автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка концепций и комплекса технических решений по развитию газораспределительных сетей в условиях Западной Сибири

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

• с ОД

На правах рукописи " ! ' ' ! "-з УДК 622.691.4.

Г-:4 * Г? 1СГ> П . { ь - - ч

МУХАМЕТКУЛОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИЙ И КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РАЗВИТИЮ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05. ¡5.13 -" Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ "

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень- 1998

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете и ОАО."ЗапСибГазпром".

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор В.А.Иванов

Научный консультант

кандидат технических наук, академик МАИ В.Н.Никифоров

Официальные,оппоненты:

доктор технических наук, профессор Васильев Г. Г.

кандидат технических наук, доцент Земенков Ю.Д.

Ведущее предприятие; Тюменское управление магистральных

газопроводов, г.Тюмень.

Защита диссертации состоится "21" мая 1998 г. в 14-00 ч. на заседании диссертационного совета Д 064.07.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу :

г. Тюмень, 625000, ул. Володарского 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТгомГНГУ.

Автореферат разослан 1'¿01 апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор _. В.Д.Шантарин

Общая характеристика работы Актуальность работы. Устойчивое обеспечение потребностей народного хозяйства в топливе и энергии в настоящее время в решающей степени определяется дальнейшим развитием и повышением надежности функционирования газораспределительных сетей. В дальнейшем предстоит создание мощной газотранспортной системы для подачи Ямальского газа в центральные и западные районы страны, реализация крупномасштабной программы реконструкции действующих газопроводных систем, что создает значительные перспективы для повышения доли газа в энергобалансе при радикальном одновременном изменении структуры и масштабов газификации народного хозяйства. В настоящее время сложились серьезные диспропорции между мощностью магистральной и распределительной сети (соотношение между магистральными и распределительными трубопроводами 1 к 10 в мировой практике и I к 1.2 в России). Мощности газопроводов-отводов, построенных для газификации села, используются по России только на уровне 20-25%. В сложившихся условиях особую актуальность приобретают комплексные вопросы дальнейшего совершенствования технологии проектирования и строительства распределительных газопроводов на основе унификации проектных, технических и технологических решений, автоматизации и широкого внедрения прогрессивных научно-технических достижений. Традиционные методы проектирования газораспределительных сетей не позволяют решить такую задачу, так как основаны на принципах использования в качестве элементов готовых видов энергетического и технологического оборудования, а при изменении конструкции газораспределительных систем, сооружаемых из пластмассовых труб, и сжатых сроков реализации программ строительства не применимы. При этом оказывается также невозможным поиск оптимальных технических ре-

шений и оценка влияния их на системные свойства: оптимизацию структуры, надежность, материалоемкость, энергоемкость и т.п.

Проблеме повышения эффективности проектов и всего производственно-технического комплекса по созданию газотранспортных систем уделялось значительное внимание в исследованиях Березина В.Л., Грачева В.В., Бородавкина П.П., Зайцева К.И., Яковлева Е.И., Телегина Л.Г., Жученко И.А., Одишария Г.Э. и других ученых и специалистов. Однако проблема проектирования оптимальных технологических процессов для создания объектов транспорта газа в рамках газораспределительных систем с использованием пластмассовых труб остается до конца нерешенной. Учитывая значительные масштабы перспективного развития систем газификации России, особую актуальность приобретают комплексные вопросы дальнейшего совершенствования технологии проектирования, материально-технического обеспечения и строительства газораспределительных сетей на основе унификации конструктивных решений и широкого внедрения прогрессивных научно-технических достижений.

Цель исследования состоит в разработке методических основ создания новой технологии и системы проектирования объектов газораспределительных сетей, совершенствования их структуры и конструкции, поиска рациональных вариантов формирования материально-технической базы и применения прогрессивных технических решений в строительном производстве.

В диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачи:

• разработаны принципы развития и совершенствования структуры газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений, реализующих новую технологию строительства трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб;

• создана интегрированная система моделирования и оптимизации структуры газораспределительных сетей;

• разработаны принципы выделения функциональных блоков в структуре объекта и технология проектирования объектов газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений;

• разработан комплекс прогрессивных технических решений, направленных на снижение энергоемкости, повышение надежности и технико-экономической управляемости газораспределительных сетей.

Научная новизна работы.

