автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Математическое и программное обеспечение задач оптимального управления функционированием и развитием газопроводных сетей и систем

На правах рукописи

САМОЙЛОВ Роман Вячеславович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ И РАЗВИТИЕМ ГАЗОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ

Специальность 05 13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва, 2005

Работа выполнена на кафедре Прикладной млсмашки и компьютерного моделиронания Российскою юсударственною унинсрси icki исфш и и ш им И М Губкина

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Сухарев Михаил Григорьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Мандель Александр Соломонович

кандидат технических наук, доценг Сарданашвили Сергей Александрович

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский инаитут природных газов и газовых технологий (ООО «ВНИИГАЗ»)

Защита состоится «31 » /1Л-АЛ. 2003 г. в /^*~часов минут в аудитории 308 на заседании диссертационного совета Д 212.200.14 при Российском государственном университете иефти и газа им И.М Губкина Ленинский проспект, 65, Москва, ГСГ1-1, 119991, Россия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан » 200.57

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 200.14, д.т.н., доцент

Егоров А В

JL/Ч s 9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. 1 азовая отрасль является ведущей в энергетическом комплексе страны Протяженность трубопроводов единой системы газоснабжения (ЬС1 ) составляет около 700 тыс км. из них на системы магистрального транспорта газа приходится 150 гыс км, а на распределительные системы тазо-снабжения 550 тыс км Управление функционированием и развитием этих систем выдвигает разнообразные технические и жономические тадачи, усложняющиеся со временем

Для научно обоснованною решения этих задач требуется разработка новых и совершенствование созданных ранее математических моделей и компьютерных технологий Вата для эффективного применения в отрасли таких разработок создана в последние десятилетия и интенсивно развивается Улучшается компьютерное оснащение предприятий, качество систем сбора и передачи данных о протекании производственных процессов Расширяется и совершенствуется информационное обеспечение проектных расчетов (геоинформационные системы, аэрокосмический мониторинг и др ) Все по создает предпосылки для повышения уровня оперативного управления процессами транспорта и распределения природного таза и проектных решений по развитию них систем

Одной из важнейших задач оперативного управления газотранспортными системами является выбор оптимальных режимов эксплуатации при нестационарных течениях газа Разработка математических методов решения этой задачи позволяет увеличить функциональные возможности автоматизированных систем управления (АСУ) тазотрапепортными предприятиями Несмотря на прогресс в области информатизации возможности современной вычислительной техники и информационных систем для оперативного управления используются не в полной мере Предложенные в диссертации математические методы и отработанные программные реализации них методов расширят степень интегрирования АСУ в производственные процессы и позволят получать более технологичные диспетчерские решения, способствуя снижению энергетических затрат на транспортировку газа.

В управлении газораспределительными системами нестационарность течения не вызывает острых проблем как в магистральном транспорте. Более актуальным является совершенствование математическою и программного обеспечения процедур оптимального развития трубопроводных сетей. В последние годы намечены и успешно выполняются протраммы газификации регионов России За 7 последних лет протяженность распределительных сетей увеличилась более чем на треть В связи с этим резко возрос объем проектных работ Их научно-методическое обеспечение осуществляет ОАО «Промгаз»

Принята концепция, согласно которой разрабатывается генеральная схема газификации региона, а в нее вписываются проекты развития и реконструкции газораспределительных сетей на уровне района, юрода, поселка, К разработке проектов привлекаются большие объемы информации о потребителях, территориях, по которым прокладываются трубопроводы и г д Актуальность создания математического и программною обеспечения для решения возникающих при этом разнообрашых оптимизационных и информационных задач не нуждается в доказательстве Разработанный в диссертации пакет программ широко использовался и продолжает использоваться при конкретном проектировании

Цель и задачи исследования. Целью диссертации являемся p,iip,ii>o 1 ки мл тематическою и программною обеспечения д 1я шпниичышю управления .шалим и синтеза трубопроводных LucrcM Достижение пои цсии iipcjiMojidiaci решение с те-дующих тадач

1 Рагработка математических методов. алюригмов и программных модулем л (я поиска оптимальных нсус 1ановившихся режимов мпгисгр;ии>иы\ I а юпронодпв и их еист см

2 Компьютерное моделирование оптимальных нестационарных режимов па ич тюсг-ративных и реальных примерах

3 Ра ¡работка и компьютерная реалтпация методов идентификации параметров н газотранспортных и iаюраспрсделитсльных системах численное исследование и анализ существующих методов моделирования и отними киши тагонровоцов и их систем

4 Разработка программного комплекса анализа и сиитеi,i распределительных систем газоснабжения

5 Применение программного комплекса для анализа и cuiiicia iатраспрелелтпель-пых систем при их проектировании, реконструкции и жеплуатании

Объектом исследования являются трубопроводные системы для моделирования которых создается методическое и программное обеспечение Исследование направлено на компьютерное моделирование оптимальных режимов с южных таго-транспортных систем, на алгоритмизацию и программное обеспечение проектных расчетов по распределительным системам гаюснабжеиия. включающих мапгираль-ные газопроводы-отводы, газораспределительные сети регионов, юродов и населенных пунктов

Методы исследования. Проведенные в работе исследования и разработки базируются на использовании'

• методов модулыюто и объектно-ориентированною программирования

• методов визуальною программирования;

• технологии взаимодействия приложений в информационных системах

• методов численною интегрирования дифференциальных уравнении в частных

производных (в том числе метода интегральных соотношений).

• методов оптимизации, прежде всего динамического программирования и других методов численного а нал и ¡а;

• методов математической статистики, конфчкпнпюю и регрессионною анализа,

• теории гидравлических цепей

Научная новизна результатов исследований.

1 Предложен новый подход к моделированию оптималышх нестационарных режимов мат истральных гаюпроводов основанный на применении обыкновенных дифференциальных уравнений и методов динамическою программирования

2 Разработан метод поиска кваиюптималытых решений в задачах управления магистральными газопроводами при нестационарном режиме течения Мегоч применим к широкому классу задач управления технологическими процессами, описываемыми системами уравнений в частных прои(водных парабо тичсскою тина 1очность полученных результатов проверена методом чис ichhoio женеримеша

1 Предложены процедуры идентификации гидрав шческою сопротивления трубопроводов, использующие мсготы математической статистики 4. Предложены оригинальные подходы к моделированию силовою оборудования

5 Разработан новый мсюд сигме га (выбора решении при проектировании) ым>рнс-прелелигелмюй сепг

6 Предложена технология разработки программною комплекса и применения сю н задачах проектирования и анализа газораспределительных систем

Практическая ценность полученных результатов. 0|ечсетвснныс программные комплексы моделирования и диспетчерскою управления трубопроводными системами широко применятся в оперативном управчении гаттранспоргнымн предприятиями, являясь основой функциональных ыдач в АСУ ГТГ1. Разработанные в диссертации методы оптимизации нестационарных режимов позволяют находить оптимальные решения, которые нельзя получить, опираясь лишь на интуицию и оньм диспетчерскою персона га Введение них методов в состав АСУ следует рассмафи-вать как переход на новый уровень управления, способствующий экономии шср1сги-ческих ресурсов Моделирование конкрепюй газотранспортной системы даже в условиях довольно стабильных режимов пока)ало. что предложенная методика оптимизации полютяс! найти более рациональные решения и улучшить качество оперативною управления

Подход к идентификации коэффициентов гидравлического сопротивления, основанный на методах математической статистики, позволил обосновать модель I идравлическо! о расчета полиэтиленовых трубопроводов

Программный комплекс анализа и синтеза газораспределительных сетей, является средством для эффективною решения задач, возникающих при проектировании систем газоснабжения Комплекс отвечает современным требованиям, предъявляемым к программному обеспечению Он успешно применяется в ОАО «Промтаз» для

• разработки генеральных схем газификации региона,

• ра гработки проектов развития и реконструкции систем газоснабжения населенных пунктов, включая сети низкого, среднего и высокого давления,

• анализа надежности схем газоснабжения

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались автором на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах, в том числе.

1 54-ая и 55-ая Межвузовские студенческие иаучггые конференции «Нефть и Газ 2000» и «Нефть и Газ 2001»(Москва. РГУ нефти и газа. 2000 - 2001 г г )

2 4-ая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студеггтов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2001 г).

3. 8-ой Всероссийский научный семинар с международным участием «Математические молсти и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем» (Туапсе, 2002г)

4 1 -ая Международная научно-технической конференция Э18СОМ 2002 «Развитие компьютерных комплексов моделирования, оптимизации режимов работы систем гагостгабжения и их роль в диспетчерском управлении технологическими процессами в газовой отрасли» (Москва, 2002 г)

5 2-ая Международная научно-технической конференция ШЯСОМ 2004 «Теория и практика разработки, промышленного внедрения компьютерных комплексов поддержки диспетчерских решений в газотранспортной и Iазодобывающеи отраслях» (Москва, 13-15 2004|)

6 Международный научиочехпический семинар «Современные направления р,п-ви i ин распределительных ceieii mía» (Краков. 2<Ю4г )

Публикации. Основное содержание работы изложено » П онуб тикованных

работах

Структура и объем диссертации. Лиссещаиионпая рабом сосюш m введения, пяти глав. зак гточегшя. списка литературы И1 144 наименований и четырех приложений Общий обьем работы составляет 210 печашых с границ в юм числе 11)7 cipjiinn основною текста и 13 страниц мри южении 1 сксi работы содержи! fil рис\-нок и 12 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Аналитический обзор литературы и постановка вопросов. Одной us важнейших »адат оперативного управления га ¡отранеггоргпыми системами (I 1С) яп гяет-ся выбор оптимальных режимов жеплуатации при нестационарных течениях

И »учение нестационарных течений в длинных !аготгроволах начатой. в 3()-\ i одах XX века Классическими исследованиями в этом направлении следует счшап. ра-бгны Чарного И А , в коюрых дан вывод уравнений движения и пред южены мемоды их итерирования

С развитием информатизации и компыотери laimn тазовой офасли по шик интерес к поиску оптимальных режимов магистральных 1аюнроволов С учетом нестационарности течения в точной (наибо iee адекватной) постановке талача сводится к оптимизации системы с распределенными параметрами Критерием ошимтации служит минимум шергетических затрат Магматические сложное!и и пегехнолотич-ноегь формально оптимального решения заставляли до сих пор довочьствоваться подходами с эвристической составляющей Отметим здесь, например, работ Пе-рельнвайга К) М.

В некоторых зарубежных комплексах преднашаченных д 1я дпсисччерекою управления газотранспортными системами, например S1MON1 . оптима п.нын нестационарный режим ищется при ограничивающих предпо гожемиях Mero шческои базой для SIMON!-. послужили исследования ряда ученых (J Králik 1' Stiegler и др ) Разработанные ими расчетные процедуры исходя! из условия о юм, что на вычо ге компрессорных станций поддерживается постоянное максимально возможное давление Это предположение не приемлемо для отечественных газопроводов

Методы определения оптимальных режимов Maiистральных газопроводов при стационарном течении гага хороню известны и проверены практикой, соответствующие исследования представ лены работами Вермана Р Я . I алнудина 3 1,1 ндокггмова А I . Леонтьева Е В , Панкратова В С . Сарланашвили С Л , Ставровскою I Р . Ci\-рейко О II, Сухарева M I . Гевяшева АД и др Эти методы пригодны также в условиях медленно меняющихся - квагисгапиопарпых режимов По для тех счучлев. когда расходы и давления претерпевают существенные изменения в суточном и/и m недельном циклах, целесообразно разработан, модели, более адекватно отражающие условия функционирования Чтобы покрыть пиковые потребности в laïc необходимо заблаговременно «набить трубу» Управляющие воздействия выбранные оператором интуитивно, moiут быть датско не огггимачьиыми

Предлагаемая в диссертации методика решает проб тему оптимального диспетчерского управления I 1С при нестационарном режиме течении Она опирается на исследования |рофимова А С и Куцсва В А Согласно их рекомендациям система

уравнений в частных производных, имитирующая течение газа в длинном трубопроводе, заменяется обыкновенными дифференциальными уравнениями, связывающими значения давления и расхода на концах участка. На ба)е этого метода нами был разработан алгоритм поиска оптимального решения, который учитывает как известные технологические ограничения на параметры газового потока, так и ограничения на скорость изменения управляющих воздействий В качестве промышленного объекта для тестирования методики был выбран фрагмент многониточного коридора газопроводов ООО «Мострансгаз», экспортирующего газ через территорию Украины.

