автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка организационно-технологических методов обеспечения эксплуатационной надежности линейной части газопроводов

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА им. И. Я. ГУБКИНА

г г г1 Л П

I 5 О V -1 На правах рукописи

С'\; УДК 622.691-404.697

ШИК-ЕВ АЦПРЬЯ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕКСШАЩИОННСЙ НАДЕЖНОСТИ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ГАЗОПРОВОДОВ

Специальность: 05.15.13 - "Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1954

Работа выполнена на кафедре транспорта и хранения нефти и газа Государственной Академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Грачев В.В.;

- доктор технических-наук, профессор Комягин А.Ф.;

- доктор технических наук Кученко И.А.

Ведущее предприятие: ГБ Югтрансгаз.

Защита состоится РЗ 1994 г. в час.

на заседании специализированного совета Д.053.27.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.13 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ" при Государственной Академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

Адрес: 117917, Москва, ЛСП-1, Ленинский проспект 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ ик. И. ;>'. Губкина.

Автореферат разослан " ^ __1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор Р.Г.Васильев

Актуальность проблемы. Проблема эффективности и качества /Э и К/ функционирования отраслей топливно-энергетического комплекса /Т3</ относится к числу важнейшие, от решения которых зависит устойчивое функционирование и развитие народного хозяйства страны. Кризисные явления, охватившие экономику России в последние года при переходе на рыночные метода хозяйствования и управления проыкшленностып, негативно отразились и на отраслях ТЖ. Продолжающееся на протяжении ряда лет сокращение добычи нефти в России и достигшее 377 млн т в 1993 г. при доказанных запасах на период в 20-25 лет, в значительной степени стимулирует неуклонное увеличение доли природного газа в топливно-энергетическом балансе страны, промышленные запасы которого при современном объеме потребления оцениваются на период в 70-75 лет, причем прогнозные запасы более чем вдвое превышает доказанные. Несмотря на общий спад производства в стране, в газовой промышленности удается поддерживать стабильную работу всех подотраслей. Объем перекачанного газа превысил в 1993 г. 907 млрд м3. Расширяющиеся экспортные поставки природного газа являются одним из основных источников валютных поступлений в бюджет. Изложенные обстоятельства обусловливает особую роль газовой промышленности и приоритетное значение вопросов, связанных с обеспечением Э и К ее функционирования.

3 и К функционирования объекта формируются на стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации. В условиях свертывания широкомасштабного строительства новых производственных мощностей из-за крайне ограниченных возможностей финансирования в число пер-эоочередкьк, по понятным причинам, выдвигаются вопросы максимального использования существующих резервов повьнения Э и К функционирования эксплуатируемых объектов за счет разработки и реализации комплекса организационных и технологических мероприятий, 1рэимуществекно в рамках ранее принятых"проектных резений.

Общий уровень Э и К ^ункциокировшшя Единой системы газоснабжения определяется в значительной степени 3 и К функционирования подсистемы магистрального трубопроводного транспорта газа, где сосредоточено свыше 8056 производственных фондов отрасли. Важнейшей составляющей качества, данного объекта является свойство надежности, уровень которой окончательно формируется в конкретных условиях эксплуатации. В суммарных .^эксплуатационных расходах на газопроводах от 40 до 70$ связаны непосредственно с обеспечением надежности. Вклад надечюсти основного технологического оборудования в общую надежность газопровода не равноценен. Как свидетельствует опыт эксплуатации магистральных газопроводов /МГУ, "цена" ненадежности линейной части наиболее высока и ее, за редким исключением, практически не удается компенсировать.

Сложившийся к настоящему времени уровень' эксплуатационной надежности линейной части /ЛЧ/ МГ объективно характеризуют следующие усредненные показатели. 1&к, удельная аварийность составляет О.бЗр/кЯкм-годЗпо разрывам и разрушениям и б.вЦ/К^км-год) по свищам и утечкам, средняя суммарная продолжительность ликвидации аварии оценивается в 39,8 ч при потере 2,54 млн м3 газа и" длине ремонтируемого участка, равной 54 и /по свищам и утечкам соответственно - 8,7 ч; 0,53 млн м3; 2,85 и/.

По уровню технического состояния следует отметать пониженную гидравлическую эффективность 29Я газопроводов, в том числе 14,К, имеющих значение коэффициента ниже 0,92. С пониженным давлением нагнетания работают 25,8% газопроводов /в основном газопровода с проектным давлением 5,5 МПа при разрешенном 4,6 МПа/. Около 0,453» газопроводов имеют нарушение балластировки и засыпки.

Увеличение среднего срока эксплуатации негативно влияет на надежность и техническое состояние газопроводов. Продолжительность эксплуатации, равную 20-30 лет и более, имеют 32,?56 газопро-

зодов, а 6,2/5 уяз выработали расчетной ресурс в 33 года. Объемы необходимых восстановительных работ постоянно растут и при ежегодных фактических объемах з 1-2 тыс. км, нуждаются з капитальном ремонте около 20% газопроводов, из которых 2% следует полностью заменить.

Вопросы исследования надежности систем энергетики составляют предмет изучения относительно нового, интенсивно разрабатываемого направления общей теории надежности, передовые позиции в котором занимает отечественная научная школа, возглавляемая акад. О.Н.Руденко. Обеспечение надежности трубопроводных магистралей -проблема многоплановая. Существенные результаты в решение ее отдельных аспектов внесли ведущие ученые отрасли. Во многом благодаря этому достигнут и поддерживается относительно высокий уровень надежности, Одчако целый ряд важных в практическом отношении вопросов надежности ЛЧ остается недостаточно изученным в научном плане. Это обусловлено сочетанием: технологических особенностей функционирования объекта в составе газотранспортной системы; особенностью конструктивного исполнения в виде однородного линейно протякекного сооружения*, ограниченными возможностями использования статистических методов исследования при наличии 5ольшого числа действующих неконтролируемых факторов, которые не могут быть достоверно воспроизведены в условиях специального эксперимента.

Т&ким образом, разработка методов обеспечения эксплуатационной надежности ЛЧ МГ является актуальным направлением за.*ной в научном и практическом отношениях проблема надежности системы газоснабжения, решение которой создает предпосылки для снижения зебестоимости, повышения объема и стабильности поставок газа потребителям.

Цель диссертационного исследования заключается в разработке

научных основ к инженерных методов расчета эффективности и оптимизации организационно- технологических решений по совершенствованию системы предупреждения и обнаружения предаварийных ситуаций, оперативного устранения повреждений и разрушений на ЛЧ МГ для сокращения эксплуатационных расходов и потерь газа, повышения бесперебойности поставок газа потребителям.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе сформулированы, формализованы и решены следующие основные задачи;

1. Оценка и прогнозирование динамики неравномерности распределения по длине показателей надежности ЛЧ МГ в процессе эксплуатации при изменяющемся режиме работа газопровода,

2. Расчет показателей эффективности обслуживания и ремонта, планирование работ по предупреждению аварий и аварийных ситуаций на ЛЧ МГ на основе данных систематических диагностических обследований газопровода.

3. Анализ и синтез территориальных структур рассредоточенной региональной системы специализированных подразделений по техническому обслуживании и ремонту ЛЧ МГ.

4. Разработка комплексного подхода к совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта газопроводов на основе поиска скоординированного решения отдельных задач.

Научная новизна исследования состоит в разработке концепции обеспечения эксплуатационной надежности МГ на основе комплексного подхода повышения эффективности обслуживания и ремонта, базирующегося на совокупности взаимосогласованных моделей разрушения, обслуживания и ремонта ЛЧ, рассматриваемой как линейно протяженное конструктивно однородное сооружение с распределенными параметрами, зависящими от технологического режима перекачки газа.

Научная новизна по отдельным вопросам исследования заключается в следующем:

I» На основе првдстгелзния коррозионного разрушзяия металла стенки трубы как случайного процесса получены сосгнопения для вероятности безотказной работы участка произвольней длины и удельного параметра потока отказов ЛЧ как функций координаты, наработки и режимных параметров перекачки.

2. С использованием феноменологического подхода предложена модель продольного распространения разрушения при разрыве газопровода. В рамках корреляционной теории случайных процессов получено аналитическое выражение для среднего размера разрушения. Показана возможность использования частного эрланговского распределения второго порядка для прогнозирования случайного размера разрушения при разрыве газопровода.

3. Разработаны модели стратегий контрольно-восстановительных работ на ЛЧ МГ - с периодическими проверками и непрерывным контролем герметичности газопровода - с учетом ограниченной достоверности диагностирования технического состояния и процесса развития появляющихся повреждений, приводящего к разрызу газопровода. Получены аналитические выражения, для определения частоты аварийных и предупредительных работ, потерь газа при утечках и стравливания из газопровода при проведении ремонта в зависимости от режима технического обслуживания.

