автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка алгоритмического метода диагностики утечек газа в линейных частях магистральных газопроводов высокого давления

На правах рукописи

с ■

Коршунов Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ УТЕЧЕ!О^ЗА В ЛИНЕЙНЫХ ЧАСТЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.18 — «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

"8 АВГ 2013

Иркутск —2013

005531969

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Казак Александр Соломонович

Официальные оппоненты: Новицкий Николай Николаевич,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, главный научный сотрудник

Кудрявцев Илья Борисович, кандидат технических наук, Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности», заведующий отделом

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ухтинский государственный технический университет

Защита состоится «23» сентября 2013 года в 09.00 на заседании диссертационного совета Д003.017.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт систем энергетики Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН) по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130, к. 355.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЭМ СО РАН по адресу: Г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, к.407.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета; 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, к. 207 Автореферат разослан « 1 » августа 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета, /Kf

доктор технических наук ¿jj^y A.M. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Трубопроводный транспорт имеет особое значение для газовой отрасли Российской Федерации. В настоящее время протяженность магистральных газопроводов (МГ) России составляет более 160 тысяч километров и непрерывно возрастает. Рабочие давления МГ увеличиваются, газопроводы прокладываются во все более сложных климатических и инженерно-геологических условиях. На стадиях разработки и эксплуатации находятся такие крупные проекты, как «Голубой поток», «Южный поток», «Северный поток», «Бованенково - Ухта», «Сахалин -Хабаровск — Владивосток» и др. Реализация подобных проектов подразумевает как строительство новых МГ высокого давления, так и непрерывный контроль состояния уже существующих МГ.

По данным Ростехнадзора на линейных частях (ЛЧ) магистральных газопроводов ежегодно происходят десятки инцидентов и аварий. Подавляющее большинство аварий происходит вследствие утечек газа, возникающих по разным причинам. Последствия таких утечек представляют серьезную опасность для человека, оборудования и окружающей среды, а также могут повлечь значительные финансово-экономические потери в виде недопоставок газа потребителям и штрафных санкций.

Данная работа посвящена практическим вопросам моделирования и обнаружения утечек газа в ЛЧ газопроводов. Отличительной особенностью работы является разработка физико-математической модели однофазного потока газа, а также алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки газа применительно к современным МГ высокого давления (до 30 МПа).

В настоящее время на ЛЧ газопроводов активно применяются различные технические способы предотвращения утечек и диагностики состояния труб. К ним относятся гладкостные покрытия внутренней поверхности трубопроводов, закрепляемые измерительные приборы (геодезические рейки, обычные тензометры и волоконно-оптические приборы), приборы дистанционного

измерения (радиолокационные установки (РЛС), устройства для определения чувствительности на намагничивание и гидроакустические системы), дефектоскопы различного типа и т.д. Однако статистика разгерметизаций на ЛЧ МГ демонстрирует, что, несмотря на современные системы контроля состояния труб, полностью исключить возможность возникновения утечек газа не представляется возможным. Кроме того, из-за специфики российских МГ (большая протяженность и существенное количество труднодоступных участков ЛЧ, сложный рельеф трассы ЛЧ) использование технических способов обнаружения утечек в таких газопроводах часто представляется весьма затруднительным или вовсе невозможным.

Помимо технических способов поиска утечек в газопроводах, основанных на использовании специализированного оборудования, существует ряд алгоритмических методов, в основе которых лежит термодинамическая теория течения газа в трубопроводе. Эти методы позволяют рассчитывать параметры потока газа в ЛЧ МГ при возникновении утечки в реальном времени, а также определять местоположение и значение объема утечки. С точки зрения универсальности применения такие методы представляются более простыми в реализации по сравнению со многих™ техническими способами идентификации утечек в виду меньшей трудоемкости и бесконтактности. Кроме того, применение большинства технических способов обнаружения утечек газа носит периодический характер, в то время как алгоритмические методы используются в автоматизированных системах диагностики газопровода, позволяющих осуществлять непрерывный контроль его внутреннего состояния и предусматривающих реагирование на возникновение утечки в автоматическом режиме. Следует отметить, что существующие алгоритмические методы идентификации утечек также имеют ряд недостатков. Некоторые алгоритмические методы позволяют идентифицировать лишь местоположение утечки, без определения ее величины, другие алгоритмы идентификации утечек применимы лишь для стационарных режимов работы газопровода. Методы, основанные на физико-математическом моделировании потока газа в

трубопроводе с утечкой, следует признать наиболее точными и перспективными на данный момент. Однако многие из них основываются на линеаризованных (упрощенных) уравнениях движения газа в трубопроводе и не учитывают всех физических явлений, имеющих место на практике. Вследствие этого, рассматриваемые методы идентификации могут недостаточно точно определять местоположение утечки, в особенности, в морских ЛЧ МГ высокого давления при существенно нестационарных (переходных) режимах работы.

В связи с вышесказанным актуальность приобретает задача разработки алгоритмического метода определения параметров утечки в ЛЧ МГ высокого давления, а также моделирования неустановившихся неизотермических режимов течения газа по ЛЧ МГ высокого давления при возникновении утечки. Исследованию использования общих одномерных уравнений газодинамики в разработке метода идентификации утечек газа в современных ЛЧ МГ высокого давления и посвящена данная работа.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки природного газа в ЛЧ газопровода, применимого для современных МГ высокого давления (до 30 МПа) для повышения безопасности трубопроводного транспорта газа.

Основные задачи исследований. На основе анализа теории нестационарного неизотермического течения газа применительно к магистральным газопроводам высокого давления, а также существующих методов и средств обнаружения утечек из газопроводов определена область исследований и основные задачи диссертационной работы:

1. Разработка физико-математической модели однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления.

2. Разработка численного решения системы уравнений газодинамики, описывающих однофазный поток газа в трубопроводе, в случае неустановившегося неизотермического режима работы.

3. Оценка адекватности разработанной модели применительно к МГ высокого давления, в том числе, в случае неустановившихся неизотермических режимов их работы.

4. Разработка алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки газа в ЛЧ МГ высокого давления.

5. Оценка применимости разработанного метода определения местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода для МГ высокого давления, в том числе, в случае неустановившихся неизотермических режимов их работы.