Позже появилась также работа, в которой исследуются те же задачи с использованием модели активной сети Результаты были получены в Центре Вычислительных Технологий механики Пряловым С H и Селезневым В Е. Согласно их данным экономия энергозатрат на транспортировку газа составляет порядка 5 - 10 %.

В управлении развитием и эксплуатацией газораспределительными системами нестационарность течения не вызывает острых проблем как в магистральном транспорте. Более актуальным является совершенствование математического и программного обеспечения процедур оптимального проектирования и реконструкции трубопроводных сетей.

Работы, посвященные исследованию методов расчета трубопроводных сетей, начаты в довоенные годы Андрияшевым М.М., Лобачевым В.Г. и Кроссом X Математическое обеспечение для анализа трубопроводных систем в межотраслевом аспекте представлено монографией Меренкова А.П. и Хасилева В.Я. «Теория гидравлических цепей». Работы московской школы (Сухарев M Г., Ставровский Е.Р. и др.), иркутской школы (Меренков А П., Новицкий H H., Сеннова Е.В., Сидлер В.Г, Сумароков C.B. и др.), харьковской школы (Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д. и др.) и воронежской школы (Квасов И.С., Панов М.Я., Щербаков В И и др ) продолжают это направление, развивают методы теории гидравлических цепей и служат базой для математического моделирования и оптимизации современных систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. В них рассматриваются вопросы управления состоянием, оптимального развития и исследуется надежность трубопроводных систем. Той же теме посвящены многие зарубежные публикации,

В последние годы наблюдается очевидный прогресс в области информатизации, увеличения производительности современной вычислительной техники и информационных систем. Появились современные математические пакеты, например ОМЕГА и LINDO, которые позволяют получать решение различных оптимизационных задач. Именно с применением этих пакетов связаны оптимизационные подходы к проектированию региональных систем газоснабжения, развитые в работах Ядыкина А.Б. и Тверского И.В. Включение таких разработок в состав специализированного программного обеспечения, позволяет расширить функциональные Возможности создаваемых программ.

Применение математических моделей в процессах принятия решений при управлении функционированием и развитием газопроводных сетей и систем приведет к положительным результатам только в том случае, если характеристики, закладываемые в модели, адекватно описывают текущее состояние объекта. Этим объясняется необходимость применения методических, алгоритмических и технических средств идентификации газопроводных систем. Специфика решаемых в диссертационной работе задач предполагает использование локальных методов идентификации, основанных на получении и обработке наблюдений за функционированием отдельных элементов системы. Вопросы идентификации элементов систем газоснабжения

рассматривались в работах Бермана Р Я Карасевича Л М , Сарданашвичи С А Седова В.И , Сухарева М Г, и лр Методы системной идентификации, основанные на рассмотрении объекта сетевой структуры в целом, представлены работами Евдокимова Л Г, Мерснкова А П , Новицкою П.Н , Панова М Я , Сидлера В Г , Тсвяшсва А Д и др.

В реферируемой работе идентификация параметров потребовалась для решения двух задач. Первая из них связана с полиэтиленовыми газопроводами, которые все более широко используются при сооружении газораспределительных систем В настоящее время для гидравлических расчетов стальных и полиэтиленовых трубопроводов используются одни и те же формулы. Отличаются лишь численные значения коэффициента шероховатости. Такая экстраполяция гидравлических моделей течения сделана бе» достаточного обоснования Весьма важный в прикладном плане вопрос об определении факторов, влияющих на течения газа в полиэтиленовых трубопроводах, остается до сих пор открытым. Институтом «Промгаз» были организованы стендовые испытания гидравлических сопротивлений полиэтиленовых трубопроводов. Идентификация фактического коэффициента гидравлического сопротивления проводилась по нескольким замерам давления. Разработанные методы статистической обработки экспериментальных данных реализованы с помощью специализированного программного обеспечения

Вторая задача идентификации связана с моделированием режимов коридора магистральных газопроводов. В расчетные модели требовалось ввести адаптационные коэффициенты, характеризующие линейные участки и газоперекачивающие агретаты Метрологическое оборудование компрессорных станций (КС) не позволяет определять потоки газа по каждому компрессорному цеху (КЦ), поэтому для каждою цеха возникает задача адаптировать характеристики агрегатов и оценить расход газа В работе дается один из возможных подходов к ее решению.

Результаты международных научно-технических конференций DISCOM 2002 и DISCOM 2004 свидетельствуют о бурном развитии программных комплексов управления газотранспортными системами Эффективная информатизация привела к качественным изменениям диспетчерского управления технологическими процессами в газовой отрасли, особенно в магистральном транспорте газа

Новые информационные технологии дают адекватный ответ на вограстающие требования по оперативности принятия решений, по надежности газоснабжения и безопасности транспортировки газа, несмотря на устожнение объекта управления Качество диспетчерских решений определяется многими факторами, в частности наличием программных средств поддержки принятия решений. Именно появление отечественных программных комплексов «САМПАГ», «АСТРА», «AMADEUS» позволило качественно повысить уровень диспетчерского управления во многих газотранспортных организациях

Разработанные в диссертации программные модули позволяют находить оптимальные решения при нестационарных течениях Введение их в состав программного обеспечения АСУ следует рассматривать как переход на новый уровень диспетчерского управления, способствующий экономии энергетических ресурсов

Перейдем к проблемам поддержки принятия решений в задачах анализа и оптимального синтеза систем газоснабжения Будем иметь в виду системы, включающие как «высокую» (распределительные магистральные газопроводы и газопроводы-отводы), так и «низкую» часть (газораспределительные сети и системы газоснабжения городов) Разработанные ранее программы не отвечают современным требовани-

ям и уровню развития информационных технологий. В рамках диссертационной работы рассмотрены основные вопросы и методы разработки такого программного обеспечения. Исследованы аспекты практического применения программного комплекса при проектировании, реконструкции и эксплуатации газораспределительных сетей и систем. Применение уточненных моделей течения, полученных в результате процедур идентификации, позволило получать более обоснованные решения при проектировании полиэтиленовых газопроводов

Оптимальное управление магистральным газопроводом при нестационарном режиме течения. Рассмотрим задачу выбора оптимальных режимов эксплуатации при нестационарном течении Критерий оптимизации нестационарных режимов должен включать

- стоимостные затраты на перекачку газа,

- требования к стабильности управляющих воздействий непрерывного типа (например, число оборотов),

- требования к стабильност и дискретных управляющих воздействий (например, включению и выключению агрегатов)

Естественным образом ввести комплексный критерий, который формализовал бы все три условия, не представляется возможным Поэтому в качестве формальной функции цели взята стоимость перекачки газа. Стабильность непрерывных управляющих воздействий обеспечивается несколькими сглаживающими процедурами.

Покажем, как становится задача и формируется критерий оптимизации для реального объекта, представляющего собой часть миогониточного коридора газопроводов, экспортирующего газ в Центральную и Западную Европу через территорию Украины. Упрощенная схема газопровода приведена на рис. 1

ГИССуджа

Прогресс

ш

чМ

ЕКрР

У-У

}

Р/0

ЪА) 4,(1),

СЕН

'Р/0

Я/0

КС Курске« КС Должянская

Рис. 1. Принципиальная схема коридора газопроводов

т

40

201

Я-В1 У-Ц2

У-Ц1 У-У I

цф I I I ..I

КС Денская

Нитками коридора служат газопроводы «Прогресс», Елец - Кривой Рог, Уренгой - Ужгород. Компримирование газа производится на станциях Донская, Должан-ская и Курская. Перед входом на территорию Украины расположена газоизмерительная станция (ГИС).

Технологическая постановка задачи формулируется следующим образом. Известными считаются суточный график расхода газа через ГИС Суджа, давление, поддерживаемое на выходе КС Донская, а также характеристики компрессорного оборудования и все параметры линейных участков, необходимые для расчета гидравлического режима. Требуется определить оптимальное управление промежуточными станциями Должанская и Курская, минимизировав суммарные топливные (энергети-

ческие) затраты за рассматриваемый период времени (Г), при условии, что вся система в начальный момент времени находилась в стационарном состоянии

Переходя к математической постановке задачи, выпишем ключевые соотношения. Итак, будем стремиться минимизировать работу по компримированию газа на КС Должанская и КС Курская

Л^™-« (')+ "Курт (')к' -> то'П ,

О

(1)

где NДо„жа„сюя {!), А- Курская ) - затрачиваемая суммарная мощность по КС Должанская и КС Курская, а - вектор управляющих воздействий на обеих КС. При этом для каждого линейного участка необходимо соблюдение замыкающих соотношений, представляющих собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений связывающих давление (р) и расход (д) на концах участка (индекс 0 обозначает начало участка, а 1 его конец).

>(')-|<7о(')| + <7,(')-М')! 2 А

I | - + —

аВ

о *(')■

I (4 NK(t) - '

р1{')-ргЛ')=л

Фо ,ф| ( л

dt dt а

?о(') |?о(')( ф0

-2

Р1(>) dt " p0(t) dt plit)

= 2 ¡faM-чШ

4Mdpt tJpMdq,

dt

P i

(<) л

(2)

где А, В - коэффициенты, зависящие от размеров трубы и свойств газа, а - параметр вычислительной процедуры.

Именно благодаря переходу от дифференциальных уравнений в частных производных

--Aq\q\

-вд-3

(3)

дх

дЕ-

8t дх

к системе (2), предложенной Трофимовым А. С и Куцевым В А , стало возможным получение технологичных решений поставленной задачи с помощью эффективного численного алгоритма.

Кроме того, следует учесть для каждой компрессорной станции соотношения баланса на входе и выходе станции с учетом QT, - затрат топливного газа и на собственные нужды

?2с)+е,кгСДо™(о = <?;('), ?ло+еткгскур™"(о = <75('). w

Важнейшими технологическими ограничениями являются условия, накладываемые на параметры газового потока.

- по максимальному давлению нагнетания (см рис 1)

рЛО^Р*», (5)

- по минимальному давлению на приеме КС и на ГИС Суджа

Рг(0 >- РЛ<) - Рт " РЛ0 2: Pmm, (6)

- по диапазону изменения степени сжатия

еШ1П - - епмх' £Ш1» - £т«х'

где«, =р3(1)/рМ£2 - ограничения, определяемые характеристиками газоперекачивающих агрегатов (ГГТЛ) по относительным оборотам, приведенному расходу и мощности агрегата

и«. *—^, а» ю * е— * а* —, * ^ л^. (8)

й„ п

В качестве управляющих воздействий в модели принимался расход газа на каждой станции и = ||<?3 (0. <75 0)|1 = |К')> ""(ОЦ • Вектор фазовых координат состоял из

следующих величин * = ||р2(0,Р3(0>Р4(0>Р5(0,Рб(0.?|(')|| (см. рис. 1)

Задача оптимального управления (1),(2),(4) - (8), преобразовывается к дискретному виду Для этого диапазон [0, 7] разбивается на т равных достаточно малых промежутков т-Т/т, производные заменяются их конечноразностными аналогами, а интеграл суммой Совокупность технологических ограничений (5) - (8) (в символическом виде они представляются как (¡(х)>0) вводится в функционал в виде штрафной функции, тогда получим

•«,)->«» т, (9)

*,♦! = •*, + . и, ).