4. Предложен адаптивный алгоритм планирования периодических проверок гермет;гчнссти ЛЧ при неполноте информации о динамике развития поязлящихся утечек. Разработан метод косвенной оценки длительности развития утечки по результатам эксплуатации газопровода.

5. Разработана методика определения достоверности диагностирования утечек с учетом ограниченной разрешавшей способности средств и методов их обнаружения, индивидуальных особенностей разрушения газопровода,

6. Предложена обобщенная модель территориальной структуры сис-

теми обслуживания и ремонта региональной сети разветвлешш или заголъцованных газопроводов как линейно протяженных конструктивно однородных объектов с неравномерно распределенными параметрами. Разработан алгоритм поиска оптимальной по заданному критерии структуры, характеризующейся схемой размещения пунктов производственного базирования подразделений по обслуживанию и ремонту, выделения .эксплуатационных участков и закрепления их за базами обслуживания. Разработан алгоритм координации решений задач планирования предупредительных ремонтов на основе диагностирования и выбора территориальной структуры системы обслухивания и ремонта по видам работ.

Практическая ценность исследования состоит в дальнейшей разработке теоретических основ проектирования и эксплуатации систем трубопроводного транспорта. Разработанные методики и алгоритмы 4 позволяют проводить расчеты эффективности и научно обоснованно принимать решения по планировании организационно-технологических мероприятий в системе технического обслуживания и ремонта ЛЧ по: сокращению потерь газа при утечках за счет их своевременного обнаружения; снижению частот аварий и аварийных ситуаций за счет проведения предупредительного ремонта й /или/ снижения максимального давления в газопроводе; уменьшению длительности простоя газопровода в неработоспособном состоянии за счет _выбора схеш территориального размещения ремонтных подразделений в регионе обслуживания.

Результаты исследования дают возможность не только вносить коррективы в слетавшуюся систему обслуживания и ремонта ЛЧ эксплуатируемых КГ, но и принимать соответствуйте решения для проектируемых трубопроводных магистралей. Разработанное методики и алгоритмы приняты к использованию в объединениях Азтрансгаз, Киев-трачсгаз, Лентрансгаз, Севергазпром, Киевнефтепродукт, Сургут-

трансгаз, Моетракегаз, проектным институтом БНИПН Трансгаз.

Результата исследования послужили основой 5 учебных пособий для студентов специальности 0908, аспирантов и слушателей курсов повышения квалификации специалистов нефтегазового профиля.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений", г. Учкекен, 1984 г.; Региональной научно-практической конференции "Проблемы комплексного освоения Астраханского газо-конденсатного месторождения", г. Астрахань, 1987 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научно- технического прогресса в трубопроводном транспорте газа Западно!» Сибири", г. 2Ь~ мень, 1987 г.; Всесоюзном научном семинаре по проблеме "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", п. Красный Курган, 1987 г., г. Киев, 1988 г.; УШ Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам г. Уфа, 1988 г.', Всесоюзной научно-практической конференции "Метода и средства виброакустической диагностики машин", г. Ивано-Франковск, 1968 г.; XI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири", г. Тюмень, 1988 г.; областной научно-технической конференции "Применение достижений научно-технического прогресса при обустройстве нефтяных месторождений", г, Тюмень, 1988 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и технические средства контроля герметичности технологического оборудования, магистральных трубопроводов и массовой продукции", г. Севастополь, 1989 г.; Всесоюзной конференции "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны", п. Красный

Курган, 1989 г.; XXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ЗЬтНИПИнефти, г. Бугульма, 1990 г.; ЛИ Всесоюзной школе УрО АН СССР "Расчет и управление надежностью больших механических систем", г. Кобулети, 1990 г.; Республиканской научно-технической конференции "Об основных направлениях повышения культуры производства и охраны.окружающей среды при транспортировке, хранении и отпуске нефтепродуктов", г. Киев, 1950 г.; Республиканской научно-технической конференции "Лиагностика трубопроводов", г. Кременчуг, 1991 г.; научно-технической конференции "Автоматизация управления объектами газовой промышленности", г. Калининград, 1991 г.; Всесоюзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса страны", п. Красный Курган, 1991 г.; научно-технической конференции "Проблемы добычи, транспорта и переработки нефти и газа", г, Оренбург, 1991 г.; научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития нефтегазового строительства", г. Сочи, 1992 г.; научно-технической конференции "Обеспечение экономичной и безопасной эксплуатации газотранспортной системы Украины",- г. Черкасск, 1992 г.; межкафедральном научном семинаре ГАНГ им. И.М.Губкина, г. Москва, 1993 г.

Результаты исследования по теме диссертационной работы отмечены дипломом ВСНТО за лучше разработки в области науки и техники в 1987 г. • -

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано в открытой печате 90 трудов, из них 5 монографий, 5 тематических научно-технических обзоров, 5 учебно-методических пособий для студентов ВУЗов и слушателей курсов поБннения квалификации специалистов нефтегазового профиля.

КРАТКОЕ СОЛЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность дальнейших исследований по

проблеме обеспечения надежности МГ на этапе эксплуатации, сбосно-ван выбор ЛЧ, как одной из основных технологических подсистем в качестве объекта детального изучения в рамках диссертационной работы.

В Главе I на основе обобщения и анализа опыта эксплуатации газотранспортных систем и результатов теоретических разработок при решении прикладных задач ладетности сформулирована цель и сформт-рованы основные задачи исследования.

Надежность системы газоснабжения формируется в условиях неразрывного единства процессов добычи, подготовки, транспортировки и потребления газа. Соответственно, надежность зависит от множества факторов, которые объединяются в следующие основные группы: технологическая схема и технические параметры, качество оборудования, система управления, качество технического обслуживания и ремонта /ТОР/, условия функционирования. Эффективность функционирования ЛЧ количественно оценивается пропускной способностью -количеством газа, транспортируемым в единицу времени при установленных значениях давления в начальном и конечном пунктах.

Повышение надежности МГ достигается увеличением наработки технологического оборудования мелуцг отказали, уменьшением длительности восстановления после отказов, сокращением негативных последствий при отказах оборудования.

Основным направлением' эксплуатационной деятельности по обеспечения надежности МГ являются: управление ре.иимом газопровода при изменяющихся условиях функционирования /включая ситуации с отказами оборудования/', реконструкция и модернизация технологических подсистем; восстановление ухудшающегося технического состояния оборудования. Первое направление призвано компенсировать отрицательные последствия возникновения краткосрочных обстоятельств, связанных с неравномерностью газопотреблення, необходимостью от-

ключения технологического оборудования. Второе направление - реакция на тенденции долгосрочного характера,такие, как изменение объема и структуры газопотребления, разработка и внедрение более со-вериенного оборудования и т.д. Третье направление занимает промежуточное положение во временной иерархии и сводится к комплексу мероприятий двух видов, различающихся по методам организации, управления, финансирования, подготовки и пр.: капитальный ремонт, оперативное ТОР.

Из-за значительной трудоемкости, необходимости согласования сроков и объемов проведения, а так же подготовки и концентрации ресурсов и специальной техники, капитальный ремонт ЛЧ осуществляется, как правило, с привлечением подрядных организаций отраслевого подчинения, не входящих з состав МГ. Затраты по атому виду ремонта относятся к капитальным вложениям.

ТОР заключается, в основном, в проведении диагностических обследований для оценки и прогнозирования технического состояния оборудования, осуществлении предупредительных и послеотказовых /аварийных/ ремонтных работ. Работы по ТОР выполняются штатным эксплуатационным персоналом МГ, объединенным в специализированные подразделения, соответствующим образом оснащенные и рассредоточенные в стационарных пунктах базирования на КГ. Затраты по данному виду ремонта относятся к эксплуатационным расходам. Совокупность методов и средств ТОР, инженерно-технического состава и стратегии ТОР, взаимодействующих в целях обеспечения надежности МГ, образуют систему ТОР.

Как показывает практика, в течение длительного периода определяющее влияние на эксплуатационную надежность ЛЧ оказывают управление режимом работы МГ и функционирование системы ТОР. Существенно важные результаты по проблеме надежности систем трубопроводного транспорта нефти и газа были получены ведущими учеными отрасли,

из которое необходимо отметить А.В.Александрова, Р.Н.Викчентая, С.А.Бобровского, В.^.Березина, З.Т.Галиуллина, А.И.Гарляускаср, В.В.Грачева, А.Г.Гумеровя, О.М.Иванцова, А.А.Ионина, А.Ф.Комяги-на, Б.П.Поршакова, В.В.Постникова, К.Е.Ращепкина, В.А.Смирнова, Е.Р.Ставровского, М.Г.Сухарева, С.Г.Щербакова, Е.И.Яковлева, Э.М.Ясина и др.

