بخشی از مقاله
چکیده - Abstract -
ایمنی ، یک مشخصه ذاتی از هر سیستم است و لذا یکی از پارامترهای طراحی محسوب میشود که همواره باید در طی فرآیند طراحی به عنوان یکی از معیارهای مهم آن مورد توجه قرار گیرد. بنابراین برای حصول این امرنیاز، به کمّیتسنجی سیستم های ایمنی میباشد. در این تحقیق محاسبات ایمنی یک واحد تقویت فشار انتقال گاز با استفاده از یک نرم افزار قوی ریاضی، انجام شده است تا بتوان به طرحی که توجیه اقتصادی بهتری داشته باشند و از نظر مشخصات تکنیکی و بهرهبرداری مناسبتر باشد، دست یافت.
بدین منظور با استفاده از نرم افزار MATLAB و استفاده از مدل مونت کارلو یک آرایش جدید برای سیستم تعریف شده است و با آرایش قدیمی و متداول مورد سنجش و مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که پارامتر ایمنی سیستم صد در صد ظرفیت سیستم در آرایش جدید %71/52 در مقابل %72/68 درآرایش قدیمی می باشد. همچنین حساسیت سیستم با آرایش قدیمی به خرابی تجهیزاتی مانند توربینها و کمپرسورها به مراتب کمتر از آرایش جدید است.
.1 مقدمه
نوع پیشبینی ایمنی سیستم بستگی به شاخصهای اطلاعاتی مورد نیاز دارد. روشهای پیشبینی، اطلاعاتی را در خصوص عملکردهای آینده سیستم در اختیار میگذارد. باید توجه داشت که تئوری احتمالات به تنهایی قادر به پیشبینی ایمنی سیستم نیست و باید درک کاملی از سیستم، طرح آن، طریقه عمل و از کار افتادن آن، محیط عمل و تنشهایی که تحت آن شرایط واقع میشود، در اختیار داشت. شاخص متداول ایمنی سیستم، احتمال عدم وقوع از کار افتادگی میباشد، ولی شاخصهای متعدد دیگری نیز امروزه برای این منظور به کار میرود که بستگی به نوع سیستم و الزامات عمل آنها دارد. بنابراین "ایمنی سیستم" به صورت عنوانی عمومی برای بسیاری از این شاخصها میباشد.
این شاخصها هر یک با استفاده از تئوری مربوطه از بحث ایمنی سیستم ، ارزیابی میگردند و انتخاب آنها بستگی به نوع مسأله خواهد داشت. پارامترهای مسایل چه از نوع قطعی باشد و یا از نوع غیرقطعی - احتمالی - ، حدود مشخصی را برای کاربرد تعیین خواهد کرد1]و.[2 با توجه به این که بایستی برای هر مسأله، شاخصی مناسب را در بیان ایمنی سیستم آن سیستم، منطبق بر نوع کاربرد و کارایی آن به کار رود، لذا روشهای ارزیابی مختلفی در ارتباط با آن شاخصها نیز مطرح است. به طور کلی دو گروه عمده برای روشهای ارزیابی ایمنی سیستم مطرح میباشند:روشهای تحلیلی و روشهای شبیهسازی. در روشهای تحلیلی، از مدل ریاضی و بیان مسأله در قالب فرمولها و روابط تحلیلی و در نتیجه، راهحلهای ریاضی استفاده میشود.
در حالی که در روشهای شبیهسازی، برآورد شاخصهای ایمنی سیستم بر مبنای شبیه سازی فرآیند و مطالعه رفتار متغیر و اتفاقی یک سیستم صورت میگیرد و لذا مشتمل بر یک سری آزمایشات میشود. هر یک از این روشها، با نقاط قوت و همچنین کاستیهایی همراه هستند. در روشهای تحلیلی، بایستی تمامی معادلات حاکم بر کارایی سیستم و نیز خرابی آن تدوین گردند و بدین صورت نسبت به حل آنها و پیشبینی احتمال خرابی در زمانهای آتی اقدام نمود.
از آنجایی که فرآیندهای خرابی، فرآیندهای پیچیده-ای هستند، لذا جهت استفاده از این روشها نیاز به سادهسازی مسأله در صرفنظر کردن از برخی پارامترها میباشد که با این کار نمیتوان تأثیرپذیری سیستم را نسبت به تمامی متغیرها پوشش داد.[5-3] در اینگونه موارد استفاده از روشهای شبیهسازی که نیاز به سادهسازی را به حداقل میرساند، میتواند به حل مسأله کمک نماید. از طرفی بایستی در نظر داشت که روشهای شبیه سازی نیاز به حجم و زمان محاسباتی زیادی دارد. بطور کلی، روشهای شبیهسازی وقتی مورد استفاده قرار میگیرد که نتوان با روش تحلیلی به نتیجه رسید.[6]
در این تحقیق سعی شده است با استفاده از روشهای پیشرفته ارزیابی ایمنی سیستم و در دسترس بودن، وضعیت یک واحد ایستگاه تقویت فشار خطوط انتقال گاز در مرحله طراحی پیشبینی گردد و در صورت نیاز، نسبت به اصلاح ساختار فرآیندی در جهت ارتقای ایمنی سیستم و در نتیجه افزایش زمان بهرهبرداری، کاهش هزینههای تعمیرات و نگهداری و در نهایت افزایش سوددهی واحد اقدام نمود. در این تحقیق آرایش جدیدی علاوه بر آرایش قدیمی موجود پیشنهاد شده است و این دو آرایش توسط نرم افزار و مدل مونت کارلو مورد بررسی و مقاسه قرار گرفته اند.
