автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Прогнозирование состояния трубопроводов тепловых сетей

На правах рукописи

ЦйГм

2 2 ДЕЛ Ш

Кононова Марина Сергеевна

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.23.03 — Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение я освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ — 2000

Работа выполнена в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук,

профессор Сазонов Э.В.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук,

профессор Панов М.Я. кандидат технических наук, доцент Санников A.B.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Воронежский государственный

технический университет

Защита состоится " 2 " Ноября 2000 г. в УО час. 00. мин. на заседании диссертационного совета Д 063.79.02 при Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 20, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан »2.9»сентября 2000г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

О.П.Фомин

3 Mß.O

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Протяженность тепловых сетей в целом по России составляет более 200 тыс. км, из них 70 тыс. км в системе жилищно-коммунального хозяйства. Ежегодный износ теплотрасс составляет 15%. При огромной протяженности сетей централизованного теплоснабжения и ежегодном недоремонте потребность восстановления теплопроводов непрерывно возрастает. Ликвидация аварий требует гораздо больших материальных затрат, чем их предупреждение, поэтому важное значение имеет своевременное обнаружение опасных в аварийном отношении участков и замена их в ходе профилактических ремонтов. В связи с этим необходимо прогнозирование фактического состояния отдельных элементов и системы транспортировки тепла в целом для последующего принятия решения о ее эксплуатационной надежности.

Вопросы прогнозирования состояния инженерных сетей, в том числе и тепловых, нашли достаточно широкое отражение в отечественной и зарубежной литературе, однако из-за невозможности учета и аналитического описания множества факторов, влияющих на процесс износа теплопроводов, в настоящее время задача прогнозирования не имеет простого и точного решения. Поэтому разработка методов оценки состояния трубопроводов тепловых сетей является весьма актуальной.

Исследования выполнены в райках научно-технической программы "Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования", раздел "Научно-методические проблемы строительства и привлечения инвестиций в целях укрепления материально-технической базы системы образования".

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка метода прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей на основе ретроспективного анализа существующего опыта эксплуатации теплопроводов, а также реализация этого метода в программном виде.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать факторы, воздействующие на режим работы тепловой сети, выделить из них важнейшие по влиянию на процесс разру-

шения металла теплопроводов и выбрать модель причинных отношений кинетики коррозии;

- разработать методику обработки статистической информации о повреждаемости теплопроводов;

- произвести эмпирическую оценку основных характеристик надежности тепловых сетей в различных условиях эксплуатации;

- разработать алгоритм вероятностного прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей;

- разработать программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования;

- произвести оценку экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций.

Научная новизна. Обоснована необходимость создания автоматизированной системы регистрации информации в организациях, эксплуатирующих тепловые сети. Проведена обработка статистических данных по эксплуатации тепловых сетей и выделены стандартные функций и распределения, наиболее точно описывающие основные характеристики надежности теплопроводов, находящихся в различных условиях. На основании выбранной много-однозначной модели процесса разрушения металла теплопроводов разработана методика обработки статистической информации о повреждаемости трубопроводов тепловых сетей. Предложен способ вероятностного прогнозирования, базирующийся на статистической обработке данных по эксплуатации теплопроводов.

На защиту выносится:

- методика обработки статистических данных по эксплуатации трубопроводов тепловых сетей;

- результаты эмпирической оценки основных характеристик надежности теплопроводов;

- алгоритм вероятностного прогнозирования состояния теплопроводов и описание его реализации в программном виде;

- результаты оценки экономической эффективности предложенного метода прогнозирования.

Практическая ценность работы. Разработано на базе Microsoft

Access программное обеспечение системы, реализующей предложенный алгоритм вероятностного прогнозирования и выполняющей функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости тепловых сетей. Внедрение в организациях, эксплуатирующих тепловые сета разработанного программного продукта позволит более эффективно использовать имеющуюся информацию об эксплуатации тепловых сетей при решении текущих задач (планировании профилактических ремонтов, принятии решения о реконструкции теплопроводов и так далее).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ВГА-СА 1997 — 2000 гг.; международной научно-практической конференции "Строительство - 99", Ростов-на-Дону, 1999 г.; VI международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза", Иваново, 1999 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 88 наименований и 3 приложений. Объем работы - 143 страницы, в том числе 112 страниц машинописного текста, 49 иллюстраций и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи исследований, указаны научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору и анализу научных работ в области прогнозирования состояния трубопроводов инженерных систем. Большинство авторов, занимающихся разработкой методики прогнозирования отказов трубопроводов, предлагают математическую модель кинетики коррозионного процесса, учитывающую один или несколько факторов, влияющих на процесс износа металла (Цикерман Л.Я., Штурман Я.П., Миткальф Ж., Лиддиард А. и др.). В других работах была сделана попытка проанализировать зависимость срока службы трубопровода от различных факторов на основе обработки данных по эксплуатации тепловых сетей в

