автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Выбор рациональных режимов эксплуатации нефтепроводов и насосных агрегатов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ И НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 05.15.13. - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Уфа - 1996 г.

Работа выполнена в Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Галлямов А.К. Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Байков И.Р. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Ведущее предприятие - Уральское объединение

магистральных нефтепродуктопроводов

Защита состоится " 16 " мая 1996 г. в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 063.09.02 при Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете по адресу : .450062, г.Уфа, ул. Космонавтов 1.

С диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве Уфимского Государственного нефтяного технического университета

профессор ХасановМ.М.

- кандидат технических наук, доцент Новосёлов В.В.

Автореферат разослан

апреля 1996 г.

Учёный секретарь диссертационного Совета, доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Наиболее эффективным и надёжным видом транспорта нефти, нефтепродуктов и газа является трубопроводный. Из всего объёма транспортируемой нефти на дошо магистральных нефтепроводов приходится около 90 % . При эксплуатации разветвлённой системы магистральных трубопроводов затрачиваются миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Главным резервом снижения себестоимости транспортировки нефти и нефтепродуктов по трубопроводам является уменьшение энергетических затрат путём выбора наиболее рациональных режимов перекачки. Однако магистральные нефтепроводы значительную часть времени эксплуатируются в нестационарных режимах, когда объёмы перекачиваемой нефти существенно отличаются от рассчитанных на стадии проектирования оптимальных значений расходов. В подобных ситуациях естественным образом возникает необходимость решения задачи оперативного и наиболее рационального распределения нагрузки в сети магистральных нефтепроводов.

Кроме того, необходимо учитывать изменение с течением времени показателей надёжности всей системы трубопроводов вследствие старения как оборудования насосных станций, так и самого трубопровода (в результате коррозийного износа, расслоения металла труб и т. д.). Таким образом, приходится или придётся снижать рабочее давление в трубопроводах при любых режимах их эксплуатации, а это в свою очередь вызовет необходимость пересмотра существующих карт рабочих режимов.

Не менее острой проблемой является уменьшение объёмов суммарной добычи нефти, что естественным образом приводит к падению производительности трубопроводов относительно их проектных значений. Эксплуатируемые в настоящее время нефтепроводы рассчитывались на вполне определенную среднюю производительность, под которую и выбирались все остальные параметры проекта строительства. Снижение общего расхода в сети нефтепроводов неизбежно приведёт к выходу из оптимальной зоны полей подачи и напора магистральных нефтяных насосов, что в свою очередь вызовет уменьшение общего суммарного коэффициента полезного действия (КПД) и как следствие увеличение себестоимости перекачки.

Таким образом, задача выбора наиболее рациональных режимов эксплуатации нефтепроводов в условиях работы, отличных от проектных, является важнейший и актуальной проблемой.

Исследованиям в области оптимизации перекачки нефти посвящены работы Л.Г.Арсланова, А.А.Веремеенко, Е.В.Виноградова, Е.В.Вязунова, В.И.Голосовкера, В.М.Жукова, Л.А.Зайцева, В.И.Калика, А.М.Крикунец, В.С.Левина, М.В.Меера, И.А.Михеева, П.А.Морозова, В.Ф.Новосёлова, З.Т.Ореховой, А.Ф.Раевского, И.И.Райхера, Р.А.Расмуса, Ю.П.Ретюнина, О.Н.Рыжевского, Е.М.Сощенко, В.В.Сидорова, П.И.Тугунова, Д.Р.Фалкерсона, Л.Р.Форда, В.И.Харламенко, Ю.И.Шилина, Л.Г.Щепеткова, К.С.Якупова, Г.С.Ясинского, M.Y.Dedegil, J.R.Freeman и других авторов. Ими рассмотрены задачи определения оптимальных режимов перекачки заданных объёмов нефти с использованием различных методов регулирова-

ния подачи. Недостатком этих работ являлось то, что, как правило, задача рациональной перекачки нефти решалась преимущественно для отдельно взятых нефтепроводов. В общем же случае система магистральных трубопроводов территориального управления является связанной как гидравлически, так и энергетически. Поэтому представляется более целесообразным решать задачу выбора наиболее эффективных режимов перекачки нефти с учётом существующих различий в удельном энергопотреблении составляющих гидравлическую сеть территориальных нефтепроводов.