6. Реализация разработанного метода определения местоположения и величины утечки в виде программного модуля для ЭВМ.

Методы решення поставленных задач. Поставленные задачи решались путем теоретических и практических исследований. При решении задач использовались методы математического моделирования, математического анализа, математической физики и численные методы.

Научная новизна.

1. Сформирована физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления, адекватность применения которой впервые была подтверждена на экспериментальных данных неустановившихся режимов работы реальных современных МГ высокого давления.

2. В работе обоснован выбор формулы для расчета коэффициента гидравлического сопротивления при моделировании однофазного потока газа в ЛЧ газопровода, применимость которого впервые была подтверждена на экспериментальных данных режимов работы реальных современных МГ высокого давления.

3. На основе экспериментальных данных режимов работы реальных современных МГ высокого давления в работе впервые обосновано использование общих одномерных уравнений газодинамики для

расчета параметров однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления в случае существенно нестационарных режимов работы.

4. На основе построенной в работе модели однофазного потока сформирован метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода, для которого дополнительно на основе теоретических исследований подтверждена его применимость для современных МГ высокого давления, в том числе, при неустановившихся неизотермических режимах работы.

5. Разработан программный модуль для ЭВМ, в котором в первые реализовал сформированный метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ высокого давления.

Практическая значимость реализации работы.

Сформированная в работе физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ газопровода была успешно использована для расчета различных режимов работы магистральных газопроводов высокого давления «Голубой поток» и «Северный поток» и показала хорошую согласованность с экспериментальными данными. Указанная выше модель позволит с повышенной точностью по сравнению с линеаризованными гидравлическими моделями рассчитывать распределения параметров потока в современных МГ высокого давления, в том числе в случае неустановившихся режимов работы, характерных для возникновения нештатных ситуаций. В настоящий момент ведутся работы по адаптации и использованию разработанного в диссертации метода идентификации утечек в разработке программного комплекса определения местоположений и объемов утечек газа в ЛЧ газопроводов газотранспортной системы Боливарианской Республики Венесуэла. Также сформированный в работе метод идентификации утечек в ЛЧ газопровода может быть адаптирован к реальным объектам (ЛЧ МГ высокого давления) и использован в существующих системах контроля утечек (СКУ) для повышения безопасности транспорта газа по МГ высокого давления.

На защиту выносятся результаты теоретических исследований, имеющих практическую и научную ценность, а именно:

1. Физико-математическая модель однофазного потока газа в JI4 газопровода применительно к МГ высокого давления.

2. Алгоритм численного решения системы уравнений газодинамики, описывающих однофазный поток газа в трубопроводе, в случае неустановившегося неизотермического режима работы, реализованный в виде программного модуля для ЭВМ.

3. Результаты исследования диапазонов применимости сформированной физико-математической модели однофазного потока газа в ЛЧ газопровода.

4. Алгоритмический метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ высокого давления, реализованный в виде программного модуля для ЭВМ.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, Февраль 2010 г.; VII научно-практическая конференция молодых специалистов и ученых «Инновации в нефтегазовой отрасли», г. Ухта, Июнь-Июль 2010 г.; IV Международная научно-техническая конференция «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», г. Москва, Октябрь 2011 г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, в том числе 5 статьях в рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, и 2 тезисах и материалах Международных и Всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, одного приложения и библиографического

списка, включающего 81 наименование. Работа изложена на 207 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 59 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, приведены положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе представлен научный обзор известных технических и алгоритмических методов обнаружения утечек в газопроводах, проанализированы их основные достоинства и недостатки. Среди технических методов диагностики внутреннего состояния трубопровода рассмотрены такие, как лазерный газоаналитический метод, метод вихревых токов, магнитные методы контроля и др. Рассмотренные в работе алгоритмические методы можно разделить на три группы:

1. Методы на основе статистического анализа динамики параметров потока газа по данным телеизмерений без моделирования самого процесса транспорта газа по JT4. Среди таких методов рассмотрены метод материального баланса, метод сравнения реального и рассчитанного локального градиента падения давления, и метод, используемый в программном комплексе ATMOS™ Pipe (компания Shell).

2. Методы на основе моделирования работы газопровода с утечкой. В ходе обзора методов данной группы в работе были рассмотрены труды О.Ф. Васильева, С.А. Сарданашвили, A.C. Казака и др.

3. Комплексные методы обнаружения утечек и идентификации их параметров. В ходе обзора методов данной группы подробно была рассмотрена интеллектуальная система обнаружения утечек и несанкционированных отборов из конденсатопроводов, разработанная А.Д. Тевяшевым и др. Указанная система объединяет в себе основные идеи методов первых двух групп.

Также в главе представлен краткий обзор научных исследований в области динамики однофазного потока газа в трубопроводе и выделены труды таких отечественных ученых, как В.В. Алешина, О.Ф. Васильева, А.Ф. Воеводина, З.Т. Галиуллина, Б.Л. Кривошеина, М.В. Лурье, С.Н. Прялова, В.П. Радченко, В.Е. Селезнева, В.А. Сулейманова, Ф.Г. Темпеля, И.Е. Ходановича, Ф.Б. Абуталиева, С.А. Бобровского, P.C. Буханцевой, М.А. Гусейнзаде, Е.С. Калашниковой, С.Г. Щербакова и др.

Также в главе кратко рассмотрены наиболее известные зарубежные программные комплексы по моделированию параметров потока в газопроводах, к которым относятся OLGA (разработчик SPT Group, Норвегия) и SIMONE (разработчик Research Group, s.r.o.). В работе анализируются некоторые особенности физико-математических моделей, используемых в указанных программных продуктах. При этом также отмечается, что существенное количество данных, положенных в их основу является коммерческой тайной.

На основе аналитического обзора статистических данных по аварийным разгерметизациям на газопроводах, анализа влияния вероятных размеров утечек на диапазон применимости алгоритмических методов для определения их параметров, а также сравнительного анализа общих и линеаризованных уравнений газовой динамики в первой главе диссертации приведено обоснование для развития алгоритмических методов обнаружения утечек газа применительно к ЛЧ МГ высокого давления. С целью оценки риска возникновения утечек и определения их характерных размеров анализируются данные по авариям как на российских, так и на европейских газопроводах. Однако в качестве основы для статистического анализа причин возникновения утечек газа на современных ЛЧ МГ высокого давления рассматривается база данных Европейской группы по данным об инцидентах на газопроводах (EGIG), что связано с тем, что аварийность российских газопроводов обусловлена, в первую очередь, старением основных фондов (главные системы газопроводов были построены в 1960-1980 гг., в настоящее время свыше 40% МГ эксплуатируются более 30 лет). Таким образом, российские статистические

данные включают в себя инциденты на весьма изношенном парке трубопроводов, и, следовательно, их использование для оценки вероятности возникновения утечек и определения их характерных размеров для современных МГ высокого давления не является корректным в полной мере.