различных условиях (Громов Н.К., Пик М.М., Балтер И.В., Зеликсон Н.М.). Однако линейная часть тепловой сети в процессе строительно-монтажных работ и длительной эксплуатации подвергается воздействию такого сочетания случайных и закономерных факторов, которые полностью нельзя дифференцировать и воспроизвести на испытательных стендах и полигонах, то есть аварии, повреждения или выходы из строя тех или иных элементов тепловых сетей являются событиями случайными и их количество, место и время возникновения не могут быть точно определены заранее. Поэтому для оценки надежности системы теплоснабжения необходимо применение вероятностных методов теории надежности.

Во второй главе приведена постановка задачи вероятностной оценки состояния теплопроводов, а также адаптированы основные понятия теории вероятностей к статистической обработке данных по повреждаемости тепловых сетей.

Можно считать эксплуатацию какого-либо участка теплопровода отдельным опытом, исходом которого является выход этого участка из строя, а интересующим выходным параметром - время выхода из строя.

Износ и последующий отказ теплопровода обусловливается множеством различных факторов, дифференцировать которые очень сложно. В связи с этим удобно воспользоваться известной моделью "черного ящика", то есть, не рассматривая внутреннее взаимодействие теплопровода с окружающей средой, исследовать только реакции выходных величин на входные воздействия. В качестве входных воздействий понимаются тепло-влажностные условия работы тепловой сети. Однако эти условия непосредственно измерить на практике представляется трудновыполнимым из-за большой протяженности тепловых сетей. Поэтому входные воздействия можно представить в виде известных стационарных параметров, таких как тип грунта, глубина, заложения, конструкция прокладки, тип тепловой изоляции, диаметр теплопровода и так далее. Эти параметры в общем и определяют тепло-влажностный режим работы тепловой сети, хотя и не могут дать представление о нем в явном виде.

Имея информацию об эксплуатации большого количества участков, то есть как бы проведя п независимых опытов о поведении теплопроводов

с одинаковыми входными параметрами, и получив в результате ряд значении случайной величины (времени выхода из строя), можно, опираясь на аппарат математической статистики, определить важнейшие характеристики этой случайной величины: математическое ожидание, дисперсию, закон распределения и другие.

Основываясь на вышеизложенной модели, можно предложить следующую схему основных этапов обработки информации при статистическом методе прогнозирования состояния теплопроводов (рис. 1).

Рис. 1. Схема основных этапов обработки информации при статистическом методе прогнозирования состояния теплопроводов

Основой для прогнозирования является база данных, представляющая собой статистическую совокупность входных условий и соответствующих им выходных параметров (на основе модели "черного ящика"). Вводимая человеком информация о входных условиях участка, для которого требуется сделать прогноз, сопоставляется с имеющимися данными, из которых выбираются выходные параметры, соответствующие введенным входным условиям.

Далее осуществляется обработка выбранных выходных параметров, в результате которой определяются требуемые характеристики надежности, математическое ожидание, дисперсия и так далее, а затем на основе полученных характеристик осуществляется прогноз.

В третьей главе на основе статистической информации о проводимых на тепловых сетях работах проведена эмпирическая оценка основных характеристик надежности городских теплопроводов.

Данные по отказам были разделены на два района, различающихся по природно-ландшафтным условиям, а в пределах каждого района - на две группы по диаметрам:

1) d = 70+200 мм (в основном внугриквартальные сети от ЦТП к потребителям);

2) d =250^-500 мм (магистральные и распределительные теплопроводы от котельной до ЦТП).

Далее для каждой группы трубопроводов было определено среднее время жизни и его среднеквадратичное отклонение (СКО), а также по известным из теорий надежности формулам построены эмпирические гистограммы основных характеристик надежности:

функция отказа

Q„(t) = n/N, (1)

функция надежности

pN(t) = (n - т/и, (2)

плотность вероятности отказов

Чы(*0 = nk/(N " h) ПРИ (k - l)h < t < kh, (3)

интенсивность отказов

A,(t) = nk/(N - П!-...-!!^) - h при (k - l)h < t < kh. (4) В формулах (1 - 4): N - общре количество наблюдаемых элементов, п - число элементов, отказавших ко времени t, h - интервал времени, за который подсчитывается количество отказов, Пк - число отказов на интервале [(к -l)h,kh],k= 1,2.....

Затем для получения непрерывных функций была проведена аппроксимация соответствующих гистограмм на ЭВМ по методу наименьших квадратов с использованием различных функций и распределений. В табл. 1 в качестве примера приведены значения коэффициентов и СКО аппроксимирующих формул для функции отказа Q(t) теплопроводов диаметром 70 - 200 мм.