При решении задачи оптимального с точки зрения минимального потребления электроэнергии, распределения грузопотоков нефти по сети трубопроводов естественным образом возникает вопрос выбора наиболее экономически выгодных режимов работы насосных агрегатов, эксплуатирующихся на этих нефтепроводах. Если насосно-силовое оборудование не в состоянии перекачать то количество нефти, которое требуется согласно оптимизационному расчёту, то пропадает смысл решения самой задачи. Поэтому сопряжённой с проблемой перераспределения грузопотоков является задача выбора наиболее эффективных режимов работы пасоспо-силового оборудования, использующегося на отечественных нефтепроводах как при последовательном, так и параллельном соединении.

Обоснованное решение об изменении режимов работы магистральных нефтепроводов можно принимать лишь тогда, когда существует достаточное количество объективной технологической информации об управляемом объекте. В связи с этим не менее важной задачей является оценка гидравлического состояния дей-

ствующих нефтепроводов (в любой момент времени) на основе обработки исходной информации. Достоверная информация о техническом состоянии трубопроводов позволяет принимать обоснованные технологические решения, направленные на повышение эффективности работы и снижение себестоимости перекачки.

Целью диссертационной работы является оценка изменения гидравлического состояния и выбор рациональных режимов работы сети магистральных нефтепроводов и насосно - силового оборудования перекачивающих станций в условиях падения общего уровня производительности.

В работе решены следующие основные задачи :

1. Разработан диагностический помехоустойчивый метод оценки изменения гидравлического состояния магистральных нефтепроводов, основанный на использовании априорной диспетчерской информации.

2. Показано, что гидравлические характеристики действующих магистральных нефтепроводов наиболее достоверно (в смысле дисперсии адекватности) описываются при экспоненциальном представлении зависимостью коэффициента гидравлического сопротивления от параметра Рейнольдса.

3. Разработан метод восстановления параметров гидравлических характеристик эксплуатирующихся нефтепроводов по диспетчерской информации с учётом результатов контрольных перекачек.

4. Предложен метод рационального распределения грузопотоков нефти в пределах территориальных управлений магистраль-

ных нефтепроводов, основанный на минимизации эксплуатационных расходов и затрат на хранение нефти в промежуточных резервуарных парках.

5. Предложен метод оптимизации работы насосно-силового оборудования магистральных нефтепроводов с нерегулируемым приводом, основанный на минимизации уменьшения затрат по транспорту и хранению нефти в промежуточных резервуарных парках.

6. Разработана методика выбора оптимальных параметров эксплуатации магистральных нефтяных насосов с регулируемым приводом для параллельной и последовательной схемы их соединения.

Методы решения задач.

При решении поставленных задач использовались вероятностно - статистические методы, теория линейного и геометрического программирования. Ряд результатов получен на основе промышленных экспериментов. Для подтверждения теоретических выводов и апробации предложенных в работе алгоритмов использована технологическая информация, полученная в промышленных условиях.

Научная новизна заключается в следующем :

1. Разработан помехоустойчивый алгоритм восстановления параметров гидравлических характеристик магистральных нефтепроводов, основанный на априорной информации о виде закона распределения изменений расхода и давления в трубопроводе.

2. Установлено, что при описании коэффициента гидравлического сопротивления действующих магистральных нефтепрово-

дов функцией, экспоненциально зависящий от параметра Рей-нольдса, удаётся уменьшить дисперсию адекватности расчётных и экспериментальных данных не менее, чем на 10 ... 15 %.

3. Разработан метод оперативного распределения грузопотоков нефти по сети магистральных нефтепроводов территориальных управлений, основанный на использовании предварительно установленных индивидуальных гидравлических характеристик трубопроводов, позволяющий снизить себестоимость транспорта нефти при одновременном повышении надёжности эксплуатации линейной части.

4. Предложен метод выбора рациональных карт режимов работы магистральных нефтепроводов, основанный на минимизации эксплуатационных затрат по транспорту и хранению нефти в промежуточных резервуарных парках.

5. Разработана методика оптимизации параметров эксплуатации насосно-силового оборудования магистральных нефтепроводов с регулируемым приводом, позволяющая повысить общий суммарный коэффициент полезного действия насосных станций на 1 ... 2 % в зависимости от типа технологической обвязки основных и подпорных насосов.

Реализация работы.

Методика рациональной эксплуатации сети трубопроводов в пределах территориального управления апробирована для расчётов действующей сети магистральных нефтепроводов АО Ура-лосибирские МН (АО УСМН) и принята к использованию режимными и диспетчерскими службами системы магистральных нефтепроводов АК "Транснефть".