Исторически первыми и наиболее разработанными вопросами являются теплогидравлический расчет режимов работы газопроводов и оптимизация загрузки основного технологического оборудования компрессорных станций /КС/ по критерию минимума энергозатрат или максимума пропускной способности МГ. В принципиальном отношении данные вопросы во многом решены.

Менее разработанными являются вопросы анализа и синтеза сис-теш ТОР. Наиболее существенные результаты в данном направлении получены для системы ТОР основного технологического оборудования КС, которые базируются на классических моделях теории массового обслуживания и теории восстановления. Использование данных моделей применительно к системе ТОР ЛЧ без соответствующей модификации не всегда оправдано из-за конструктивных и технологических особенностей объекта обслуживания, к которым относятся: линейная протяженность и конструктивная однородность*, случайный характер момента возникновения, местонахождения и масштаба разрушения; множественный характер повреждения ЛЧ; влияние режима работы МГ на показатели аварийности ЛЧ; изменение показателей аварийности по длине газопровода и во времени; зависимость тяжести последствий от местоположения отказа по условиях прохождения трассы или технологической схемы МГ.

Анализ данных эксплуатации МГ позволяет сделать вывод о том, что в процессе исследования необходимо учитывать следующие особенности системы ТОР ЛЧ. Возникновение очереди в системе ТОР яв-

ляется событием маловероятным и его можно исключить из рассмотрения. Приоритетное значение имеют вопросы проведения предупредительных ремонтов на основе данных диагностирования ЛЧ, что обеспечивает сокращение объемов аварийного ремонта. В балансе затрат ре, сурсов /времени и средств/ на восстановление ЛЧ после отказа наибольший уделышйвес имеют затрата на транспортировку техники и ремонтного персонала к месту работ и собственногзатраты на выполнение ремонта, "фанспортные затраты связаны с размещением пунктов базирования подразделений ТОР, протяженностью и расположением эксплуатационных участков ЛЧ, типом транспортных средств. Затраты на выполнение работ определяются, при прочих равных условиях, технологией ремонта и протяженностью ремонтируемого участка, среднее значение которой существенно зависит от диаметра газопровода и эксплуатационного давления, а значит от режима работы МГ.

Вопросы планирования регзша. работы МГ с учетом фактора надежности ЛЧ заслуживают отдельного рассмотрения и не входят в диссертационное исследование.

Изложенные обстоятельства, послужили основой для выбора организационно-технологических мероприятий по обеспечению надежости:" изменение режима работы МГ для корректировки показателей аварийности; планирование диагностики с последующим профилактическим ремонтом для предупреждения аварий; распределение пунктов базирования подразделений ТОР, наиболее адекватно соответствующее рас- , пределению аварийности ЛЧ.

Обеспечение напевности неизбежно требует дополнительных затрат, Для оценки эффективности мероприятий по обеспечению надежности принят технико-экономический показатель в виде средних суммарных затрат в единицу времени 3£ , складывавшихся из затрат на осуществление организационно-технологических мероприятий 30 и ущерба от ненадежности Цц :

где: 3; , , ^ , - соответственно средние значения затрат, длительности, частоты и удельного ущерба, связанных с работами ТОР £ -го вида.

Таким образок, за счет реализации организационно-технологических мероприятия формируются количественные показатели единичных свойств надежности - безотказности / ^ /, ремонтопригодности

/3 , т

/ - составляющие комплексный показатель эффективности . Эффективность повышения надежности ЛЧ МГ возрастает при выработке взаимосогласованного решения по всей совокупности мероприятий. Существенная сложность расчета и анализа эффективности организационно-гехнологических мероприятий обеспечения надежности ЛЧ обусловливает использование декомпозиции и эквивалентирования, особенно в процессе комплексного исследования, которое осуществляется на основе методологии системного анализа.

Необходимость более полного учета особенностей МГ вызывает потребность дифференцировать ЛЧ на обособленные участки с существенно различающимися значениями показателей, представляющих интерес в задачах ТОР, что обостряет проблему исходной информации, получение которой осуществляется преимущественно статистическими методами по ретроспективным данным об авариях и разрушениях. Это обусловливает необходимость разработки дополнительных ыетодоз получения требуемой информации и методов принятия реяекий при неполноте информации.

Изложенные обстоятельства послужили основой для формулирования цели и формирования основных задач диссертационной работы, логическое построение которой замечается в разработке методоз: оценки и прогнозирования показателей конструктивной надежности элементов ЛЧ; использования диагностической информации при пла-

нировании предупредительных ремонтов для формирования показателей функциональной надежности ЛЧ; формирования показателей ремонтопригодности за счет организации территориальной сети ремонтных баз; комплексного совершенствования систеш ТОР для обеспечения эффективности эксплуатации ЛЧ МГ.

Основными направлениями сложившейся систеш диагностирования ЛЧ МГ при эксплуатации являются: определение состояния внутренней полости газопровода, оценка коррозионной обстановки и сплошности изоляциошого покрытия, определение состояния металла стенки трубы, обнаружение и поиск утечек, контроль качества сварных швов и изоляции при ремонтнр-восстановительных работах.- Главное звено систеш диагностирования - обнаружение дефектов. Причем, . при оперативном обслуживании наибольшее значение по причинам технического, экономического к организационного характера имеет обнаружение и поиск утечек, являющихся признаком предоткаэового состояния /аварийной ситуации/ в плане функциональной надежности.

Основным способом выявления свищей и утечек на ЛЧ МГ остается систематическое патрулирование трассы с использованием различных транспортных средств и диагностической аппаратуры, обла- . дающей различными технико-экономическими показателями.

Эффективность диагностирования зависит от возможности получения достоверной и своевременной информации. .Обнаружение утечек в том виде, в каком оно осуществляется на практике, является по сути проверкой или контролем технического состояния. Повышение эффективности проверок достигается применением методов и технических средств диагностирования высокой разрешающей способности и составлением оптимального графика проверок в соответствия с выбранными критериями. График проверок представляет собой последовательность возрастающих неотрицательных чисел , именное смысл календарных моментов времени.

Глава 2 содержит результаты исследования эффективности календарного планирования ТОР газопроводов при периодическом контроле за состоянием.

Наиболее существенные результаты з теории обслуживания сложных технических систем получены Е.Ю.Барзиловичем, В.А.Каштановым и др. Однако использованные модели имеют достаточно общий характер, что вызывает необходимость их адаптации к особенностям JI4 МГ.

При моделировании ТОР газопровода предполагается, что момент появления повреждения /утечки/ самостоятельно не обнаруживается. Повреждение обладает способностью развиваться, скачкообразно перерастая в отказ /аварию/, что мгновенно обнаруживается и трактуется как самостоятельная индикация повреждения. Разрушение газопровода рассматривается как случайный процесс появления и развития во времени статистически однородных повреждения. Длительность существования /развития/ повреждения с момента появления до самостоятельной индикации считается независимой стационарной случайной величиной с функцией распределения ФИ). Процесс появления повреждений характеризуется параметром потока случайных событий являющимся произвольной функцией наработки t

Расчетная схема /стратегия/ ТОР выделенного участка ЛЧ предусматривает проведение плановых проверок с незамедлительным устранением всех обнаруженных повреждений и внеплановых аварийных ре. монтов при самостоятельной индикации повреждений. Достоверность диагностирования задается вероятностью обнаружения повреждения

Р , значение которой одинаково для любого повреждения и не зависит от предыстории процесса ТОР.

Вводятся показатели ремонтопригодности в виде не изменяющихся в процессе ТОР средних значений стоимости проверки, затрат на устранение повреждения Зл и ликвидацию аварии 3ag . Для оценки ущерба вводится средний ущерб С от стравливания газа

в Атмосферу перед началом огнешх работ на газопроводе, средний ущерб от потерь газа через повреждение ^("Ы , которь^й является неубывающей функцией длительности существования утечки 1 .

