автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Совершенствование схем и технологических процессов железнодорожных наливных станций

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ -НАЛИВНЫХ СТАНЦИЙ.

1.1. Роль наливных станций в обеспечении перевозок нефтяных грузов

1.2. Обзор исследований по наливным станциям

1.3. Техническое оснащение и технология работы существующих наливных станций

1.4. В ы во д ы.

2. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ.

2.1. Цель и задача разработки имитационной модели наливной станции.

2.2. Отображение структуры и функций наливной станции в имитационной модели

2.3. Алгоритмы имитации основных процессов

2.4. Расчёт показателей работы станции

2.5. Выводы.

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ НАЛИВНЫХ СТАНЦИЙ.

3.1. Исходные положения

3.2. Совершенствование технологии работы станции "Нд" с порожними цистернами

3.3. Исследование режимов работы станции "Hjg" с порожними цистернами.

3.4. Исследование сферы эффективного применения технологии работы станции "Hjg" с порожними цистернами

3.5. Выводы.

4. СХЕМЫ НАЛИВНЫХ СТАНЦИЙ.

4.1. Задачи и методика разработки схем взаимного размещения устройств на наливных станциях

4.2. Схемы путевого развития для обслуживания основных эстакад ППС.

4.3. Структурные схемы станции для типового варианта технологии.

4.4. Структурные схемы станции для нетипового варианта технологии.

4.5. В ы в о д ы.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

5.1. Задача и методика сравнения вариантов структурных схем станции.

5.2. Техническая и эксплуатационная характеристика станции в сравниваемых вариантах

5.3. Расчёт и анализ показателей работы станции

5.4. Технико-экономическое сравнение вариантов схем станции.

5.5. Выводи.

Высокие те^ лпы развития народного хозяйства нашей страны сопровождаются постоянным увеличением добычи и переработки нефти. В соответствии с решениями ХХУ1 съезда КПСС добыча нефти (с газовым конденсатом) в 1985 году должна быть доведена до 620-645 млн, тонн ГД • ^ связи с этим возрастает и объём перевозок нефтяных грузов железнодорожным транспортом, который в это же время должен достичь 456-460 млн. тонн, превысив уровень 1980 года на 35-39 гллн. тонн [з?] . Существенные изменения произойдут и в соотношении размеров перевозок отдельных видов нефтяных грузов с увеличением доли нефтепродуктов, особенно светлых, при некотором снижении доли сырой нефти.Важная роль в перевозках нефтяных грузов железнодорожным транспортом принадлежит специальным наливным станциям, обслуживающим промышленные узлы на базе нефтеперерабатывающих предприятий. На этих станциях сконцентрированы основной объём подготовки цистерн к перевозкам и около половины всего налива.Однако их развитие в последние годы значительно отставало от фактической потребности, что оказало отрицательное влияние на эффективность и качество перевозок нефтяных грузов: на многих железных дорогах не обеспечивается подача порожних цистерн по заявкам грузоотправителей, замедляется оборот цистерн, снижается качество их подготовки к перевозкам, не полностью используются возможности повьш1ения уровня отправительской маршрутизации, Поэтому одна из актуальных задач по своевременому и полному удовлетворению потребностей народного хозяйства в перевозках нефтяных грузов - это дальнейшее улучшение работы наливных станций на основе совершенствования их схем и технологических процессов, Вопросы развития наливных станций и технологии их работы нашли отражение в трудах профессоров К.А. Бернгарда, П.Бузанова, Г.П.Гриневича, В.В.Повороженко, А.А.Соковича, Е.А.Сотникова, кандидатов технических наук М.М.Бакалова, А.Ф.Мальшиновой, Р.В.Межовой, О.А.Олейника, Т.В.Сегединой, К.Б.Тагиева и других ученых. Однако в последние 15-20 лет, когда размеры перевозок нефтяных грузов железнодорожным транспортом увеличились более, чем в два раза, и условия работы специальных наливных станций существенно изменились, исследованию их схем и технологических процессов уделялось мало внимания. Отставание исследований в этой области сказалось в том, что к настоящему времени нет нормативных требований или научно обоснованных рекомендаций к путевому развитию и мощности устройств, входящих в комплекс наливной станции с большим объёмом работы.По этой причине проектные решения по развитию отдельных станций многократно пересматривались и не учитывали в достаточной мере условий взаимодействия отдельных объектов как элементов сложной системы, что снижало фактическую эффективность развития в сравнении с ожидаемой. В связи с этим вопросы разработки рациональных схем путевого развития наливных станций с учетом взаимного размещения всех основных устройств станционного комплекса, вопросы оптимизации параметров технологии и технического оснащения этих станций в современных условиях приобретают важное значение.Целью данной работы является разработка и обоснование рациональных схем размещения устройств и технологических процессов специальных наливных станций. Для её достижения требовалось: выполнить анализ современного состояния технического оснащения и технологических процессов существующих наливных станций; разработать алгоритмы и программы имитации работы наливных станций на ЭВМ; исследовать эффективность технологических процессов, применяемых на существующих наливных станциях; разработать рациональные схемы взаимного размещения основных устройств комплекса наливной станции.Поставленные задачи решались путем сбора и обработки данных о работе и развитии существующих наливных станций, имитации работы наливной станции на ЭВМ с использованием разработанной имитационной модели, технико-экономического сравнения вариантов схем и технологических процессов наливных станций. В исследованиях применялись методы теории вероятностей, математической статистики, экспертных оценок и оптимизации сложных систем, а также комбинаторные методы.Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 32 страницы рисунков, 33 таблицы, список использованной литературы из 69 наименований и приложений, представленных отдельным томом. I. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ НАЛИВНЫХ СТАНЦИЙ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Для освоения возрастающих размеров перевозок нефтяных грузов железнодорожным транспортом с учетом увеличения доли нефтепродуктов, особенно светлых, необходимо увеличивать пропускную и перерабатывающую способность наливных станций и, прежде всего, тех устройств, загрузка которых в отдельные периоды времени достигает 100 %. Создание оптимального резерва пропускной и перерабатывающей способности возможно не только путем количественного наращивания мощности отдельных устройств, но и за счёт структурных изменений - применения более совершенных схем и технологических процессов, ориентированных на улучшение условий взаимодействия элементов станции как сложной системы.