Таблица 1

Значення коэффициентов и СКО аппроксимирующих

формул для функции отказа <2(1) трубопроводов _ тепловых сетей диаметром 70-200 мм_

№ зависимости и формулааппрок-си ирующей район I район И

функции а Ь СКО а Ь СКО

]. у = еаЬ*ъ 0,065 -2,047 0,157 0,116 -3,61 0,263

2. у = еь+аА 0,232 3,122 0,124 0,461 1,433 0,267

3. у = еь+аА -25,06 0,764 0,032 -43,84 1,331 0,043

4. у = Ьа1 1,068 0,129 0,157 1,123 0,026 0,263

5. у = 1,403 0,008 0,098 2,467 0,001 0,156

Для каждой группы трубопроводов была выделена наилучшая аппроксимирующая функция, а для каждой характеристики надежности выделена зависимость, дающая наилучшее приближение в большинстве случаев. В частности выявлено, что функция отказа (ЭД) лучше всего аппроксимируется 8 - образной зависимостью (формула №3 в табл. 1), а распределение времени жизни элемента теплопровода близко к нормальному.

В результате обработки и сравнения результатов для разных групп трубопроводов выявлено существенное различие по срокам службы как в зависимости от диаметра, так и от района прокладки. Прежде всего отмечен более короткий срок службы для труб малого диаметра по сравнению с трубами большого диаметра, что отчасти можно объяснить меньшей толщиной стенки труб, более низким качеством монтажных работ, а также отсутствием в большинстве случаев внутриквартальной ливневой канализации. Отмечено также различие в сроках службы для труб одинакового диаметра, проложенных в разных районах. На рис. 2 в качестве примера показано сравнение плотностей вероятностей отказа труб малого диаметра для двух районов. При этом следует отметить существенное природно-

ландшафтное различие этих районов (различный уровень грунтовых вод и так далее).

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05

0 5 10 15 20 25 30 Ъ, лет

Рис. 2. Плотность вероятности отказа я(0 теплопроводов г. Воронежа диаметром 70-200 мм

Таким образом, в результате эмпирической обработки данных выявлено, что в результате воздействия на тепловые сети множества различных факторов, характеристики надежности трубопроводов, проложенных в различных районах, а также в пределах одного района, могут существенно различаться.

Основываясь на сравнении характеристик надежности возможно прогнозирование наиболее аварийноопасных районов или участков теплопроводов. При этом точность прогноза зависит от качества и количества исходного статистического материала.

В четвертой главе разработан алгоритм вероятностного прогнозирования состояния тепловых сетей на основе статистической обработки имеющихся опытных данных по эксплуатации тепловых сетей, а также приведено описание программного обеспечения, реализующего на ЭВМ разработанный алгоритм. На рис. 3 приведена обобщенная блок-схема алгоритма прогнозирования.

\ II

I У

( Начало ^ у/^Ввод информации по аварийности /

-г-<

_7__I_,__

I Блок создания исходных I массивов данных 1

Ввод текущего срока службы выбор характеристики надежности

:ти /

►^Блок перебора интервала усреднения И^-

С

Блок формирования масси ва данных с интервалом усреднения ¡1

Блок перебора номеров функций ) ^—

-г 7.

Подпрограмма аппроксимации с созданием массива Е(11, |) —I-

Рис. 3. Блок-схема алгоритма оценки состояния участка тепловой сети

Разработанная система, названная условно "Трубопровод", включает в себя базу данных (БД), осуществляющую функции регистрации и систематизации информации об отказах линейной часта теплопроводов, а

также программу, оперирующую сведениями из БД, и осуществляющую прогноз вероятности отказа теплопровода.

БД разработана на основе одной из наиболее популярных в настоящее время систем проектирования и сопровождения БД Microsoft Access для Windows. На рис. 4 показано рабочее окно БД.

Как видно из рис. 4. БД разработана в удобной кнопочной форме, позволяет вносить как произвольные данные, так и выбирать их из выпадающего списка, что удобно для работы в режиме запроса-выборки сведений.

Район'

Котельная

|Огамгидный jJ Гадррагаьсгва •|16ЮЗР

¡Комарова

"3

. Гоазамсш

¡Обюнаснив уксгез ЦТМ-ТК5 ]jjJ.■

35 v

!дл*в saMeHseMons. 'уссисд;

¡Диаметр

Г

12. "ЖЕГ

Нд^та» ГВ

Гязбцна гаяшащз [ (Ь2~

СроМРАЛлуггаим

■¡Догеинтянлыв--..сведения

jСпособпрокяэдии | |иегроходкандцУ?