• создана и внедрена технология и интегрирующая система проектирования объектов газоснабжения, предусматривающая комплексное применение системного и блочно-иерархического подхода к выделению в структуре технологических блоков по ее уровням и этапам жизненного цикла;

9 разработаны методические положения по математическо-экономическому моделированию процессов развития газораспределительных сетей и их производственной базы, обеспечивающие свойства системности для совмещения основных и вспомогательных функций, технологических объектов и процессов, приводящих к снижению объемов инвестиций, энергоемкости и повышению надежности;

• предложены принципы разработки унифицированных проектов газоснабжения с использованием полиэтиленовых труб, обеспечивающих надежность работы оборудования в северных условиях;

• создана методика организации структуры специализированных подразделений, ориентированных на наиболее эффективные технологии строительства трубопроводов низкого и среднего давления, и комплектующих организаций;

• разработана система подготовки критериев экономической эффективности и норм экологической документации с заменой стальных труб на полиэтиленовые для обеспечения надежности газораспределительных сетей.

Практическая ценность и реализация научных результатов. Результаты проведенных исследований нашли применение в процессе формирования производственной и строительной базы скоростного индустриального строительства газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб в ОАО "ЗапСибГазпром", включая создание завода по производству полиэтиленовых труб и комплектующих в Тюмени "СибГазаппарат". Создана структура специализированных подразделений, ориентированная на эффективные формы организации и технологии строительства трубопроводов малого диаметра и комплектующих организаций. Внедрена система индустриальной подготовки проектной документации с заменой стальных труб на полиэтиленовые с учетом критериев экономической эффективности, норм экологической безопасности и надежности газораспределительных сетей. В Западно-Сибирском регионе организовано крупномасштабное строительство газопроводов из полиэтиленовых труб. Разработка и внедрение унифицированных проектов газораспределительных сетей из индустриальных пластмассовых конструкций полной заводской готовности обеспечили сокращение продолжительности строительства в 1,5 раза, получение практической экономии финансовых, материальных средств в сумме 8,5 млн. руб. на 1 км в ценах 1995г.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались автором на Международных, Всероссийских конференциях, семинарах, научно-технических советах различного уровня, в том числе: Выставке-семинаре "Тюмень-энергоэффективный регион", г. Тюмень,1996 г.; Региональной конференции "Ресурсосберегающие технологии в области

использования природного газа", г. Тюмень,1996 г; Первом международном газовом конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего", г. Тюмень, 1996 г; Выставке - семинаре "Нефтегаз-96",г. Москва, 1996 г; заседании технического совета ОАО "Запсибгазпром", г. Тюмень, 1996 г; Всероссийской конференции "Тюменская нефть - вчера и сегодня", г. Москва, 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа составляет 120 страниц машинописного текста, в том числе 6 рисунков и 10 таблиц. Библиографический список включает 122 наименования.

Основное содержание работы. Анализ существующего процесса проектирования, опыта строительства и эксплуатации газораспределительных сетей вспомогательных объектов, представляющих сложную систему, позволил определить направления и пути совершенствования технологии проектирования и повышения технико-экономических показателей объектов транспорта газа в системе газоснабжения, включающие:

- создание методических принципов развития и совершенствования структуры газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений, реализующих новую технологию строительства трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб;

внедрение в существующую сеть магистральных газопроводов и потребителей газа интегрированной системы моделирования и оптимизации перспективной структуры газораспределительных сетей;

- создание методических основ технологии проектирования газопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб, базирующейся на сквозной унификации функциональных блоков;

- создание ресурсо- и энергосберегающих технологий, комплекса прогрессивных технических решений и новых видов технологического

оборудования, направленных на повышение эффективности трубопроводного строительства, повышение надежности и технико-экономической управляемости газораспределительных сетей.

Первая глава посвящена разработке принципов развития и совершенствования структуры газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений, реализующих новую технологию строительства трубопроводов низкого и среднего давления из полиэтиленовых труб. Повышение эффективности поставки газа потребителям требует применения наиболее экономичных и прогрессивных технологий с использованием в них достижений научно-технического прогресса.

Анализ проблем газификации районов Западной Сибири и перспектив применения технологии строительства трубопроводов низкого и среднего давления из полиэтиленовых труб показал, что в регионе основного производителя природного газа наиболее экономически эффективной является газоэлектрическая схема энергоснабжения. Соотношение доли газа и электроэнергии, учитывая перевод отопительных систем и местных электростанций на газ, составляет 90 % для сетевого газа и 10% для электроэнергии, соответственно.