Обследованием 14 наливных станций, расположенных в различных регионах сети железных дорог, установлено, что современное их состояние характеризуется существенным отставанием в увеличении мощности ППС, развитии сортировочных устройств и сортировочных парков, а также наличием ряда недостатков во взаимном размещении основных устройств станционного комплекса, в путевом развитии и технологических процессах. В связи с этим увеличивается время оборота цистерн, снижается качество их подготовки к перевозкам, ухудшается использование технических средств станции. Выполненные ранее исследования в этой области не отражают в достаточной мере существенно изменившихся условий работы наливных станций, что затрудняет принятие обоснованных решений по их развитию.

Решение вопросов совершенствования схем и технологических процессов наливных станций связано с необходимостью определения ряда эксплуатационно-технических показателей их работы. Необходимую полноту и более высокую точность результатов расчёта дает метод имитационного моделирования. Трудности адаптации имеющихся имитационных моделей к исследуемому классу станций, а также возможности используемого вычислительного комплекса обусловили необходимость разработки имитационной модели наливной станции. Разработанная в диссертации имитационная модель позволяет решать поставленные задачи. При этом структура и функции реальной наливной станции задаются исходными данными. Благодаря этому она нашла широкое применение в дальнейших исследованиях.

На ряде наливных станций для обмена порожними цистернами с ППС и для их сортировки по трудоёмкости обработки используются выставочные пути ППС, расположенные параллельно основным эстакадам. В результате исследований установлено, что эти операции целесообразно сконцентрировать в основном сортировочном комплексе при соответствующем его развитии. Предложенные на этой основе изменения технологии работы станции "Нд" с частичным её переустройством позволяют на 2 часа сократить среднее время нахождения вагонов в системе. Ожидаемая от этого экономия годовых приведенных затрат составляет 168,3 тыс.руб.

Имитационным моделированием определены зависимости приведенных годовых затрат от величины резерва пропускной способности ППС, создаваемого за счет увеличения фронта обработки цистерн. Их анализом установлено, что минимальной величине приведенных затрат соответствуют следующие значения резерва пропускной способности ППС: 28-35 % - при отсутствии сезонных колебаний в поступлении порожних цистерн под обработку и 20-26 % - при их наличии. Экономия годовых приведенных затрат от предложенного по станции "Hjg" удлинения эстакады ППС до вместимости маршрута порожних цистерн составляет 81 тыс.руб.

Технологический процесс работы станции "Hjg" предусматривает использование эстакады ППС для осмотра внутренней поверхности котлов всех цистерн одновременно с обработкой ранее осмотренных. Цистерны, требующие длительной обработки, подаются на ППС повторно. Благодаря этому сокращаются размеры повторной сортировки вагонов. В этом он существенно отличается от типового технологического процесса, предусматривающего осмотр и отбор цистерн на путях приёма. При малой доле цистерн, отдаваемых под налив без обработки на ППС, применяемая на станции технология более эффективна. Выполненными исследованиями установлена аналитическая зависимость, позволяющая определять границу эффективного применения каждого из этих вариантов.