3

Прогноз

Запись: JlLiJ Г

лчялжлжлж

7 S t 1иЬ*1 «в 82

1981'

1936 ■

Выход

Рис. 4. Рабочее окно БД "Трубопровод"

Внесение новых данных осуществляется нажатием кнопки "Сохранить". При необходимости осуществить прогноз состояния теплопроводов какого-либо района вводятся его данные и нажимается кнопка "Прогноз", при этом открывается следующее окно БД (рис. 5), в котором выдаются в графическом и численной виде результаты обработки данных.

График, показанный на рис. 5, представляет собой зависимость ве-

роятности отказа для запрашиваемого района от срока службы. При введении интересующего текущего срока в окнах, расположенных справа, выдаются значения вероятности отказа теплопровода при указанном сроке эксплуатации, а также среднее время жизни и его СКО при заданных условиях. В случае завершения работы с окном "Прогноз" или при необходимости сделать новый запрос для другого района нажатием кнопки "Выход" осуществляется переход к рабочему окну (рис. 4). г

(

1 (

I

I |

<

Рис. 5.

Кроме того, в четвертой главе произведена примерная оценка экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций, выраженная через разность затрат на ликвидацию аварии и затрат на проведение профилактического ремонта (см. рис. 6). Сравнение кривых на рис. 6 показывает, что затраты на профилактический ремонт существенно ниже затрат на ликвидацию аварии, причем эта разность увеличивается с ростом диаметра трубопровода. Значительная часть в разности затрат между рассматриваемыми вариантами приходится на ущерб от отключения потребителей.

ВЕадиге.пожалдйсга, текущий". . срок службы трубогрфоаа

"200 • " : ,_

Вероятность отказа (0.625

Вероятность отказа

10 15 20 25

Среда«) срок службы ¡18 75

ско :.■;•"• ¡¡Ш~

, Выход

Окно прогноза программы "Трубопровод"

с, руб 1200 1100 1000 900 600 •700 ÉOO 500 400 300 ZOO IDO О

2

Vi.

О IDO 200 300 400 d, мм

Рис. 6. Затраты на проведение профилактического ремонта (1) и ликвидацию аварии (2) в зависимости от диаметра теплопровода в расчете на один погонный метр

Таким образом, следует ожидать, что внедрение в организации, эксплуатирующие тепловые сети (и другие инженерные системы) разработанной системы позволит эффективно использовать имеющуюся информацию об эксплуатации тепловых сетей при решении текущих задач и может дать заметный экономический эффект от рационального планирования проведения профилактических ремонтов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обосновано применение вероятностного метода исследований в задаче прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей.

2. Проведен анализ факторов, влияющих на режим работы теплопровода. В качестве основных выбраны стационарные параметры (тип грунта, конструкция прокладки, материал тепловой изоляции, глубина заложения, диаметр трубопровода, уровень грунтовых вод), определяющие тепловлажносгный режим работы тепловой сети.

3. Выбрана модель причинных отношений износа металла тепло-

провода в виде "черного ящика", входными параметрами в которой являются условия эксплуатации тепловой сети, а выходными - время выхода из строя.

3. Разработана методика обработки статистических данных по отказам трубопроводов тепловых сетей, на основе которой проведена эмпирическая оценка характеристик надежности теплопроводов.

5. Разработан алгоритм вероятностного прогнозирования состояния тепловых сетей на основе статистической обработки опытных данных.

6. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования и совмещающее функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости линейной части тепловых сетей.

7. Проведена оценка экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций, который составляет от 20 до 700 руб. на замену одного погонного метра в зависимости от диаметра трубопровода.

8. Эксплуатация разработанной программы в МП "Воронеж-теплосеть" показала совпадение прогнозироуемого состояния тепловых сетей с их фактическим состоянием в 88 % случаев.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кононова М.С. К вопросу диагностирования трубопроводов инженерных систем. И Материалы юбилейной международной научно-практической конференции "Строительство - 99". Тезисы докладов. - Ростов - н/Д: РГСУ. - 1999. - С. 23.

2. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Информационные технологии в задаче обработки опытных данных по эксплуатации тепловых сетей. // Сборник статей VI международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза". - Иваново: ИГАСА, 1999. - С. 85-86.

3. Сазонов Э.В., Кононова М.С. К вопросу диагностирования инженерных систем. // Изв. вузов. Строительство, 1999. - №6. - С. 93-95.

4. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Оценка эффективности прогнози-

рования состояния инженерных систем. II Изв. вузов. Строительство, 1999. -№12.-С. 64-66.

5. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Определение эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. - №2-3. - С. 62-64.

6. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Сравнительный анализ эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. - №7-8.

7. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Алгоритм оценки состояния городских теплопроводов. //Изв. вузов. Строительство, 2000. - №9.

8. Кононова М.С. О возможности прогнозирования состояния тепловых сетей на основе обобщения опыта их эксплуатации. // Межвузовский сборник научно-технических трудов. Часть I. - Воронеж: ВВАИИ. - 2000. -С. 183-184.

