автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Расчет и оптимизация эксплуатационных режимов сложных закольцованных газотранспортных сетей с целью повышения стабильности поставок газа потребителям

ВВЕДЕНИЕ

1. Общая задача оперативного управления газоснабжением ГДР

1.1. Специфика газоснабжения в 1ДР

1.1.1. 0 системе искусственного газа ( SG)

1.1.2. 0 системе местного природного газа ( EEG ) . II

1.1.3. 0 системе импортного газа ( IEG )

1.2. Методы контроля и управления газотранспортной системой ГДР

1.3. Особенности задачи оперативного управления в условиях неполной информации

2. Дополнение исходных данных на основе прогноза газопотребления

2.1. Факторы колебания процесса газопотребления и их влияние на газоснабжение

2.2. Границы применяемой в ГДР модели прогноза газопотребления

2.3. Оперативное прогнозирование

2.3.1. Оперативное предсказание объема газопотребления

2.3.2. Оперативное определение газопотребления.,.

3. Исследование процессов транспорта газа в газовых сетях при нестационарных начальных условиях методом смены стационарных состояний

3.1. Методики расчета неустановившихся режимов на примере газоснабжения ГДР

3.1 Л. Конечно-разностная схема расчета

3.1.2. Решение линеаризованного уравнения теплопроводности

3.1.3. Расчет по методу обратного преобразования Лапласа

3.2. Метод смены стационарных состояний при неустановившихся начальных условиях

3.3. Оценка запаса газа в разных областях сети на основе экспертных оценок

3.4. Оптимальное управление газовой сетью в нестационарном режиме методом скользящего усреднения

ВЫВОДЫ

Потребление газа в ГДР на топливные нужды, а также для химической промышленности растет с каждым годом быстрыми темпами. Так, за прошедшие десять лет потребление газа увеличилось в четыре раза. В течение следующей пятилетки предусмотрено дальнейшее значительное увеличение потребления газа на коммунально-бытовые и промышленные нужды страны.С 1973 года началась поставка природного газа из Советского Союза. Так что существующие системы искусственного и низкокалорийного местного природного газов дополнились системой высококалорийного импортного природного газа. В этой пятилетке поставки возрастали в соответствии с Генеральным Соглашением о строительстве магистрального газопровода Оренбург - западная граница СССР, подписанным на Х Ш Сессии Совета Экономической Взаимопомощи.Таким образом, есть все предпосылки для решения задач дальнейшей газификации, поставленных ЦК СЕПГ перед страной, и направленных на улучшение условий труда и быта трудящихся.В связи с этим перед Газовой промышленностью ГДР ставятся новые задачи по повышению эффективности работы существумцих систем газоснабжения. Поэтому для обеспечения подачи газа потребителям необходимо всемерно развивать и улучшать сеть магистральных газопроводов.Однако, бесперебойный режим перекачки газа требует согласованной работы всех без исключения подразделений магистрального газопровода. Последнее немыслимо без создания автоматизированных систем управления.В настоящее время в ГДР диспетчерские службы газоснабжения работают на основе расчетов транспорта газа при установившемся - 5 режиме работы газопроводов. При внедрении автоматизированной системы управления, АСУ магистральных газопроводов ГДР, ввод в действие которых предусмотрен в нынешней и следующей пятилетке, возникает необходимость создания математической модели отдельных элементов и системы газоснабжения в целом.Для АСУ газопроводов это, в основном, алгоритмы идентификации параметров газопровода, оптимального управления, расчет аварийных ситуаций, распределения газа и т.д.Решение поставленных задач осложняется тем, что режим работы газотранспортных систем является неустановившимся, в основном, из-за неравномерного газопотребления большинством объектов газоснабжения ГДР. Очевидно, что разработка методик расчетов процессов транспорта газа по трубопроводам, работающих в неустановившихся режимах, является одной из важнейших задач создания АСУ газоснабжения. Учет нестационарноети в практике диспетчерского управления позволит значительно повысить надежность газоснабжения и экономичность процессов транспорта газа. Последнее утверждение вытекает из того факта, что в настоящее время большинство газопроводов в ГДР и СССР работают с наличием резервов по управлению. Это объясняется, с одной стороны, постепенным истощением действующих газовых местороадений (на севере ГДР), с другой стороны, неравномерностью поставок газа и его потребления и т.д.При создании метода оперативного анализа и синтеза режимов работы газопроводов решаются такие задачи, как, например: а) математическое описание характера газопотребления и разработка методов его прогнозирования; б) разработка математического описания нестационарных процессов в системе транспорта газа и решение проблемы стационарности начального режима; в) учет реального состояния системы газопроводов в условиях неполной информации. - 6 Кроме того, необходимо решить еще целый ряд вопросов, касающихся оптимизации режимов работы системы транспорта газа. Переменный отбор газа промышленными и коммунально-бытовыми потребителями (рис.1| является основной причиной нестационарности работы газопровода.Кроме того, влияние на не стационарность процесса оказывает целый ряд других причин, как, например, изменение режшт, вносимое обслуживающим персоналом в процессе управления системой дальнего транспорта газа.Целью диссертационной работы является разработка методов оптимизации технологических процессов транспорта и распределения газа с учетом специфики газового хозяйства ГДР. Данная работа рассматривает вопросы оптимизации технологического процесса транспорта и распределения искусственного газа в условиях неполной информации о состоянии газотранспортной системы. В диссертационной работе решаются следующие задачи.1. Прогнозирование газопотребления.2. Отыскание решений уравнений течения газа при неустановившихся начальных условиях методом смены стационарных состояний.3. Оптимизация режимов транспорта газа при нестационарном газопотреблении в сложных закольцованных сетях.На основании анализа особенностей задач оперативного управления газоснабжением ГДР в первой главе работы приводятся требования к предлагаемому методу оценки состояния сети. Вторая глава посвящена вопросам расширения набора исходных данных путем прогнозирования газопотребления для перехода из области неполной в область достаточной информации. Понятие "достаточная информация" зависит во многом от требований модели описания газотранспортного процесса. Требования предложенной в третьей главе модели на основе метода смены стационарного состояния согласованы с имеющимся набором данных. ^ =г СЗ х: со о CD Ю О О сэ о о ю рис. I отбор газа города - летом - 8