ГДе V*/1/ ~ Доллсанская

К (х,), вектор-функция

/

/(х1 ,и1 ) представляется правыми частями уравнений (2) для участков рассматриваемой системы.

Поставленная таким образом оптимизационная задача решается методом динамического программирования, основное уравнение которого записывается в следующем виде

8, и (•*,*!. ) = гаЦ«. С*( '"<)+ (*м-О]. (| = 0,.-,т-1) (Ю)

Технологически оправданные режимы не должны описываться разрывными функциями. Поэтому решение функционального уравнения достигается численным методом переменные управления дискретизируются и производится только локальное варьирование, то есть при минимизации основного уравнения рассматриваются 3 значения каждой управляющей переменной Схема путей перебора вариантов представлена на рис. 2.

Рис. 2 Схема перебора вариантов Схема обозначает, что в точку отвечающую моменту времени к+1, можно попасть из 9 точек предыдущего временною шага. Полученные таким обраюм решения хотя и не дают гарантии достижения формального минимума, однако, обеспечивают «плавность» изменения управляющих воздействий и в дальнейшем называются квазиоптимальными.

Приведем некоторые результаты вычислительного эксперимента, демонстрирующие характер квазиоптимальных решений. Расчеты выполнены с помощью программы, реализующей описанную выше процедуру Программа разработана в среде Delphi и представляет собой исследовательское приложение в виде исполняемою файла. Исходными данными программы служат текстовые файлы, содержащие технические данные по линейным участкам магистрального газопровода, оборудованию компрессорных станций, а также совокупность заданных граничных условий

На рис 3 представлена одна из компонент решения, полученного при формальной оптимизации по критерию минимума работы, затраченной на компримиро-вание газа.

Рис 3 Расход газа через КС Должанская фактический (пунктир) и формально оптимальный (сплошная линия)

Очевидно, что такое решение нельзя считать технологически приемлемым На рис. 4 представлены компоненты решения, полученного с использованием процедур сглаживания Введение этих процедур позволило избежать резких изменений управляющих воздействий, тогда как значение критерия увеличилось всего на 0,02% на КС Должанская и на 0,26% на КС Курская

• . " 206 \q, млнм3/сут Ъ

l'I'l'l'l'l'H t. ч

18 30 33 34 3 4 в 8 10 13 14 15 te 3Û » 34

I M 1 I ' I 1 I 1 I ' I Ч'Ч Ч M ' I 1 I Ч ' Ц ч

18 20 22 24 2 4 8 910 12 14 16 18 20224

Qm г тыс. ai /сут

КС Курская

чч'тп

1» 20 22 34 2 4

I Ч Ч 1 I Ч Ч Ч Ч 1 Ц ч в 8 10 12 и 16 18 20 22 24

I ' I 1 I Ч 1

1в 20 22 34 2

I Ч Ч Ч Ч Ч 10 12 14 18 18 30 22

"U «

Рис 4. Параметры фактического (пунктир) и технологически оптимального (сплошная линия) режимов' а) давление на входе и выходе КС Должанская, I - давление нагнетания, 2 -давление на входе; Ь) расход газа через КС Должанская- фактический (пунктир) и технологически оптимальный (сплошная линия), с) давление на входе ГИС Суджа; <1) затраты топливного газа по каждой из КС

Как видно из рис 4, решение отвечает требованиям технологичности Графики энергопотребления по обеим КС отчетливо демонстрируют снижение затрат топливного газа по сравнению с фактическим режимом Так по результатам проведенных расчетов стало ясно, что при оптимальном управлении рассматриваемым [азопрово-дом энергетические затраты уменьшаются на 4,2%

На рис. 4 наряду с фактическими и оптимальными режимами жирными точками изображены графики давления, построенные на основе исходных режимов экс-

плуатации Практическое совпадение с фактическими данными свидетельствует о высокой степени достоверности процедуры идентификации, речь о которых пойдет ниже.

Методы оперативной идентификации в управлении функционированием и развитием газопроводных систем

Прежде всего, рассмотрим задачу идентификации газодинамических характеристик ГПА

Идентификация разодинамических характеристик ГПА

В качестве исходных были взяты диспетчерские данные по режимам за 30 ч работы газопровода, схема которого изображена на рис I Для описания газоперекачивающих агрегатов использовалась модель с приведенными характеристиками С Синицына При моделировании любого реального объекта необходимо учесть, что характеристики ГПА изменяются в процессе эксплуатации Сделать расчетную модель КС адекватной реальному объекту можно, вводя поправочные коэффициенты для характеристик ГПА.

Для вычисления идентификационных коэффициентов характеристик ГПА надо иметь данные о режиме работы объекта расход д (млн м3/сут), давление и температуру на входе и выходе КС р,т, рт и Ткш, Гвх, число оборотов нагнетателя п Процедура проводится для определенного типа нагнетателей и схемы их включения Начинаем с вычисления следующих величин'

" ^ 0,24?г„ги з

(,вт\ где С--(м/мин.) (И)

х '">; Р„

I г.хЛ7".х

В соотношениях (11) использованы следующие обозначения- и» - номинальное число оборотов нагнетателя (1/мин); г - коэффициент сжимаемости, Я - газовая постоянная (м /с2 К), <2 - объемный расход (м ""/мин); индекс «пр» обозначает приведенное значение; индекс «вх» обозначает значение параметров на входе в нагнетатель.

Для примера рассмотрим получение адаптационного коэффициента характеристики приведенной мощности При вычислении внутренней мощности нагнетателя N (кВт) по известным параметрам на входе и выходе, можно воспользоваться формулой

,, - Л

дг* _ 13,34 глх Тв>

Чь

I

55,6

Ч*

1

(12)

здесь е - степень сжатия (е = рма/ рт\, к - показатель адиабаты, Т]ф - фактическое значение политропического КПД

Используя характеристику приведенной мощности |/(т), выражение для мощ-

ности нагнетателя запишем в виде

чз

п

N = Pr\ — )v(x), (13)

где р, - плотность газа при стандартных условиях (кг/м3) Тогда поправочный коэффициент А ,, имеет вид

N*

Рг

(И)

v(x)

При известных параметрах газового потока вычисление адаптационных коэффициентов для каждого цеха не представляет особых сложностей Но рассматриваемые в коридоре КС, не оснащены оборудованием, позволяющим дифференцировать потоки газа по каждому компрессорному цеху Вследствие чего вычисление адаптационных коэффициентов не представляется возможным Нами был предложен один следующий подход к решению такой задачи

Если обозначить а, - долю потока <2 через компрессорный цех (КЦ) ¡', то соотношения для параметров х, у цеха / переписываются в виде

=е„,=«,е—.

у I и

«О,

(15)

При известных долях газового потока можно вычислить адаптационные коэффициенты Л'ь (fi,,х,,у,), Л'г1 {с,,,.У,), К >х,. У,) для каждого КЦ Задачу поиска оценок коэффициентов а, можно сформулировать следующим образом "'"Г 1

min £ К (£. Ма,1у,)+ 4 . *(«, \у,)+4 к. *(«, I У, )J

£«,= 1, а, 6 [0,1]

(16)

В результате решения задачи (16) можно не только оценить адаптационные коэффициенты, но и значения расхода через КЦ. Для получения более адекватных оценок коэффициентов необходимо проводить статистический анализ диспетчерских данных

Приведем некоторые результаты оценки идентификационных коэффициентов газотранспортной системы. Результаты идентификации коэффициентов гидравлического сопротивления Аф и эффективности Е линейных участков представлены в табл.1.

Таблица 1

Параметр КС Донская -КС Должаиская КС Должаиская - КС Курская КС Курская -ГИС Суджа

Пр-с и ЕКр.Р У-У Весь корялор Весь корядор

/Сед 1,15 1,39 1,66 1,66

ъ 0,009 0,0076 0,0077 0,0094

X 0,00896 0,00896 0,00896 0,00896

Е 0,998 1,089 1,08 0,978

Рассчитанные значения коэффициентов эффективности свидетельствуют о хорошем состоянии линейной част Исключение составляет конечный участок КС Курская - ГИС Суджа. пропускная способность которою па 2,2 % меньше проектного значения Это свидетельствует о целесообразности проведения дальнейших иссчедо-ваний, имеющих, в конечном счете, улучшение техническою состояния участка

Идентификация параметров силовою оборудования проводилась по цехам КС Должанская и Курская Результаты исследований представлены в табл 2

Таблица 2

Адаптационные коэффициенты для компрессорных цехов газотранспортной системы

КС Должанская КС Курская

Ннтка и ее оснащение А, А, А, А, Нитка и ее оснащение А, А, А,

Прогресс АЛ-31СТЦ-16/76 (под нагрузкой 1 ГПА) 0,6« 0,89 0,94 0,99 Ирот ресс СТД-12500 235-21-1 (под нагрузкой 0 ГПА) - - - -

Е-Кр Р НК-16СТЦ-16/76 (под нагрузкой 2 ГПА) 0,77 0,93 0,76 0,98 Ь-Хр.Р П1А-Ц-16 Ц-16/76 (под нагрузкой 3 ГПА) 0,97 0,99 0.93 0,99

У-У ГТК-25ИР РСЬ-804-2 (под нагрузкой 2 ГПА) 0,87 0,96 0,84 0,99 У-У ГТК-25ИР РС1-804-2 (под нагрузкой 2 I ПА) 0,98 0,99 0,92 0,99

Адаптационные коэффициенты являются показателями техническою состояния силового оборудования газотранспортной системы Как видно из таблицьт, характеристики ГПА на КС Курская близки к паспортным, тогда как на КС Должанская некоторые показатели существенно отличаются от 1, что свидетельствует, по всей видимости, о повышенном износе оборудования Однако окончательные выводы и рекомендации можно делать только после дополнительных исследований.

Оценка коэффициента гидравлического сопротивления трубопровода по нескольким замерам давления

Для идентификации линейной части газопровода нами был предложен подход к оценке коэффициента гидравлического сопротивления трубопровода по нескольким замерам давления.

А0 А\ Л2 Аз

— : 1 н

Ро Рг Рг Рг

Рис 5 Схема расположения измерительной аппаратуры на трубопроводе.

Организованные институтом «Промгаз» испытания гидравлических сопротивлений полиэтиленового (п/э) трубопровода, принципиальная схема которого изображена на рис. 5, позволили получить исходные данные для исследования. Нами разработаны алгоритмы идентификации гидравлических сопротивлений при стационарном и квазистационарном течении 1аза с использованием методов математической статистики.

Предлагаемая в работе методика позволяет не только обосновывать адекватность применяемых моделей, но и служит средством оперативной идентификации фактического коэффициента гидравлического сопротивления для любого газопровода, оснащенного измерительной аппаратурой

Оценки коэффициента гидравлического сопротивления, вычисленные по результатам замеров, использовались для проверки того, насколько подходят известные гидравлические модели для описания течений газа по п/э трубопроводам Рассматривались следующие модели течений - формула Альтшуля

Х = (17)

(18)

й Яе формула Кольбрука-Уайта

41 ЛЯе 41 Ъ,Ю)

- и формула Прандтля, для гидравлически гладких труб 1 .. Яеэ/Д

В соотношениях (17) - (19) использованы следующие обозначения: X - коэффициент гидравлического сопротивления, Ке - число Рейнольдса, О - внутренний диаметр трубопровода (см), К, - коэффициент эквивалентной шероховатости (см)

Ниже приводятся некоторые результаты обработки экспериментальных данных.

