автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Оптимизация технологических параметров систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОЕОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. II М. ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 622. 692. 4. 053

ГЕНКИНА Майна Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА НЕФТЕПРОДУКТОВ

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов,баз и хранилищ,

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре транспорта и хранения нефти и газа Государственной академии нефти и газа имени И. Ы. Губкина

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ЛУРЬЕ Ы.Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

на заседании специализированного совета Д. 053.27.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.13. "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов , баз и хранилищ" при Государственной академии нефти и газа имени И. 1L Губкина по адресу: 117917, г. Ыосква, ГС1Ы, Ленинский просп., 65, ауд., 50'L.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии ' " "

профессор АГАПКИН Е VL

кандидат технических наук, доцект

БЕЛОУСОВ а Б.

Автореферат Ученый секре1 специализированного совет-д. т. н., доцент

Г. Г. Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена оптимизации систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов с целью выбора таких систем, которые дают наилучшие результаты при минимальных затратах на кх сооружение и эксплуатацию. В отличие от исследований, существовавших ранее, в диссертации учтена главная особенность современных нефте-продуктопроЕОДных систем-их разветвленность. Новым и наиболее важным элементом выполненного исследования является варьирование са-

I

мой технологии транспортирования нефтепродуктов. В качестве альтернативы последовательной перекачке бензинов и дизельных теплив по одной и той же трубе рассматривается раздельная перекачка двух наи:олее массовых и наиболее несовместимых друг с другом топлив по ¿вухниточным трубопроводам. Такой подход позволил разработать не только методику выбора оптимальных параметров той или иной системы в рамках конкретной технологии, но и дать концептуальную оценку дальнейшего развития систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов.

Актуальность теш диссертации . Известно, что последовательная перекачка бензинов и дизельных топлив по одной и той же трубе качалась з середине 50-х годов и явилась для того времени болытам достижением, поскольку позволила использовать всего лишь одну трубу для перекачки большого количества разных топлив. Эта технология хорошо зарекомендовала себя в условиях, когда перед нефтепродуктопроЕОдами ставилась главная зацача-перекачать большие массы топлив из одного пункта в другой, то есть задача чисто

- г -

транспортного характера. Образующаяся в зонах контакта последовательно движущихся партий смесь, хотя и составляла определенную часть перекачиваемых топлив, но вполне могла бьггь разложена путем добавления к чистым нефтепродуктам, обладающим, как правило, запасом качества.

Однако эта ситуация в корне изменилась к середине 80-х годов, когда на нефтепродуктопроводы были возложены распределительные функции, и все они стали превращаться в сложные разветвленные сети, содержащие большое количество отводов. Сказалось, что все параметры нефгепродуктопровдных систем, которые ранее считались оптимальными, стали в новых условиях неоптимальными. фактически это выразилось в резком ухудшении всех экономических показателей трубопроводов, а в ряде случасз и в невозможности осуществлять саму перекачку. Поэтому научный анализ сложившейся ситуации, выяснение причин, по которым существовавшая технологичееггая концепция начала давать сбои, является актуальной задачей настоящего времени.

Цель исследований: разработать научно-обоснованный подход к выбору технологии транспортирования светлых нефтепродуктов по многоадресным трубопроводам (одно- или дзухниточлым) к дать методику определения их оптимальных параметров.

Основные задачи исследований. Для осуществления цели диссертации оказалось необходимым решить следующие задачи:

разработать теорию, оптимизационный алгоритм и вычислительные программы, позволяющие осуществлять выбор оптимальных параметров нефгепродуктопроводов с путевым разбором нефтепродуктов для последовательной перекачки бензинов и дизельных топлив по однот-

рубным системам и для их раздельной перекачки по двухниточным трубопроводам;

провести сравнительный анализ указанных технологий на основе построения карт оптимальных параметров и определить сферы эффективности каждой из них;

исследовать влиянние основных факторов, определяющих эффективность каждой из систем, таких, как степень путевого разбора нефтепродуктов, уровень рабочего давления, положения промежуточных станция, номенклатуры перекачиваемых нефтепродуктов и т.п.;

разработать теорию, алгоритм и вычислительный комплекс для оптимизации конкретных нефтепродуктопроводов с'фиксированной технологией перекачки (по одно- или двухтрубным системам), а также дать рекомендации для практического использования полученных расчетов.