ВЫВОДЫ

1. Проведеншй анализ системы газоснабжения ГДР показал, что наиболее существенно неравномерность газопотребления: проявляется в системе искусственного газа.

2. В работе дан алгоритм оперативного прогнозирования неравномерности газопотребления, обеспечивающий необходимую для диспетчерской службы точность прогноза при учете интервала предыстории 10-12 суток.

3. В условиях: неопределенности предложена модель расчета параметров сети на основе модифицированного метода Лобачева-Кросса, позволяющая с допустимой для практики точностью контролировать технологические процессы накопления и опорожнения газа в сети.

4. Доказано, что для эффективного регулирования технологического процесса транспорта газа требуется разбивка сети на ряд участков районного типа с постоянным градиентом давления. Приведены практические примеры расчета по указанному выше разбиению.

5. Разработана методика выделения приоритетности потребителей на основе метода экспертных оценок.

6. Предложен алгоритм оптимизации газоснабжения в системе искусственного газа ГДР, базирующийся на методе скользящего усреднения газоподачи с учетом приоритетности потребителей.

7. Предложенный комплекс методов оптимизации диспетчерского контроля и управления позволил повысить эффективность системы газоснабжения искусственным газом ГДР за счет значительного снижения энергозатрат на компрессорных станциях и установках разложения газа и мазута.

1. Абдуллаев М.Н., Кривошеин Б.Л., Новаковский В.Н. Оценка влияния инерционных членов на переходные процессы в кольцевых газопроводах. Изв. ВУЗов "Нефть и газ", Баку, 1963, № 3, 83-88 с.

2. Абдуллаев М.Н., Густамов К.Э. Влияние инерционного члена при исследовании аварийных режимов магистральных газопроводов. Изв. ВУЗов "Нефть и газ", Баку, 1973, J6 9, 77-79 с.

3. Абрамов H.H. и др. Расчет водопроводных сетей. Москва, Стройиздат, 1976, 301 с.