На рис. 6 (а) изображены вычисленные оценки коэффициентов гидравлическою сопротивления в зависимости от числа Рейнольдса Сплошной линией показана функция Х = /Г,), вычисленная по формуле (17) Из рисунка видно, что модель (17) нельзя считать удовлетворительным приближением опытных данных Отличия особенно существенны при малых и больших значениях чисел Рейнольдса Аналогичные выводы были сделаны также и о моделях (18), (19).

Рис 6 а. Оценки коэффициента X по объединенной выборке (эксперименты на воздухе и на природном газе) Сплошная линия отвечает формуле (17) при К-, = 0.002 см пунктирная - линейному приближению при «малых» Яе и приближению (20) при «больших» Ие Ь Оценки эквивалентом шероховатости с использованием формулы (17) 1 - воздух, 2 природный газ

На рис. б (Ь) представлены оценки эквивалентной шероховатости выраженной из формулы (17) Если бы модель [те. формула (17)] адекватно описывала течения в п/э трубах, то оценка шероховатости как некоторого физическо! о параметра не зависела бы от числа Рейнольдса Однако рисунок отчетливо демонстрирует тенденцию к убыванию оценки К, с ростом Яс.

Таким образом, по результатам проведенных исследований стало ясно, что модели течения (17) - (19) оказываются неподходящими для описания течений газа в п/э трубах и нуждаются в уточнении Подбирая функцию для аппроксимации зависи-

мости \ = \(Ке, К,), мы1 старались по возможности ограничиваться принятыми формами. В частности, была использована функциональная зависимость (16). в которую введены два параметра аил

Проведенные расчеты дают п=0,296, а=297,19 На рис. 7 приведены результаты приближений. Округляя полученные оценки до п=0,3, а=300, получим более удобную для практики формулу, обеспечивающую остаточную сумму квадратов, не намного отличающуюся от математического оптимума На рис. 7 сплошной линией представлена эта аппроксимация При обработке выборок по испытаниям только на воздухе ити только на природном газе были получены несколько другие, хотя и близкие результаты

0.026 0,0240,022 0,020,018-

• 1

ю,в

10,8

11

11,2

11,4

11,6

11,8

12

■ I 1 ■

12,2 1п Ве

Рис 7. Аппроксимация (20) зависимости Я.(Яе, К,):

сплошная линия - К, = 0,002 см, и = 0,3, а = 300; пунктирная -К3 = 0,п = 0,2617, а = 160,95 1- воздух, 2 - природный газ

Таким образом, по результатам выполненной идентификации течений газа в полиэтиленовых трубах были сделаны следующие выводы и рекомендации'

• Модели Кольбрука - Уайта и Альтшуля, хорошо описывающие течения в стальных и др трубопроводах, нельзя считать адекватными для течения газа в п/э трубопроводах

• Оказалось, что результаты экспериментов хорошо аппроксимируются уточненными зависимостями Модифицированную формулу Альтшуля (20) при указанных значениях входящих в нее параметров можно рекомендовать для расчетов при проектировании систем газоснабжения с использованием п/э труб

Программное обеспечение анализа и оптимального синтеза распределительных систем газоснабжения

Одним из прикладных результатов диссертационной работы является разработанное специализированное программное обеспечение для расчета распредели-

тельных систем газоснабжения. Основным инструментом разработки пршраммною комплекса была среда Borland Delphi, некоторые модули комплекса разрабатывались в среде MapBasic.

Цель разработки программного комгтлекса получение инструмента для обоснования решений по определению технических параметров и допустимых режимов эксплуатации распределительных сетей газоснабжения

Назначение программного комплекса - решение различных задач моделирования газораспределительных систем и сетей при их проектировании, эксплуатации и реконструкции.

Разработанный программный комплекс удовлетворяет следующим требованиям:

• Простота в использовании и дружественный интерфейс - для >того программа включает меню, инструментальные панели, всплывающие ггодсказки и другие опции, характерные для Windows-приложений

• Возможность графического представления сети - для этого в программе реали- f зован многофункциональный графический редактор, который обеспечивает схематическое представление расчетной сети, отображение на ней значений исходных и расчетных параметров, а также подготовку наглядных отчетных материалов.

• Процедуры анализа на корректность исходных данных, позволяющие правильно сформировать расчетную сеть, даже неподготовленному пользователю

• Механизм взаимодействия с геоинформациопной системой Maplnfo, обеспечивающий возможность импорта топологии и параметров газораспределительной сети из Maplnfo.

Программный комплекс позволяет решать следующие задачи.

- Анализ и синтез сетей низкого давления произвольной структуры (оценка объемов газопотребления, гидравлический расчет и рациональный выбор диаметров проектируемых газопроводов);

- гидравлический расчет газораспределительных сетей совместно с «высокой» частью: магистральными распределительными газопроводами и газопроводами-отводами,

- оптимизация технических параметров проектируемых газораспределительных сетей;

- оценка затрат на строительство проектируемых газопроводов и срока их окупаемости.

На рис. 8 представлена интерактивная среда программного комплекса. Главное окно программного комплекса включает файловое меню, три инструментальных « панели и поле графического редактора В программе реализован оригинальный графический редактор, показанный на рисунке Он обеспечивает схематическое представление расчетной сети, в том числе и на картографической подоснове, позволяет отображать значения соответствующих исходных и расчетных параметров и формировать наглядные отчетные материалы. Редактирование элементов сети выполняется в окне, представленном в правой части рисунка. Для каждого объекта сети формируется своя группа атрибутов, подлежащих заполнению.

Рис 8 Интерактивная среда программного комплекса.

Одной из важнейших задач, решаемых в рамках комплекса, является оптимизация параметров газораспределительной сети: то есть оптимальный выбор диаметров груб и материала проектируемых газопроводов, мест расположения узлов редуцирования и подбор их оборудования

Программный комплекс предоставляет возможность пользователю автоматизировать процессы:

- определения диаметра и материала труб проектируемых газопроводов;

- подбора оборудования в узлах редуцирования газа.

Первая задача может решаться с помощью эвристического подхода либо с использованием пакета оптимизации газораспределительной сети (ОАО «Про-мгаз»). Выбор диаметров осуществляется из номенклатурного списка при соблюдении технологических требований, например, условие выполнение двухстороннего ограничения на допустимое давление в узле или ограничение на максимальное давление в трубе. Решение второй задачи основывается на использовании стандартных процедур.

С помощью разработанного программного обеспечения были выполнены гидравлические и оптимизационные расчеты районных схем газификации Республики Марий Ол, Воронежской, Тамбовской, Пермской, Курганской, Кировской и Ивановской областей

В качестве примера, рассмотрим решения по районной газораслределит сль-нойсети Токаревского района Тамбовской области, представленной на рис 9

гтритаимуГРСДишм

1-27» *'•

01«ы4,в ;

О патл

1-е,«

Йгч __

— • Р-51Й

0*вОкМЛ 1-Ш /••,

О-1» Л1

И«Ы4Д 709

...........<>Ш1Ш1ч \ \ / *л р»$

...... «-У*»» Р-517 \_0iefa14J / • о» а

........................Р"*1Г О-вТ^ Х*™ИА 1-ОЮ / ..

р.

О-»7«......................(>*454в

1«в51

0 ты«,»/ ;

С" 2 04

01«Й4 9 » 1-58в •*

Рис 9 Схема газификации Токаревского района

Г азоснабжение населенных пунктов Гокарспского района осуществляется от ГРС Знаменка полиэтиленовым газопроводом длиной около SO км до г 1 окаревка На рис 9 существующий газопровод изображен пунктирной линией Газопровод снабжает газом II населенных пунктов При существующем состоянии газораспределительной сети спрос на газ в районном центре Iокаревка удовлетворяется не полностью

С цетью ликвидации дефицита газа, предусматривается установка 1азораспре-делительной станции (Г"РС) в районе г Гокаревка Кроме этого планируется газификация еще 36 населенных пунктов района

Гидравлический расчет показал, что существующая газораспределительная сеть не сможет обеспечить подачу газа потребителям в требуемом объеме при подключении к ней новых абонентов Для решения >той проблемы были предложены несколько вариантов

1 Прокладка полиэтиленового лупинга от проектируемой I PC 1 окаревка до н п Федоровская,

2 Прокладка стальною лупинга от проектируемой ГРС Гокаревка до ни Федоровская с установкой головною газорегуляторною пункта (ГГРП),

3 Прокладка стального газопровода oi I PC I окаревка до н п Гладышево с установкой ГГРП.

4 Прокладка полиэтиленового газопровода от ГРС' Токаревка до н п Гладышево (схема представлена на рис. 9)

В каждом из четырех вариантов с помощью программного комплекса определялись диаметры проектируемых газопроводов В табл 3 приведены капитальные вложения, необходимые для реализации различных схем газоснабжения.

Таблица 3

Затраты на реализацию вариантов газоснабжения Токаревского района

Вариант Кал. вложения, млн. руб. Примечание

1 55 5

2 58,0 Установка ГГ РП Федоровская

3 53,0 Установка 11 РП I ладышево

4 52.5

В результате проведенных расчетов выяснилось, что в текущих ценах на трубы, наибольшие затраты (58 млн руб ) требуются для реализации второго варианта, а наименьшие - для реализации четвертого представленного на рис. 9 Последний и был рекомендован в проекте

Помимо решения задач моделирования и оптимизации распределительных систем газоснабжения, разработанное программное обеспечение позволяет решать задачи моделирования магистральных газопроводов и их систем Для этого в комплекс был введен программный модуль гидравлического расчета матистральных газопроводов, согласно Ш П MI

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Разработан метол поиска оптимальных режимов магистральнот о газопровода при нестационарном течении по критерию минимальных затрат на транспортировку газа при соблюдении требований технолог ичности решения

• Оптимальный режим находи Iси методом целенаправленною перебора ва-риашов (динамическою программирования)

• ТехноЛОтичноегь решения достиг лося соГ> полонием всех (нраниченни обусловленных спецификой основною оборудования (трубопроводом и I11A), и дополнительных ограничений отсекающих регкис игменепия управлений

• В качестве формальною критерия используется работа по компримирова-нию там за рассматриваемый период времени или соответствующие стоимостные затраты

• Для сокращения объема вычислений разработан новый способ аппроксимации характеристик, который имеем самостоятс тыюе значение и может 6i.ni, рекомендован для исполыования в друшх расчетных процедурах

2 Предложенный метод реализован в баювом программном модуле, который позволил получать оптимальные режимы газотранспортных предприятий И модуле учтены реальные характеристики I ИЛ технологические ограничения пл компрессорное оборудование Программа позволяет проводить расчеты более сложных объектов с двумя управляемыми КС

3 Предлагаемая методика оптимизации нестационарных режимов быча проверена на иллюстративных примерах и на фрагменте коридора магистральных глгопро-водов ООО «Mociparrciаз» от КС Донская до ГИС Сулжа При этом по жеплуа-тационньтм данным проведена иденгификания объекта найдены фактические значения коэффициентов гилравпического сопротивления участков таготрлпе-портного коридора и адаптационные коэффициенты компрессорных цехов

