автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка методологии оптимального использования технологических ресурсов при проведении капитального ремонта и технического обслуживания линейной части магистральных трубопроводов

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

им. И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 622.691.4.07.(252.6)

КИНДРАТ СЕРГЕЙ СТЕПАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ОПТИМАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Специальность 05.15.13 -«Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук

доцент Короленок А. М.

Москва, 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение........................................................................................................ 4

Глава 1. Состояние и задачи исследований методов использования технологических ресурсов при ремонте магистральных трубопроводов....................................................................................... 6

1.1. Обзор теоретических исследований в области механизации строительных и ремонтных работ на магистральных трубопроводах..............................................................................................................................................................6

1.2. Анализ использования технологических ресурсов и классификация задач механизации ремонтно-строительных работ на

магистральных трубопроводах........................................... 14

Глава 2. Формирование оптимальных комплектов машин для капитального ремонта магистральных трубопроводов в различных условиях эксплуатации.................................................................... 22

2.1. Комплектование в условиях полной определенности эксплуатации............................................................................. 22

2.2. Комплектование в условиях неполной определенности эксплуатации...................................................................... 28

2.3. Комплектование в условиях полной неопределенности эксплуатации..................................................................... 32

Глава 3. Определение областей оптимального использования комплектов машин ремонтного строительного потока.......................... 36

3.1. Границы эффективного использования комплектов машин.............................................................................. 36

3.2. Оптимальное насыщение фронта работ средствами механизации и обслуживания........................................................................... 45

3.3. Разработка методики оптимальной загрузки технологических ресурсов ремонтно-строительных потоков................................... 51

Глава 4. Комплектование машин для капитального ремонта магистральных трубопроводов как систем массового обслуживания..................................................................................... 63

4.1. Классификация комплектов машин как систем массового обслуживания....................................................................................... 63

4.2. Комплектование одноканальной системы обслуживания машин ........................................................................... 72

4.3. Комплектование многоканальной и многофазной системы обслуживания машин................................................... 80

Общие выводы.................................................................................................. 97

Литература......................................................................................................... 98

Приложение 1.................................................................................................. 104

Приложение 2.................................................................................................. 110

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении последних лет в капитальном ремонте магистральных трубопроводов сохраняется нестабильное положение, вызванное стагнацией в экономике страны. С 1990 г. объемы восстановительных работ на трубопроводах сопоставимы с объемами работ по строительству новых трубопроводов в начале 80-х годов. Однако, в настоящее время физические объемы ремонта снижаются и это вызывает беспокойство. Главной причиной уменьшения объемов ремонта является недофинансирование работ, поэтому снижение затрат на ремонтно-техническое обслуживание трубопроводов -задача первостепенной важности и здесь необходимо комплексное исследование ряда вопросов, одним из которых является состояние материально-технической базы предприятий, выполняющих ремонт. Техническая оснащенность предприятий во многом определяет выбор способа ремонта трубопровода, а также организацию производства работ, сроки и объемы ремонтных работ. Все это влияет на стоимость работ и поэтому необходимо знать, насколько рационально используются технологические ресурсы, а также соответствие технического оснащения и объемов выполняемых работ.

Необходимо совершенствовать систему планирования ремонтного производства и разработать оптимальные методы использования технологических ресурсов.

Изложенные обстоятельства определяют актуальность исследования данной проблемы.

Целью диссертационной работы является разработка методики оптимального использования технологических ресурсов комплексных трубопроводных ремонтно-технологических потоков (КТРСП) за счет имитационного и математического моделирования, разработки алгоритмов и программного комплекса для поиска рациональных вариантов ремонтного производства.

Диссертационная работа выполнена с использованием современных достижений математической теории надежности, теории массового обслуживания, теории случайных процессов и имитационного моделирования. Применен вероятностный подход к решению поставленных задач. Методология поиска оптимальных вариантов использования ресурсов представляет собой совокупность основных принципов формирования систем машин: принцип оптимальности, комплексности, иерархичности, декомпозиции и принцип итерационной оптимизации.