4. Айгсон A.M., Каск Э.Г., Лейв У.Р. Учет сил сжимаемости при нестационарном течении жидкости по трубопроводам. Труды Таллинского политехнического института. Таллин, 1975, 380, 19-27 с.

5. Александров A.B., Яковлев Е.И. Проектирование и эксплуатация систем дальнего транспорта газа. Недра, Москва, 1974, 432 с.

6. Анализ основных гидродинамических уравнений. Трубопроводный транспорт нефти и газа. Труды МИНХ и ГП, вып. ИЗ, Москва, 1975, 3-II с. Гусейн-Заде М.А., Добкина М.Б., Другина Л.И., Петрова О.Н., Стаин A.M.

7. Асатурян А.Ш., Галлиулин З.Т., Черникин В.И. 0 неустановившихся движениях газа в трубопроводах. Изв. ВУЗов "Нефть и газ", Баку, 1961, В 10, 75-80 с.

8. Баясанов Д.Б., Керимов Э.А. Автоматизация газорегулятор-ных станций магистральных газопроводов. Ленинград, Недра, 1969, 240 с.

9. Безуглов В.П., Яковлев Е.И. Обратная задача для уравнений гиперболического типа. Нефть и газ. Сборник статей МИНХ и ГП, Москва, 1977, 23-24 с.

10. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы нестационарной теплопроводности. Высшая школа, Москва, 1978, 328 с.

11. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. Москва, Статистика, 1980, 263 с.

12. Бобровский С.А., Черникин В.И. Применение метода последовательной смены стационарных состояний для решения задач о переходных процессах. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ, Баку, 1963, № 2, 87-91 с.

13. Бобровский С.А., Щербаков С.Г., Гусейн-Заде М.А. Движение газа в газопроводах с путевым отбором. Наука, Москва, 1972, 193 с.

14. Галлиулин З.Т., Черникин В.И. Некоторые вопросы неустановившегося движения газа в трубопроводе. Изв. ВУЗов, "Нефть и газ", Баку, i960, Ш 12., 13-Ис.

15. Галлиулин З.Т. 0 некоторых задачах неустановившихся движений газа в магистральных газопроводах. Вопросы транспорта природного газа. Труды ВНИИГаза, вып. 29137, Недра, Москва, 1967, 10-17 с.

16. Галлиулин З.Т. и др. Нестационарное движение газа в кольцевом газопроводе высокого давления. Труды ВНИИГаза. Транспорт природного газа, вып. 29-37 е., Недра, Москва, 1967, 17-23 с.

17. Галлиулин З.Т. и др. Некоторые задачи неустановившегося газа в трубопроводах. Вопросы транспорта природного газа. Труды ВНИИГаза, вып. 38/46, Москва, 1970, 3-38 с.

18. Гинзбург М.Е. Электрическое моделирование нелинейных уравнений неустановившегося движения газа и оценка методов линеаризации. Газовая промышленность, Москва, 1962, .£ 6, 35-39 с.

19. Гинзбург И.П. Прикладная гидрогазодинамика. Изд. ЛГУ, Ленинград, 1958, 338 с.

20. Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию4 процессов теплообмена. Высшая школа, Москва, 1967, 303 с.

21. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. Недра, Москва, 1974, 542 с.

22. Ионин A.A. Газоснабжение. Стройиздат, Москва, 1961, 447 с.

23. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. Наука, Москва, 1965, 227 с.

24. Кучин Б.Л. Оперативная информация в АСУ магистральных газопроводов. Москва, Недра, 1979, 216 с.

25. Лейбензон A.C. Собрания'сочинений, т. 3, изд. АН СССР, 1965, 678 с.

26. Лобачев В.Г. Приемы расчетов водопроводных сетей. Изд. МИХ РСФСР, Москва, i960., 118с.

27. Лыков A.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1970, № 5.

28. Максимов Ю.И., Самгина И.Ф. Принципы выбора коэффициента линеаризаций при расчетах режимов дальней газопередачи. Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности. Реферативный сборник ВВИИЭГазпрома, Москва, 1974, № I, 17-20 с.