4. Предложенная методика идентификации может бьиь рекомендована для систематического использования в практике оперативного управления системами магистрального транспорта гага Она дает возможность непрерывно отслеживать изменения состояния объектов системы и служит одним из методов режимной диагностики

5 Предлагаемая методика оптимизации позволяет найти более рациональные решения и улучшить систему диспетчерского управления сложными газотранспортными системами Применение методики на фрагменте коридора магистральных газопроводов ООО «Мострансг аз» привело к решениям, которые по энергетическим затратам на 4,2% ниже фактических

6 Созданы программы реализующие методы оперативной идентификации трубопроводного участка Программы применены к обработке результатов натурного эксперимента на полиэтиленовых трубах по оценке их i илравлического сопротивления Для известных гидравлических моделей даны оценки котффициешов, которые можно рекомендовать при проектировании гагораспрслелитслытых систем с использованием полиэтиленовых труб

7 Предложена технология разработки протраммных комплексов для а пал к га и оптимизации сложных сетевых структур На базе этой технологии разработан программный комплекс анализа гагораспределитслытых систем, функциональные возможности которого позволяют рса гиювагь широкий круг гадлч гидравлического расчета и оптимизации систем транспорта и распределения природною газа произвольного типа

8 Многочисленные вычислительные эксперименты показали, что реалиюванные в программном комплексе модели и методы позволяют получать решения близкие

к решениям специализированных коммерческих пакетов, широко используемых зарубежными пновыми компаниями

9 Предложен >вристическии подход к оптимизации диаметров тазоироводов. который интегрирован в программный комплекс 11одход апробирован на широком диапазоне газораспределиге п.ных систем Расчеты показали, чго для простых (тупиковых) и средних по сложности систем, метод дасг хорошее приближение

10 Разработанный программный комплекс широко применяется в ОАО «Промгаг». для решения разтичтгых задач анали) существующих систем тазоснабжсния городов и регионов, оптимизация схем 1азификации регионов, разработка схемы газоснабжения города, расчет систем магистральных газопроводов-отводов и др С иснотьзованием комплекса

• проведены гидравлические расчеты и оптимизация районных схсм газификации Вологодской. Воронежской, Ивановской. Кировской, Костромской. Курганской, Пермской, Тамбовской областей. Республики Марий -)л. Северной и Южной Осетии.

• разработана схема газоснабжения (определены перспективные объемы тазо-иотребления населением, оптимальная структура и объемы строительства сетей низкою среднего и высокого давлений) г Г алича Костромской области,

• проведен анализ и оптимизация схем газоснабжения (системы магистральных газопроводов-отводов) Воронежской. Ивановской. Калужской, Кировской, Пермской областей. Республики Марий Эл. Северной и Южной Осетии

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1 Самойлов Р В Вычислительный эксперимент для определения качества приближенной модели нестационарного течения газа в магистральных газопроводах / «I Гефть и Газ - 2000» 1 езисы докладов М I!ефть и 1 аз, 2000 -с 45

2 Сухарев М Г. Самойлов Р В Модель исследования и оптимизации нестационарных режимов магистрального газопровода / В кн Iрубонроводные системы энергетики модели, приложения, информационные технологии - М Нефть и газ, 2000 - 320 с

3 Самойлов Р В Оптимизация нестационарных режимов транспорта газа / «Нефть и Газ - 2001». Тезисы докладов. - М Нефть и газ. 2001 - с. 30

4 Самойлов Р В Оптимизация нестационарных режимов транспорта газа с учетом реальных характеристик компрессорного оборудования / Тезисы докладов 4-ой Всероссийской конференции по проблемам газовой промышленности «Новые технологии в газовой промышленности» - М ' Нефть и газ, 2001 -с 35

5 Старев МГ. Самойлов Р В Огмимальное управление магистральным газопроводом при нестационарном режиме течения // Известия РАН Энергетика, 2001, № 5 -с 83-92.

6 Сухарев М Г, Панкратов В С Сачошов Р В Оптимизация нестационарных режимов действующих магистральных газопроводов // Газовая промышленность. 2002, № 9 - с. 72-75

1 Сухарев МГ, Самойлов Р В Эффективные алгоритмы поиска оптимальных режимов магистральных газопроводов / Материалы 1-й международной научно-технической конференции DISCOM 2002 (Москва, 2002г) - М ООО «ИРЦ Газпром», 2004, Том 2 -с 39-50

X Карасевич А М Сухарев М I Тверской И В, Самойпов Р В Лнали 1 роулмгто» женеримснтоп по оценке гидранлическо] о сопроiпиления ip\(i / Материалы 1-м международной тмучпо-гсмшчсскои конференции DISCOM 2002 (Mockbj. 2002г) М. ООО «ИР1 {I л тиром». 2004. |ом2 -с 107-119

9 Карасевич А М, Сухарев МI Тверской И В ( амоичов Р В Экспериментальное исследование гидравлическою сопротивления полиниленовмх i атопронодов // Гаювая промышленность. 2004. >Н с 31-34

10. Карасевич А М, Сухарев М I , Тверской И В Счмойчов Р В Экспериментальное исследование гидравлическою сопрогип 1сния полтшидсноных т аюнроводов // INSlYim NA1 IY I GA/U, Krakow. 2004 -с 39-44

11 Карасевич А М, Су \а/>ев МГ Тверской И В СачтиовРВ Экспериментальное исследование гидравлического tonpoi пиления по ж >гиленоиих инопротюдон // Полимер!аз, 2004, №2 - с 21-24

12 Самойлов Р В. Тверской И В Компьютерное обеспечение i идравличееких расчетов lajorpaHLiropiHMx и таюраспредслителмтых сстеи / (сория и практика разработки, промышленмою внедрения компьютерных комплексов поддержки диспетчерских решений в ыютранснортнои и i лодобынающич о трас тя\ Сборник тезисов докладов -М Нефть и iai. 2004 -е 61 62

13. Карасевич А М, Сухарев М Г, Самойлов Р В Тверской И В Исследования i ид-равлического сопротивления поли нилеповых трубопроводов // Инженерно-физический журнал, 2005, т 78, № 2 -с 136-144

Заказ 3 О

Тираж {QO

Отлел оперативной полиграфии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

И - 7 6 2 з

РНБ Русский фонд

2006-4 6740

ВВЕДЕНИЕ.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Информатизация процессов управления функционированием и развитием газотранспортных систем.

1.2 Методические аспекты моделирования, управления и развития газотранспортных систем.

1.3 Программное обеспечение моделирования, управления и развития газотранспортных систем.

2 МЕТОД ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫМ ГАЗОПРОВОДОМ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ ТЕЧЕНИЯ.

2.1 Технологическая и математическая постановка задачи.

2.2 Математическая модель оптимизации режимов линейного газопровода с одной и несколькими компрессорными станциями.

2.3 Выбор параметров вы числительной процедуры на примере оптимизации режимов одной компрессорной станции.

2.4 Оптимизация режимов газопровода КС Донская - ГИС Суджа.

3 МЕТОДЫ ОПЕРАТИВНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ.

3.1 Задачи идентификации в управлении функционированием и развитием газопроводных систем.

3.2 Методы конфлюэнтного и регрессионного анализа для идентификации коэффициента гидравлического сопротивления трубопровода по нескольким замерам давления.

3.3 Применение методики к обработке результатов стендового эксперимента.

3.4 Подходы к идентификации газодинамических характеристик ГПА на примере коридора газопроводов КС Донская - ГИС Суджа).

4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА И ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Технология проектирования и разработки программного комплекса.

4.3 Технология формирования проектов в программном комплексе.

5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

5.1 Моделирование систем газораспределения совместно с газопроводами-отводами.

5.2 Применение к разработке генеральных схем газификации.

Актуальность темы исследования. Газовая отрасль является ведущей в энергетическом комплексе страны. Протяженность трубопроводов единой системы газоснабжения (ЕСГ) составляет около 700 тыс. км, из них на системы магистрального транспорта газа приходится 150 тыс. км, а на распределительные системы газоснабжения 550 тыс. км. Управление функционированием и развитием этих систем выдвигает разнообразные технические и экономические задачи, усложняющиеся со временем.

Для научно обоснованного решения этих задач требуется разработка новых и совершенствование созданных ранее математических моделей и компьютерных технологий. База для эффективного применения в отрасли таких разработок создана в последние десятилетия и интенсивно развивается. Улучшается компьютерное оснащение предприятий, качество систем сбора и передачи данных о протекании производственных процессов. Расширяется и совершенствуется информационное обеспечение проектных расчетов (геоинформационные системы, аэрокосмический мониторинг и др.). Все это создает предпосылки для повышения уровня оперативного управления процессами транспорта и распределения природного газа и проектных решений по развитию этих систем.

Одной из важнейших задач оперативного управления газотранспортными системами является выбор оптимальных режимов эксплуатации при нестационарных течениях газа. Разработка математических методов решения этой задачи позволяет увеличить функциональные возможности автоматизированных систем управления (АСУ) газотранспортными предприятиями. Несмотря на прогресс в области информатизации возможности современной вычислительной техники и информационных систем для оперативного управления используются не в полной мере. Предложенные в диссертации математические методы и отработанные программные реализации этих методов расширят степень интегрирования АСУ в производственные процессы и позволят получать более технологичные диспетчерские решения, способствуя снижению энергетических затрат на транспортировку газа.

В управлении газораспределительными системами нестационарность течения не вызывает острых проблем как в магистральном транспорте. Более актуальным является совершенствование математического и программного обеспечения процедур оптимального развития трубопроводных сетей. В последние годы намечены и успешно выполняются программы газификации регионов России. За 7 последних лет протяженность распределительных сетей увеличилась более чем на треть. В связи с этим резко возрос объем проектных работ. Их научно-методическое обеспечение осуществляет ОАО «Промгаз».

Принята концепция, согласно которой разрабатывается генеральная схема газификации региона, а в нее вписываются проекты развития и реконструкции газораспределительных сетей на уровне района, города, поселка. К разработке проектов привлекаются большие объемы информации о потребителях, территориях, по которым прокладываются трубопроводы и т.д. Актуальность создания математического и программного обеспечения для решения возникающих при этом разнообразных оптимизационных и информационных задач не нуждается в доказательстве. Разработанный в диссертации пакет программ широко использовался и продолжает использоваться при конкретном проектировании.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка математического и программного обеспечения для оптимального управления, анализа и синтеза трубопроводных систем. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач.

1. Разработка математических методов, алгоритмов и программных модулей для поиска оптимальных неустановившихся режимов магистральных газопроводов и их систем.

2. Компьютерное моделирование оптимальных нестационарных режимов на иллюстративных и реальных примерах.

3. Разработка и компьютерная реализация методов идентификации параметров в газотранспортных и газораспределительных системах, численное исследование и анализ существующих методов моделирования и оптимизации газопроводов и их систем.

4. Разработка программного комплекса анализа и синтеза распределительных систем газоснабжения.

5. Применение программного комплекса для анализа и синтеза газораспределительных систем при их проектировании, реконструкции и эксплуатации.

Объектом исследования являются трубопроводные системы, для моделирования которых создается методическое и программное обеспечение. Исследование направлено на компьютерное моделирование оптимальных режимов сложных газотранспортных систем, на алгоритмизацию и программное обеспечение проектных расчетов по распределительным системам газоснабжения, включающих магистральные газопроводы-отводы, газораспределительные сети регионов, городов и населенных пунктов.

Методы исследования. Проведенные в работе исследования и разработки базируются на использовании:

• методов модульного и объектно-ориентированного программирования;

• методов визуального программирования;

• технологии взаимодействия приложений в информационных системах;

• методов численного интегрирования дифференциальных уравнений в частных производных (в том числе метода интегральных соотношений);

• методов оптимизации, прежде всего динамического программирования и других методов численного анализа;

• методов математической статистики, конфлюэнтного и регрессионного анализа;

• теории гидравлических цепей.