В диссертационной работе поставлены и решены следующие основные задачи:

- исследование и анализ сложившейся практики технической оснащенности ремонтно-строительных потоков;

- разработка математических моделей формирования оптимальных комплектов машин в различных условиях определенности и неопределенности;

- разработка математических моделей комплектования ремонтно-строительных потоков как систем массового обслуживания;

- определение областей оптимального использования комплектов машин при проведении ремонтно-строительных работ;

- создание методики определения оптимальной загрузки строительных машин при ремонте магистральных трубопроводов.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Обзор теоретических исследований в области механизации строительных и ремонтных работ на магистральных трубопроводах

У настоящее время в трубопроводном строительстве и ремонте функционируют несколько типов организаций, эксплуатирующих парки машин и механизмов (технологических ресурсов): лизинговые компании, тресты механизации, управления механизации в составе трестов, передвижные механизированные колонны, комплексные трубопроводные потоки, комплексные трубопроводные ремонтно-строительные потоки, другие производственные организации, имеющие средства механизации на собственном балансе. Процесс приватизации и создание наряду с государственными предприятиями частных структур привели к перераспределению прав собственности на основные средства механизации в строительстве и эксплуатации линейной части магистральных трубопроводов. По данным Госстроя России, в результате этих преобразований в государственных подрядных организациях сосредоточены от 24 до 34% общего парка машин, остальные находятся в частных и совместных организациях. Если раньше машинные парки комплектовались в условиях централизованной системы поставок новой техники и списания изношенных машин по годовым планам с учетом выполнения директивных норм выработки, то сегодня эти процессы весьма стихийны, так как этому способствовало изменение функций государственного регулирования и контроля в области осуществления единой технической политики в стране.

Необходимо отметить, что парк машин морально и физически стареет. Степень обновления парка строительных машин снизилась до 1,5-2% в год при ранее существовавшей норме 8-12%. Капитальные вложения, требуемые для поддержания и развития механизации ремонтно-строительных работ,

включают затраты не только на приобретение машин, но и на техническое перевооружение производственных эксплуатационных баз машин и механизмов, на формирование оборотных средств строительных организаций. Удельный вес затрат на ремонт и техническое обслуживание машин и механизмов достигает нередко 40% всей совокупности эксплуатационных расходов. Недостаточные темпы обновления парка машин будут приводить к дальнейшему увеличению числа машин с истекшим сроком службы, что значительно сокращает их фактическую выработку и увеличивает эксплуатационные расходы. Здесь необходимо отметить, что в работах д.т.н. Н. И. Громова представлены аналитические методы расчета коэффициента равномерной поставки и коэффициента равномерного списания машин и механизмов, использующихся при ремонте и строительстве магистральных трубопроводов [17].

Анализ показал, что капитальные вложения, требуемые для поддержания и развития механизации капитального ремонта трубопроводов, включают затраты не только на приобретение машин, но и на их техническое перевооружение, на формирование оборотных средств предприятий. Удельный вес затрат на ремонт и техническое обслуживание парка машин достигает нередко 40% всей совокупности эксплуатационных расходов.

С целью выяснения фактического состояния машинного парка, применяемого для ремонта газопроводов, проведен анализ возрастной структуры и загрузки технологических ресурсов по пяти газотранспортным предприятиям ОАО «Газпром»: Тюментрансгаз, Оренбурггазпром, Сургутгазпром, Мострансгаз и Кавказтрансгаз. Из всей номенклатуры машин были выбраны для анализа бульдозеры, экскаваторы, трубоукладчики, трейлеры и сварочная техника, так как эти ресурсы применяются при всех ремонтных работах. Проведенными исследованиями установлена тенденция морального и физического старения парка машин. Установлено, что сложились диспропорции по возрастному составу машин и по степени обновления парка машин на предприятиях [приложение 1,2].

В настоящее время вопросы оснащения отдельных строительных организаций машинами и механизмами достаточно изучены.

Первые работы по теории комплексной механизации строительства были проведены в тридцатых годах Гипрооргстроем и затем продолжены в ЦНИИОМТП Госстроя СССР, НИИСП Госстроя УССР, МИСИ им. Куйбышева, МИЭИ им. С.Орджоникидзе, а также в трудах Н.Г. Домбровского, ПА. Зимина, С.Е. Канторера и др.

Н.Г. Домбровским рассмотрены вопросы производительности машин и прогнозирования развития структуры и номенклатуры парков строительных машин [18], работы С.Е. Канторера [21, 24] посвящены улучшению использования машин и выбору оптимальных вариантов механизации.

Основные положения современной теории комплексной механизации строительства обобщены в целом ряде исследований многочисленных авторов [21,28].

Существенным недостатком всех теоретических разработок по механизации общестроительных работ вообще и магистральных трубопроводов в частности, вплоть до начала 70-х годов, можно считать то, что они не учитывали специфику и сложность сооружения строящихся объектов:

строящиеся объекты рассматривались как достаточно простые, а традиционные методы расчета были детерминированы и статичны. В этих условиях нельзя было реализовать один из основных принципов оптимизации -многовариантность решений.