Научная новизна. Разработана теория оптимизации параметров разветвленных нефтепродуктопроводов, которые могут иметь телескопическую структуру основной магистрали, и состоящих из одной или двух ниток труб. Эта теория предложена впервые.

Научной новизной обладают дзе разработаные в диссертации методики: первая- методика определения оптимальных параметров разветвленных нефтепродуктопроводов на стадии концептуального анализа и вторая- методика определения оптимальных параметров таких систем при конкретном проектировании. Впервые созданы алгоритмы и вычислительные программы, основанные на этих методиках.

Научной новизной обладает основной результат работы, состояпий в утверждении, что двухтрубные разветвленные системы, раздельно перекачивающие бензины и дизельные топлива, в болылинстве случаев оказываются более экономичными, чем однотрубные.

Новыми являются результаты о влиянии нз технико-экономические показатели системы места расположения перекачиващих станций, величины грузопотока, состава перекачиваемых топлив, степени путевого разбора нефтепродуктов и др. факторов.

На защиту выносятся следушие научные положения и методики:

1. Утверждение, что причины ухудшения технико-экономических показателей систем состоя? в увеличен™ уровня их разветвлен-ност:; , росте путевого отбора, увеличении дальности транспортирования при одновременном снижении грузопотока, а также в нарашцва-нии протяженности трубопроводных систем с включением в технологии перекачки промежуточных перевалочных операций.

2. Утверждение, что двухтрубные системы, раздельно перекачивающие бензины и дизельные топлива, в большинстве случаев оказываются более экономичными, чем однотрубные.

3. Результаты концептуального анализа дальнейшего развития систем нефтепродукгопроводсз в России.

4. Теория и методика оптимизационных расчетов систем нефте-продуктопроводного транспорта при конкретном проектировании.

Практическая ценность работы заключается в разработке технологической концепции дальнейшего развития систем нефтепродуктопро-водов в России, рассмотренной и одобренной концерном "Роснефтепро-дукт".

Практической ценностью обладают теория, методика и пакет прикладных программ для оптимизации параметров нефгепродукго-проводных систем при конкретном проектировании, внедренные в ведушем проектном институте отрасли "ГипроНИИнефггетранс".

Реализация работы. В ходе исследований разработаны алгоритмы и вычислительные программа для выполнения оптимизационных расчетов при проектировании нефтепродуктопроводных систем. Эти программы используются по назначению проектными институтами.

Результаты работы привели к тому, что нефтепродуктопроводы Рославль-МиллероЕо-Георгиу Деж, Брянск -Смоленск и Пермь- Киров, спроектированные в 1990-92 годах, имеют уже двухтрубное исполнение.

Апробация работы. Основные положения и методики диссертационной работы были доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры транспорта и хранения нефти и газа ГАНГ им. И. М. Губкина, а также на двух конференциях молоды:-: ученых.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, вьшодов и рекомендаций, приложения, списка литературы из 90 наименований к изложена на 146 страницах, в том числе содержит 15 рисунков, 10 таблиц и 3 страниц приложения.

ОСЮВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Шстроение диссертации таково, что сначала в ней представлена общая идеология оптимизации параметров одно- и двухтрубных систем , потом на основе разработанных вычислительных программ осуществляется конкретная оптимизация. Попутно дается анализ отдельных факторов, влияющих на экономические показатели . Затем делается вывод о том, какие системы лучше и в каких областях, и, наконец, разрабатывается технология оптимизации параметров нефгепро-дуктопроводов при конкретном проектировании .

- о -

В) введении показана актуальность исследований, изложенных в диссертации, указана их связь с планами отрасли и программами НИР ГАНГ им. И. Ы. Губкина, кратко охарактеризованы основное содержание работы и практическкая ценность задач, рассмотренных в диссертации.

В первой главе диссертации объясняются причины, побудившие выполнить данное исследование. С этой целью анализируется современное состояние нефгепродуктопроводного транспорта и используемая для его развития технологическая концепция.