В качестве частного показателя эффективности принимаются средние в единицу времени суммарные затраты на ТОР с учетом ущерба от потерь газа на интервале планирования проверок длительностью Т . -

В рамках разработанной модели получено аналитическое выражение для целевой функции З^Л^^^р) и формирующих ее характеристик - частоты аварий и аварийных ситуаций |ас , удельного числа устраняемых повреждений ^ , удельного ущерба от потерь газа УШ, . Поиск графика проверок, минимизирующего целевую функцию, в общем случае является нетривиальной задачей многомерной оптимизации с ограничениями и в работе детально не исследуется. Установлено качественное влияние функции Д {1) на формирование оптимального графика: возрастание или убывание Я) вызывает соответственно увеличение или уменьшение интервала между очередными проверками; при постоянстве

график проверок вырождается в строго периодический /1к= /, Для частного случая полной достоверности контроля /Р = I/ получено рекуррентное соотношение для определения интервалов между очередными проверками и разработан итерационный алгоритм расчета оптимального графика.

Для практического использования представляют интерес случаи менее общего характера, обусловленные ограниченными возможностями оценки параметров и функций модели, услоьиями эксплуатации: линейная аппроксимация функции ущерба )-(£.• 1 /; постоянство параметра потока повреждений / Ж'ЬН Л /', длительный период планирования / Т-^®0 /.В этой ситуации задача оптимизации графика сводится к задаче одномерной оптимизации периояич-

ности проверок, решаемой стандартными методами.

Наибольшие затруднения возникают при оценке функции ,

так как момента появления повреждений не фиксируются. Оптимизация периодичности проверок при отсутствии информации о функции распределения проводится с использованием минимаксного принципа, а соответствии с которым оптимальным периодом считается значение

6~ <5^ , обеспечивающее минимум предполагаемого максимума целевой функции. При условии полной достоверности контроля получено аналитическое выражение приближенного решения, при ограниченной достоверности / Р i / - разработан алгоритм поиска точного решения.

На основе анализа специфики самостоятельной индикации утечки и данных эксплуатации газопроводов обоснована возможность использования для функции распределения ^Pii) экспоненциальной зависимости ÇttJ^ 1 ~ 6Xp("e( t). Выполненные исследования позволили получить универсальные зависимости относительных частот аварий /Я , аварийных ситуаций '|а£= Я и удельного числа устраняемых повреждений ^ / Я от безразмерных комплексов и вероятности обнаружения повреждений Р . Установлено, что с ростом периодичности проверок монотонно увеличивается частота аварий и уменьшается частота аварийных ситуаций. Изменение суммарной частоты остановок газопровода и ущерба от потерь газа Uu^ от периодичности проверок носит экстремальный характер, имея единственный минимум, координаты которого /соответственно и / совпадают только при условии С^МС = 1 -, при ^UC < 1 -> <5^*> <5^* , при £^./о(С> 1 *Целевая функция всегда имеет единственный минимум, ре-ализукхцийся при О < и < оо .

По результатам,исследования предложена адаптивная процедура планирования' периодичности проверок. На начальном этапе эксплу-

атации, характеризующимся отсутствием информации о динамике развития повреждений, периодичность проверок назначается на основе минимаксного принципа оптимизации. Накапливающаяся в процессе эксплуатации информация используется для оценки параметра экспоненциальной функции распределения длительности существования повреждения . При получении достоверной оценки следует внести коррективы з периодичность проверок, исходя из условия т'ш 32(б") . Учитывая то обстоятельство, что принятие экспоненциального вида функции является допущением, необходимо систематически уточнять значение параметра сС и корректировать периодичность проверок в соответствии с интенсивность» накопления информации. Вопросы, связанные с оценкой параметров диагностических моделей, учетом неравномерности распределения их значений по длине газопровода и выделением участка обслуживания,рассматриваются далее.

Современные тенденции развития средств и методов диагностирования магистральных газонефтепроводов свидетельствует о перспективах применения систем непрерывного контроля за герметичностью ЛЧ, способных обнаруживать возникновение утечки, оценивать ее величину и местоположение на трассе. Подобные опытно-промышленные образцы существуют в настоящее время и представляют собой систему

датчиков, равномерно рассредоточенных по трубопроводу, линий передачи сигнала, блоков сбора и обработки информации. Наибольшее распространение получили системы, основанные на контроле режимных параметров перекачки - температур», давления и расхода. Системы непрерывного контроля находят преимущественное применение на трубопроводах, транспортирующих несжимаемые или малостимаемые жидкости - нефть, нефтепродукты, конденсат и др. В трубопроводном транспорте газа их применение остается весьма ограниченным по ряду известных причин технического и технологического ха-

рактера.

Теоретические аспекты обнаружения и идентификации утечек по ре, жимным параметрам перекачки разработаны достаточно глубоко и подробно. Существенные результаты в этом направлении применительно " к- газопроводам получены С.А.Абдуллаевым, Д.А.Иониным, А.С.Казаком, Е.И.Яковлевым и др. Обнаружение и идентификация утечек осуществляется на основе известной гидродинамической модели неустановившегося течения в газопроводе с усреднением коэффициентов скорости звука и сжимаемости газа. Для поиска решения используется хорошо себя зарекомендовавший метод сеток с применением неявных схем.

Системы непрерывного контроля являются более дорогостоящими, поэтому их разработку и внедрение следует осуществлять параллельно с расчетом и анализом эффективности по сравнении с традиционным способом обнаружения утечек. Принципиально иные возможности непрерывного контроля обуславливают целесообразность разработки альтернативных стратегий планирования предупредительных ремонтов.

Глава Э посвящена исследованию эффективности планирования ТОР при непрерывном контроле за состоянием.

В зависимости от выбора признака аварийной ситуации формируются альтернативные стратегии предупредительного ремонта газопровода. Признак аварийкой ситуации может основываться не только на факте обнаружения повреждения, но и учитывать дополнительные факторы, разграничиваемые на внутренние и внешние. К внутренним относятся факторы, характеризующие состояние ДЧ в момент принятия решения /тесло утечек на выделенном участке газопровода, величина максимальной утечки, суммарный объем утечки/, к внешним - факторы, характеризующие возможность и" целесообразность остановки газопровода для проведения ремонта /ущерб от снижения пгюпускной способности, безопасность и др./. Принцип выделения

внутренних и внешних факторов базируется на предположении, что система непрерывного контроля обладает способностью только обнаруживать и идентифицировать утечки. Оценка и прогнозирование опасности конкретного повреждения возлагается на иные системы диагностирования.

Стратегии ТОР эксплуатируемого участка газопровода предусматривают фиксации появляющихся повреждений и'■их устранение при обнаружении признака аварийной ситуации или совместно с ликвидацией аварии в зависимости от того, какое из случайных событий реализуется первым. Аварийные ремонты производятся незамедлительно по мере возникновения потребности.

Сформированы три признака аварийной ситуации, соответствующие трем альтернативным стратегиям проведения предупредительного ремонта: обнаружение 1П - й по счету утечки / ГП = 1,2,3.../; обнаружение утечки, превышающей допустимую величину ^^ ; превышение допустимой величины- суммарного объема потерь при обнаружении очередной утечки. Управляемыми параметрами, задающими конкретный режим ТОР для каждой стратегии,являются соответственно 1п , , ,

Предложенные признаки аварийной ситуации учитывают только внутренние факторы. Учет внешних факторов может осуществляться введением дифференцированных затрат на устранение утечек и ликвидацию аварий, ущерба от потерь на различных участках газопровода и в различные календарные периоды.

Поскольку аварийная ситуация есть случайное событие,,целевая

Функция представлена в виде где Р(т) -

с т--< 1

вероятность того, что признаком азарийной ситуации начнется обнаружение Ш - й утечки; 3£(П1) - средние в единицу времени суммарные затраты при реализации данной стратегии ТОР. Таким образом, первая стратегия 'ЮР с параметром Ш. является, в некотором смысле, базовой. Отличие стратегий определяется рядом рас-

пределения Р(ГУ1) , ITl = 1,2,3,.,

Расчетная схема разрушения газопровода дополняется введением в рассмотрение функции распределения размеров обнаруживаемых утечек U(Q) /оценка данной функции в дальнейшем детально рассматривается/. В работе получены аналитические выражения для Р(т) по каждой из трех стратегий ТОР.