Вторая глава диссертации посвящена разработке физико-математической модели однофазного потока газа в JT4 МГ высокого давления, в основе которой лежит система общих одномерных уравнений газовой динамики, представленная формулой 1.

{р»\+ (р"~)+ ^ + PSsin а + -Í- 1ри\и\ = О

где

Р — давление в газопроводе,

Г - температура газа,

р — плотность газа,

и — скорость потока газа,

х — текущая координата длины газопровода,

( — время,

<1 — внутренний диаметр трубы, Я — коэффициент гидравлического сопротивления, а -угол наклона газопровода к горизонту,

Н — высота от рассматриваемой точки газопровода до уровня моря, £ — удельная внутренняя энергия газа, Ь - удельная энтальпия газа, g - ускорение свободного падения, тог — температура окружающей среды,

±К(Т-Тк),

(1)

К — коэффициент общей теплопередачи от газа в окружающую среду.

Рассмотрен вопрос корректности постановки граничных условий в задаче расчета параметров однофазного потока газа в рельефном трубопроводе постоянного сечения. В частности, для корректной постановки краевой задачи для неустановившегося неизотермического режима, граничное условие по температуре на входе и на выходе ЛЧ газопровода предлагается задавать в зависимости от направления течения газа в трубе:

где

б , — граничное значение расхода в начале участка газопровода;

С^з - граничное значение расхода в конце участка газопровода;

Г , — граничное значение температуры в начале участка газопровода;

Т г — граничное значение температуры в конце участка газопровода;

7] (/ = 0,1,2,АГ-2,Л'-1,ЛГ) - узловые значения температуры в различных точках

разбиения координатной оси вдоль газопровода;

N - номер последней точки разбиения координатной оси вдоль газопровода.

Как видно из приведенной системы, если газ втекает в трубу с обоих концов газопровода (О.,, > 0,С,р1 < 0), то используются оба граничных условия по температуре Г , и Тр1. Если же газ вытекает из обоих концов газопровода (С()| < (\Ср2 > 0). то температура газа в этих точках определяется на основе линейной интерполяции значений температуры в соседних узлах, так как ее определяет температура «набегающего» потока газа. Если же газ течет по трубе

Т - Т

<=0

<0

(2)

Г

>=0

в одном направлении, то используется только одно граничное условие по температуре газа, в зависимости от знака массового расхода.

Кратко рассмотрен вопрос выбора уравнения состояния, используемого для расчета теплофизических свойств газа. Проведен сравнительный анализ уравнения Бенедикта, Вебба и Рубина с трехпараметрической корреляцией 1 Титпера, предложенного Ли и Кесслером (В\¥К.-ЫС) и уравнения состояния Американской Газовой Ассоциации (АСА 8). На основе сравнения экспериментальных и рассчитанных с использованием уравнений В\У11-ЬК и АвА 8 значений коэффициента сжимаемости реальной газовой смеси (пример расчетов представлен на рисунке 1) в работе для расчетов теплофизических свойств природного газа используется уравнение В\¥Я-ГК., в виду большей простоты реализации и скорости численного решения уравнения.

T = 305К

-BWR-LK

Экспериментальные данные 4 AGA8

Рисунок 1 - Зависимость коэффициента сжимаемости от давления при температуре 305 К

Для выбранного в работе уравнения состояния также рассматривается область применимости по давлению и температуре для оценки корректности расчета свойств газа в магистральных газопроводах при высоких давлениях.

Приведен алгоритм построения неявной по времени консервативной разностной схемы, на основе которой сформированы алгебраические уравнения, являющиеся разностными аналогами исходных уравнений в

13

частных производных, описывающих неустановившееся неизотермическое течение газа в рельефном газопроводе постоянного сечения. Узловые значения параметров потока газа вдоль трубопровода, соответствующие построенной разностной схеме, представлены ниже на рисунке 2. Разностные аналоги уравнений неразрывности, движения и теплопередачи имеют следующий вид:

(М£ - МТ Ь+- р',,^=0

{(Ро);:у - (роу^у*+((Ри-+4:1, - (ро-+^ н

+ йг8тк + —Аэтж> ДхД/ = 0

+ + ^ Ьх-\ РЕ1*'! + РёН \ Дх +

^ „Н-I I л,_[ „А

+ 1+ + Д/А + 11 А1 +

+ [ -К(Т-Т0,)\ Д/Дх = 0.

Л+х

где сеточные значения любых функций, определяются как

( 7" + 7"

2

Г г

Г /+1/2 — Г » ' -1 ^

|ш

РиО,

»

Рр С,

(3)

(4)

Рисунок 2 — Расположение узловых значений давления, расхода и температуры вдоль трубопровода

Основным результатом второй главы диссертации является разработка алгоритма решения задачи расчета параметров однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления на основе общих одномерных уравнений газовой динамики для всех типов корректной постановки граничных условий, как в стационарном, так и в нестационарном случаях. В общем случае неустановившегося неизотермического расчета параметров потока газа в ЛЧ газопровода разработанный алгоритм расчета одного временного шага кратко можно сформулировать следующим образом:

1. Построить двумерную сетку по координате и по времени для получения узловых значений давления, расхода и температуры, как показано выше;

2. Для системы общих уравнений газодинамики (1) сформировать разностные аналоги в виде алгебраических уравнений (3), (считая, что теплофизические свойства газа являются известными функциями давления и температуры, задаваемыми уравнением состояния В\У11-ЬК, а начальные распределения параметров потока известны из некоторого стационарного решения);

3. В зависимости от постановки граничных условий сформировать полную систему уравнений с использованием граничных условий по температуре типа (2);

4. Линеаризовать полученную систему уравнений (разложить в вариационный ряд до первого члена) и численно найти все необходимые частные производные (коэффициенты разложения);

5. Полученную систему линейных уравнений переписать в матричном виде и получить блочно-трехдиагональную систему уравнений;

6. Решить полученную матричную систему уравнений методом прогонки и найти векторы неизвестных параметров потока во всех точках разбиения вдоль ЛЧ газопровода на следующем временном шаге;

7. Проверить, являются ли полученные распределения расхода, давления и температуры решением исходной системы разностных уравнений (3). Если ответ положительный, то итерационный процесс следует завершить. Если

нет, то полученные распределения параметров потока газа следует считать новым начальным приближением решения исходной системы уравнений и вернуться к пункту 4 данного алгоритма.