Выделяются те элементы этой концепции, которые негативно сказываются на результатах работы нефтепродуктопроБодшх систем; Ескрываются объективные причины, по которым это происходит. Указываются альтернативные технологические решения; дается подробный анализ работ в области оптимизации параметров трубопроводов различного назначения и обосновывается необходимость предпринятого исследования. Обсуждаются работы Пухова, Яблонсгаго, Чэрникина, КЧиша, Новоселова, Тугунова, Агапкина, Березина, Бородавкина, ' Бесхижного, Дубинского, Марона, Лурье, Самойлова, Беккерг, Прохоро] Ьбодалова,Сухарева, Ставровского и др. авторов. Утверздается, что Н1 в одной из этих работ не учтены в полной мере все факторы,

свойственные последовательной перекачке нефтепродуктов, особенно

\

по двухтрубным разветвленным системам. Поэтому указаные работы, хотя и были ценны в методологическом отношении, но не могли бьггь использованными для цели, сформулированной в диссертации.

Формулируются цель и задачи исследований, изложенных в диссертации.

Реализация работы. В ходе исследований разработаны алгоритмы и вычислительные программы для выполнения оптимизационных расчетов при проектировании кефггепродукгопроЕодных систем. Эти программы используются по назначению проектными институтами.

Результаты работы привели к тому, что нефтепродуктопроводы Рославль-Ыиллерово-Георгиу Деж, Брянск -Смоленск и Пермь- Киров, спроектированные в 1990-92 годах, имеет уже двухтрубное исполнение.

Апробация работы. Основные положения и методики диссертационной работы были доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры транспорта и хранения нефти и газа ГАНГ им. И. М. Губкина, а также на двух конференциях молодых ученых.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. чет;рэх глаз, выводов и рекомендаций, приложения, списка литературы из 82 наименований и изложена на 147 страницах, в том числе содержит 15 рисунков, 10 таблиц и 3 страницы приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Построение диссертации таково,что сначала в ней представлена общая идеология оптимизации параметров одно- и двухтрубных систем , потом на основе разработанных вычислительных программ осуществляется конкретная оптимизация.. Попутно дается анализ отдельных факторов, влиявших на экономические показатели . Затем делается вывод о том, какие системы лучше и в каких областях, и, нако нец, разрабатывается технология оптимизации параметров нефтепро-дуктопроводов при конкретном проектировании .

ную часть, в резервуарные парки и в перекачивающие станции.

Следует отметить, что несмотря на то, что численные значения всех экономических показателей относятся к ценам 1990 года, полученные данные можно использовать и в настоящее время, поскольку анализ показал, что все они возрастают приблизительно в одно и то же количество раз.

Нэвым элементом проведенных исследований явился учет стоимости нефтепродуктов , заполняющие рассматриваемую систему. Эту величину ранее не учитывали, хотя анализ показал, что она составляет до 20 1 общих капитальных вложений. Нефтепродукты, заполняющие трубопроводы и резервуарные парки, постоянно взаимозаменяются, но находятся в системе в .течение всего срока ее эксплуатации.

Третья глава диссертации посвящена оптимигации технологических параметров нефтепродуктопроводных систем на стадии концептуального анализа. Под термином "концептуальный анализ"понимается, анализ нефтепродуктопроводных систем задаваемых достаточно отвлеченно, т.е. определяемых только протяженностью, грузопоком, составом перекачиваемых нефтепродуктов и степенью их путевого разбора. В диссертации изложены алгоритмы и вычислительные программы, осуществляющие с помощью ЭВМ оптимизационные расчеты по критерию минимума приведенных затрат.

Представлены .результаты расчетов в виде карт оптимальных диаметров, чисел перекачивающих станций, рабочих давлений на них и т.д. - отдельно, для одно- (Рис.1) и двухтрубных систем (Рис.2). Такие карты получены впервые. Жирные сплошные линии, идущие слева направо, служат границами полос, в которых оптимальными являются найденные диаметры трубопроводов. Как видно из рисунков, опти-

мальные диаметры зависят в основном от грузопотока нефгепродугаов и почти не зависят от дальности перекачки. Эти результаты не слишком сильно отличаются от ранее известных, за исключением быть может небольшой области умеренных протянэккостей, где диаметры трубопроводов зависят не только от грузопотока, но и от дальности перекачки. Сплошные тонкие линии отделяют области, внутри каждой из полос, в которых постоянно число перекачивающих станций. Зто число в большей степени зависит от дальности перекачки, в меньшей-от грузопотока.

Представлены результаты исследований, во-первых, о влиянии интенсивности путевых отборов на экономические показатели системы, и во-вторых, следует ли в трубопроводном транспорте нефтепродуктов переходить на большие рабочие давления, которые, как известно, составляют сейчас около 65 атм. (Рис.3).