В предположении простейшего потока событий появления повреждений разработана модель функционирования газопровода в рамках базовой стратегии с параметром ПТ . Основу модели составляет одна из разновидностей марковской схемы "гибели-размножения". При моделировании учтена ограниченная достоверность контроля, как вероятность (1 -Р ) пропуска утечки, выходящей за пределы чувствительности системы диагностирования. С учетом введенных ранее показателей ремонтопригодности получены аналитические выражения для целевой функции и ее составляющих , , от безразмерных параметров ГП. , А/Л , Р . Исследована качественная зависимость показателей функциональной надежности fag » "fae ' in от параметра ГЛ. . Установлено, что во всем диапазоне изменения 1TL существует закономерность вида ^j/^^faj/^i ^ac^^loi^' ir/^"1 Ы^ ' с^маРная частота остановок газопровода убывает с увеличением ГТ1 . Поведение целевой функции определяется значением безразмерного комплекса

/\P3n+oi(C-3n) •

При А $ I целевая функция монотонно убывает по ГП- .С ростом значения А появляется минимум целевой функции, координата которого смещается к значению ГП. = I,

Объективная информация о фактических или ожидаемых значениях показателей конструктивной надежности способна значительно повысить эффективность принимаемых решений по проведению ТОР. Известные особенности трубопроводов не позволяют ориентироваться толь-

ко на статистические методы оценки показателей, что связано не только с недостаточным объемом ретроспективных данных, но и с неполной наблюдаемостью целого ряда явлений и процессов.

В Главе 4 представлены исследования по оценке и прогнозированию показателей конструктивной надежности газопровода на основе разработанных моделей разрушения.

Авариям и разрушениям на ЛЧ присуща стохастичность по трем аспектам: по моменту и месту возникновения, масштабам проявления. Все три аспекта взаимосвязаны. Однако построение модели, учитывающей эту взаимосвязь, представляется весьма затруднительным. Принятие допущения о независимости аспектов упрощает задачу и представляется обоснованным. Целью является получение группового прогноза на совокупности однородных разрушений, задача индивидуального прогнозирования не рассматривается.

Под конструктивной надежностью газопровода понимается способность сохранять герметичность. Признаком конструктивного отказа является утечка газа. В рамках конструктивной надежности величина утечки значения не имеет. Для количественной оценки надежности используются: удельный /приведенный к единице длины ЛЧ/ параметр ' потока отказов МЛ) , как показатель безотказности; средний линейный размер разрушения в продельном направлении ¿ср , как показатель ремонтопригодности.

При оценке показателей надежности используется следующий способ, предусматривающий расчленение исследуемого участка ЛЧ на условные элементы определенной длины, определение показателей надежности выделенных элементов, определение показателей всего участка как системы последовательно соединенных зависимых элементов.

К конструктивному отказу ЛЧ приводит одновременное действие многих факторов, связанных со снижением несущей способности трубы и повышением нагрузки на газопровод. В работе главное внимание

уделяется процессу коррозионного разрушения газопровода, являющегося одной из основных причин аварий и аварийных ситуаций. Опыт эксплуатации газопроводов в наиболее коррозионноопасных зонах показал, что развитие коррозии носит характер локальных поражений в виде отдельных каверн или груш, причем подавляющая часть поверхности трубы коррозии не подвергается.

Процесс разрушения газопровода.рассматривается как процесс появления и развития в металле стенки трубы обособленных дефектов. Относительно совокупности дефектов предполагается, что они в каждый фиксированный момент времени образуют пуассонозские ансамбли. Дефекты статистически однородны и обладают способностью развиваться, перерастая в отказ. Процесс развития дефекта не зависит от напряженно-деформированного состояния металла стенки трубы. Длительность развития дефекта до отказа является независимой случайной величиной с функцией распределения R(t) .

Основным фактором нагрузки принято давление в газопроводе, которое считается детерминированной величиной. Рассматривается цилиндрическая форма коррозионной каверны с круглым дном в виде мембраны равномерной толщины, В условиях монотонного роста геометрических размеров дефекта отказ наступает при достижении максимальным напряжением в области каверны значения временного сопротивления. Предполагая для целей краткосрочного прогнозирования линейный закон изменения геометрических размеров каверны с постоянной случайной скоростью, получено выражение для R (t ) типа альфа-распределения. Поскольку да&чение и скорость коррозии изменяются по длине газопровода X , функция R(t) также является функцией координата

Для оценки и прогнозирования удельного параметра потока отказов предложена зависимость

t

о

где ЗУ - диаметр трубы; $(Х) - распределение среднего удельного числа начальных дефектов по длине; - удельная /на единиц}' длины/ интенсивность роста числа дефектов.

По 'результатам моделирования разработан комплекс вычислительных программ по исследованию переходных процессов неравномерного распределения показателя безотказности газопровода по длине и во времени. Результата расчетов на участках с постоянной коррозионной активностью дали хорошее совпадение с экспериментально установленной ранее тенденцией снижения на перегоне между соседними КС по зависимости, близкой к экспоненциальной. Такая тенденция характерна на начальном этапе эксплуатации и на "старых" газопроводах с высокой степенью износа. В течение длительного этапа нормальной эксплуатации распределение показателя ЖХ,!-) по длине близко к равномерному, и в широком диапазоне изменения .рабочего давления Рр в газопроводе от максимального до минимально допустимого по условиям сохранения постоянства расхода показатель ЖХД) изменяется от Рр по зависимости, близкой к линейной.

Численное исследование влияния изменения режима работы МГ на показатель Я(Х,1) позволило установить, что при скачкообразном снижении давления с Рр1 до Рр2 происходит синхронное падение

ЖхД)

до значения, близкого к 0, с последующим монотонным возрастанием до значения, соответствующего новому уровню давления . • Длительность переходного периода варьируется в достаточно широких пределах и при прочих равных условиях она приближенно может быть оценена как пропорциональная значению безразмерного параметра , где 1 - коэффициент запаса

по давлении.

Трудоемкость восстановительных работ на ЛЧ зависит от масштабов разрушения, количественно характеризуемого линейным размером разрушения по оси газопровода. Рассматривая ЛЧ, как систему последовательно соединенных стохастически зависимых элементов одинаковой длины А с передачей разрушения от одного элемента я соседнему, сделано предположение о возможности использования сдвоенного экспоненциального распределения для описания случайного числа разрушающихся элементов ^ при независимом распространении разрушения относительно очага

где £Г - вероятность передачи /распространения/ разрушения между соседними элементами. Параметр £ однозначно'оценивается по среднему числу разрушающихся элементов КСр

Проверка согласия теоретического распределения с эмпирическим подтвердила возможность использования сдвоенного экспоненциально, го распределения при размере элемента не более 0,1-Кср .

С уменьшением размера элемента степень согласия увеличивается и достигает наибольшего значения при Д О .В этой ситуации целесообразно перейти к- непрерывному аналогу дискретного распределения - частному эрланговскому распределению второго порядка с плотностью вероятности линейного размера разрушения

-?(х) = х'£*ехр (-хСр)

со средним 1!Ср . Условием сходимости дискретного распределения к непрерывному является

Условие сходимости указывает направление исследования влияния

эксплуатационных факторов на формирование , связанное с оцен-

кой вероятности распространения разрушения £(Д) на элементах малой длины / Д—'0 /• При исследовании используется феноменологический подход. Разрушение газопровода рассматривается как случайный процесс распространения трещины в стенке трубы /изотропное тело/. Условием прекращения разрушения принимается уменьшение напряжения в области вершины трещины из-за снижения продольной скорости разрушения Ир ниже скорости распространения фронта волны пониженного давления ХГф . Тогда для вероятности можно

записать

На элементе малой длины продольная скорость разрушения ЯГ^ (X) рассматривается как стационарная случайная функция координаты X с ординатой, распределеннной по нормальному закону со средним зна-' чением 1ГСр и диспе_рсией б^- . С использованием результатов корреляционной теории случайных процессов получено выражение для среднего размера разрушения

I =

ГЪ "и) и "и и 2 ^

гдетм(")- интеграл вероятности Гаусса; ^ - дисперсия производной скорости ^"р (X) по координате X .По косвенным данным для газопроводов оценены приближенные значения параметров модели:

1,5-Ю3 м/с; 1С,- 300 м/с; 450 м/с; 5-Ю3 1/с.

Отношение СГ^./ (Г^ характеризует степень зависимости значений ордината процесса ^(ХЫ ^(Х^лХ) , которая с увеличением

й X уменьшается по зависимости, близкой к экспоненциальной. На элементе длиной дХ = (з ? 5)6^/6^ зависимость практически исчезает и эту длину можно считать характерной длиной корреляции. Известно, что рост диаметра и давления способствует увеличению размеров разрушения газопровода. Перспективы дальнейших исследований автор свкзнвает с проверкой гипотезы о наличии пролорцио-

нальной зависимости характерной длины корреляции от диаметра трубы и избыточного давления-газа.

В Главе 5 рассматриваются вопросы использования эксплуатационных данных для оценки достоверности диагностирования Р и параметра сС функции распределения длительности существования утечки Ш) , введенных в рассмотрение в Главе 2 при формализации стратегии ТОР газопровода. Неполная наблюдаемость процесса появления и развития утечек, особенно при периодическом контроле, обусловливают необходимость разработки специальных приемов оценки по косвенным данным.