Потенциал эффективности природного газа, как энергетического топлива, определяется высоким значением нетто-энергии (разностью между энергетическим потенциалом топлива и затратами на его добычу, подготовку, транспортировку, иногда хранение и использование). В то же время из-за отставания со строительством газораспределительных сетей и неготовности потребителей к приему газа в РФ не эксплуатировалось 176 отводов от магистральных газопроводов. Суммарная протяженность этих отводов составляет 2,1 тыс. км. Мощности газопроводов - отводов, построенные специально для газификации сельских районов РФ, используются в среднем на 23%, а часть из них -на 10% и менее.

Проведенный в работе системный анализ газотранспортных объектов позволил количественно оценить основные структурообразующие элементы перспективной системы газоснабжения:

• источники газа и емкость потребителей;

• технология строительства газораспределительных сетей;

• производственно-техническая и материально-техническая базы, включая источник поставки труб и конструктивных элементов;

• нормативная база, обеспечивающая разработку системы проектирования объектов газораспределительных сетей.

Анализ и обобщение действующих нормативных документов, а также отечественного и зарубежного опыта, позволил на основе блочно-иерархического подхода к выделению в структуре комплексной системы сооружения газораспределительных сетей технологических блоков по ее уровням и этапам жизненного цикла сформулировать методические основы реализации новой технологии проектирования и строительства объектов газоснабжения. Представилась возможность осуществить унификацию технических решений по блокам, формирование специализированно-комплексной базы и организацию строительства газораспределительных сетей из пластмассовых труб в условиях Западной Сибири.

Значительное число объектов моделирования, обусловленное многообразием задач, функций и уровней управления, на которых они решаются, определяет необходимость разработки соответствующего числа экономико-математических моделей, что требует единого подхода к их созданию (рис. 1.).

В процессе исследования установлено, что для выделения функциональных блоков и унификации технических решений целесообразно использовать принципы декомпозиции технологической структуры комплексной системы развития газораспределительных сетей в условиях

Технико-экономическое моделирование газораспределительных сетей

Т—

Постановка задач исследования вариантов развития —э» Формализация задач и определение очередности их решений

Множество формализованных описаний задач В'|в,* В^ ...В'п}

Множество задач В{В:, В2,... В,}

Декомпозиция задач и разработка моделей согласно построенным алгоритмам. Программная реализация моделей. «5— Выбор методов решения сформированной последовательности задач разв ития газораспредел ительн ых сетей.

Множество моделейМ {М ,,М2,1. М„} и множество унифицированных модулей / {/ ,,/ 2,Ь / „) Множество алгоритмов А{А1,АгЛ. Ап}

V " V

Создание специализированного банка моделей для экспертизы проектов Тостроепие унифицированного ком-тлекса технических решений

Банк моделей -л Типовые технологические решения

Уровень качества не отвечает требуемому

Коррекция результатов, полученных на отдельных этапах

Уровень качества соответствует выдвинутым требованиям

♦ ИП

Эксплуатация вновь созданных мощностей

Рис. 1. Блок-схема алгоритма разработки и реализации вариантов развития систем газоснабжения по строительству

Западной Сибири, а при синтезе технологии - создания конкретного объекта на базе унифицированных функциональных блоков.

Во второй главе рассмотрен синтез интегрированной системы моделирования и оптимизации структуры газораспределительных сетей. Исследования модели оптимизации структуры газораспределительных сетей при различных критериях показали, что общая модель энергосистемы может быть описана в виде системы матриц, каждый элемент которых может означать либо проектную производительность (х), либо объем потребляемого газа (у), либо затраты (3).

Принимая для этих элементов систему индексов, структуру газораспределительных сетей можно представить в виде матрицы:

1, 8 = 1, К , к; г = 1, К , 1.

Переменные матрицы (1) обозначают проектную производительность ¡-того объекта с вариацией объема потребляемого газа - ^ поставляемого в году э и используемого в 1-м году планового периода в газораспределительной сети г.

Исследования показали, что в рамках математического моделирования могут решаться основные задачи проектирования развития газораспределительных сетей:

• очередность сооружения распределительных газопроводов из возможных вариантов;

• выбор оптимальной проектной производительности распределительных газопроводов;

• выбор оптимального режима эксплуатации распределительных газопроводов в газораспределительной системе;

• обоснование основных технических параметров распределительных газопроводов;

/ = 1, К , ш; ] = 1, К., п;

(1)

• обоснование и оптимальное распределение резерва проектной производительности распределительных газопроводов.