Описанный выше итерационный процесс следует продолжать до тех пор, пока с заданной точностью не будут найдены искомые распределения параметров потока газа на следующем временном слое, или число итераций не превысит некоторое выбранное ограничение.

Третья глава диссертационной работы посвящена обоснованию корректности использования разработанной модели потока газа применительно к МГ высокого давления. Приведен сравнительный анализ различных формул для расчета коэффициента гидравлического сопротивления с точки зрения применимости к МГ высокого давления. На рисунке 3 приведен пример сравнения расчетов распределения давления по времени на выходе существующего МГ высокого давления по различным формулам гидравлического сопротивления с фактическими данными.

Рисунок 3 - Давление на выходе трубопровода по различным формулам гидравлического сопротивления

На рисунке 4 приведен пример сравнения зависимости относительной ошибки расчётов по давлению на выходе существующего МГ от числа Рейнольдса на входе газопровода для различных формул гидравлического сопротивления. На основе полученных результатов в диссертации для дальнейших расчетов коэффициента гидравлического сопротивления МГ высокого давления используется формула Альтшуля, имеющая следующий вид:

I Ие О

(5)

где Яе — число Рейнольдса, к — коэффициент эквивалентной шероховатости, О - внутренний диаметр газопровода.

5 4.5 4 3.5 3

Ь8 2.5 %

2 1.5 1

Альтшуль

о ВНИИГАЗ

> Хаалзнд

+ Кольбрук-Уайт

Рисунок 4 - Зависимость относительной ошибки по давлению от числа Рейнольдса

Рассмотрен алгоритм идентификации параметров сформированной модели потока газа с целью ее адаптации к реальным МГ высокого давления. На рисунке 5 приведен пример сравнения расчетов распределения температуры

по времени на выходе существующего МГ с использованием адаптации модели и без нее.

°с

Замеренная температура газа Моделирование с адаптацией

-- ~ Моделирование без адаптации

#1 :

С^5 в ремя

1

Рисуиок 5 — Температура газа в конце участка существующего МГ высокого давления

В главе также была рассмотрена область применимости по давлению и температуре для общих одномерных уравнений газодинамики, и сделан вывод о корректности их использования во всем диапазоне режимных параметров существующих и строящихся МГ высокого давления.

Далее с целью сокращения времени проведения численных расчетов в главе была проанализирована область применимости одномерных уравнений газодинамики по скорости изменения граничных условий для использования в модели однофазного потока газа в ЛЧ газопровода, и сделан вывод о корректности использования линеаризованных уравнений газодинамики в случае медленно меняющихся граничных значений параметров потока; в случае высоких скоростей изменения граничных условий к использованию рекомендуется система общих одномерных уравнений газодинамики. На примере существующего ЛЧ МГ высокого давления формулируется критерий

18

корректности использования системы линеаризованных (упрощенных) уравнений газовой динамики в зависимости от скорости изменения граничных условий. При этом в работе отмечено, что такой критерий должен формулироваться отдельно для каждого газопровода и не может быть общим. Пример сравнения результатов расчета параметров потока для рассмотренного МГ высокого давления с использованием общих и упрощенных газодинамических уравнений с реальными данными измерений датчиков давления и температуры, установленных на выходе линейного участка, приведен ниже на рисунке 6.

часы

показания датчиков -общие уравнения -линеаризованные уравнения

Рисунок 6 — Сравнение расчетных и реальных данных по давлению на выходе линейного участка существующего МГ высокого давления (последовательное прекращение подачи газа на два и на один час)

На основе анализа результатов расчета параметров потока газа в ЛЧ существующего МГ высокого давления, как в случае стационарных, так и нестационарных режимов его работы, проводится оценка адекватности использования разработанной модели потока газа применительно к МГ высокого давления с использованием одновыборочного статистического критерия согласия Стьюдента. На рисунке 7 приведен пример расчета давления

19

на выходе линейного участка существующего МГ высокого давления с использованием разработанной физико-математической модели.

15 14 13

9--

8--

7--

6--

5 -I-.-1-1-.-

8.9 10.9 12.9 14.9 16.9 18.9

| • факт ■ расчет]

Рисунок 7 — Давление в конце участка существующего МГ высокого давления

На основе полученных результатов в третьей главе диссертации сделан вывод об адекватности работы рассматриваемой физико-математической модели применительно к ЛЧ МГ высокого давления.

Четвертая глава диссертации посвящена вопросам моделирования и обнаружения утечек газа в ЛЧ МГ высокого давления. Разработанная во второй главе физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления обобщается для случая наличия утечки в газопроводе. Система уравнений для расчета параметров потока газа в ЛЧ газопровода с утечкой (для граничных условий давление и температура в начале, расход в конце) представлен формулой (6).

■Лри\и\ = 0

~к(тос-т)

(6)

4 (о. 0=^(0 тЛо,')=т.Р(1) С, (а /)=С,(0

где последние три уравнения описывают параметры потока газа на левой и правой границах известной утечки. Первые два из этих уравнений отображают условие непрерывности функций давления и температуры в точке возникновения утечки. Третье уравнение - уравнение баланса для массового расхода.