Задача теории комплексной механизации производства - это вопросы формирования парков машин строительных организаций, которые исследованы в работах В.НДПафранского [61], Р.Я. Зельцера и др. [44], С Я. Луц-кого, В.А. Роганова [42], Н.С. Канюки [26], Ч.П. Мешика [45] и др.

Решение основных задач по формированию машинных парков строительных организаций связано с определением потребности в машинах. При этом устанавливается способность парка машин выполнить при его рациональном использовании заданные объемы строительно-монтажных работ, а

также определяется объем производства и поставки машин строительным организациям.

Формирование машинных парков строительных организаций состоит в определении их рациональной структуры и состава. С учетом непрерывности процесса формирования оптимальным на данном этапе научно-технического прогресса в трубопроводном строительстве является машинный парк, обеспечивающий комплексно-механизированное производство СМР в установленные сроки с минимальными затратами материальных и трудовых ресурсов.

В основу исследования может быть положен оптимизационный метод расчета [21], позволяющий целенаправленно выбирать наилучший вариант без сопоставления всего множества возможных решений. Выбор оптимального варианта заключается в нахождении экстремального значения целевой функции при заданных условиях и ограничениях: ресурсных, технических, технологических и организационных [12,19].

Оптимальный машинный парк должен обеспечивать возможность формирования из его состава рациональных комплектов машин для производства на базе передовой технологии отдельных видов работ по сооружению линейной части магистральных трубопроводов комплексно-механизированным способом. Для обеспечения этого требования парк необходимо пополнять не отдельными случайными машинами, а поставкой комплектов машин, взаимоувязанных по производительности и другим основным параметрам. Формирование состава машинного парка является непрерывным процессом, так как предполагает постоянный учет изменения величины и структуры объемов выполняемых работ, территориального размещения строящихся трубопроводов, объемов выбытия устаревшей техники, возможности модернизации применяемых машин, появления новой технологии и организации строительства.

Следует отметить, что принципы формирования рациональных параметрических рядов строительных машин и механизмов с учетом специ-

фики трубопроводного строительства исследованы в работах к.т.н. Ю. С. Ку-кина и В. И. Иванова.

Проблеме разработке методики гибкой комплексной механизации работ по строительству линейной части магистральных трубопроводов посвящены работы к.т.н. И. В. Ментюкова.

В работах A.M. Короленка разработаны методы определения рациональной зоны работы комплексных трубопроводных ремонтно-строительных потоков с учетом минимальных затрат на перебазирование технологических ресурсов в плановый период времени.

Для разработки проектов организации ремонта и производства работ Н.Х. Халлыевым предложены «Схемы комплексной механизации капитального ремонта газопроводов», которые разработаны на основе анализа применяемых технологических схем, с учетом обобщения отечественного и зарубежного опыта ремонта трубопроводов.

В настоящее время имеется ряд методов формирования парка машин для строительства магистральных трубопроводов на уровне министерства [50]. Их недостатком является то, что они основываются на сложившихся структуре и составе парка машин, не обеспечивая экономически выгодных вариантов его формирования, трудоемки, требуют от исполнителей высокой квалификации, в значительной мере базируются на интуиции и опыте специалистов, выполняющих расчеты. Не высказывая претензии к существу принципов, заложенных в перечисленных работах, можно сказать следующее: методы формирования оптимального парка специальных машин для строительства магистральных трубопроводов не могут быть получены без развития и дальнейшего совершенствования рассмотренных разработок.

Существующие методы определения потребности в машинах на уровне потоков отдельных видов работ [54] позволяют сформировать оптимальный парк машин для осуществления комплексных потоков строительства одного или нескольких магистральных трубопроводов с учетом заданного темпа. Впервые такой метод был предложен Л.Г. Телегиным [57] и в настоящее

время широко используется в практике трубопроводного строительства. Однако этот метод не может быть использован на уровне крупной строительной организации (министерства и главного управления), так как не учитывает специфических особенностей и функционирования.

Предложенный НИПИЭСУнефтегазстроем метод расчета основанный на использовании базовых нормативов потребности, хотя и позволяет определить необходимое количество машин, однако не дает возможности рассчитать структуру парка, не учитывает соотношение потребности для отдельных комплексных потоков и всего министерства в целом.

Методы расчета, предложенные в смежных отраслях [21, 42, 53] также не применимы при строительстве магистральных трубопроводов, так как не отражают специфических особенностей условии их строительства.

В основе различных методов определения потребности в машинах лежит выражение [61]:

(1.1)

ШПу

где Му - среднегодовое количество машин у-го типа, необходимое для выполнения г'-го объема работ, выраженное в шт. или в единицах измерения главного параметра (м емкости, т