Указанный выше комплекс задач технико-экономического проектирования очень трудно свести к одной общей математической модели, поэтому в работе рассматривается ряд подмоделей, в основу которых могут быть положены линейные и нелинейные зависимости.

В общем случае алгоритм построения структурной модели развития газораспределительных сетей заключается в следующем. Сначала задается исходный вариант системы газоснабжения, допустимый по всем ограничениям. После этого производится оптимизация параметров последовательно для каждого года горизонта планирования. Такой метод позволяет учесть динамику развития. Поскольку в процессе оптимизации могут быть значительные вариации переменных, то, используя основы градиентного метода, выбираются основные варианты, которые и включаются в перспективную систему газоснабжения. Проводя многошаговые испытания, можно установить оптимальный вариант развития системы. Таким образом, рассматриваемая модель характеризуется многоступенчатостью расчетов. Основной недостаток этой модели, заключается в том, что в ней нет обоснования сходимости метода и возможности получения целочисленного решения. Поэтому, несмотря на перспективность модели, приходится обращаться к таким моделям, для исследования которых используются известные алгоритмы математического программирования. В этой связи автор в работе остановился на линейных моделях развития газораспределительных сетей. Предложенные линейные модели на основе их анализа дают возможность выбрать не просто конкретный вариант, а оптимальную стратегию. Для перехода к принятию конкретного решения используются традиционные методы вариантного расчета.Вариантный метод в сочетании с технико-экономическим анализом на основе применения математических моде-

лей позволяет автоматически учесть нелинейность и дискретность процессов, а также вероятностные характеристики условий эксплуатации и темпы развития газораспределительных сетей.

В качестве параметров линейной модели принимается проектная производительность распределительных газопроводов. Для построения модели используются различные варианты группировки по объектам и территории эксплуатации.

Математическая формулировка линейной модели заключается в минимизации функции многих переменных на множестве линейных ограничений. В качестве основных ограничений принимаются балансы проектной производительности газопроводов и потребляемых объемов газа потребителями, а также дополнительные ограничения по расходам определенных видов ресурсов и границ изменения переменных. При составлении баланса проектной производительности газораспределительных сетей, что является наиболее сложным при составлении моделей, его условно относят к моменту суммарного максимума загрузки. Такой подход вполне допустим для микромоделей, цель которых заключается в выборе общей стратегии развития. В линейной модели невозможно считать в качестве переменных и проектную производительность газораспределительных сетей и объемы потребления газа объектами потребителями. В связи с этим предложены различные пути учета этой связи, так как при формировании математической модели системы газоснабжения очень важен способ учета динамики, то взаимосвязь между членами временного ряда в рамках горизонта планирования может быть описана двумя способами.

Первый способ заключается в том, что любой объект может развиваться непрерывно в течение заданного периода. Для моделей по выбору оптимальной стратегии такой путь вполне допустим, но при этом не учитывается изменение объекта по отдельным показателям, например,

связанным с потребителем. Для более правильного учета дискретности предлагается другой способ учета динамики. Его идея заключается в том, что рассматриваются не приросты, а полные мощности объектов. Для каждого объекта намечается план ввода, и этот объект участвует в модели с разными индексами во времени и дополнительными ограничениями по предельной проектной производительности.

Такой способ учета динамики также приводит к противоречиям, поскольку в оптимальном плане один и тот же объект может появиться в нескольких вариантах. Поэтому как первый, так и второй способ учета динамики требуют дальнейшего анализа и совершенствования.

Существующие линейные динамические модели могут рассматриваться как совокупность статических моделей, связанных во времени. Динамические свойства их можно значительно усилить, если в систему ограничений по балансу нроектной производительности ввести переходящие запасы. Для анализа темпов развития системы газоснабжения с учетом вывода из эксплуатации отдельных газопроводов следует также вводить ограничения на прирост проектной производительности газораспределительных сетей и не считать его постоянным на протяжении горизонта планирования. Для создания модели на уровне всей системы газоснабжения используется тот же принцип формирования ограничений. Модель представляет совокупность газораспределительных сетей, связанных между собой магистральными газопроводами.