По первому воросу доказано, что увеличение интенсивности путевых отборов во всех случаях приводит к ухудшению технико-экономических показателей системы. Кривые 2,3,4 приведенных затрат при последовательном увеличении интенсивности отбора нефтепродуктов, идут Еьме, чем в случае 1, где отбор минимальный.

При исследовании втрого вопроса сказалось, что зависимость приведенных затрат от рабочего давления носит немонотонный характер. Так, например, первый минимум приведенных затрат приходится на рабочее давление Р-- 45 атм. Затем от увеличения давления приведенные затраты возрастают, поскольку ни диаметр труб, ни число перекачивающих сташшй не уменьшается, уменьшается лишь годовое время работы кефтепродуктопровода. При давлении 65 атм. появляется следующий минимум, возникающий за счет уменьшения числа перекачивающих станций. Следующий минимум приходится ухе на 95 атм. Поэтому, если в нефгепродуктопроводном транспорте и переходить.на

П, млн.руб £ =2,5 или.тонн/год, ¿д=5р0км., Д±377мм.

14,0

12. ,0

\ \ к= 80 К-капитальны степень ( влоивния ■ > млн путевого раэбо руб. ■ра топлив

\ \ К=76 \\ К=72 3 \ к= 78

• \к=70 п=3 К=74 ^^^ К=70____ ^ =30% f =20%

\ К= п=2 68--__---- ^=10%

50 60 70 80 90 Р.атн*.

]?ис.З., Влияние степени разбора нефтепродуктов на параметры системы

- в -

повышенные давления, то в силу существующего ряда типо-размеров труб, такое повышение должно составить не менее 25-30 атмосфер.

Полученные результаты позволили сопоставить экономические показатели одно- и двухтрубных систем. Оказалось, что в большинстве случаев двухтрубные системы с раздельной перекачкой бензинов и дизельных топлив не только не уступает однотрубным, но и значительно выгоднее их (до 15t). Как правило, двухтрубные системы проигрывают" однотрубным по капвложениям в линейную часть, но не в 2 раза, а всего на 30-35%, поскольку диаметры труб в альтернативных вариантах меньше и прокладка двух труб происходит одновременно. Еыигрызают же они в стоимости резервуарных парков, а также в стоимости нефтепродуктов, необходимых для заполнения и функционирования системы. Кроме того, в двухтрубных системах цикличность возрастает в 4-5 раз, резко сокращается количество некондиционной смеси. Эти результаты оказались столь убедительными, что нефтепродуктопроводы Рославль-Ыиллерово-Георгиу Деж, Брянск-Смоленск и Пермь- Киров, спроектированные в 1S91-92 году, уже имеют двухтрубное "исполнение.

Четвертая глава диссертации посвящена оптимизации параметров конкретных нефтепродуктопроводов. В отличие от концептуальной оптимизации объектом исследования здесь является уже конкретный трубопровод с заданной конфигурацией и высотными отметками, грузопотоками, составом проуктов и т. д. В этой теории варьируются не только диаметры основной магистрали и отводов, но и положение промежуточных станций, что приводит тогда к весьма важным результатам. Оказывается, что в трубопроводах с путевым отбором , в ряде случаев, за счет варьирования положения промежуточной станции удается уменьшить диаметры труб на последующих

участках системы и сократить капвложния.

В четвертой главе представлены результаты исследований о том, как влияет соотношение перекачиваемых нефтепродуктов на экономические показатели систем.

Проведено исследование конкретного нефтепродуктопровода "Пермь-Киров", выявлены его оптимальные параметры для одно- и двухтрубного варианта Проведен их сравнительный анализ. Б результате выявлено, 41'о двухтрубная система нефтепродуктопровода "Пермь-Киров" является более предпочтительней, чем однотрубная. Это происходит прежде всего из-за уменьшения диаметров труб основной магистрали, сокраа^ния объемов резервуарных парков, снижения себестоимости перекачки и приведенных затрат.

Результаты этой главы не только демонстрируют разработанную в диссертации теории на конкретном примере, но и позволяют выявить закономерности общего характера

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показано,что причины ухудшения технико-экономических показателей нефгепродуктопроводных систем состоят в том, что они стали ' разветвленными, что резко возросли путевые отборы нефтепродуктов, увеличились дальности транспортирования при общем снижении грузопотока, а также в наращивании протяженности трубопроводных систем - с включением в технологию перекачки промежуточных перевалочных операций.