.2 روشها و دادهها
در این تحقیق خط انتقال چهارم سراسری گاز ایران مورد بررسی قرار گرفته است که برای انتقال گاز از جنوب ایران به نواحی مرکزی و سپس به نواحی شمالی کشور به ظرفیت انتقال 120 میلیون مترمکعب استاندارد در روز است. جهت غلبه بر افت فشارهای ناشی از انتقال این مقدار گاز از لولهای به قطر اسمی 54 اینچ، نیاز به احداث 18 ایستگاه تقویت فشار - ایستگاه کمپرسور - در طول مسیر میباشد. در ابتدای این خط لوله، چهار ایستگاه اول تقویت فشار به شرح جدول 1 وجود دارد. در طراحی این چهار ایستگاه آرایش ایستگاه تقویت فشار به صورت کامل شانهای میباشد که این نوع آرایش، آرایش جدید می باشد.
به عبارت دیگر در این ایستگاهها، هر سری از این آرایش شامل یک اسکرابر ورودی، یک پکیج توربوکمپرسور، مجموعه کولرهای هوایی با خطوط لوله ارتباطی و تجهیزات ابزاردقیق و کنترلی همگی به صورت متوالی در کنار همدیگر قرار میگیرند. در هر کدام از این ایستگاهها، آرایش به صورت چهار واحد متوالی است که سه واحد در حال کار و یک واحد مازاد آماده به کار وجود دارد. این در حالی است که در تمامی ایستگاههای سابق تقویت فشار موجود در کشور، آرایش بدین گونه است که خروجی اسکرابرهای گاز وارد یک لوله اصلی میگردد و سپس بین توربوکمپرسورها توزیع میگردد. در ادامه نیز خروجی توربوکمپرسورها وارد لوله اصلی دیگری میگردد و از آنجا بین مجموعه کولرهای هوایی توزیع میگردد که همان آرایش قدیمی میباشد.
جهت ارزیابی ایمنی هر سیستمی، لازم است که در مرحله اول، سیستم مورد نظر به اجزای کوچکتر سازنده آن تقسیمبندی شود. این تجزیه و تقسیم کردن از محدوده مجتمع آغاز شده و تا حد تجهیزات، قطعات قابل تعمیر و نیر اجزای هر قطعه پیش میرود. جداول و اطلاعاتی در مورد نوع خرابی، نرخ خرابی تجهیزات و زمان تعمیر آن در پایگاه دادههای مختلف گزارش شده است.[10-7] به دلیل تعداد زیاد تجهیزات حالتهای خرابی، تعداد حالتهایی که سیستم در فضا میتواند داشته باشد، تصاعدی افزایش مییابد. به تبع این افزایش، ابعاد ماترسها در روشهایی مثل روش مارکوف بسیار بزرگ شده و در نتیجه، انجام محاسبات با مشکلاتی روبرو خواهد شد.[11]
از این رو، روش کلی مونتکارلو برای تعیین شاخصهای ایمنی سیستم و انجام محاسبات ایمنی و در دسترس بودن انتخاب شده است. به منظور انجام محاسبات و اجرای شبیهسازی مونت کارلو برنامه ای با نرم افزار MATLAB نوشته شد و همچنین از بین چند پایگاه داده ایمنی، بنا به تشابه و کاربردهای متناسب با این پروژه، پایگاه داده OREDA انتخاب گردید و مقادیر مورد نظر در نرمافزار مورد استفاده قرار گرفتند.
.3 تحلیل نتایج
شکل -1 الف و -1 ب به ترتیب روند همگرایی عدم قطعیت ظرفیت خروجی ایستگاه در آرایشهای قدیمی و جدید را نشان میدهد. مشاهده میشود که با افزایش تعداد دفعات شبیهسازی، قطعیت افزایش یافته است. همچنین نتایج شبیه سازی توسط نرم افزار برای حالت آرایش جدید با وجود تمامی اغتشاشات در نتایج مشاهده شده، در کل مقدار میانگینی برابر با 88/45 درصد در دسترس بودن برای ایستگاه را نشان میدهد. اما برای آرایش قدیمی این مقدار بالاتر از حالت آرایش جدید است و میانگینی برابر با 94/51 را دارد. همچنین تعداد تمامی خرابی تجهیزات توسط مدل محاسبه شده است.