Решение модели на уровне единой системы газоснабжения дает возможность получить ряд ключевых параметров, которые вводятся в модель отдельных газораспределительных сетей и там дополнительно уточняются. Задача решается последовательно до тех пор, пока не будет получено устойчивого решения.

В динамических моделях нелинейного и линейного типа важными являются выбор продолжительности горизонта планирования и разбив-

ка его на интервалы различной длительности. В основу установления этого периода должна быть положена, прежде всего, практика составления отраслевых планов. Практика показывает, что модели должны быть разработаны для периодов не менее 5 и не более 20 лет.

Для увеличения периода свыше 20 лет вряд ли есть основания, поскольку приходится решать задачу в условиях неполной информации не только в потребностях регионов, но и в технико-экономических характеристиках объектов развития системы газоснабжения.

В конкретном виде рассмотренные принципы математического моделирования процессов развития системы газоснабжения были реализованы при формирования частных моделей двух типов:

• структуры газораспределительных сетей по типам распределительных газопроводов на расчетный уровень потребления;

• структуры распределительных газопроводов в условиях развития системы газоснабжения.

Первая модель может быть получена из общей путем свертывания вариаций, переменных во времени и пространстве. Эта модель не учитывает непрерывной динамики ввода проектных мощностей и является статической. При этом следует отметить, что элементы динамики имеются и в этой модели, то есть в ней исследуется структура прироста проектных мощностей распределительных газопроводов и потребляемых объемов газа.

Математически модель первого типа может быть сформулирована следующим образом. Необходимо найти наименьшие расчетные затраты по вводимым новым объектам и существующим распределительным газопроводам, чтобы обеспечить баланс проектных мощностей распределительных газопроводов и потребляемых объемов газа. Пусть из множества (т) объектов новые составляют

т-пц.

Все распределительные газопроводы занумерованы в последовательности

i=l,..., тц mi + 1,..., m, и баланс проектной мощности N газораспределительных сетей определяется по условию

/=»», Ыт

+ I-x¿>iV. (2)

1=1 i=ltt,+ I

Аналогично записывается и баланс потребляемых объемов газа W 1=щ i=m

1л+ (3)

1=1 1 = /Л,+1

Дополнительно к ограничениям баланса проектных мощностей распределительных газопроводов и баланса потребляемых объемов газа добавляются условия

(4)

Решение системы должно приводить к минимуму расчетных затрат

¡=т 1-т

3 =!#, + *„ (5)

1=1 /=«¡,+1

Математическая модель данного типа может быть исследована методами линейного программирования, если элементы целевой функции (5) представить в виде линейной формы

3, =(аД +Ь() -ж,. (6)

Наличие зависимости (6) для каждого объекта (с учетом предварительной оценки процентов использования мощности Ь) позволяет найти оптимальный вектор проектных мощностей распределительных газопроводов

(XI, ...,х„).

Варьируя значения Ь| и повторяя решения модели в имитационном режиме, можно получить набор допустимых и оптимальных программ

развития газораспределительных сетей. Из этого набора выбирается программа с наименьшими затратами.

Для исследования структуры развития газораспределительных сетей во времени можно также использовать методы линейного программирования. Для этого необходимо в модель ввести такую систему ограничений, которая учитывала бы связи между переменными временного ряда. Весь последующий анализ проводился применительно к структурной динамической модели во времени, т. е. модели второго типа.

Динамическая модель может быть представлена в виде совокупности статических моделей, переменные которые связаны во времени условиями развития объектов газораспределительных сетей. Как и в статической модели, для каждого года горизонта планирования составляются балансы проектных мощностей распределительных газопроводов и потребляемых объемов газа. При этом если принять фиксированным значение использования проектных мощностей распределительных газопроводов Ы, эти балансы можно записать

В ограничениях (7) отражен ввод новых мощностей распределительных газопроводов не только для данного года, но и всех предшествующих лет. Для того чтобы связать переменные каждого объекта, вводятся ограничения

5¡-т

Ыт / \ ¡=т

|=И|,+1

(7)

5. \ = 1, К, к, 1 ^Ш] +1, К, т.

при 1=б для всех ¡=т]+1,..,, т.

Для нахождения оптимального вектора проектных мощностей распределительных газопроводов необходимо минимизировать линейную целевую функцию

1=к ¡=т

2>,*„-. (9)

(=11=111,+1

При решении задачи применительно к конкретным условиям Западной Сибири в качестве исходных данных учитываются уже существующие и неиспользуемые отводы от магистральных газопроводов (более 2 тыс. км). Необходимо также учитывать объемы газификации сельских районов на перспективу (доля пластмассовых труб будет составлять лишь 50%) и этапность развития производственно-технической базы строительства газораспределительных сетей.