Научная новизна результатов исследований.

1. Предложен новый подход к моделированию оптимальных нестационарных режимов магистральных газопроводов, основанный на применении обыкновенных дифференциальных уравнений и методов динамического программирования.

2. Разработан метод поиска квазиоптимальных решений в задачах управления магистральными газопроводами при нестационарном режиме течения. Метод применим к широкому классу задач управления технологическими процессами, описываемыми системами уравнений в частных производных параболического типа. Точность полученных результатов проверена методом численного эксперимента.

3. Предложены процедуры идентификации гидравлического сопротивления трубопроводов, использующие методы математической статистики.

4. Предложены оригинальные подходы к моделированию силового оборудования.

5. Разработан новый метод синтеза (выбора решений при проектировании) газораспределительной сети.

6. Предложена технология разработки программного комплекса и применения его в задачах проектирования и анализа газораспределительных систем.

Практическая ценность полученных результатов. Отечественные программные комплексы моделирования и диспетчерского управления трубопроводными системами широко применяются в оперативном управлении газотранспортными предприятиями, являясь основой функциональных задач в АСУ ГТП. Разработанные в диссертации методы оптимизации нестационарных режимов позволяют находить оптимальные решения, которые нельзя получить, опираясь лишь на интуицию и опыт диспетчерского персонала. Введение этих методов в состав АСУ следует рассматривать как переход на новый уровень управления, способствующий экономии энергетических ресурсов. Моделирование конкретной газотранспортной системы даже в условиях довольно стабильных режимов показало, что предложенная методика оптимизации позволяет найти более рациональные решения и улучшить качество оперативного управления.

Подход к идентификации коэффициентов гидравлического сопротивления, основанный на методах математической статистики, позволил обосновать модель гидравлического расчета полиэтиленовых трубопроводов.

Программный комплекс анализа и синтеза газораспределительных сетей, является средством для эффективного решения задач, возникающих при проектировании систем газоснабжения. Комплекс отвечает современным требованиям, предъявляемым к программному обеспечению. Он успешно применяется в ОАО «Промгаз» для

• разработки генеральных схем газификации региона;

• разработки проектов развития и реконструкции систем газоснабжения населенных пунктов, включая сети низкого, среднего и высокого давления;

• анализа надежности схем газоснабжения.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Математическое и программное обеспечение задач оптимизации нестационарных режимов газотранспортных систем.

2. Метод и программные реализации задач идентификации гидравлического сопротивления трубопроводного участка.

3. Принципы и алгоритмы, положенные в основу программного комплекса для анализа и синтеза распределительных сетей.

4. Проектные решения по схемам газоснабжения и газификации регионов и населенных пунктов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 143 наименований и четырех приложений. Общий объем работы составляет 210 печатных страниц, в том числе 197 страниц основного текста и 13 страниц приложений. Текст работы содержит 61 рисунок и 12 таблиц.

Основные результаты и выводы

1. Разработан метод поиска оптимальных режимов магистрального газопровода при нестационарном течении по критерию минимальных затрат на транспортировку газа при соблюдении требований технологичности решения.

• Оптимальный режим находится методом целенаправленного перебора вариантов (динамического программирования).

• Технологичность решения достигается соблюдением всех ограничений, обусловленных спецификой основного оборудования (трубопроводов и ГПА), и дополнительных ограничений, отсекающих резкие изменения управлений.

• В качестве формального критерия используется работа по компримиро-ванию газа за рассматриваемый период времени или соответствующие стоимостные затраты.

• Для сокращения объема вычислений разработан новый способ аппроксимации характеристик, который имеет самостоятельное значение и может быть рекомендован для использования в других расчетных процедурах.

2. Предложенный метод реализован в базовом программном модуле, который позволил получать оптимальные режимы газотранспортных предприятий. В модуле учтены реальные характеристики ГПА, технологические ограничения на компрессорное оборудование. Программа позволяет проводить расчеты более сложных объектов с двумя управляемыми КС.

3. Предлагаемая методика оптимизации нестационарных режимов была проверена на иллюстративных примерах и на фрагменте коридора магистральных газопроводов ООО «Мострансгаз» от КС Донская до ГИС Суджа. При этом по эксплуатационным данным проведена идентификация объекта: найдены фактические значения коэффициентов гидравлического сопротивления участков газотранспортного коридора и адаптационные коэффициенты компрессорных цехов.

4. Предложенная методика идентификации может быть рекомендована для систематического использования в практике оперативного управления системами магистрального транспорта газа. Она дает возможность непрерывно отслеживать изменения состояния объектов системы и служит одним из методов режимной диагностики.

5. Предлагаемая методика оптимизации позволяет найти более рациональные решения и улучшить систему диспетчерского управления сложными газотранспортными системами. Применение методики на фрагменте коридора магистральных газопроводов ООО «Мострансгаз» привело к решениям, которые по энергетическим затратам на 4,2% ниже фактических.

6. Созданы программы реализующие методы оперативной идентификации трубопроводного участка. Программы применены к обработке результатов натурного эксперимента на полиэтиленовых трубах по оценке их гидравлического сопротивления. Для известных гидравлических моделей даны оценки коэффициентов, которые можно рекомендовать при проектировании газораспределительных систем с использованием полиэтиленовых труб.

7. Предложена технология разработки программных комплексов для анализа и оптимизации сложных сетевых структур. На базе этой технологии разработан программный комплекс анализа газораспределительных систем, функциональные возможности которого позволяют реализовать широкий круг задач гидравлического расчета и оптимизации систем транспорта и распределения природного газа произвольного типа.

8. Многочисленные вычислительные эксперименты показали, что реализованные в программном комплексе модели и методы позволяют получать решения близкие к решениям специализированных коммерческих пакетов, широко используемых зарубежными газовыми компаниями.

9. Предложен эвристический подход к оптимизации диаметров газопроводов, который интегрирован в программный комплекс. Подход апробирован на широком диапазоне газораспределительных систем. Расчеты показали, что для простых (тупиковых) и средних по сложности систем, метод дает хорошее приближение.

10. Разработанный программный комплекс широко применяется в ОАО «Про-мгаз», для решения различных задач: анализ существующих систем газоснабжения городов и регионов, оптимизация схем газификации регионов, разработка схемы газоснабжения города, расчет систем магистральных газопроводов-отводов и др. С использованием комплекса

• проведены гидравлические расчеты и оптимизация районных схем газификации Вологодской, Воронежской, Ивановской, Кировской, Костромской, Курганской, Пермской, Тамбовской областей, Республики Марий Эл, Северной и Южной Осетии,

• разработана схема газоснабжения (определены перспективные объемы газопотребления населением, оптимальная структура и объемы строительства сетей низкого, среднего и высокого давлений) г. Галича Костромской области,

• проведен анализ и оптимизация схем газоснабжения (системы магистральных газопроводов-отводов) Воронежской, Ивановской, Калужской, Кировской, Пермской областей, Республики Марий Эл, Северной и Южной Осетии.

1. Алътшуль АД. Гидравлические сопротивления. — М.: Недра, 1970. 216 с.

2. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты водоводов и водопроводных сетей. -М.: Стройиздат, 1964. — 107 с.

3. Андрияшев М.М. Техника расчета водопроводной сети. М.: Сов. законодательство, 1932. — 62 с.

4. Аоки М. Введение в методы оптимизации. — М.: Наука, 1977. 344 с.

5. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 6. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2002 г. - 1120 с.

6. Баясанов Д.Б., Быкова З.Я. Расчет и проектирование городских газовых сетей среднего и высокого давления. — М.: Стройиздат., 1972. 207 с.

7. Баясанов Д.Б., Ионин A.A. Распределительные системы газоснабжения. — М.: Стройиздат., 1977. 406 с.

8. Баясанов Д.Б., Стратан Ф.И. Моделирование и проектирование распределительных систем газоснабжения. Кишинев: Штиница, 1987. - 124 с.

9. Беллман Р. Динамическое программирование. Пер. с англ. М.: Изд-во иностранной литературы, 1960, - 400с.

10. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965. - 458 с.

11. Берж К. Теория графов и ее применения. — М.: 1962. — 319 с.

12. Берман Р.Я., Бобровский С.А., Галиуллин З.Т. Оптимизация режимов работы закольцованных магистральных газопроводов. // Газовая промышленность, 1967, № 3.

13. Берман Р.Я., Вольский Э.Л. Применение ЭВМ при эксплуатации газотранспортных систем. М.: ВНИИЭГазпром, 1969. — 75 с.

14. А. Бобровский С.А., Черникин В.И. Применение метода последовательной смены стационарных состояний для решения задач о переходных процессах. // «Известия вузов. Нефть и газ», 1963, № 2. с. 87-91.

15. Бобровский С.А., Яковлев Е.И. Газовые сети и газохранилища. — М.: Недра, 1980,-413 с.

16. Большее JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. — М.: Наука, 1983.

17. Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлические расчеты газопроводов. М.: Недра, 1972.- 112 с.

18. Брайсон А.Е., Хо-Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. — М.: Энергия, 1973. 544 с.

19. Брамеллер А., Аллан Р., Хемем Я. Слабозаполненные матрицы. Пер. с англ. М.: Энергия, 1979. - 192 с.

20. Бутковский А. Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. — М.: Наука, 1975. — 568 с.21 .Вольский Э.Л., Константинова И.М. Режим работы магистрального газопровода. — JL: Недра, 1970. 168с.

21. Газорегуляторные установки и пункты. / Удовенко Е. и др. М.: Полимергаз, 2000.

22. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. / Новицкий H.H., Сеннова Е.В., Сухарев М.Г. и др. Новосибирск: «Наука», 2000. - 273 с.

23. Голик В.Г. Газоснабжение населенного пункта. Учебное пособие. / Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов, 1995. 68 с.

24. Григорьев Л.И., Сарданашвили С.А., Дятлов В.А. Компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. — М.: Нефть и газ, 1996. 195 с.

25. Гусейнзаде М.А., Юфин В.А. Неустановившееся движение нефти и газа в магистральных газопроводах. М.: Недра, 1981. — 232 с.

26. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов. — М.: Энергия, 1979, 240 с.

27. Евдокимов А.Г., Тевяшев АД. Оперативное управление потокораспределе-нием в инженерных сетях. Харьков: Вища школа, 1980, - 144 с.

28. Евдокимов А.Г., Тевяшев АД., Дубровский В.В. Моделирование и оптимизация потокораспределения в инженерных сетях. — М.: Стройиздат, 1990. — 365 с.

29. Жидкова М.А. Переходные процессы в магистральных газопроводах. — Киев: Наук, думка, 1979. 256 с.

30. Иделъчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. M.-JL: Госэнергоиздат, 1960. -464 с.

31. Ионин A.A. Газоснабжение. — М: Стройиздат, 1989. — 439 с.

32. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978. - 512 с.

33. Карасевич A.M. Научно-методическое и проектное обеспечение развития газификации регионов России. // Газовая промышленность, 2004, №1. — с 11-12.

34. Карасевич A.M., Сухарев М.Г., Тверской И.В., Самойлов Р.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления полиэтиленовых газопроводов. // Газовая промышленность, 2004, №1. с. 31-34.

35. Карасевич A.M., Сухарев М.Г., Тверской И.В., Самойлов Р.В. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления полиэтиленовых газопроводов. // INSTYTUT NAFTY I GAZU, Krakow, 23-28.03.2004. -с. 3944.