Далее в главе рассматриваются различные типы постановки и алгоритм решения задачи идентификации параметров утечки в ЛЧ МГ высокого давления. Отмечается, что указанная задача в общем виде является оптимизационной, во многом идентичной задаче параметрической идентификации сформированной модели потока в ЛЧ газопровода, и алгоритм ее решения основан на многократном решении прямой задачи расчета параметров потока в ЛЧ при помощи использования сформированной обобщенной модели однофазного потока в газопроводе с утечкой. При этом критерием определения параметров утечки является условие минимума для некоторых функционалов невязок, зависящих от временных рядов имеющихся (измеренных) параметров потока на концах ЛЧ, а также от самих искомых параметров утечки. С целью анализа корректности решения задачи минимизации функционалов невязок в главе рассматривается их структура в случае установившихся граничных условий, а именно, их зависимость от

массового расхода и координаты утечки. Пример такой зависимости в виде трехмерной поверхности представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Зависимость основного функционала невязки £(/, х,, /3) от значения расхода и координаты утечки

Построенные поверхности функционалов невязок показали корректность постановки и возможность решения задачи идентификации параметров утечки при помощи сформированного в работе алгоритма.

Далее в работе была проведена проверка работоспособности сформированного метода на основе экспериментальных данных с использованием реального газопровода по имитации утечек. Длина газопровода составляла 100 метров, расход газа (бутана) 1,5 м3 /мин. В середине трубопровода был установлен клапан переменного сечения, имитирующий утечку газа. Расчеты проводились для переходного (после возникновения утечки) режима работы газопровода, а также для различных значений величины утечки. В качестве исходных данных для моделирования были использованы значения давления в начале и в конце газопровода. В качестве дополнительных

данных для построения функционалов невязок были использованы значения массового расхода в начале и в конце газопровода Результаты расчетов местоположения и величины утечки представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1 - сравнение экспериментальных и расчетных данных о параметрах утечки в газопроводе

Фактическое местоположение утечки,м Расчетное местоположение утечки,м Фактическая величина утечки, кг/с Расчетная величина утечки, кг/с Время идентификации утечки,с

50 50,1012 0,0038 0,0042 590

50 50,0307 0,0155 0,0135 227

50 49,9903 0,0623 0,0632 49

50 50,0004 0,2446 0,2449 51

Полученные значения погрешностей определения местоположения и величины утечки газа не превосходят порядок аппроксимации разностной схемы, а, следовательно, результаты расчетов демонстрируют работоспособность построенного метода идентификации параметров утечки в ЛЧ газопровода.

В пятой главе приводится описание программных модулей (их назначения, возможностей и архитектуры), реализованных автором в ходе построения модели расчета параметров однофазного потока газа, а также метода идентификации параметров утечки в ЛЧ МГ.

Шестая глава посвящена анализу результатов применения построенной обобщенной модели однофазного потока газа и метода идентификации утечки для ЛЧ МГ высокого давления.

В первом разделе главы моделируется МГ высокого давления с утечкой и производится расчет параметров потока газа, как для стационарных, так и для нестационарных граничных условий. Строятся графики распределений давления, расхода и температуры газа, демонстрирующие особенности динамики параметров однофазного потока в ЛЧ МГ высокого давления в

случае возникновения утечки. Пример такого графика для массового расхода приведен ниже на рисунке 9.

203.5

—2 мин после возникновения /течки

—10 мин после возникновения утечки

—30 мин полсе возникновения утечки

—1 час после возникновения утечки

—5 часов полсе возникновения утечки

—10 часов после возникновения утечки

—20 часов после возникновения утечки

—до возникновения утечки

Рисунок 9 - Распределение массового расхода при возникновении утечки; тип стационарных граничных условий: давление в начале и в конце газопровода, температура в начале газопровода

На основании проведенных расчетов сформулирован вывод о том, что возникновение даже сравнительно небольшой утечки (1,5% от среднего массового расхода в трубе), при отсутствии контроля давления на каждом из концов линейного участка может привести к нештатной ситуации, обусловленной снижением давления на одном или двух концах линейного участка. Данный вывод подтверждает необходимость своевременного обнаружения и устранения утечки в ЛЧ МГ.

Во втором разделе шестой главы анализируются результаты применения разработанного метода идентификации параметров утечки газа в ЛЧ смоделированного МГ высокого давления на основе данных, полученных с использованием разработанной обобщенной модели однофазного потока в газопроводе с утечкой. Примеры полученных результатов представлены в таблице 2 и на рисунке 10.

Таблица 2 — результаты идентификации параметров утечки (установившиеся граничные условия; величина утечки фиксирована.

местоположение варьируется)

Местоположение утечки, м Абсолютная погрешность определения местоположения утечки, м Относительная погрешность определения местоположения утечки,% Величина утечки, кг/с Абсолютная погрешность определения величины утечки, кг/с

Расчетное Фактическое Расчетная Фактическая

50044 50000 44 0.01 10.001 10 0.001

100134 100000 134 0.03 9.993 10 0.007

149849 150000 151 0.04 10.012 10 0.012

200223 200000 223 0.06 10.029 10 0.029

250187 250000 187 0.05 9.912 10 0.088

300164 300000 164 0.04 9.907 10 0.093

350112 350000 112 0.03 10.099 10 0.099

Рисунок 10 — Зависимость погрешности определения местоположения утечки от фактического местоположения утечки

На основании проведенных расчетов сформулирован вывод о том, что наибольшие погрешности в определении местоположения утечки достигаются в середине участка газопровода, на максима-льном удалении от «замеров» (предварительно смоделированных данных) давления, расхода и температуры, а

\ч

\ \

V Ч. Ч

-

-Стационарные граничные условия

-Нестационарные граничные условия

-Полиномиальная линия тренда (Стационарные граничные условия)

Полиномиальная линия тренда (Нестационарные граничные условия)

100 200 300

Фактическое местоположение утечки, км

также о том, что точность определения местоположения утечки по трассе ЛЧ МГ увеличивается по мере увеличения размера утечки.

В третьем разделе главы с целью обоснования корректности применения сформированного метода на практике рассматривается вопрос влияния погрешностей измерений на точность решения задачи идентификации параметров утечки. Для временных рядов «измерений» (предварительно смоделированных данных на основе разработанной модели ЛЧ с утечкой) на концах ЛЧ газопровода, необходимых для решения задачи идентификации утечки с помощью сформированного метода, на основе существующих допустимых пределов ошибочных отклонений показаний расходомеров и манометров, соответствующих «СТО Газпром 5.37 - 2011», были получены аналогичные временные ряды значений, с учетом случайных (нормально распределенных) погрешностей измерения. Далее, для сформированных временных рядов измерений с учетом погрешностей, на основе метода Монте-Карло были построены распределения, получаемых из решения задачи идентификации, местоположения и расхода утечки. Полученные распределения значений параметров оказались близкими к нормальным. При этом максимальное отклонение идентифицированного местоположения утечки, обусловленное погрешностью измерений, от точного значения не превысило 300 л/ для ЛЧ газопровода длиной 400 км. Таким образом, полученные результаты продемонстрировали устойчивость сформированного метода определения параметров утечки и возможность его применения на практике.