2. Доказана необходимость учета стоимости нефтепродуктов, заполняющих систему, как одного из важнейпих факторов в статье рас-

ходов, влияющих на обвде технико-экономические показатели системы.

3. Оптимизацией параметров нефтепродукгопроводных систем, выполненной по усовершенствованному алгоритму, изложенному в диссертации, выявлены области наиболее эффективных параметров (диаметра трубопровода или трубопроводов,числа перекачивавши станций и давлений на них и т. д) для каждой из двух рассмотренных технологий: перекачки бензинов и дизельных топлив по одной и той же трубе и раздельной- перекачки этих топлив по двухтрубным система},(. Оказалось, что области оптимальных диаметров зависят не только от грузопотока, как считалось раньше, но в определенном диапазоне и от дальности транспортирования.

4. Сопоставительный анализ одно- и двутрубных нефтепродукто-проводов позеолил установить, чтс. двухтрубные системы, раздельно перекачиваюпие бензины и дизельные топлива, в большинстве случаев оказываются более экономичными. На основе этого результата разработана технологическая концепция дальнейшего развития систем не'ф-тепродуктопроводного транспорта в России, рассмотренная и одобренная Государственным концерном "Роснефтепродукт". Рекомендуется применение данной концепции в предпроектном анализе новых и реконструируемых кефгепродуктопроводов.

5. Технико-экономический анализ капитальных и эксплуатационных затрат на сооружение и работу разветвленных нефгепродуктопро-водов позеолил выявить ранее неучктывавшеся, но .необычайно существенные факторы , от которых зависит оценка экономической эффективности рассматриваемых систем. В частности, доказано, что необходимо отказаться от используемого допущения о постоянстве

числа циклов перекачки и считать эту величину варьируемым параметром.

Обнаружено, что путевые отборы и номенклатура перекачиваемых тослив существенно влияют на технико-экономические показатели проектируемых и действующих нефтепродуктопроводов.

6.В процессе оптимизации параметров нефтепродуктопроЕодных систем выявлено множество интересных закономерностей и результатов, которые ранее либо были неизвестны, либо не учитывались должным образом. В их числе:. - заключение о нецелесообразности повышать рабочие давления на перекачивающих станциях с 65 до 75-80 атмосфер, такое повышение следовало бы сделать до 90-95 атмосфер; - рекомендуется варьировать положение промежуточных перекачивающих станций и использовать этот фактор, как средство позволяющее скачкообразно снизить капитальные затраты за счет уменьшения диаметров 'магистрали на отдельных участках системы.

7.Рекомендуется использование разработанного в диссертации пакета прикладных программ для оптимизационного выбора параметров нефтепродуктопроводных систем при конкретном проектировании. Этот пакет позволяет вместо двух-трех альтернативных вариантов рассмотреть несколько сот возможных реализаций проектируемых систем.

Ш результатам работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе один крупный научно-технический обзор. Эти результаты послужили основой для принятия концерном "Роснефгепродукт" новой технологической концепции развития отрасли до 2005 года.

Основные результаты диссертации опубликованы в следухдах

1. Генкина М. К Оптимизация параметров систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов.-Изв. вузов. Нефть и газ,1990, N9, с. 51-55

2. Генкина М. К Почему двухниточные нефтепродуктопроводы экономически эффективней однониточньгх.: Тезисы доклада XXI научно-технической'конференции молодых ученых,Бутульма,1990

3. Генкина М. В., Лурье М. В. К выбору концепции развития систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов.- Нефтепереработка и нефтехимия, 1950,N 3

1. Генкина М. В. ,Лурьё М. В Сравнительный анализ одно- и двух-ниточных нефтепродуктопроводов. Тезисы доклада Республиканской научнотехнической конференции"Проблемы нефти и газа". Уфа, 1990

з. Генкина М. В., Лурье ИВ. и др. Концепция дальнейшего развития трубопроводного транспорта нефтепродуктов: Обзор, инф. -Ы.: ЦНКИТЗнефгехим, 1991-63 с.

5. Генкина М. В., Лурье М. В. и др. К выбору концепции дальнейшего развития систем трубопроводного транспорта нефтепродуктов. Деп. рук. N 1844-НГ от 12. 02.1990, !£ : ВНИИОЭНГ

работах:

Соискатель

У М. В. Генкина