36. Карасевич A.M., Сухарев М.Г., Самойлов Р.В., Тверской И.В. Исследования гидравлического сопротивления полиэтиленовых трубопроводов. // Инженерно-физический журнал, 2005, т.78, № 2. -с. 136-144.

37. Кендалл М., Стъюарт А. Статистические выводы и связи. — М.: Наука, 1973.-899 с.

38. Кулик М.Н. Методы системного анализа в энергетических исследованиях. — Киев: Наук, думка, 1987, 200 с.

39. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. М.: Физматгиз, 1961.-524с.

40. Лобачев В.Г. Новый метод увязки колец при расчете водопроводных сетей. / Санитарная техника, 1934, №2. с. 8-12.

41. Лобачев В.Г. Вопросы рационализации расчетов водопроводных сетей. — М.: ОНТИ, 1936.-148 с.

42. Лурье М.В. Математическое моделирование процесса трубопроводного транспорта углеводородов. — М.: Нефть и газ, 2002.

43. Ляуконис А.Ю. Оптимизация городского газоснабжения. — Л.: Недра, 1989. 302 с.

44. Марон В.И. Гидрогазодинамика потока в трубе. — М.: Нефть и газ, 1999. — 171 с.

45. Марон В.И., Форафонов A.A. Уравнения для нестационраного течения в трубопроводе с учетом параметра нестационарности. // Транспорт и хранение нефтепродуктов, 2000, № 4. с. 28-29.

46. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, неф-те- и газоснабжения. / Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков C.B. и др. — Новосибирск: Наука, 1992.-407 с.

47. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Расчет разветвленных тепловых сетей на основе их оптимизации с использованием ЭВМ. // Изв. СО АН СССР, сер. техн. наук, вып. 3, 1963, № 10.

48. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука. 1965.-278 с.

49. Методы и алгоритмы расчета тепловых сетей. / Хасилев В.Я., Каганович Б.М. и др. Под общ. редакцией Хасилева В.Я и Меренкова А.П. — М.: Энергия, 1978,- 176 с.

50. Миркин А.З., Усиныш В.В. Трубопроводные системы. Справ, изд. — М.: Химия, 1991.-256 с.

51. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкция и расчет центробежных насосов высокого давления. — М.: Машиностроение, 1971. 304с.

52. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. — М.: Наука, 1978,-310 с.

53. Новицкий H.H. Задачи и алгоритмы анализа наблюдаемости и идентифицируемости гидравлических цепей. / В кн.: Методы анализа и оптимального синтеза трубопроводных систем. Иркутск, 1991. — с. 142-150.

54. Новицкий H.H. Оценивание параметров гидравлических цепей. — Новосибирск: Наука, Сиб. предприятие РАН, 1998. 214 с.

55. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы. Часть 1. Газопроводы. ОНТП 51-1-85.-М.: Мингазпром, 1985.-220с.

56. Панкратов B.C., Герке В.Г., Сарданашвили С.А., Митичкин С.К. Комплекс моделирования и оптимизации режимов работы ГТС. — М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002. 56 с.

57. Панкратов B.C., Дубинский A.B., Сиперштейн Б.И. Информационно-вычислительные системы в диспетчерском управлении газопроводами. — Л.: Недра, 1988. 60 с.

58. Панкратов B.C., Никишин В.И., Вербило A.C. АРМ диспетчера газотранспортного объединения. М.: ВНИИЭГазпром, 1990. - 32 с.

59. Панов М.Я., Бабкин В.Ф., Квасов И.С., Щербаков В.И. Гидравлический расчет распределительных систем газоснабжения городов и промышленных объектов с применением пакета прикладных программ HYDROGRAPH. Учебн. пособие. Воронеж: ВГАСА, 1997. - 106 с.

60. Панов М.Я., Курганов A.M. Многоконтурные гидравлические сети. Теория и методы расчета. — Воронеж : Воронежский гос. ун-т, 1989, 188 с.

61. Перельцвайг Ю. М. Исследование и разработка вычислительных методов оптимизации технологических режимов магистральных газопроводов. / Дисс. канд. техн. наук 05.13.07. М.: 1978. 136 с.

62. Писсанецки С. Технология разреженных матриц: Пер. с англ. — М.: Мир, 1988.-410 с.

63. Программный комплекс «Сфера». http://www.sphera-co.ru/#p-1.

64. Промышенное газовое оборудование. Справочник. Издание 2-е. Саратов: Газовик, 2002. - 624 с.

65. ПО Поток 1Ф, Гидросистема. НТП Трубопровод. Руководство пользователя. http://www.truboprovod.ru/cad/soft/hst.shtml.

66. Роберте С. Динамическое программирование в процессах химической технологии и методы управления. Пер. с англ. Под редакцией д.т.н. В.В. Кафарова, М: Мир, 1965, - 480 с.

67. Руководство пользователя ПО «Пульсар». Описание гидравлического расчета газопроводов. — Иваново: ОАО «Информатика», 2000.

68. Самарский A.A. Теория разностных схем. — М.: Наука, 1977, 656 с.

69. Сарданашвили С.А., Ваулина Е.В. Применение объектно-ориентированной технологии решения задач планирования режимов газодобывающего предприятия. / Наука и технология углеводородов, 1999, № 1.

70. Сарданашвили С.А., Митичкин С.К Имитация нестационарных режимов газопередачи на диспетчерском тренажере. // Газовая промышленность, 1988, № 3.-е. 10-14.

71. Сарданашвили С.А., Митичкин С.К, Егоров A.B. Оптимизация режимов транспорта газа по газотранспортным сетям. // Газовая промышленность, 1991, №2.-с. 8- 15.

72. Седов В.И., Салиханов Ф.С., Нигматулин Э.И. Статистическая идентификация магистрального газопровода «Союз» по данным диспетчерской информации. / Тр. МИНГ. М. 1985 - № 193., С. 15-20.

73. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Клишин Г.С. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — 448 с.

74. Сидлер В.Г. О статистическом подходе к эквивалентированию трубопроводных сетей. Вопросы оценивания и идентификации в энергитических системах. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1974. с. 173 - 178.

75. Сидлер В.Г., Новицкий H.H. Идентификация трубопроводных систем как гидравлических цепей с переменными параметрами // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1984, № 4.-е. 155 162.

76. Сидлер В.Г., Новицкий H.H., Шлафман В.В. Задачи и методы системной идентификации трубопроводных систем. Математическое моделирование трубопроводных систем. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1988. - с. 177-186.

77. Синицын С.Н., Леонтьев Е.В. Оптимальные режимы работы магистрального газопровода и компрессорной станции с центробежными нагнетателями. //Газовая промышленность, 1966, № 1.

78. СНиП 42-01-02. Газораспределительные системы. М.: Госстрой России. 2002. - 76 с.

79. СП 42-101-2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. -М.: Полимергаз, 2003.

80. Ставровский Е.Р., Сухарев М.Г. Статистические методы расчета коэффициента гидравлического сопротивления газопровода. ВНИИЭГазпром. -М., 1970., с. 39.

81. Ставровский Е.Р., Сухарев М.Г. Универсальная программа расчета газосборных сетей. // Газовая промышленность, 1967, № 7

82. Сухарев А. Г. Тимохов А. В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. -М.: Наука, 1986.-328 с.

83. Сухарев М.Г. Алгоритмы определения максимальной производительности газопровода. // Изв. высш. школы, «Нефть и газ», 1968, № 3.

84. Сухарев М.Г. О выборе метода при расчете на ЭВМ течений по сетям. // «Кибернетика», 1969, № 6.

85. Сухарев М.Г. Об одном методе расчета газосборных сетей на вычислительных машинах. // Изв. высшей школы. «Нефть и газ», 1965, № 6.

86. Сухарев М.Г. Уточненная формализация задач анализа гидравлических цепей. // Известия РАН. Энергетика, 2004, № 3. с. 105 - 115.

87. Сухарев М. Г., Карасевич А. М. Технологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов. — М.: Нефть и газ, 2000. — 271 с.

88. Сухарев М.Г., Никулина JI.H. Статистическое обоснование формул для гидравлического расчета эксплуатационных режимов магистральных газопроводов. — М., ВНИИЭГазпром, 1976.

89. Сухарев М.Г., Панкратов B.C., Самойлов Р.В. Оптимизация нестационарных режимов действующих магистральных газопроводов. // Газовая промышленность, 2002, № 9. с. 72-75.

90. Сухарев М.Г., Самойлов Р.В. Оптимальное управление магистральным газопроводом при нестационарном режиме течения. // Известия РАН. Энергетика, № 5, 2001. с. 83 - 92.

91. Сухарев М. Г., Ставровский Е.Р. Оптимизация систем транспорта газа. — М.: Недра. 1975.-277с.

92. Сухарев М. Г., Ставровский Е.Р., Брянских В.Е. Оптимальное развитие систем газоснабжения. — М.: Недра. 1981. — 294с.

93. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Расчеты систем транспорта газа с помощью вычислительных машин. М: Недра. 1971. - 206 с.

94. Трофимов А. С., Куцее В. А. Приближенная нестационарная модель расчета линейной части МГ. // Газовая промышленность, 1999, № 7. С. 42-43.

95. Трубопроводные системы энергетики: модели, приложения, информационные технологии. / Атавин А.А., Карасевич A.M., Сухарев М.Г. и др. — М.: Нефть и газ, 2000. 320 с.

96. Трубопроводный транспорт газа. / Бобровский С.А., Щербаков С.Г., Яковлев Е.И., Гарляускас А. И., Грачев В.В. М., «Наука», 1976, 1. - 495 с.

97. Трубопроводный транспорт нефти и газа. / Белоусов В.Д., Блейхер Э.М., Немудрое А.Г., Юфин В.А., Яковлев Е.И. М.: Недра, 1978, - 407 с.

98. Тъюарсон Р. Разреженные матрицы. -М.: Мир, 1977. 189 с.

99. Удовенко В., Сафронова И. Газораспределительные сети России: новая концепция развития / Полимергаз, 1997, № 4. с. 7-9.

100. Форд JI., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. Пер. с англ. М.: Наука, 1966. -276 с.

101. Химмелъблау Д. Прикладное нелинейное программирование. — М.: Мир, 1975.-534 с.

102. Ходанович И.Е. Аналитические основы проектирования и эксплуатации магистральных газопроводов. -М.: Гостоптехиздат, 1961, 128 с.

103. Чарный И. А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. Издание 2. М.: Недра. 1975. - 296 с.

104. Чарный И. А. Основы газовой динамики. — М., Гостоптехиздат, 1961, -200с.

105. Численный анализ и оптимизация газодинамических режимов транспорта природного газа. / Селезнев В.Е., Киселев В.В., Прялов С.Н. и др. Под ред. Селезнева В.Е., М.: Едиториал УРСС, 2003.

106. Шур И. А. Газорегуляторные пункты и установки. — JI. «Недра», 1985.

107. НО. Щербаков В.И., Панов М.Я., Квасов И.С. Анализ, оптимальный синтезводоснабжения и газоснабжения. — Воронеж. Воронеж, гос. арх.-строит. университет, 2001. 304 с.

108. Ядыкин А.Б. Нелинейная параметрическая оптимизационная система ОМЕГА большой размерности. / Прикладные задачи экономического моделирования, сб. трудов М.: ВНИИСИ, 1984, Вып. 13.-е. 55-67.

109. Ядыкин А.Б., Тверской И.В. Оптимизационный подход проектирования региональных схем газоснабжения. М.: Известия АН. Энергетика, 2001. -№5.