В заключении приводятся основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Сформирована физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления, адекватность применения которой впервые была

подтверждена на экспериментальных данных неустановившихся режимов работы реальных современных МГ высокого давления, и использование которой позволяет с повышенной точностью по сравнению с линеаризованными гидравлическими моделями рассчитывать распределения параметров потока в современных МГ высокого давления.

2. Сформирован алгоритм численного решения системы общих одномерных уравнений газодинамики, позволяющий рассчитывать распределения параметров однофазного потока газа в ЛЧ газопровода в случае неустановившихся неизотермических режимов работы, в том числе при возникновении утечки и аварийном закрытии линейного участка.

3. Проведены исследования диапазонов применимости сформированной физико-математической модели однофазного потока газа в ЛЧ газопровода, демонстрирующие корректность ее использования во всем диапазоне режимных параметров существующих и строящихся современных МГ высокого давления.

4. На основе построенной в работе модели однофазного потока сформирован метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода, для которого дополнительно на основе экспериментальных данных подтверждена его работоспособность и на основе теоретических исследований обоснована его применимость для современных МГ высокого давления, в том числе, при неустановившихся неизотермических режимах работы.

5. Разработан программный модуль для ЭВМ, в котором в первые реализован сформированный метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ высокого давления.

Основные публикации по теме диссертации:

[1] Коршунов С.А. Аспекты анализа рисков крупных нефтегазовых проектов // Труды Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. - 2011. - №1. — С. 127-136.

[2] Коршунов С.А., Чионов A.M., Казак К.Л. Метод расчета неустановившихся режимов транспортировки газа по JI4MT при возникновении утечки // Газовая промышленность. — 2012. — №4. — С. 44-47.

[3] Коршунов С.А., Чионов A.M., Казак К.А., Казак A.C., Кулик B.C., Бушмелева A.B., Котенев В.М. Метод обнаружения утечки газа в линейной части газопровода // Трубопроводный транспорт: теория и практика. - 2013. — №1. - С. 14-21.

[4] Казак A.C., Стурейко И.О., Казак К.А., Чионов A.M., Коршунов С.А., Бушмелева A.B. Метод расчета неустановившихся режимов транспортировки газа по линейному участку магистрального газопровода при возникновении утечки // Тсзисы докладов IV Международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее (GTS-2011)». - М.: Газпром ВНИИГАЗ. - 2011. - С. 29.

[5] Казак К.А., Коршунов С.А., Стурейко И.О., Чионов A.M. Разработка требований для метода обнаружения утечек в магистральных газопроводах // Трубопроводный транспорт: теория и практика. — 2011. — №1. — С. 24-26.

[6] Кулик B.C., Коршунов С.А., Казак К.А., Чионов A.M., Казак A.C. Об использовании различных формул коэффициента гидравлического сопротивления для расчета параметров потока в газопроводах высокого давления // Трубопроводный транспорт [теория и практика]. — 2012. - №3. — С. 34-37.

[7] Казак К.А., Чионов A.M., Коршунов С.А., Кулик B.C., Казак A.C. Идентификация неизмеряемых параметров газопровода для моделирования параметров потока газа // Трубопроводный транспорт: теория и практика. — 2012,-№2.-С. 36-41.

Подписано в печать 24 июля 2013 года

Объем 1 уч.-изд. л. Формат 60X84/16 Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «НИИгазэкономика», Ул. Старая Басманная, д. 20, стр. 8

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИКО-СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.И. ЕВДОКИМОВА» МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи

04201361156 ГУМИНА ОЛЬГА ЛЕОНИДОВНА

УДК 616.12-009.7-005.2 КАРДИАЛГИИ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗА У ЖЕНЩИН (РЕЗУЛЬТАТЫ ДЛИТЕЛЬНОГО НАБЛЮДЕНИЯ)

14.01.05. - Кардиология ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор

Майчук Елена Юрьевна

доктор медицинских наук, профессор

Кукушкин Михаил Львович

МОСКВА-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений стр. 3

Введение стр. 4

Обзор литературы стр. 9

Боль стр. 9

Ишемическая болезнь сердца в женской популяции стр. 23

Психические расстройства в соматической практике стр. 34 Характеристики обследованных пациентов

и методы обследования стр. 45

Клинические характеристики обследованных пациентов стр. 60

Результаты анализа болевых и психологических опросников стр. 67 Характеристики пациенток, перешедших за время

наблюдения на кафедре из группы КМКД в группу ИБС стр. 108

Клинические примеры стр.115

Анализ электрической активности головного мозга

пациенток с кардиалгиями стр.128

Обсуждение результатов стр.140

Выводы стр. 153

Практические рекомендации стр.154

Список литература стр.155

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АГ - артериальная гипертензия

АСБ - атеросклеротическая бляшка

ДАД диастолическое артериальное давление

ЗГТ - заместительная гормональная терапия

ИБС - ишемическая болезнь сердца

ИМ - инфаркт миокарда

КА - коэффициент атерогенности

КИМ - комплекс интима-медиа

КМКД - климактерическая миокардиодистрофия

МАГ - магистральные артерии головы

ОБ - окружность бедер

ОТ - окружность талии

ОХС - общий холестерин

САД - систолическое артериальное давление

СД - сахарный диабет

СПВ - скорость пульсовой волны

ССЗ - сердечно-сосудистые заболевания

ТГ - триглицериды

УЗДГ - ультразвуковая допплерография

ХС-ЛПВП - холестерин липопротеинов высокой плотности

ХС-ЛПНП - холестерин липопротеинов низкой плотности

ХС-ЛПОНП - холестерин липопротеинов очень низкой плотности

ЧПМ - частота пика мощности

ЧСС - частота сердечных сокращений

ЭА - электрическая активность

ЭКГ - электрокардиография/электрокардиограмма

Эхо-КГ - эхокардиография

ЭЭГ - электроэнцефалография/электроэнцефалограмма

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Боль, несомненно, относится к наиболее частым жалобам, с которыми имеют дело врачи самых разных специальностей в своей повседневной практике. По данным ВОЗ, в развитых странах мира боль по масштабам своего распространения вполне сопоставима с пандемией [128].