Важнейшей характеристикой системы контроля, формирующейся сочетанием методоз и технических средств диагностирования, является разрешающая способность Р{) - количественно оцениваемая вероятностью обнаружения утечки определенной величины 0. Функция РТС) неубывающая и достигает значения I по крайней мере при С} = , где - расход з газопроводе. Значения

достоверности контроля Р и средней величины обнаруживаемой утечки С) о зависят от разрешающей способности системы диагностирования р(0) и плотности вероятности размеров появляющихся утечек , вид и значения которой априорно неизвестны, кро-

ме как 410)= 0. Следует отметить, что функция С?} не является производной /в математическом смысле/ от введенной в Главе 3 функции распределения размеров обнаруженных утечек Ы (9} именно из-за ограниченной разрешающей способности контроля.

Накапливающиеся ретроспективные данные по обнаруженным утечкам используются для оценки функции Ш) традиционными статистическими методами. В работе получены следующие соотношения для оценки достоверности контроля Р , среднего размера появляющихся Яср , обнаруживаемых и необнаруживаемих

утечек:

р=

Р 3 т5

а

Приведенный результат исследований позволяет прогнозировать изменение Р , С)0 , С|н при изменении разрешающей способности систем контроля, достаточно одам раз оценить функцию ^(З ) ,

Для оценки параметра с£ по данным периодического контроля получено соотношение вида ~ Р » кото-

рое при известном Р является трансцендентным уравнением относительно сС . Установлено существование единственного решения сС и определена область его поиска При отсутствии информации о разрешающей способности системы диагностирования при периодическом контроле разработан экспресс метод совместной оценки параметров Р и сС по результатам эксплуатации газопровода на двух различных режимах диагностирования -с периодичностью и . Наличие устойчивых оценок ^^(б')к

1^(5") позволяют получить сначала'оценку параметра </- , а затем параметра Р исходя из условия

Получено необходимое к.достаточное условие существования единственного решения для еС

Аналогичный подход используется для систем непрерывного контроля утечек, хотя задача оценки параметра <£ имеет свои специфику» обусловленную возможностью прямого наблюдения за развитием некоторых из них с момента появления. На начальном этапе целесообразно применение базовой стратегии ТОР с параметром _ х>

что позволяет оценить значение достоверности контроля

P=L/HaS+iJ« «Р1™» ia8+i«r Я ' ли00й альтернативной стратегии ТОР справедливо условие

- Но,

я - г - 0 7 _____

л ias lae дающее оценку интересующего параметра.

На формирование значений затратно-временных показателей ремон-тно-восстановительных работ по ликвидации аварий и устранения обнаруженных аварийны»: ситуаций оказывает большое влияние орга- i низационная структура, техническая и ресурсная обеспеченность системы ТОР, технология ремонтных работ. Наибольший удельный вес за- ! трат при восстановлении газопровода приходится непосредственно на работы /15-30 ч/ и на транспортировку на трассу /3-10 ч/. Современная тенденция деморализации системы ТОР газонефтепроводов во многом связана с результатами исследований, выполненных

A.П.Альшаковым, М.Г.Векштейном, А.А.Беремеенко, В.Б.Гаяеевым,

B.Х.Галюком, А.Ф.Комягиккм, В.Ф.Новоселовым, К.Е.Ращепкиным и др. При всем многообразии форм и широких возможностях выбора структуры системы ТОР в конкретных условиях, обладающих значительной индивидуальностью, в практике эксплуатации ЛЧ МГ сложились четыре основных организационных формы системы ТОР - традиционная, базовая, комбинированная, аварийно-централизованная.. Существенные резервы улучшения затратно-временных показателей ремонтно-восста-новительных работ связаны с повышением оперативности системы ТОР в рамках основных организационных форм.

Глава 6 содержит разработку метода оптимизации параметров структуры территориально рассредоточенной системы ТО? ЛЧ на основе построения обобщенной математической модели.

Организационная структура системы ТОР понимается как совокул-

ность объектов обслуживания /участков ЛЧ/, обслужвакцта объектов /специализированных подразделений ТОР, сосредоточенных на стационарных пунктах базирования/ и связей между ними. По сложившейся практике подразделения обслуживают закрепленные за ними участки ЛЧ и функционируют независимо друг от друга, за редким исключением возникновения непредвиденных ситуаций, обычно связанных с крупными разрушениями газопровода. Состав, структура, производственные задачи подразделений ТОР определяются отраслевыми нормативными документами.

Для задач повышения оперативности системы ТОР представляют интерес параметр структуры, влияющие на транспортные затраты и характеризующие территориальную схему размещения подразделений по пункта:.! базирования, разбиения ЛЧ на отдельные участки и закреп. ления их за конкретными подразделениями. Вопросы, связанные с технической и ресурсной обеспеченностью подразделений ТОР, выходят за рамки поставленной задачи так как не зависят от параметров структуры.

В работе обосновано представление структуры системы ТОР совокупностью автономных централизованных структур. В этом случае по-. следовательность решения единой проблемы централизации и специализации в системе ТОР ЛЧ состоит в решении частных задач по формированию оптимальной территориальной схемы для подразделений каждой отдельной специализации, композиции /совмещении/ частных решений и получении общего скоординированного решения. Данный подход распространяется и на региональную систему ТОР разветвленной или закольцованной системы газопроводов. Для этого в последовательность решения включается решение частных задач по каждой спе-. циалиэации и по каждому отдельному газопроводу.

Таким образом, основу общего решения составляет решение частной задачи размещения, разбиения, прикрепления для обособленного

/простого/ газопровода и подразделения ТОР отдельной специализации. Разбиение ЛЧ уписывается множеством координат границ отдельных участков » являющихся последовательность» возрастающих неотрицательных чисел. Каждому участку з границах (^^ 1 ^ присваивается индекс ^ ( ) = . Как правило, границы участков по технологическим и организационным причинам совпадают с крановыми узлами, переходами МГ через препятствия и др. Вводится множество пунктов возможного размещения,которым присваивается индекс . Исключая из рассмотрения одновременное отключение участков на.вромя восстановительных работ, как маловероятное событие, выражение для целевой функции 3^. принимает вид

>1 I

где 5К - затраты на создание и содержание базы ТОР в К - и пункте;

если ^ - й участок прикреплен к К.-- му пункту, в противном случае;

К \о,если 2^=0.

Дополнительные ограничения

отражают условие обязательного прикрепления каждого участка только к одному пункту и возможных ограничений Здвл на суммарные затраты в систему ТОР.

Выбор параметров структуры по критерия является оптимизационной задачей целочисленного программирования с нелинейной минимизируемой формой. Для ее решения реализован специальный алгоритм.

Характеристики 3 , V , ^ , Ц , формирующие ущерб от ненадежности , в общем случае являются функциями координата X , в следствие неравномерности распределения показателей конструктивной надежности ЛЧ, условий прохождения трассы, расстояния до базы ТОР, технологической схемы МГ, наличия разнокатегорнйных потребителей, Учет этих факторов осуществляется за счет следующей процедуры для каждого варианта прикрепления ^ - го участка к К - й базе ТОР ^ ^ ^

Ъ к

где нижние индексы означают: "р" - непосредственно выполнение работ; "т" - транспортировку на трассу.

При назначении границ участков имеется очень большая свобода выбора, резко возрастает трудоемкость решения оптимизационной задачи с увеличением $ . Кроме этого, принцип назначения границ участков не гарантирует.нахождения глобального оптимума. Для учета данного обстоятельства разработан модифицированный алгоритм, основанный на прямом переборе и сравнении вариантов размещения подразделений ТОР по пункта:.! базирования с определением для каждого варианта границ участков по критерию ГШП^Уц|Х)/с1(Х||, опре-тащаму прикрепление .точки X к К - й базе ТОР. Частота ^ , характеризующая потребность в работах по ТОР различного вида специализации, определяется как: - для подразделений аварийного ремонта; ^ - для подразделений предупредительного ремонта; 1/5* - для подразделений периодического контроля. Ранее в Главах 2 и 3 показана возможность использования результатов диагностирования при формировании показателей ^ и ^ . Это обусловливает наличие прямых односторонних взаимосвязей задач диагностирования и задач ремонта обоих видов. Задачи

аварийного и предупредительного ремонтов непосредственно меаду собой не связаны. Следовательно, их решения не требуют координации и допускают прямое совмещение. Наличие связей задач диагностирования и ремонта обусловливает необходимость разработки метода координации их решений для получения общего.