Исследованиями схем взаимного расположения основных устройств наливной станции с учетом технологических связей между ними в соответствии с типовым и применяемым на станции "Hjg" технологическими процессами получены рациональные структурные схемы станционного комплекса, часть которых ранее не рассматривались и не применялись. Так, в ряде схем предусмотрено использование вспомогательной горки для сортировки цистерн, прошедших обработку на ППС. В структурные схемы, ориентированные на применение нетипового технологического процесса, включена специальная эстакада ППС для осмотра внутренней поверхности котлов цис--терн и обработки тех цистерн, подготовка которых не требует больших затрат времени. В некоторых схемах технологическим процессом предусмотрено совмещение в одном полурейсе операции подачи цистерн под обработку с операциями надвига на горку и сортировки ранее обработанных цистерн. Ввиду большого числа вариантов отбор рациональных структурных схем производился с применением метода экспертных оценок.

Для разработанных рациональных схем станции свойственно: объединение парков приёма и отправления в один приёмо-отправоч-ный парк; последовательное размещение приёмо-отправочного, сортировочного и наливного парков; параллельное размещение ППС и сортировочного парка; применение выставочных парков в качестве буферной ёмкости при обслуживании товарно-сырьевой базы. В ряде схем допустимо последовательное размещение ППС и сортировочного парка. При ограниченной по длине станционной площадке возможно размещение приёмо-отправочного или наливного парков параллельно с сортировочным.

Возможности применения и эффективного использования рациональных схем наливной станции существенно зависят от ограничений по размерам станционной площадки и других местных особенностей. Поэтому выбор лучшего для конкретных условий варианта схемы должен производиться на основе технико-экономического сравнения с использованием имитационной модели.

В данной работе для технико-экономического сравнения были выбраны такие варианты схем, которые имели лучшие экспертные оценки при неограниченной по размерам станционной площадке. Технико-экономическое сравнение выбранных вариантов проводилось на основании разработанных масштабных планов и результатов расчета с использованием имитационной модели. Сравнением вариантов установлено, что при невозможности размещения ППС параллельно сортировочному парку равноценное решение даёт последовательное их размещение, если при этом использовать вспомогательную сортировочную горку. I

При малой доле цистерн, отдаваемых под налив без обработки на ППС, для их осмотра, отбора и выборочной обработки целесообразно использовать специальную эстакаду ППС, размещенную между парком приёма и сортировочной горкой. Подачу цистерн к этой эстакаде предусмотрено совмещать в полурейсе с уборкой ранее поданных цистерн. Применение вспомогательной горки при такой технологии нецелесообразно.

Сравнительный анализ лучших вариантов схем для типового и нетипового технологических процессов подтвердил результаты исследований по станции "Hjg" о сфере применимости этих вариантов.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года. -М.: Политиздат, 1981. - 94 с.

2. Акулиничев В.М., Бодюл В.И., Александров В.И. Статистическое моделирование работы сортировочной станции. -Тр./МИИТ, 1978, вып. 379. Математические методы в эксплуатации железных дорог, с. 74-91.

3. Афанасьев В.Г. Общество: системность, познание и управление. М.: Политиздат, 1981. - 432 с.

4. Бакалов М.М. Рациональные схемы нефтегрузовых станций: Дис. канд.техн.наук. М., 1947. Машинопись. - 136 с.

5. Бернгард К.А. и др. Рационально использовать специализированные грузовые вагоны /Бернгард К.А., Буянова В.К., Морозов Э.Н., Шестаков Ю.К. Железнодорожный транспорт, 1981, № 4, с. 32-35.

6. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. - 263 с.

7. Бузанов С.П. Организация работы нефтепогрузочно-перевалоч-ных железнодорожных станций в речном порту. М.: Трансжелдориздат, 1951. 368 с.

8. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного.моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977. - 239 с.

9. Бусленко В.Н., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Советское радио, 1973. -440 с.

10. Гриневич Г.П. Механизация погрузочно-разгрузочных работ и склады на железнодорожном транспорте. М.: Трансжелдор-издат, 1950. - 562 с.

11. Данилов-Данильян В.И., Толмачев И.Л., Шуршалов В.В. Обимитационном моделировании систем с развивающейся структурой. В кн.: Системные исследования. - М.: Наука, 1980, с.191-209.