29. Максимов Ю.И., Минский Е.М. О расчете нестационарного течения газа по линейным участкам магистрального газопровода с расположенными между ними компрессорными станциями. Газовая промышленность, Москва, 1964, jfc 12. -19.-3* с.

30. Мовсесян Л.М. 0 неустановившемся движении сжимаемой жидкости в длинных трубопроводах, Инженерно-физический журнал, Минск, 1961, № I. 10--15с.

31. Мюль П. Исследование и методика анализа режимов работы магистральных и городских газопроводов ГДР. Автореферат канд. диссертации, Москва, 1975, 20 с.

32. Некоторые математические модели нестационарного течения газа в магистральных трубопроводах. Изв. АН СССР, Москва, Энергетика и транспорт, 1974, J& 6, II2-I20 е., Кривошеин Б.Л., Радчен-ко В.М., Бобровский С.А., Дубинский A.B., Сиперштейн Б.И.

33. Николов Г.К., Яковлев Е.И. Математични модели на движение то на газа за оперативно дисперского управление на газопровода СССР България. Химия и индустрия, София, 1976.

34. Петрова О.Н. Неустановившееся движение газа в сложных системах магистральных газопроводов. Автореферат канд. диссертации, Москва, 1971, II с.

35. Радченко В.П., Кривошеин Б.Л. к оценке влияния членов, характеризующих изменения скоростного напора в уравнениях нестационарного неизотермического движения газа в трубопроводах, ИФЖ, 1970, октябрь, т. XIX, J6 4, 478-758 с.

36. Рихтмайер Р.Д., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. Мир, Москва, 1972т Ч-18с.

37. Рождественский Б.Л., Яненко И.И. Системы квазилинейных уравнений и их применение в газовой динамике. Недра, Москва, 1968, 591 с.

38. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Москва, 19677 H-2Q с.

39. Сергованцев В.Т., Кучин Б.Л. и др. Централизованный контроль и оптимальное управление на магистральных газопроводах. Ленинград, Недра, 1973, 327 с.

40. Серебренников М.Г. Гармонический анализ. Москва Ленинград, Гостехтеориздат, 1948, 504 с.

41. Синельникова О.П. Изменение давления в магистральном газопроводе при неустановившемся течении газа. Газовая промышленность, Москва, 1958, J6 5.

42. Смирнов В.А., Герчиков C.B. Применение современной вычислительной техники в городском газовом хозяйстве. Изд. Литература по строительству, Москва, 1970.

43. Станкович К.П. Неустановившиеся движения сложной среды. Недра, Москва, 1971, 3^2 с.

44. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Оптимизация систем транспорта газа. Москва, Недра, 1975, 277 с.

45. Павлов С.Н. Метод расчета оптимального плана стационарных режимов при нестационарном изопотреблении. Библиогр. указатель ВИНИТИ, 1978, Ш 12, 10 с.

46. Темпель Ф.Г. Механика газовых потоков в трубах. Недра, Ленинград, 1972, 213 с.

47. Темпель Ф.Г. Моделирование процесса аккумуляции газа в магистральном газопроводе. Газовая промышленность, Москва, 1956,7Г и "19 с.

48. Темпель Ф.Г. Оптимальные параметры технологического процесса транспорта газа для эксплуатирующейся трубопроводной системы. Недра, Ленинград, 1970, 128 с.

49. Униговский Л.М. Исследование и разработка некоторых методов оперативного управления работы магистральных газопроводов при нестационарном режиме газопотребления. Автореферат канд. диссертации, Москва, 1974, 21 с.

50. Ходанович И. Автоматические основы проектирования и эксплуатации магистральных газопроводов. Гостоптехиздат, Москва, 1961, 127 с.

51. Цатурян С.И., Маркелов С.С. К задаче о нестационарных движениях газа в магистральных газопроводах. Изв. ВУЗов, Нефть и газ, Баку, 1972, Jfc 10, 77-82 с.

52. Чарный И. А. Неустановившиеся движения реальной жидкости в трубах. Гостоптехиздат, Москва, 1975, 127 с.

53. Чарный И.А. 0 времени установления стационарной кривой давления при регулировании расхода газа в газопроводе. Изд. АН СССР, ОТН, 1942, Ш 5-6.

