием,обработку и передачу данных об утечках метана, а также данных о техническомсостоянии соседних модулей.Основной целью предлагаемого алгоритма выдвигается решение задачиобеспечениянадежности,проектированиилюбогокотораяявляетсяотдельногооднойизрадиоэлектронногоключевыхсредстваприираспределенной сети передачи данных в целом.Вопрос обеспечения надежности БСТС можно разделить на несколько задач[8]:- расчет показателей надежности модуля БСТС;- расчет показателей надежности радиоканала передачи данных;- расчет показателей надежности распределённой сети;-79- анализ рассчитываемых показателей надежности на каждом этапе насоответствие заданным требованиям.В рамках данной работы основным показателем надежности, обеспечениюкоторого необходимо уделить внимание, является вероятность безотказнойработы.Требуемое значение вероятности безотказной работы определяется всоответствии с техническом заданием и принимается при проектировании, какминимально допустимый уровень.

Сложность решения поставленной задачиобусловлена нобходимость комплексного подхода с учетом также выполениятребований по стоимости, что в совокупности приведет к корректировкиостальный параметров БМ и всей БСТС: схемы размещения, чувствительностиДУМ, энергопотребления БМ и др. На рисунок 2.16 представлена блок-схемапредлагаемого алгоритма обеспечения требований по надежности БСТС,представляющая основные этапы данного процесса.РасчетбезотказностимодуляБСТСнеобходимоосуществлятьвсоответствии с ГОСТ 27.301 [44]. Исходными данными для проведения расчетаформируются на основе технического задания, в котором должны бытьопределены следующие требования:- средняя наработка на отказ, RТЗ;- гарантийный срок;- срок службы, t;- критерий отказа;- требования живучести и стойкости к внешним воздействиям;- требования к эксплуатации, хранению, удобству техническогообслуживания и ремонта.Общая надежность участка cистемы (Блок 1) будет складываться извероятности безотказной работы модулей RM и надежности радиоканала RРЛ, т.е.:RБСТС (t )  RМ (t )  RРЛ (t ) (2.30).-80-Рисунок 2.16 - Блок-схема алгоритма обеспечения надежности БСТСВ соответствии с предложенной концепцией построение БСТС мониторингатехнического состояния магистральных газопроводов, общая структура будетпредставлена последовательной цепочкой модулей с вероятностью безотказной-81работы Ri.

Характеристики

Список файлов диссертации