Третья глава посвящена разработке структурной декомпозиции и выделению функциональных блоков в структуре комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб, а также созданию технологии проектирования объектов газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений.

Процесс проектирования газораспределительных сетей все более усложняется - значительно увеличивается информационная насыщенность и сложность проектных задач, появляются новые проблемы, связанные с охраной окружающей среды, экономией топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

Традиционные методы проектирования стальных газопроводов не могут в полной мере использоваться для газораспределительной системы из полиэтиленовых труб. Это объясняется большим количеством типовых элементов в виде готового оборудования, технических средств и т.п. Следовательно, для полиэтиленовых трубопроводов требуется формирование комплексной системы проектирования и сооружения

газораспределительных сетей, разработка технологии ее реализации и практический инструментарий для этого.

В качестве основного принципа при решении этой задачи предлагается использовать системный и блочно-иерархический подход с учетом специфики объектов транспорта газа в системах газораспределительных сетей как сложных технических систем.

При этом структурный синтез как часть процесса проектирования предложено организовывать также по блочно-иерархическому принципу, т.е. синтезировать на каждом уровне декомпозиции функциональные блоки и подсистемы с соответствующим уровнем детализации.

Основной предпосылкой к типизации, унификации технических решений и созданию типоразмерных рядов функциональных блоков является наличие технологических структур (блоков) с одинаковыми целями и функциями.

Главной задачей для унификации технических решений является выделение целевых функциональных блоков в структуре комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб, а при проектировании распределительных газопроводов - их компоновка, размещение и технология строительства.

При выделении блоков, подлежащих унификации, использован принцип декомпозиции структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб по целям и функциям. Сущность его состоит в возможности представления глобальной цели (поставка газа - Ц°) как системы = {//,(/?)}, т.е. множества взаимосвязанных целей, состоящих во взаимных отношениях

(Я):

зц = [ц°,ц\кцп), ц° = {ц1,ц1к цЦ ит.д.

до нижних уровней Лц|К^|, ¡ = 1,п^ = 1,т

При принятых технических решениях аналогично осуществляется декомпозиция глобальной функции (развитие газораспределительных сетей)

<è°-*Wm, 8ф = |ф°,ф1, К Ф"I

Ф" = (Ф,',ф1,К Ф',), Ф\ = ¡Ф^Ф^К Ф,2,}

Каждая цель Ц достигается при реализации определенной функции Ф, и наличии определенного технического средства Sr. Технологическая структура газораспределительных сетей Sr может быть декомпозирована Д по системе целей или функций и при этом будут выделены конкретные целевые блоки на каждом уровне иерархии с определением необходимых требований и свойств Cs:

-V^u)); S-j- = {S^S^K 4,,}

D

Ro I

c1 1

ne I

На нижнем уровне системы располагаются элементы: трубы, готовое оборудование, арматура, фитинги и т.п. На следующем уровне формируются блоки, подлежащие унификации. По мере перемещения вверх по иерархии блоки усложняются и укрупняются. Каждое заданное свойство газораспределительных сетей, как системы (производительность, стоимость строительства и эксплуатации, энергоемкость, надежность, долговечность, ремонтопригодность и др.) определяет требования к структурным блокам и элементам.

Таким образом, процесс формирования структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб разделяется на два процесса. Первый - создание типоразмерных рядов и унифицированных блоков разных уровней на основе декомпозиции структуры системы. Второй создание конкретных газопроводов на базе унифицированных блоков с решением указанных

задач: компоновки, размещения и трассировки с оценками по соответствующим критериям.

Анализ отечественных и зарубежных материалов показал, что вопросы унификации технических и технологических решений и формирования структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых груб на практике рассматривался изолированно, несмотря на существующие между ними связи.

Для полиэтиленовых газопроводов с целью дальнейшего их совершенствования была разработана интегрированная система, основа которой заключается в комплексном подходе к процессу формирования структуры оптимального варианта проектирования и сооружения газораспределительных сетей, т.е. в сочетании принципов унификации технических и технологических решений. С одной стороны, это конкретные целевые блоки на каждом иерархическом уровне с определением необходимых требований и свойств и с другой стороны, максимальное использование возможностей автоматизации отдельных процедур с помощью вычислительной и строительной техники на всех уровнях иерархии.