54. Чарный И.А. и др. Об одной задаче фильтраций сжимаемой жидкости. Труды МНИЙ, Москва, Гостоптехиздат, Москва, 1947, 170 с.

55. Чарный И.А. Основы газовой динамики. Гостоптехиздат, Москва, 1961, 200 с.

56. Черникин В.И. и др. Некоторые вопросы проектирования магистральных газопроводов. В сборнике "Развитие газовой промышленности в СССР", Гостоптехиздат, Москва, i960, ы-бзс,

57. Шпаков В.Л. 0 замене нелинейных уравнений транспорта газа линейной системой с переменными коэффициентами использования газа в народном хозяйстве. Труды ГшроНИИГаза, Саратов, 1969, 293-300 с.

58. Adam J. Autorenreferat zur Dissertation, 1979» 20 Seiten

59. Begand H. Näherungsmodell zur Berechnung instationärer Strömungsvorgänge für die Steuerung des Gasverbundsystems der DDR mit Hilfe des Prozeßrechners PRS 4000, Energietechnik 26 (1976) 11, S. 502 506

60. Begand, H. Instationäre Berechnungen vermaschter Hoch-druclcnetze auf der Grundlage der Wärmeleitungsgleichung

61. BIP Bericht 175/15/75/01 1975

62. Begand H. Instationäre Berechnungen vermaschter Iioch-drucknetze auf der Grundlage der Wärmeleitungsgleichung, -Aufteilung Stadtgasnetz in Netzteile BIP Bericht 175/17/82/ 01, 1982

63. Dalkey N. The Delphi Method: an Experimental Stidy of Group Optimion, Rand Memo EM 5888 - Pr, 1969

64. Durbin J. Watson G. S. Testing for serial correlation in least squares regression I. Biometrika 37, S. 409 428, 195067« Durbin J. Watson G. S. Testing for regressing II. Biometrika 38, S. 159 178, 1951

65. Fichtenholz G. M. Differential- und Integralrechnung III, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin S. 640, 1970

66. Ilermimg P. Lungt H. Entwurf und Bau eines hydraulichen Rohrnetzmodells, Gesammelte Berichte aus Betrieb und Forschung der Ruhrgas AG, 1955

67. Horning P. Stoffströme in Rohrleitungen VDI Verlag Düsseldorf, 1957 -/93 S.

68. IfE Archiv Programmdokumentation ISOIffiT - System

69. IfE Archiv 3 A007/11.73 Dokumentation des BESM - 6 Programmkomplex Delphi73» IfE Archiv Programmbeschreibung für das BESM - 6 Programm HIHET 74

70. IfE Archiv Regieanleitung für das BESM - 6 Programm ITIBET 7475» Jakowlew E.I. Kühl P. Probleme der Analyse nicht-stationärer Prozesse in Gasleitungen für die Ziele des Dispatchers, Energietechnilc 22 ( 1972) 5 S. 211 216

71. Rödel E. Mathematisch-statistische Methoden, Akademieverlag Berlin, 1978 f79» Le Roy H.L. t Test und Vertrauensgrenzen für Pfadkoeffizienten, Metrika 9 (1965) 2 S. 103 - 104

72. Le Roy H.L. Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten der Methode der Pfadkoeffizienten, Biometri 1 (1959) 1 S. 30

73. Ralston A. Wilf M.8. Mathematical Methods for Digital Computers, John Willy and sons, London New Jork, 1962, S. 191 - 203

74. Schneedeiss H. Ökonometrie, Vandenhoeck und Ruprecht Y/lirzburg Wien, 1971 ) 208 S.

75. Schönfeld P. Methode der Ökonometrie, Bd. I Verlag Pranz Vahlen, Berlin Prankfurt a. M., 1969 t 5.

76. Smirnow W.A. Lehrgang der höheren Mathematik Teil II Deutscher Verlag der Y/issenschaften Berlin, 1963 S.

77. Y/eber E. Grundriss der biologischen Statistik VEB Gustav Fischer Verlag Jena, 1972, S. 69 70

78. Weibull V/. Eatingue Testing and Analysis of Rsults Pergarnon Press Oxford, 1960