9. Кононова М.С. К вопросу диагностирования инженерных систем жизнеобеспечения. // Материалы 52-й научно-технической конференции. Краткое содержание докладов аспирантов и соискателей по проблемам архитектуры и строительных наук. - Воронеж: ВГАСА. - 2000. - С. 114-115.

10. Кононова М.С. Условия применения экспертных систем для диагностирования тепловых сетей. // Материалы 52-й научно-технической конференции. Краткое содержание докладов аспирантов и соискателей по проблемам архитектуры и строительных наук. - Воронеж: ВГАСА. - 2000. -С. 115-117.

Лицензия ЛР № 020450 от 04.03.97 г. ПЛД №37-49 от 03.11.98 г. Подписано в печать Д6.03, ООг, Формат 60x84. 1/16 Уч.изд.л. 1,0. Усл.печ.'л. 1,1. Бумага для множительных аппаратов. Тираж 100 экз. Заказ № 361

Отпечатано на участке множительной техники

Воронежской государственной архитектурно-строительной академии

394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ВГАСА.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Состояние исследований в области прогнозирования инженерных систем.

1.2. Постановка задач исследований и методика их проведения.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

2.1. Область применения и возможности вероятностного метода исследований.

2.2. Постановка задачи вероятностной оценки состояния теплопроводов.

2.3. Оценка эффективности прогнозирования состояния тепловых сетей.

2.4. Выводы.

3. ЭМПИРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

3.1. Методика обработки статистической информации.

3.2. Эмпирическая оценка среднего времени жизни, функции отказа и функции надежности трубопроводов тепловых сетей.

3.3. Эмпирическая оценка плотности вероятности отказа трубопроводов системы теплоснабжения.

3.4. Эмпирическая оценка интенсивности отказов трубопроводов тепловых сетей.

3.5. Выводы.

- 3

4. РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЭВМ МЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

4.1. Разработка алгоритма прогнозирования.

4.2. разработка программного обеспечения, реализующего на ЭВМ предложенный алгоритм прогнозирования.

4.3. Определение ожидаемого экономического эффекта.

4.4. Выводы.

Актуальность темы. Протяженность тепловых сетей в целом по России составляет более 200 тыс. км, из них 70 тыс. км в системе жилищно-коммунального хозяйства. Ежегодный износ теплотрасс составляет 15%. При огромной протяженности сетей централизованного теплоснабжения и ежегодном недоремонте потребность восстановления теплопрово-^ дов непрерывно возрастает. Ликвидация аварий требует гораздо больших материальных затрат, чем их предупреждение, поэтому важное значение имеет своевременное обнаружение опасных в аварийном отношении участков и замена их в ходе профилактических ремонтов. В связи с этим необходимо прогнозирование фактического состояния отдельных элементов и системы транспортировки тепла в целом для последующего принятия решения о ее эксплуатационной надежности.

Вопросы прогнозирования состояния инженерных сетей, в том числе и тепловых, нашли достаточно широкое отражение в отечественной и зарубежной литературе, однако из-за невозможности учета и аналитического описания множества факторов, влияющих на процесс износа теплопроводов, в настоящее время задача прогнозирования не имеет простого и точного решения. Поэтому разработка методов оценки состояния трубопроводов тепловых сетей является весьма актуальной.

Исследования выполнены в рамках научно-технической программы ''Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования"', раздел "Научно-методические проблемы строительства и привлечения инвестиций в целях укрепления матери

- 5 ально-технической базы системы образования''.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка метода прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей на основе ретроспективного анализа существующего опыта эксплуатации теплопроводов, а также реализация этого метода в программном виде.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать факторы, воздействующие на режим работы тепловой сети, выделить из них важнейшие по влиянию на процесс разрушения металла теплопроводов и выбрать модель причинных отношений кинетики коррозии;

- разработать методику обработки статистической информации о повреждаемости теплопроводов;

- произвести эмпирическую оценку основных характеристик надежности тепловых сетей в различных условиях эксплуатации;

- разработать алгоритм вероятностного прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей;

- разработать программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования;

- произвести оценку экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций.

Научная новизна. Обоснована необходимость создания автоматизированной системы регистрации информации в организациях, эксплуатирующих тепловые сети. Проведена обработка статистических данных по эксплуатации тепловых сетей и выделены стандартные функции и распределения, наиболее точно описывающие основные характеристики надежности теплопроводов, находящихся в различных условиях. На

- 6 ~ основании выбранной много-однозначной модели процесса разрушения металла теплопроводов разработана методика обработки статистической информации о повреждаемости трубопроводов тепловых сетей. Предложен способ вероятностного прогнозирования, базирующийся на статистической обработке данных по эксплуатации теплопроводов.