Структура э той системы представляется двумя подсистемами: производственно-технологической и обеспечивающей (см. рис 2.). Первая подсистема формирует задачи функционального назначения и является объектно-ориентированной, вторая - задачи ресурсного обеспечения и использует общесистемные методы и средства производственно-технологической подсистемы.

На основе обобщения отечественного и зарубежного опыта и практики трубопроводного строительства было выделено шесть иерархических уровней структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб.

УРОВНИ

1. Исследование, выбор свойств, качества строительных материалов, изделий, узлов

2. Выбор технологии: основного и вспомогательного оборудования, архитектурно-строительного решения, разработка ТУ

3. Планирование строительства производства, оценка экономической эффективности проекта, отдельных решений

4. Реализация программ: возведение объектов, монтаж спецоборудования, материально-техническое обеспечение строительства

5. Функционирование подсистемы: оперативное управление строительством, оптимизация структуры газораспределительных сетей

6. Освоение мощностей действующих и вновь возводимых объектов с учетом эксплуатационной надежности, в т.ч. катастроф, аварий и т.д.

Рис. 2.Интегрированная схема формирования структуры комплексной системы проектирования и сооружения ГРС

На первом уровне производится исследования и выбор свойств и качества строительных материалов, конструкций, изделий, узлов. На втором уровне иерархии формируются проблемно-ориентированные подсистемы - технологии, энергетической, архитектурно-строительной и технико-экономической части.

В подсистеме технологии производится выбор основного и вспомогательного инженерного и технологического оборудования, связанного с транспортом газа, проектирование, включая архитектурно-строительные, расчетно-конструкторские системы, а также проектиро-

вание на различных стадиях; нормирование; разработка нормативных документов на уровне ТУ, свода правил, методических документов.

На третьем уровне рассматриваются вопросы планирования строительного производства, методы организации и технологии строительства, управления проектом; оценка экономической эффективности инвестиционных проектов; финансирование строительного производства и материально-технической базы строительства. Формирование технико-экономических показателей происходит на основе вариантного проектирования посредством оценки, как отдельных технических решений, так и их совокупности.

На четвертом уровне иерархии происходит реализация конкретных программ управления проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб, т.е. осуществляется реализация последовательности работ, включая подготовительный период.

На пятом уровне формируются проблемно-ориентированные подсистемы, обеспечивающие функционирование интегрированной подсистемы моделирования и оптимизации структуры газораспределительных сетей.

На шестом уровне иерархии происходит освоение мощностей и вновь сооружаемых объектов газораспределительных сетей с учетом их эксплуатационной надежности, и действий в чрезвычайных ситуациях, включая промышленные аварии, экологические катастрофы, природные катаклизмы. Предложенная схема позволила упростить проблему создания интегрированной структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб. Реализация предложенной методологии обеспечило сокращение продолжительности проектирования и строительства на 20 - 40 %, экономию финансовых, материальных средств и трудовых затрат, достичь запланированных темпов газификации сельских районов Тюменской

области.В результате унификации установлена оптимальная номенклатура проектных решений для объектов одинакового функционального назначения, что является базой для компьютерного моделирования проектных задач.

Научная новизна работы но данному разделу состоит в разработке и внедрении методических основ создания интегрирующей системы для реализации новой структуры комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб. Разработан и введен в эксплуатацию производственно-технический комплекс, позволяющий реализовать новую технологию строительства трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб и технологию проектирования объектов газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений на уровне лучших зарубежных технологий.

В четвертой главе работы приводятся результаты исследований и реализации новых унифицированных высокоэффективных проектов систем газоснабжения для новой технологии строительства трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб, оценка эффективности проектных решений, а также рекомендации по дальнейшему развитию газораспределительных систем на базе унифицированных решений модульно-комплектного оборудования.

В разделе иллюстрируется эффективность разработанной новой технологии интегрированной системы проектирования, а также системного подхода к анализу свойств газораспределительных сетей, позволившей синтезировать новые, более совершенные по сравнению с традиционными, технические решения, и использовать их в реальных проектах развития газораспределительных сетей, например: создание производственной базы для строительства распределительных газотранспортных систем с целью снижения капвложений и энергоемкости; техно-

логия проектирования объектов газораспределительных сетей с целью повышения надежности работы их систем; организация и технология строительства с целью повышения экономической эффективности производственных процессов.