Феномен боли весьма субъективен и потому плохо поддается какому-либо универсальному определению. В связи с крайне разнообразным восприятием боли в зависимости как от вызывающей ее причины, так и от индивидуальных особенностей человека, объективизация болевого синдрома также представляет трудную задачу для врача.

Болевое восприятие обусловлено целым рядом факторов, среди которых важное место отводится полу, возрасту индивидуума, его психологическим особенностям, социальному статусу [59]. Данные многочисленных исследований, посвященных изучению болевых синдромов, свидетельствуют о том, что болевое восприятие у женщин имеет ряд своих особенностей, обусловленных физиологическими и психологическими причинами [210]. По данным зарубежных исследований, в последние годы все больше возрастает интерес к вопросам особенностей течение, диагностики и лечения хронических болевых синдромов у женщин [96].

Боль в области сердца - первый по частоте и значимости субъективный симптом, заставляющий пациента обратиться к врачу, а последнего начать диагностический и терапевтический поиск [36,90]. Кардиалгии являются проявлением разнообразной гетерогенной группы состояний, включающие как функциональные изменения, так и органические поражения как сердечно-сосудистой, так и центральной и периферической нервной, репродуктивной систем (у женщин).

В последнее десятилетие вопросам тендерных различий в течение сердечно-сосудистых заболеваний уделяется особый интерес [110,148]. Тем

не менее, особенности формирования и течения сердечно-сосудистых заболеваний в женской популяции, равно как и восприятие пациентками болевого синдрома, на сегодняшний день изучены недостаточно полно. Отчасти это связано с трудностями диагностики сердечно-сосудистых заболеваний у женщин, что долгие годы не позволяло включать их в исследования, проводившиеся в рамках изучения данной проблемы. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной заболеваемости и смертности в женской популяции, составляя по различным данным от 30% до 55% всех летальных исходов [15,175]. Трудности в диагностике этих заболеваний во многом объясняются нетипичными симптомами, в большей степени присущими женщинам, нежели мужчинам [97].

Часто причиной кардиального болевого синдрома у женщин, наряду с ишемической болезнью сердца (ИБС), является климактерическая миокардиодистрофия (КМКД), развивающаяся при формировании естественной или искусственной менопаузы [14].

К настоящему времени на основании результатов инвазивных и неинвазивных методов, выявляющих степень поражения коронарных сосудов, а также электрофизиологических маркеров ишемии миокарда наиболее изучены клинические и патофизиологические аспекты коронарогенной кардиалгии (стенокардии). Вместе с тем остается открытым вопрос о причинах появлении «нетипичных» кардиалгий при наличии достоверной ЖС и болей, похожих на стенокардию, при других заболеваниях. Интерпретация так называемых органических и функциональных кардиалгий представляет ряд значительных сложностей ввиду сходной клинической картины [40]. Характеристики болевого синдрома в обоих случаях крайне разнообразны и не могут являться достаточно точным методом диагностики причины кардиалгий вне связи субъективных ощущений с «маркерами поражения миокарда», а также -

особенностями болевого восприятия и изменениями со стороны центральной нервной системы.

В доступной литературе отсутствуют данные о динамике кардиального болевого синдрома у пациенток с представленными выше заболеваниями, взаимосвязи характера кардиалгии с динамикой течения болезни.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: изучение клинических особенностей болевого синдрома, психологического статуса и электрической активности головного мозга у пациенток с длительным анамнезом кардиалгий ишемической и дисгормональной природы.

Задачи исследования

1. Определить особенности болевого восприятия и психологический статус женщин с кардиалгиями, страдающих ишемической болезнью сердца, климактерической миокардиодистрофией, и сравнить полученные данные с данными первичного обследования пациенток.

2. Установить взаимосвязь между особенностями восприятия боли и психологическим статусом пациенток, имеющих длительный анамнез кардиалгий.

3. Изучить особенности электрической активности головного мозга пациенток с длительным анамнезом кардиалгий при ишемической болезни сердца и климактерической миокардиодистрофии.

4. Сопоставить данные электроэнцефалографического исследования с показателями болевого восприятия и психологическим статусом пациенток с кардиалгиями.

Научная новизна

Впервые проведена клинико-функциональная оценка состояния женщин, длительно страдающих различными заболеваниями, проявляющимися кардиалгиями, с учетом сопоставления данных первичного и настоящего обследований, а также комплексный анализ соматического и

нейрофизиологического статуса пациенток с болями в области сердца. Установлено, что с увеличением возраста пациенток независимо от причины заболевания (ИБС, КМКД) происходит снижение интенсивности болевого синдрома и стирание различий в восприятии боли в группах. Доказано, что с течением времени снижается также выраженность психоэмоционального напряжения в обеих группах. Доказана схожесть изменений ЭЭГ у пациенток с кардиалгиями ишемической и дисгормональной природы, проявляющаяся дисфункциональными нарушениями в работе срединно-стволовых структур головного мозга. Данные изменения ЭЭГ не связаны с возрастом пациенток и обусловлены имеющимися заболеваниями.

Практическая значимость

Комплексная оценка болевого восприятия и психоэмоциональных нарушений у женщин постменопаузального возраста с кардиалгиями при ИБС и КМКД в сочетании с нейрофизиологическим исследованием и общепринятыми лабораторными и инструментальными методами обследования позволяет оценить динамику кардиалгий у пациенток с органическими и функциональными заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Выявленное в ходе исследования снижение всех компонентов болевого восприятия и психопатологических симптомов у данных пациенток может приводить к уменьшению выраженности клинических проявлений заболевания и, соответственно, меньшей приверженности пациенток к обследованию и лечению. Это обуславливает необходимость активной медицинской тактики в отношении пациенток с кардиалгиями в постменопаузальном периоде, включающей своевременное полное обследование с целью диагностики и/или комплексной профилактики коронарной болезни сердца и выбора максимально эффективного метода лечения.

Доказано, что у женщин с кардиалгиями органической и функциональной природы формируются стойкие психоэмоциональные

нарушения. Также установлено наличие стойкой взаимосвязи между компонентами болевого восприятия и имеющимися психоэмоциональными нарушениями.