12. Завадский К.И. Резервы улучшения использования парка цистерн. Железнодорожный транспорт, 1977, № б, с. 21-25.

13. Зайченко Ю.П. Исследование операций. Киев: Вища школа, 1975. - 320 с.

14. Иванилов Ю.П., Лотов А.В. Математические модели в экономике. М.: Наука, 1979. - 304 с.

15. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений на железнодорожном транспорте: Введена в действие распоряжением Ш1С № Г-Н763 30 апреля 1971 г. с I января 3972 г. М.: Транспорт, 1973. - 199 с.

16. Инструкция по проектированию станций и узлов на железных дорогах Союза ССР: ВСН 56-78/ Минтрансстрой СССР, МПС СССР. Срок введения в действие I января 1979 г. -М.: Транспорт, 1978. 171 с.

17. Интенсификация использования подвижного состава и перевозочной мощности железных дорог /Юшкевич Е.П., Сыцко П.А., Тихомиров И.Г. и др.; Под ред. Тихомирова И.Г. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1977. - 296 с.

18. Козлов П.А. Алгоритм и программа моделирования работы транспорта крупных промышленных предприятий. В кн.: Труды ИКТП. - М., 1974, вып. 44, с. 89-100.

19. Козлов П.А., Коваленко П.Г., Гордин Б.Н. Методика имитационного моделирования на ЭВМ транспорта промышленных узлов. Тр./МИИТ, 1978, вып. 593. Вопросы управления перевозочным процессом на железных дорогах, с. 124-125.

20. Комплексная механизация на пунктах подготовки вагоновк перевозкам / НТО ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1975. - 31 с.

21. Криворучко Н.З., Гридюшко В.И., Бугаев В.П. Вагонное хозяйство. М.: Транспорт, 1976. - 280 с.

22. Крохин Л.С., Седых А.Г., Ратин А.С. Исследование параметров технологического процесса грузовой станции на имитационной модели с использованием универсальной системы моделирования CPSS. Тр./МИИТ, 1978, вып. 587. Управление вагонопотоками, с. I04-II3.

23. Кузин Л.Т. Основы кибернетики: В 2-х т.Т.2 Основы кибернетических моделей. М.: Энергия, 1979. - 584 с.

24. Кузнецов В.И., Калиновский Г.А. Пропарочно-ремонтный комплекс. Железнодорожный транспорт, 1977, № 8, с. 62-64.

25. Лангуров И.З., Завадский К.И. Организация перевозок наливных грузов. М.: Трансжелдориздат, 1963. - 272 с.

26. Лебедев В.И., Соколов А.П. Введение в систему программирования ОС ЕС. М.: Статистика, 1978. - 144 с.

27. Мальшикова А.Ф. Взаимодействие процессов и комплексная технология работы наливных станций. Дис. канд.техн. наук. - М.; Машинопись, 1955. - 172 с.

28. Маркова А.Н. Транспорт СССР и основные этапы его развития. М.: Наука, 1977. - 232 с.

29. Методика технико-экономических расчетов при развитии транспортных узлов / Институт комплексных транспортных проблем Госплана СССР; Под ред. Скалова К.Ю. М.: Транспорт, 1972. - 446 с.

30. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на железнодорожном транспорте / МПС.- М.: Транспорт, 1980. 144 с.

31. Методические рекомендации по проектированию горок малой мощности, оборудуемых средствами механизации и автоматизации сортировки вагонов: ЦДС-П от 18 февраля 1980 г. -Л.: Транспорт, 1980. 72 с.

32. Методические указания по сравнению вариантов проектных решений железнодорожных линий, узлов и станций / Минтранс-строй СССР, МПС СССР. М.: Оргтрансстрой, 1973. - 440 с.

33. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа.- М.: Наука, 1981. 488 с.

34. Организация железнодорожных перевозок нефтяных и химических наливных грузов: Сб.трудов/ Под ред. Бернгарда К.А., Межовой Р.В. М.: Транспорт, 1964. - 119 с. - (Тр./ ВНИИЖТ, вып. 279)

35. Осипов А.П. Расчет результативной пропускной способности станции и участка методом моделирования. Тр./ШИТ, 1978, вып. 595. Прогрессивная технология работы промышленного транспорта, с. 93—III.

36. Павловский И.Г. Железнодорожный транспорт в планах партии. Железнодорожный транспорт, 1981, № 4, с. I—12.