На защиту выносится:

- методика обработки статистических данных по эксплуатации трубопроводов тепловых сетей;

- результаты эмпирической оценки основных характеристик надежности теплопроводов;

- алгоритм вероятностного прогнозирования состояния теплопроводов и описание его реализации в программном виде; результаты оценки экономической эффективности предложенного метода прогнозирования.

Практическая ценность работы. Разработано на базе Microsoft Access программное обеспечение системы, реализующей предложенный алгоритм вероятностного прогнозирования и выполняющей функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости тепловых сетей, Внедрение в организациях, эксплуатирующих тепловые сети разработанного программного продукта позволит более эффективно использовать имеющуюся информацию об эксплуатации тепловых сетей при решении текущих задач (планировании профилактических ремонтов, принятии решения о реконструкции теплопроводов и так далее).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ВГАСА 1997 — 2000 гг.; междуна

- 7 родной научно-практической конференции ''Строительство -99", Ростов-на-Дону, 1999 г.; VI международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза", Иваново, 1999 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 88 наименований и 3 приложений. Объем работы - 145 страниц, в том числе 114 страниц машинописного текста, 49 иллюстраций и 11 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обосновано применение вероятностного метода исследований в задаче прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей.

2. Проведен анализ факторов, влияющих на режим работы теплопровода. В качестве основных выбраны стационарные параметры (тип грунта, конструкция прокладки, материал тепловой изоляции, глубина заложения, диаметр трубопровода, уровень грунтовых вод), определяющие тепловлаж-ностный режим работы тепловой сети.

3. Выбрана модель причинных отношений износа металла теплопровода в виде "черного ящика", входными параметрами в которой являются условия эксплуатации тепловой сети, а выходными - время выхода из строя.

3. Разработана методика обработки статистических данных по отказам трубопроводов тепловых сетей, на основе которой проведена эмпирическая оценка характеристик надежности теплопроводов.

5. Разработан алгоритм вероятностного прогнозирования состояния тепловых сетей на основе статистической обработки опытных данных.

6. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования и совмещающее функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости линейной части тепловых сетей.

7. Проведена оценка экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций, который составляет от 20 до 700 руб. на замену одного погонного метра в зависимости от диаметра трубопровода.

8. Эксплуатация разработанной программы в МП "Воронежтеплосеть" показала совпадение прогнозируемого состояния тепловых сетей с их фактическим состоянием в

88 % случаев.

1. Колмогоров А.H. Интерполирование и экстраполирование стационарных последовательностей. - М. : Изв. АН СССР, серия математ., т.5, 1941. - С. 3-14.

2. Wiener N. Extrapolation, interpolation and smoothing of stationary time series. New Jork, 1950.

3. Автоматизация производства и промышленная электроника. Энциклопедия современной техники. М. : Советская эниклопедия, т.З, I960. С. 62-63.

4. Яглом A.M. Введение в теорию стационарных случайных функций. М.: Изд. АН СССР, серия "Успехи математических наук", т.7, вып.5 (51), 1952. С. 3-168.

5. Зиневич A.M. Прогнозирование скорости старения покрытий подземных металлических трубопроводов. М. : ЦНТИ Мингазпрома, 1966. С. 64-72.

6. Цикерман Л.Я., Штурман Я.П. Математический метод оценки коррозионной устойчивости подземных трубопроводов.// Строительство трубопроводов. 1966. - № 9. - С. 14-19.

7. Цикерман Л.Я. и др. Инженерные расчеты опасности коррозии стальных подземных сооружений. М. : ВНИИ экономки, организации и технико-экономической информации, 1968. - 64 с.

8. Цикерман Л.Я. Долгосрочный прогноз опасности грунтовой коррозии металлов. М.: Недра, 1966. - 232 с.

9. Aziz P.M. Corrosion, 1953, v, 9, N 3, p, 85-90.

10. Champion F. Metal Industry, v. 74, N 1, 1949, p. 7-9, p. 13.

11. Metkalfe G.I. Jornal of the Institute of Metals,- 114 v. 81, pt. 6, 1953, p. 269-278.

12. Liddiard A.G., Whittaker В .A. Jornal of the Institute of Metals, 1961, v. 89, N 11, p. 423-428.

13. Martin E.B. East prov. Soc., Engr., 1962-1963, p. 42-51.

14. Drumm G.F. Corrosion Engineering, September,1964.

15. Godart H. The Canadian Journal jf Chemikal Engineering, Oktkber, 1960, p. 167-173.

16. Фархадов A.A. Коррозия металлоклнструкций в море. Баку: Азнефтеиздат, 1954. - 186 с.

17. Голубев А.И., Кадыров М.Х. Прогнозирование коррозии металлов в атмосферных условиях. М.: ГОСИНТИ, 1967.- 316 с.

18. Берукштис Г.К., Кларк Г.Б. Коррозия металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1963. 198 с.