110. Ядыкин А.Б., Тверской И.В. Нелинейные оптимизационные модели региональных газораспределительных сетей. / Сб. трудов КНЦ РАН «Методы и модели для исследования региональной энергетики». Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002.

111. AUTOMATED DESIGN MODULE of the Stoner Workstation Service. Technical Reference. SynerGEE Gas 3.2: © 2000 Stoner Associates Inc. www.stoner.cominfo@stoner.com

112. Bach P. and Spangenberg S. A numerical method for simulation of liquid and gas flow in pipeline networks. 3R International. 29 (1990). Heft 4, April, p. 185190.

113. Bisgaard C., Sorensen H.H. and Spangenberg. A Finite element method for transient compressible flow in pipelines. International Journal for numerical methods in fluids. Vol. 7. p. 291 303.

114. CHEMCAD (Chemical Process Simulation Software) Chemstations Inc. www.chemstations.net

115. Cross H. Analysis of flow in networks of conduits or conductors. / Urbana Illinois: Eng. Exp. Station of Univ. of Illinois, 1936, November, Bull. N 286. — 291. P

116. Fournier A., Kuper W. //Determining actual wall roughness from operational data. N.V. Nederlandse Gasunie, 1994 (paper for PSIG meeting 1994). http://www.psig.org/Papers/archive.asp year= 1994.

117. Goodwill I.M. CIVE 2400: Fluid Mechanics Lecture Notes. http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/CIVE2400/pipe%20flow2 2.pdf

118. KralikJ., Stiegler P., Vostry Z., ZaworkaJ. Dynamik Modeling of Large-Scale Network with Application to Gas Distribution. ELSEVIER, Amsterdam Oxford-New-York-Tokyo. 1988. 364 p.

119. Lee B.I., and Kesler M.G., 1975, A Generalized Thermodynamic Correlation Based on Three-Parameter Corresponding States, AIChE J., 21, 510-527.

120. MapBasic Professional, Maplnfo Corporation. Troy, New York. Руководство пользователя (русское издание). Ести-Мап, 1999, 283 с.

121. MapBasic Professional, Maplnfo Corporation. Troy, New York. Справочник (русское издание). Ести-Мап, 1999, 580 с.

122. Maplnfo Professional, Maplnfo Corporation. Troy, New York. Руководство пользователя (русское издание). Ести-Мап, 1999, 539 с.

123. Modern pipeline monitoring techniques. Part I Real time computer models by Dr. R.A. Furness, Pipes and Pipelines International № 3, 1985. p. 7 - 10.

124. Modern pipeline monitoring techniques. Part II -Instrumentation and system design, Pipes and Pipelines International № 4, 1985. p. 14-18.

125. New transmission factor formula proposed for gas pipe-lines / Gersten K. et al. Oil and Gas J. 2000. V. 98. №7. P.58, 60-62.

126. OptiPlan Network Model. / Copyright by Ruhrgas Aktiengesellschaft User's Manual Version 3.0. http://www.ruhrgas.de

127. Peng D. Y., and Robinson D. B., A New Two-constant Equation of State for Fluids and Fluid Mixtures, Ind. Eng. Chem. Fundam., 1976, 15. — p. 58-64

128. Pipeline Studio (Transient Gas Network Simulatior) Energy solution international http://www.energy-solutions.com

129. Reid, R. C.; Prausnitz, J. M.; Poling, B. F. The properties of gases and liquids. McGraw-Hill, Inc., New York, USA, 1987

130. Schräge L. Optimization modeling with LINDO, 2002. 600 p.

131. SIMONE documentation library. SIMONE Research Group. Prague. Kralik J., etc. Dynamic Modeling of Large-Scale Network with Application to Gas Distribution Elsevier. 1988. 517 p.

132. Sletfjerding E., Gudmundsson J.S. Friction factor in high pressure natural gas pipelines from roughness measurements. Statoil's Research Center http://www.ipt.ntnu.no/j sg/publikasjoner/paperO 1 b/Amsterdam2001 FrictionPape r.pdf

133. Starling K. E., 1973, Fluid Thermodynamic Properties for Light Petroleum Systems, Gulf Publishing Company, Houston, TX.

134. TransCanada 2002 Westpath Expansion. Section 58 Application dated 20 December 2001. TAB 5 Engineeringhttp://www.transcanada.com/BCSysteni/regulatory/pdfs/bcexp 5 engineerings df

135. Uhl A.E. Steady flow in gas pipelines. / Institute of Gas Technology, AGA Technical Report. 1965. №10.

136. Zagarola M. V., Smits A.J. Mean-flow scaling of turbulent pipe flows / J. Fluid Mech. 1998. V. 373. p.89 94.3472.7 3466.1 £8 -1хф1. КС Курская3389,8529Пх1. ЩА2 819/33843.5пзрг ПЗРГ ПЗРГ1. Ур.-Ужг. ЕККР Прогресс1. ГИС п.Суджа

137. Рис. 58 Технологическая схема системы газопроводов КС Донская ГИС Суджа (продолжение)3165' 3138,31. КС 30 Должанская3263,23201 3199,634В 346.6312 285,33165 312284,5кн1. КС 29 Донская

138. Рис. 58 Технологическая схема системы газопроводов КС Донская ГИС Суджа (продолжение)

139. Исходные данные для расчета магистрального газопровода Уренгой-Ужгород. Режим газопровода, имевший место на 03.06.2001 по данным ООО "МОСТРАНСГАЗ". Таблица 12 Параметры работы газопровода за 30 часов

140. Дата время 02 18 02 20 02 22 03 00 03 02 03 04 03 06 03 08 03 10 03 12 03 14 03 16 03 18 03 20 03 22 04 24

141. Донское У-У Р1 56,3 56,2 56,3 56,3 56,4 56,5 56,4 56,3 56,4 56,6 56,8 57,4 57,6 57,5 57,1 57,3

142. ГТН-25 Р2 71,6 71,7 71,8 71,9 72,0 72,2 72,3 72,2 72,4 72,6 73,0 73,1 73,4 73,3 73,5 72,9агр 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

143. ГИС У-У(3 3740 3820 3730 3831 3736 3858 3720 3863 3744 3794 3830 3800 3828 3786 3774 3714

144. У-Ц2 Р1 60,2 60,3 60,4 60,6 60,7 60,8 61,5 61,6 62,5 62,7 63,0 63,3 63,5 63,6 63,2 62,9

145. СТД (235) Р2 60,0 60,0 60,4 60,3 60,5 60,6 61,4 61,5 61,9 62,3 62,6 62,9 63,1 63,2 62,9 62,6агр 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

146. ГИС У-Ц20 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

147. Я-Е1 Р1 60,2 60,3 60,4 60,6 60,7 60,9 61,7 61,9 62,3 62,6 62,9 63,2 63,4 63,5 63,1 62,8

148. СТД (235) Р2 60,2 60,3 60,4 60,6 60,7 60,9 61,7 61,9 62,3 62,6 62,9 63,2 63,4 63,5 63,1 62,8агр 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

149. ГИС ЕККР 0 2300 2282 2288 2329 2346 2426 2403 2396 2480 2480 2460 2480 2477 2482 2382 2364

150. Я-Е2 Е-Кр.Р Р1 60,5 60,5 60,6 60,7 60,8 60,9 60,8 60,8 61,0 61,3 61,6 61,9 62,1 62,2 62,0 61,6

151. СТД (235) Р2 60,5 60,5 60,6 60,7 60,8 60,9 60,8 60,8 61,0 61,3 61,6 61,9 62,1 62,2 62,0 61,6агр 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

152. ГИС Прогресс 0 2175 2172 2181 2204 2189 2165 2081 2075 2080 2075 2105 2100 2100 2108 2046 2010

153. Всего на Курск (2 8215 8274 8199 8364 8271 8449 8204 8334 8304 8349 8395 8380 8405 8376 8202 8088

154. Долгое У-У Р1 52,8 52,9 53,0 53,1 53,2 53,7 54,0 54,1 54,3 54,5 54,8 55,1 55,2 55,4 55,4 55,2

155. ГТК-25И Р2 64,8 65,0 65,1 65,3 65,6 65,8 66,3 66,4 66,2 66,7 66,9 67,1 67,3 67,5 67,8 67,8агр 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

156. Е-Кр.Рог Р1 52,4 52,5 52,5 52,4 52,6 53,0 53,3 53,5 53,6 53,8 54,2 54,7 54,8 54,8 54,8 54,6

157. ГПА-Ц-16 Р2 64,8 64,9 65,0 65,4 65,6 65,8 66,2 66,5 66,5 66,5 66,7 67,3 67,4 67,3 67,8 67,8агр 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

158. Прогресс Р1 52,4 52,5 52,3 52,3 52,5 53,0 53,2 53,2 53,4 53,5 54,0 54,2 54,4 54,6 54,8 54,6

159. СТД-12500 Р2 64,8 64,9 65,2 65,4 65,6 65,8 66,2 66,4 66,7 66,7 67,0 67,2 67,4 67,5 67,8 67,8агр 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

160. Прогресс Р1 52,4 52,5 52,3 52,3 52,5 53,0 53,2 53,2 53,4 53,5 54,0 54,2 54,5 54,6 54,8 54,6

161. ГПА-Ц-1б(АЛ-31) Р2 64,8 64,9 65,2 65,4 65,6 65,8 66,2 66,4 66,7 66,7 67,0 67,2 67,4 67,5 67,8 67,8агр 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

162. Курск У-У Р1 52,3 52,5 52,6 52,5 52,9 53,8 54,0 54,2 54,3 54,5 54,8 55,0 55,1 55,6 55,9 56,3

163. ГТК-25И Р2 69,6 69,7 69,9 70,0 69,9 69,2 69,3 69,5 69,6 69,7 69,9 70,1 70,3 70,2 70,3 70,0агр 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

164. ГИС У-У Р 59,7 59,9 60,1 60,2 60,2 59,9 59,8 59,9 60,0 60,0 60,2 60,4 60,5 60,7 60,7 60,9

165. Q 3141 3142 3157 3163 3160 3117 3131 3150 3149 3155 3154 3155 3160 3174 3174 3148

166. Е-Кр.Рог Р1 51,8 52,0 52,1 52,0 52,4 53,2 53,4 53,6 53,8 54,0 54,3 54,5 54,7 55,0 55,2 55,7

167. ГПА-Ц-16 Р2 69,1 69,3 69,4 69,6 69,6 69,0 69,1 69,2 69,3 69,4 69,5 69,7 69,9 70,0 70,1 69,9агр 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

168. ГИС Е-Кр.Рог Р 59,7 59,9 60,0 60,2 60,2 59,9 59,8 59,9 60,0 60,0 60,1 60,3 60,5 60,7 60,8 60,9

169. Q 2961 2955 2970 2981 2980 2932 2948 2962 2964 2968 2965 2965 2975 2987 2993 2967

170. Прогресс Р1 54,2 54,4 54,6 54,6 55,0 55,8 56,0 56,3 56,3 56,3 56,5 56,7 56,8 57,2 57,7 58,28СТД-12500 Р2 68,3 68,4 68,6 68,9 68,9 68,4 68,5 68,6 68,5 68,5 68,6 68,8 69,0 69,1 69,2 69,0агр 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

171. ГИС Прогресс Р 63,8 63,9 64,1 64,3 64,3 64,0 63,9 64,0 64,0 64,1 64,2 64,3 64,4 64,6 64,6 64,7

172. Q 2117 2123 2131 2143 2130 2075 2099 2113 2116 2124 2131 2144 2151 2166 2147 2176

173. ГИС Суджа 1400 8219 8220 8258 8287 8270 8124 8178 8225 8229 8247 8250 8264 8286 8327 8314 8291