37. Персианов В.А., Скалов К.Ю., Усков Н.С. Моделирование транспортных систем. М.: Транспорт, 1972. - 208 с.

38. Повороженко В.В. Организация перевозок наливных грузов на железнодорожном транспорте. М.: Трансжелдориздат, 1941. - 223 с.

39. Развитие транспортных узлов: Методы расчета мощностей устройств транспортных узлов/ Под ред. Скалова К.Ю.,t.II. М.: Транспорт, 1978. - 176 с.

40. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления. М.: Советское радио, 1976.- 344 с.

41. Сборник научных программ на фортране : руководство для программиста. Вып. I Статистика/ Пер. с англ. С.Я. Ви-ленкина. - М.: Статистика, 1974. - 316 с.

42. Сегедина Т.В. Рациональная организация работы нефтеналивных станций. Дис. конд.техн.наук. - М., 1947, Машинопись. - 183 с.

43. Седых А.Г. Математическое моделирование работы грузовых станций. Железнодорожный транспорт, 1967, № 8, с. 50-52.

44. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973. - 311 с.

45. Сокович В.А. Организация перевозок массовых грузов. -М., 1940. 218 с.

46. Сотников Е.А. Планирование работы станций с использованием ЭВМ. М.: Транспорт, 1973. - 51 с.

47. Сотников Е.А. Совершенствовать технологию перевозок нефтяных грузов. Железнодорожный транспорт, 1979, № II,с. 11-14.

48. Сотников И.Б. Взаимодействие станций и участков железных дорог. М.: Транспорт, 1976. - 268 с.

49. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / Под ред. B.C. Королюка. Киев: Наукова думка, 1978. - 582 с.

50. СНиП 11-39-76. Строительные нормы и правила: ч. П. Нормы проектирования: Гл. 39.Железные дороги колеи 1520 мм: Введены 14 июля 1976 г. № 107. М.: Стройиздат, 1977.- 69 с.

51. СНиП 11-46-75. Строительные нормы и правила: ч. П. Нормы проектирования: Гл. 46. Промышленный транспорт: Введены 19 августа 1975 г. № 137. - М.: Стройиздат, 1976. - 45 с.

52. Тагиев К.Б. Анализ схем и организации работы станций налива нефтепродуктов: Дис. канд.техн.наук. М., 1953. Машинопись. 176 с.

53. Таль К.К. Основные вопросы применения методов моделирования для проектирования станций и узлов. В кн.: Труды ДНИИСа, вып. 47. - М., 1971, с. 56-96.

54. Таль К.К., Талвинский К.И. Расчет станций на ЭЦВМ "БЭСМ-4" методом моделирования их работы: Инструктивно-методические указания Мосгипротранса, вып. 7. М., 1970.- 55 с.

55. Технико-экономические показатели промывочно-пропарочныхстанций: ТЭП-67/ МПС. М., 1968. - 12 с.

56. Типовой технологический процесс работы железнодорожных станций по наливу и сливу нефтегрузов и промывочно-пропа-рочных предприятий по очистке и подготовке цистерн под перевозку грузов/ МПС. Введён 3 мая 1982 г. М.: Транспорт, 1982. - 71 с.

57. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов: ГОСТ 1510-76. В кн.: Государственные стандарты Союза ССР: Смазки, часть I. - М.: Издательство стандартов, 1982, с. 6-36.

58. Транспортные узлы / Под ред. К.Ю. Скалова. М.: Транспорт, 1966. - 508 с.

59. Федотов Н.И. Исследование, транспортных операций: Часть П. Математическое моделирование транспортных систем: Учебное пособие для студентов и инженеров железнодорожного транспорта. Новосибирск: НИИЖТ, 1978. - 96 с.

60. Федотов Н.И. Моделирование станционных процессов. Тр./ НИИЖТ, 1969, вып. 93. Вопросы проектирования и организации работы железнодорожных станций, с. 39-47.

61. Федотова Т.Н. Моделирование транспортных систем с приоритетами. Тр./МИИТ, 1978, вып. 589. Вопросы проектирования железнодорожных станций, с. 97-107.

62. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. - 420 с.

63. Чернов Г.И. Оптимальное распределение порожних цистерн на полигоне дороги. Железнодорожный транспорт, 1978, F I,с. 10-15.

64. Экономический справочник железнодорожника / А.П. Абрамов, М.Г. Ахшарумова, Н.Н. Барков и др.; Под ред. Б.И. Шафирки-на. 2 изд., перераб. и доп. -М.: Транспорт, 1978. - 398 с.