19. Цикерман Л.Я. Научно-технические принципы диагностики коррозии подземных металлических соружений. // Сбборник докладов Всесоюзного научно-технического семинара. М. : ВДНХ СССР, 1967. С. 52-68.

20. Шрейбер Г.К., Саакиян J1.C. Методика исследования процесса коррозии нефтепромыслового оборудования. // Коррозия изащита металлов. 1971. - № 2. - С. 16-23.

21. Герцбах И.Б., Кородонский Х.Б. Модели отказов.- М.: Советское радио, 1966. 262 с.

22. Цикерман Л.Я. Диагностика коррозии трубопроводов с применением ЭВМ. М.: Недра, 1972. 240 с.

23. Цикерман Л.Я., Штурман Я.П. Прогноз опасности грунтовой коррозии для стальных сооружений.// Защита металлов. 1967. - № 2. - с, 35-40.- 115

24. Легезин Н.Е. Прогнозирование углекислотной коррозии оборудования на газовых и газоконденсатных месторождениях. // Сборник ВНИИОЭНГ, №6 "Коррозия и защита в нефтедобывающей промышленности" М. : ВНИИОЭНГ. - 1968. -С. 68-76.

25. Кошелев Г.Г., Розенфельд И. Л. Коррозионная устойчивость малоуглеродистых низколегированных сталей в морской воде. // Тр. ИФХ АН СССР, вып. VIII. М. : Изд. АН СССР . - 1960. - С. 38-46.

26. Никитенко Е.А. Зависимость коррозии стального газопровода от изменения грунтовых условий на трассе. // Защита металлов. 1965, -№1. - С. 28-35,

27. Пик М.М. Исследования изоляционных конструкций и внешней коррозии подземных теплопроводов в действующих установках. // Наладочные и экспериментальные работы ОРГРЭС, Вып. V. М.: Госэнергоиздат, 1952. - 158 с.

28. Зеликсон Н.М., Шпеер М.Г. Тепловая изоляция трубопроводов тепловых сетей. М. : Госэнергоиздат, 1962,- 128 с.

29. Громов H.К. Городские теплофикационные системы.- М.: Энергия, 1974. 288 с.

30. Стрижевский И.В., Сурис М.А. Защита подземных теплопроводов от коррозии. М.: Энергоатомиздат, 1983. -344 с.

31. Скворцов A.A. Внедрение, совершенствование и опыт эксплуатации бесканальных тепловых сетей. Обзор. -М.: Информэнерго, 1979. 48 с.

32. Балтер И.В. Анализ коррозионного состояния подземных прокладок тепловых сетей. // Теплоэнергетика. -1976. №7. - С. 56-60.- 116

33. Ярославский Н.Е. Исследование теплопроводов в битумоперлитной изоляции. // Теплоэнергетика. 1975. -№8. - С. 76-81.

34. Витальев В. П. Бесканальные прокладки тепловых сетей. М.: Энергия, 1971. - 288 с.

35. Воронкова H.A., Сафонов А.П. Опыт эксплуатации теплопроводов в канале JI.: БТИ ОРГРЭС, 1964. - 56 с.

36. Евлеева К,А. Опыт эксплуатации бесканальных прокладок теплопроводов в монолитной теплоизоляции в теплосети Ленэнерго. -Л.: БТИ ОРГРЭС, 1964. 48 с.

37. Сурис М.А., Финкельштейн Э.Б., Погосян B.C. Теоретический анализ влияния процессов переноса на скорость коррозии стали в контакте с влажной теплоизоляцией. // Научные труды АКХ ОНТИ, вып. 125. М.: АКХ ОНТИ, - 1976. - С. 3-18.

38. Сурис М.А., Витальев В.П. Вопросы повышения надежности и долговечности подземных теплопроводов. // Теплоэнергетика. 1982. - №8. - С. 34-38.

39. Сутоцкий Г.П. и др. О причинах коррозии тепловых сетей. // Промышленная энергетика'. 1995. - №3. - С. 45-49.

40. Балабан-Ирменин Ю.В. и др. К оценк влияния состава воды на локальную коррозию в теплосети. // Энергетик. 1994. - №4. - С. 34-39.

41. Глюза А.Т., Яковлев Б.В. и др. Прогнозирование повреждаемости подземных тепловых сетей.// Теплоэнергетика, 1989. № 6. - С. 18-21.

42. Меламед Б.М., Адегов A.B., Розкин М.Я. Методика прогнозирования аврийности тепловых сетей. // Промышленное строительство и инженерные сооружения, 1989, №4.- 117 1. С. 26.

43. Недосекин А.О., Смирнов A.B. Вероятностный анализ живучести системы теплоснабжения. // Энергетичесоке строительство, 1992. №11. - С. 24-28.