Выявленная у пациенток с кардиалгиями дисфункция срединно-стволовых структур головного мозга, а также наличие стойких психопатологических изменений в структуре психологического профиля (соматизация и депрессия) обосновывают привлечение неврологов и психотерапевтов к ведению таких пациенток.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Неоднородность клинических характеристик кардиалгии у женщин не позволяет рассматривать их как самостоятельный дифференциально-диагностический критерий, отражающий причину болевого синдрома, и требует обязательного их сопоставления с данными физикального, лабораторного и инструментального обследования.

2. С течением времени динамика болевого восприятия у пациенток с кардиалгиями характеризуется стиранием различий его компонентов независимо от нозологического варианта кардиалгии.

3. С течением времени у пациенток с ишемической болезнью сердца и климактерической миокардиодистрофией уменьшается выраженность симптомов психоэмоционального напряжения по сравнению с исходными данными.

4. Существует взаимообусловленность болевого восприятия и психоэмоциональных нарушений у женщин постменопаузального возраста с кардиалгиями ишемического и дисгормонального генеза.

5. У пациенток с кардиалгиями ишемической и дисгормональной природы наблюдаются схожие изменения ЭЭГ, проявляющиеся дисфункцией в работе срединно-стволовых структур головного мозга. Данные изменения ЭЭГ не связаны с возрастом пациенток и обусловлены имеющимися заболеваниями.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. БОЛЬ

Боль является наиболее частой и сложной по субъективному восприятию жалобой пациентов. Она причиняет страдания миллионам людей во всем мире, значительно снижая качество жизни как самих пациентов, так и их ближайшего окружения [7,31]. Значительная распространенность болевых синдромов оборачивается существенными материальными, экономическими, социальными проблемами для населения по всему миру [7]. Значимость боли, ее распространенность и многообразие форм так велики, что привели к созданию специализированных противоболевых центров и клиник для лечения пациентов с острыми и хроническими болевыми синдромами [7]. По данным широкомасштабного исследования Pain in Europe, в котором участвовало 46 ООО человек из 16 стран, каждый пятый взрослый европеец страдает от хронической боли. В среднем продолжительность хронической боли составляет 7 лет. А каждый пятый больной испытывает хроническую боль в течение 20 лет и более [91]. Более чем 40% людей, страдающих хронической болью, указывают на то, что боль серьезно снижает их качество жизни [69].

В 2010 г. Международная ассоциация по изучению боли (IASP), эксперты которой рассматривают хроническую боль как самостоятельное заболевание, приняли декларацию, согласно которой право на противоболевую помощь признается одним из основополагающих прав человека. В сентябре 2011 г. Европейский Парламент принял резолюцию, согласно которой хроническая боль рассматривается в числе социально значимых проблем, требующих от государства оказания помощи данной категории пациентов [13].

1.1 Определение и значение боли

Согласно определению, предложенному группой экспертов Международной ассоциации по изучению боли (International Association for

the Study of Pain, IASP), «Боль - это неприятное ощущение или эмоциональное переживание, связанное с действительным или возможным повреждением тканей или описываемое в терминах такого повреждения» [7]. Из данного определения следует, что боль может возникать не только при непосредственном повреждении тканей или в условиях его риска, но и в отсутствии повреждения как такового. В таком случае определяющую роль в развитии боли будет играть наличие психического расстройства, которые существенно изменяет восприимчивость человека. При этом болевое ощущение и поведение, его сопровождающее, могут не соответствовать тяжести повреждения [7,31].

По своему биологическому механизму боль является сигналом опасности и неблагополучия в организме, который направлен на мобилизацию защитных процессов, восстановление поврежденной ткани и нормальной жизнедеятельности, то есть представляет собой физиологическое явление. Ощущение боли формирует целый комплекс защитных реакций, направленных на устранение повреждения [31]. Таким образом, физиологическая боль является полезной, т.к. охраняет организм от повреждения. Однако, как только сигнальная функция боли исчерпывается, она превращается в повреждающий фактор, вызывая длительное страдание. Такая боль называется патологической и представляет серьезную опасность для организма. Грань, отделяющая физиологическую боль от патологической, очень тонка и во многом условна, т.к. в значительной степени зависит от физического и психического состояния человека. Согласно данным эпидемиологических исследований, характер, длительность и интенсивность болевых ощущений во многом определяется не только характером самого повреждения, но и жизненными ситуациями, социальными и экономическими аспектами [7]. Значение боли столь велико, что в процессе эволюции видов из относительно простого чувства, возникающего в ответ на повреждение, она превратилась в сложную

многокомпонентную систему, которая включает обменные, структурные, физиологические и психологические процессы [54].

1.2 Структура боли

Формирование сложного многокомпонентного болевого ощущения, включающего как сенсорные и мотивационно-аффективные компоненты, так и вегетативные и двигательные реакции, обеспечивается ноцицептивной системой. Она состоит из чувствительных нейронов, обладающих сложной иерархической организацией и обеспечивающих восхождение, кодирование, проведение и анализ повреждающих стимулов [151]. Восприятие повреждающих раздражений осуществляется ноцицепторами (от латинского посеге - повреждать и сереге - воспринимать). Они представляют собой сенсорный нейрон с аксоном и дендритами, который активируется повреждающими стимулами. Ноцицепторы представляют собой гетерогенную группу, т.к. обладают различной чувствительностью к механическим, термическим и химическим стимулам. К их активации приводит сильный механический стимул (укол, удар), термическое раздражение, воздействие альгогенов - химических субстанций, в минимальных концентрациях способных вызывать болевое раздражение. Существуют также так называемые «молчащие» ноцицепторы, которые становятся возбудимыми только после повреждения или воспаления тканей [7]. Развитие болевой чувствительности шло по пути дифференциации периферических нервных проводников и структур ЦНС, что обуславливает сложное болевое восприятие и ответ на болевой стимул, включающий двигательные реакции, висцеральные и нейроэндокринные изменения.

Сразу после нанесения раздражения формируется так называемая эпикритическая боль. Она характеризуется точной локализацией, небольшой продолжительностью и прогрессивно возрастает по мере увеличения интенсивности раздражителя. Структурной основой эпикритической боли принято считать А-дельта волокна и