Основные результаты н выводы

1. На основе анализа и научного обобщения теории и практики проектирования разработаны методические основы развития и совершенствования структуры газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений, реализующих новую технологию строительства трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб.

2. Установлено, что для выделения функциональных блоков и унификации их технических решений целесообразно использовать принципы декомпозиции технологической структуры объекта на достигаемой системе целей или реализуемых функций. Разработаны принципы выделения функциональных блоков в структуре объекта и технология проектирования объектов газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений.

3. Предложены методические принципы проектирования унифицированных объектов трубопроводов низкого и среднего давления из пластмассовых труб на основе системного подхода и разработанной интегрированной системы моделирования и оптимизации структуры газораспределительных сетей, с учетом максимального совмещения, укрупнения и взаиморезервирования основных и вспомогательных технологических объектов и сооружений с целью улучшения комплекса технико-экономических показателей.

4. Обоснованы направления совершенствования комплексной системы проектирования и сооружения газораспределительных сетей из полиэтиленовых труб и вспомогательных объектов транспорта газа за счет

реализации интегрирующей системы. Разработан комплекс прогрессивных технических решений, направленных на снижение энергоемкости, повышение надежности и технико-экономической управляемости газораспределительных сетей.

5. Впервые научно обоснован и через проектные решения практически реализован в производстве комплекс актуальных задач дальнейшего развития газораспределительных систем на основе концептуальных подходов к созданию производственной и строительной базы скоростного индустриального строительства газораспределительных сетей низкого и среднего давления из полиэтиленовых труб в условиях Западной Сибири.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мухаметкулов В.А. Постановка и задачи синтеза структуры регионального газоснабжения: Науч. - техн. сборник "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование строительство, эксплуатация, ремонт". - М.: ЦОНиК ГАНГ ,1997,- №3.- с.З - 6.

2. Мухаметкулов В.А. Принципы использования математических моделей для формирования проектов по строительству газораспределительных трубопроводов: Науч. - техн. сборник "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование строительство, эксплуатация и ремонт". - М.: ЦОНиК ГАНГ , 1997,- №2,- с.59 - 64.

3. Мухаметкулов В.А., Жецкая Н.В. Сварка высокопрочных низкоуглеродистых и низколегированных сталей при проведении ремонтов оборудования и линейной части газонефтепроводов: Тез. докл. науч-но-практ. конф. "Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона". -Тюмень: РАО Газпром. 1996,- с. 12-13.

4. Мухаметкулов В.А., Иванов В.А., Новоселов В.В. Разработка методов ремонта внутренней полости трубопровода без остановки транспорта газа: Тез. докл. научно-практ. конф. "Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений ЗападноСибирского региона".- Тюмень: РАО Газпром, 1996. - с. 11-12.

5. Мухаметкулов В.А., Конев A.B., Маркова Л.М. Сопротивление магистральных газопроводов коррозионным повреждениям от блуждающих токов: Тез. докл. Научно-практ. конф. "Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона".-Тюмень: РАО Газпром,1996. - с. 14-15.

6. Мухаметкулов В.А., Кочурова В.В. Обеспечение надежности системы газоснабжения с использованием полиэтиленовых труб: Тез. докл. Всерос. научно-практ. конф. "Тюменская нефть - вчера и сегодня". Известия Вузов "Нефть и газ''. -Тюмень: ТюмГНГУ, 1997,- № 6,- с. 45.

7. Мухаметкулов В.А,, Кочурова В.В. Особенности применения пластмассовых труб: Тез. докл. научно-практ. конф. 'Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений ЗападноСибирского региона". -Тюмень: РАО Газпром,1996. - с. 9-10.

8. Мухаметкулов В.А. .Никифоров В.Н. Разработка технологии проектирования обьектов газораспределительных сетей на основе унифицированных технических решений: Науч. - техн. сборник "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование строительство, эксплуатация, ремонт". - М.: ЦОНиК ГАНГ ,1997.- №4. -с. 4- 12.

Соискатель

В.А.Мухаметкулов

Подписано п печать 14.04.98r. Заказ № 1248 Тираж 100 ->кз. Объем 1,5 п.л. Ршо OMT ОАО " Запсибгазпром "

Лицензия ЛР № 071476 от 25 июля 1997 года.