44. Попырин Л.С., Дильман М.Д. Исследование живучести систем теплоснабжения. // Теплоэнергетика, 1999. -№4. С. 25-28.

45. Практическая методика количественной оценки надежности тепловых сетей при проектировании и в условиях эксплуатации. // Теплоэнергетика, 1997. №5. - С. 30-35.

46. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования. М. : Статистика, 1979. 352 с.

47. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1998. - 57 6 с.

48. Кононова М.С. К вопросу диагностирования трубопроводов инженерных систем. // Материалы юбилейной международной научно-практической конференции "Строительство 99", Тезисы докладов. - Ростов - н/Д: РГСУ. - 1999. -С. 23.

49. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.

50. Тарасов Л.В. Мир, построенный на вероятности. -М.: Прсвещение, 1984. 191 с.

51. Вентцель Е.С., Овчаров Л. А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М. : Наука. 1991. - 384 с.

52. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982. - 488 с.

53. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965.- 118 - 524 с.

54. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергия, 1982. 360 с.

55. Ионин A.A. Критерии для оценки и расчета надежности тепловых сетей. // Водоснабжение и санитарная техника. 197 9. - №12. - С. 9-10.

56. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности. М.: Советское радио, 197 5. - 471 с.

57. Соломатин В.П. Статистические характеристики надежности линейной части тепловых сетей. // Телоснабже-ние и вентиляция / МИСИ им. В.В.Куйбышева. М., 1977. -№144. - С. 149-156.

58. Ионин A.A. Надежность систем тепловых сетей. -М. : Стройиздат, 1989. 268 с.

59. Сазонов Э.В., Кононова М.С. К вопросу диагностирования инженерных систем. // Изв. вузов. Строительство, 1999. №6. - С. 93-95.

60. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Оценка эффективности прогнозирования состояния инженерных систем. // Изв. вузов. Строительство, 1999. №12. - С. 64-66.

61. Кононова М.С. О возможности прогнозирования состояния тепловых сетей на основе обобщения опыта их эксплуатации. // Межвузовский сборник научно-технических трудов. Часть I. Воронеж: ВВАИИ. - 2000. - С. 183-184.

62. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Определение эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №2-3. - С. 62-64.

63. Зенкевич О., Мочан К. Конечные элементы и аппроксимация. М. : Мир, 1986. - 318 с.

64. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М.: Физматгиз, 1961. -524 с.

65. Лоран П.-Ж, Аппроксимация и оптимизация. М. : Мир, 1975. - 496 с.

66. Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1986. - 584 с.

67. Турчак Л.И. Основы численных методов. М. : Наука, 1987. - 341 с.

68. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах./ Под ред. А.В.Петрова. М.: Высш. шк., 1984. - 320 с.

69. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Сравнительный анализ эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №78.

70. Богомолов В.П., Моисеев Б.В., Чикишев В.М., Ша-повал А.Ф. Повышение надежности и эффективности системы теплоснабжения в Западной Сибири. М. : ОАО "Издательство "Недра", 1999. - 175 с.

71. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Алгоритм оценки состояния городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №9.

72. Кауфельд Д. Access 97 для Windows.: Пер. с англ. К.; М.; Спб: Диалектика, 1998. - 272 с.

73. Access 7.0 для Windows 95 К.: Торгово-издательское бюро BHV, 1996. - 296 с.

74. Вейскас Д. Эффективная работа с Microsoft Access 7.0.: Пер. с англ. Спб.: Питер, 1997. - 318 с.

75. Microsoft Visual Basic 6.0 для профессионалов. Шаг за шагом: Практ. пособие / Пер. с англ. М. : Издательство ЭКОМ, 1999. - 720 с.

76. СНиП IV-5-82. Приложение. Указание по применению единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1982. - 32 с.

77. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 24. Теплоснабжение и газопроводы наружные- 121 сети. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. - 24 с.

78. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 26. Теплоизоляционные работы. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. - 16 с.

79. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 24. Теплоснабжение и газопроводы наружные сети. / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 24 с.

80. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборник средних районных сметных цен на материалы, изделия и конструкции. Ч. III. Материалы и изделия для санитарно-технических работ. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982» - 144 с.

81. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 1. Земляные работы. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982. - 26 с.

82. Индексы цен в строительстве / Ежемесячный информационный бюллетень Центра по ценообразованию в строительстве Администрации Воронежской области. Воронеж, 2000. - 16 с.

83. СНиП 4.07-91. Сборник сметных норм дополнительных затрат при производстве строительно-монтажных работ в зимнее время (НДЗ 91) / Госстрой СССР. - М. : Стройиздат, 1991. - 56 с.

84. Иоффе Ф.Я. Некоторые вопросы экономической оценки народнохозяйственного ущерба от перерыва теплоснабжения промышленных потребителей. // Промышленная энергетика, 1990. №3. - С. 10-11.- 122