В Главе 7 разрабатывается комплексный подход повышения эксплуатационной надежности ЛЧ за счет поиска взаимосогласованного решения по планированию обслуживания на основе диагностической информации в территориально рассредоточенной системе ТОР.

Комплексный подход к повышению эксплуатационной надежности ЛЧ базируется на методологии системного анализа с использованием принципа декомпозиции, предусматривающего расчленение общей задачи на отдельные частные- задачи /подзадачи/ с возможностью их изучения. Данный подход имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами решения оптимизационных задач, рассматривающих общую задачу как единое целое. Однако использование принципа декомпозиции требует разработки специальных методов и алгоритмов, обеспечивающих решение общей задачи с использованием координируемого решения подзадач.

Общая задача оптимизации системы ТОР ЛЧ МГ представлена в виде направленного графа, где вершины являются подзадачами, а дуги-связующими параметра!»!. Множество подзадач включает четыре следующие: размещение, разбиение, закрепление отдельно для аварийного и предупредительного ремонтов; размещение, разбиение, закрепление и назначение периодичности проверок для систем периодического контроля; размещение, разбиение, прикрепление и выбор стратегии ТОР для систем непрерывного контроля. Для каждой I - й подзадачи определены векторы входных V/; , выходных , управляющих "¿1 параметров. Кадцая подзадача рассматривается как модуль, для которого существует описание вида = (V;, Z¿) , целевая функция

32£ = 321(У¡г ¿У и ограничение У^^^'З-О . Взаимосвязь подзадач описывается соотношением 2 , где Е^е " мат" рица из нулей и единиц, характеризующая связь входов 1.-й подзадачи с выходом е - й.

Общая задача повышения эксплуатационной надежности ЛЧ МГ формализована в виде

Узлу У- ;

В работе обоснована целесообразность использования метода явной декомпозиции для решения общей задачи,в рамках которого переменными координации являются значения параметров связи между подзадачами, разрываемыми в процессе декомпозиции. Тогда задача координации заключается в выборе таких значений переменны;: координации, которые обеспечивают решение общей задачи.

Укушенная схема общей задачи представлена в виде

Переменными координации являются , , а управляю-

щими - параметры территориальной структуры для каждой из

подзадач, стратегии предупредительных работ для системы непрерывного контроля и периодичности проверок для системы периодического контроля.

Основные этапы алгоритма поиска решения общей задачи^состоят в следующем: начальное задание произвольных значений V , V/ > решение совокупности подзадач при заданных значениях V , V/

в результате которого получаем ¿Г ) и ,) ;

расчет целевой функции , 2/) ; корректировка V ,

V исходя из условия улучшения значения целевой функции с возвращением к решению подзадач; остановка после достижения неулучшенного общего решения.

Поиск точного решения общей задачи связан со значительными вычислительными трудностями. Представляет практический интерес поиск рационального решения на основе следующих допущений. Суммарные затраты в систему диагностирования исключаются из целевой функции ввиду их малости. На основе экспертных оценок ЛЧ разбивается на участки с равномерным /или близким к равномерному/ распределением удельного параметра потока отказов по длине, характерными значениями показателей ремонтопригодности и удельного ущерба. Выделенные участки принимаются за элементы, для которых планируются диагностические мероприятия. С учетом взаимосвязи и

р.

уп в диагностических моделях первоначально решаются подзадачи ремонта с определением ^ и ^ , обеспечивающих минимум целевой функции. Далее, решается подзадача диагностирования с ус-' яовием обеспечения найденных ^ и . Разработан алгоритм

поиска комплексного решения совершенствования системы ТОР на основе алгоритмов подзадач планирования предупредительного ремонта и оптимизации параметров структуры системы ТОР.

ОСНОВНЫЕ ШБОДЫ

1. На основе методологии системного анализа сфомулирован и разработан комплексный подход к повышении эффективности системы ТОР ЛЧ , рассматриваемой ках линейно протяженное конструктивно однородное сооружение с распределенными параметрами, направленный на обеспечение надежности функционирования МГ. Общая задача совершенствования системы ТОР ЛЧ представлена как задача оптимального управления в двухуровневой системе подзадач, решаемая методом явной декомпозиции с выделением процедуры оптимизации на уровне каждой из подзадач и процедуры координации частных решений.

2. Предложены модели разрушения газопровода из-за процессов старения и износа. Получены аналитические выражения для удельного параметра потока отказов, продольного размера разрушения, средней длительности развития повреждения с момента появления до перерастания в отказ.

3. Разработана методика оценки достоверности обнаружения утечек на ЛЧ МГ в зависимости от разрешающей способности технических средств и методов обследования. Получены аналитические выражения для средних размеров утечек, обнаруживаемых при обследовании и полной вероятности их обнаружения.

4. Разработаны модели по прогнозированию зйрективности использования систем периодического и непрерывного контроля за техническим состоянием ЛЧ МГ. Предложены алгоритмы планирования мероприятий по обнаружению и устранению утечек.

5. Предложена процедура адаптивного планирования периодическо-.го контроля в условиях неполноты информации о динамике развития повреждений, приводящих к отказам. Разработана методика обработки данных эксплуатации для оценки средней длительности развития повревдений.

6. Разработана методика анализа и синтеза территориально рассредоточенной системы ТОР ЛЧ МГ как совокупности пунктов базиро-

ваяия подразделений TCP с выделением и закреплением за калдам из них эксплуатационных участков на сети газопроводов в регионе обслуживания.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано: - в монографиях и брошюрах

1. Насиров Р.К., Шибнев A.B., Яковлег Е.И. Обеспечение режимной управляемости систем газоснабжения путем внедрения блочно-комплектного оборудования. В кн.: Режимная управляемость систем энергетики/ Кощеев JI.A., Руденко D.H., Ставровский Е.Р. и др. -Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние, 1988, с. 162-166.

2. Яковлев Е.И., Куликов В.Д., Шибнев A.B. и др. Моделирование задач эксплуатации систем трубопроводного транспорта. М., ВНИИО-ШГ, 1992, 358 с.

3. Яковлев Е.И., Иванов В.А., Шибнев A.B. и др. Модели технического обслуживания и ремонта систем трубопроводного транспорта. М., ВНИИОЭНГ, 1993, 276 с.

4. Куликов В.Д., Шибнев A.B., Яковлев А.Е. Промысловые трубопровода. М., Недра, 1994, 391 с.

5. Поляков Г.Н., Шибнев A.B., Иванцова С.Г. и др. Управление обслуживанием магистральных трубопроводов. Ленинград, Недра, 1994, 265 с.

6. Березина И.В., Шибнев A.B., Яковлев Е.И.■ Организация технического обслуживания и ремонта объектов магистральных газопроводов. ОИ "Важнейшие научно-технические проблемы газовой промышленности", аЧИИЭггзпром, вып. 8, I9P/4, 52 с.

7. Зоненко В.И., Ким Б.И., Яковлев Е.И., ГПибнев A.B. Прогнозирование показателей надежности и периодичности обслуживания магистральных нефте- и продуктопроводов. ОИ "Транспорт и хранение нефти", ЗНИИОаГ, IS88, 51 с.

8. Зоненко В.И., Шибнев A.B., Яковлев Е.И. Эксплуатационная

надежность магистральных трубопроводов. Учзбное пособие. ШНГ ш. U.M.Губкина, 1989, 90 с.

9. Яковлев Е.И., Чекардовский М.Н., Петренко Д.В., ¡¡¡ибнев A.B. Контроль и диагностика ГПА магистральных газопроводов. Учебное пособие, МИНГ им. И.М.Губкина, 1989, 90 с. -

10. Венгерцев O.A., Якбнев A.B., Загоскин В.Н. и др. Оптимизация моделей технического обслуживания и ремонта оборудования предприятий нефтепродуктообеспечения. Препринт АН УССР Кн-т кибернетики им. В.М.Плушкова, 1989, 25 с.

11. Тарачев В.Н., Куликов В.Д., Яковлев Е.И., Шибнев A.B. Вопросы организации аварийно-восстановительной службы на магистральных нефтепроводах. Ой "Транспорт и хранение нефти", ВНШОЗНГ,

вып. 5, 1989, 39 с. j

12. Васильев Г.Г., Шибнев A.B., Яковлев Е.й. Вопросы планиро- ! вания технического обслуживания и организации ремонта газопрово- j дов. Ой "Економика, организация и управление производством в га- ' зовой промышленности", ВНИИЭгазпром, шп. 8, 1989, 59 с.

13. Кирия C.B., Шибнев A.B., Яковлев Е.й. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта линейной части магистральных газопроводов. Учебное пособие. ГАНГ им. И.М.Губкина, 1992, 35 с.

14. Шибнев A.B., Кирия C.B. Проверка к контроль состояния газонефтепроводов. Учебное пособие. ГАНГ им. И.М.Губкина, 1992, 51 с. - статьях и докладах

15. Шибнев A.B. Анализ структуры газопроводной сети. Ш "Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве", ВШИ-Згазпром, вып. 5, 1982, с. 22-25.

16. Шибнев A.B. Определение потокораспределения и текущего со- . стояния сложных систем газоснабжения. ЭД"'Гранспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве", ВНИИЭгазпром, вып. I,

1983, с. 14-16.

17. Шибнев A.B., Козлов А.Г. Оптимизация периодичности проверок объектов линейной части газопроводов. 31 "Транспорт, переработка

и использование газа в народном хозяйстве", БНИИЭгазпром, вып. 12,

1984, с. 7-9.

18. Березин В.Л., Телегин Л.Г., Шибнев A.B. Ретроспективные данные о надежности в задачах выбора стратегий капитального ремонта магистральных трубопроводов. "Линейное трубопроводное строительство", Идформнефтегазстрой, вып. 3, 1984, с. 6-9.

19. Шибнев A.B. Планирование капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. В сб.тезисов докладов Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений", И., 1984, с. 167.

20. Шибнев A.B., Березина Й.В. Вероятностная модель отказа линейной части трубопровода. Изв. ЗУЗоз "Нефть и газ", Р 7, 1985, с. 71-74.

21. Шибнев A.B. К вопросу о прогнозировании ресурса линейной части газопроводов. PS ВИНИ® "Лепснированные научные работы", Р 3, 1985, с. 99.

22. Шибнев A.B. К вопросу о профилактическом обслуживании линейной части газопроводов. Ей "Транспорт, переработка и использование газа в народном хозяйстве", ВШйсгазпром, вып. 5.,, 1985,

с. 30-33.

23. Шибнев A.B., Козлов А.Г. О сроках профилактик по предупреждению заклинивания линейных магистральных кранов. 31 "Транспорт, переработка и использование газа в народном хозяйстве", ВНЙИЗгаз-пром, вып. 3, 1985, с. 20-22.

24. Шибнев A.B. О рациональной периодичности осмотров трассы газопровода по обнаружению свищей и утечек. Газовая промышленность, Р 8, 1986, с. 47.

25. ßiÖUöi; A.B. Совершенствование системы проверок объектов линейно/! части магистральных газопроводов. РН ВИШИ "Депонированные научные работы", 6, 1987, с. S7.

.26. Шибнев A.B. Контроль герметичности газопроводов, ей "Транспорт и подземное хранение газа", ВШИЗ'азпроы, вып. 5, 1987, с. 15-16.

27. Шибнев A.B., Березина й.В. Планирование профилактических работ на объектах системы газоснабжения. В сб.тезисов докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы научно-технического прогресса в трубопроводном транспорте газа Западной Сибири", Иомень, 1937, с. II4-II5.

28. Шибнев A.B., Яковлев Е.И., Касиров Р.К. Исследование основных факторов обеспечения живучести газотранспортных систем. Изв. ВУЗов "Нефть и газ", Р 12, 1988, с. 74-78.

29. Шибнев A.B., Яковлева С.Л. Общий подход к обслуживанию и ремонту линейной части магистральных газопроводов. РЖ ВИНИТИ "Депонированные научные работы", fi° 3, 1983, с. 104.

50. Шибнев A.B. Техническое обслуживание линейной части нефтепроводов в условиях неполной информации. сИ "Транспорт и хранение нефти", ВНИИОШГ, вып. I, 1988, с. 7-10.

31. Шибнев A.B. Формирование требований к средствам контроля за герметичностью магистральных нефтепроводов. Ш "Транспорт и хранение нефти", ВНЙИОШГ, вкп. II, 1988, с. 4-7.

32. Шибнев A.B., Яковлев А.Е., Васильев Г.Г. Алгоритма исследования и моделирования нормативов техтшзского обслуживания и ремонтно-восстанозительные работы на магистральных трубопроводах. В сб.тезисов докладов УТИ Республиканской научно-технической конференции молод)« ученых и специалистов по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, Уфа, 1888, с. 29-30.

33. Шибнев A.B., Яковлев А.Е., Петренко Д,В. Техническое обслу-

живанке газопроводов в условиях неполкой информации о надежности. Изв. ВУЗов "Нефть и газ", К" 2, 1983, с. 55-59.

34. Шибнев A.B., Кокшаров А.Л., Петренко Д.В. и др. Оценка эффективности обслуживания и ремонта линейной части магистральных газопроводов. РЖ ВИШИ "Депонированные научные работы", ÎP 6, 1989, с. 93.

35.. Шибнев A.B., Кокшаров А.Л., Петренко Д.В. Методы расчета эффективности функционирования магистральных газопроводов. РМ ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 8? 4, 1989, с. 116.

36. Шибнев A.B. Реализация принципа адаптации при планировании обслуживания линейной части нефтепроводов. H1ÏÏC "Научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новых условиях хозяйствования", ЕЧИИОШГ, шп. 5, 1989, с. 1-3.

37. Пибнев A.B., Кокшаров А.Л., Кирия C.B. Оптимизация режима обследования и ремонта магистральных газопроводов. НТмС "Нефтепереработка и нефтехимия", ЦНИИТЗЕФТЭСШ, шп. 9, 1989, с. 60-62.

38. Насиров Р.К., Шибнев A.B., Яковлев А.Е. Проблемы технологичности и надежности основного оборудования трубопроводных систем. В сб. научных трудов Всесоюзного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", вып. 35, 1989, с. 142-144.

39. Киркя C.B., Шибнев A.B., Седых A.A. Выбор рационального режима обследования системы магистральных трубопроводов по обнаружению свищей и утечек на линейной части. В сб.тезисов докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и технические средства контроля герметичности технологического оборудования, магистральных трубопроводов и массовой продукции", Севастополь, 1989, с. 68-69. ' •

40. Загоскин В.Н., Шибнев A.B. Прогнозирование эффективности систем непрерывного контроля за состоянием трубопроводов. PC '"фан-

спорт: наука, техника, управление", ВИНИТИ, Р 12, IS90, с. 13-20.

41. Кирия C.B., Шибнев A.B. Некоторые задачи комплексного совершенствования эксплуатационного обслуживания линейной части магистральных газопроводов. В сб.тезисов докладов XXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТатНЖШнефти, Ву-гульма, 1990, с. 121.

42. Шибнев A.B., Кирия C.B. Методы повышения эксплуатационной надежности газотранспортных систем. В сб.тезисов докладов У111 Всесоюзной школы УрО АН СССР "Расчет и управление надежностью больших механических систем", Свердловск, 1990, с. 239.

43. Иванцова С.Г., Шибнев A.B., Яковлев Е.И. Расчет и прогнозирование эксплуатационной надежности газотранспортных систем. PC "Транспорт: наука, техника, управление", ВИНИТИ, Р I, 1991, с. 30-37.

44. Юнусов П.А., Битков Д.А., Шибнев A.B. К вопросу организации аварийного обслуживания магистральных трубопроводов. Ш "Транспорт и хранение нефти", ВНИИОсНГ, вып. 5, 1991, с. 1-7.

45. Шибнев A.B., Кирия C.B., Ярков Л. Г. Планирование ремонтных работ на линейной части магистральных трубопроводов. ЗД "Транспорт и хранение нефти", ВКИИОЗГГ, вып. I, 1991, с. 7-13.

46. Шибнев A.B. Использование декомпозиционного подхода при комплексной оптимизации системы обслуживания и ремонта магистральных газопроводов, В сб.тезисов докладов научно-технической конференции "Проблемы добычи, транспорта.и переработка нефти и газа", Оренбург, 1991, с. 43.

47. Венгерцев Й.А., Шибнев A.B. Математическая модель размещения баз технического обслуживания и ремонта оборудования на региональной сети предприятий по обеспечению нефтепродуктами. Зй "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", ВНИИОЩГ,' вып. 7, 1992, с. 1-9.

48. Остаиов A.B., 1&бнев A.B. Перспективные метода изучения й моделирования обслуживания линейной части магистральных трубопроводов по техническому состоянию. В сб.тезисов докладов научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития нефтегазового строительства", Сочи, 1992, с. 8-9;

49. Шибнев A.B. Планирование профилактических проверок линейной части магистральных трубопроводов. ШЖ "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов", ВНЩОЭ-iT, 2, I9S3, с. 4-15.