Результаты проведённых теоретических и экспериментальных исследований использовались для разработки рекомендаций по сокращению энергозатрат при эксплуатации центробежных насосов с регулируемым электроприводом цеха 101-615 АО "УфаОргСинтез". Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы при этом составляет 10 366 892 руб. (в ценах 1994 года).

Апробация работы.

Основные материалы диссертации докладывались на :

- Республиканской научно - технической конференции, г.Киев, 1988 ;

- Научном семинаре по современным проблемам нефти и газа, Минвуз РСФСР, г. Уфа, 1988 ;

- Всесоюзных школах - семинарах по проблемам трубопроводного транспорта, г. Уфа, 1990 и 1991 г. ;

- 45-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, г.Уфа, 1994 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей и одна монография.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов, списка литературы, включающего 108 наименований. Она содержит 167 страниц машинописного текста, 20 рисунков, 9 таблиц.

На защиту выносятся следующие результаты научных разработок в области повышения эффективности эксплуатации сети магистральных нефтепроводов :

- методика определения гидравлических характеристик действующих трубопроводов по диспетчерской информации ;

- метод рационального распределения грузопотоков нефти в пределах территориальных управлений магистральных нефтепроводов ;

- методика выбора энергосберегающих режимов эксплуатации насосно-силового оборудования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи, научная новизна и практическая значимость результатов проведённых исследований.

Первая глава начинается с краткого обзора опубликованных работ, где показано, что в промышленных условиях эксплуатации наблюдается существенное отклонение реальных характеристик нефтепроводов от теоретических, полученных на стадии их проектирования. Это объясняется погрешностью исходной информации, невозможностью точного теоретического учёта коэффициента местных сопротивлений, изменением шероховатости внутренней поверхности трубопроводов и многими другими факторами.

На основании проведённых экспериментальных исследований сделан вывод о том, что построение гидравлических характеристик действующих нефтепроводов наиболее эффективно производить на основе решения обратных задач, используя при этом диспетчерскую информацию и данные о конструктивных и гидравлических особенностях конкретных трубопроводов.

Для определения класса и структуры наиболее достоверной эмпирической зависимости, описывающей рабочую область магистральных нефтепроводов, в диссертации проведено сравнительное исследование параметров эксплуатации ряда трубопроводов АК "Транснефть". Исследования первой главы диссертационной работы позволили сделать вывод о том, что в большинстве случаев гидравлические характеристики нефтепроводов наиболее достоверно описывает экспоненциальная зависимость, вида

где А - эмпирический коэффициент, характеризующий конструктивные особенности конкретного нефтепровода (пропорционален отношению ЬЛЭ, где Ь - длина нефтепровода, О - диаметр);

В - эмпирический коэффициент, функционально зависящий от параметра Рейнольдса, для соответствующего режима течения. В качестве критерия выбора параметров модели (1) использовалась величина минимума дисперсии адекватности расчётных и диспетчерских данных. При этом предпочтение отдавалось данным контрольных перекачек нефтей с заведомо известными физико-химическими свойствами. В работе экспериментально показано, что описание коэффициента гидравлического сопротивления

А функцией, экспоненциально зависящей от параметра Рейнольдса, позволило уменьшить дисперсию отклонения расчётных данных от экспериментальных не менее, чем на 10 ... 15 %.

Наиболее надёжной и достоверной информацией для восстановления параметров гидравлических характеристик действующих

(1)

нефтепроводов служат данные контрольных перекачек. Однако проведение подобных активных экспериментов на эксплуатирующихся трубопроводах требует значительных материальных затрат. Поэтому представляется актуальной реализация возможности корректировки обычной диспетчерской информации без проведения непосредственных измерений. Для достижения этого в диссертационной работе разработан метод обработки исходной технологической информации, построенный на основе теории порядковых статистик.

В работе показано, что, в случае когда на основании априорной информации известен вид закона распределения измерений расхода или давления в трубопроводе, для решения задачи восстановления параметров гидравлических характеристик нефтепроводов применимы основные результаты теории порядковых статистик. Под порядковыми статистиками У(о в диссертации понимается упорядочение в соответствии с их величиной значения из выборки измерений расхода и давления, полученной на основе обобщения диспетчерской информации. Между значениями элемента выборки и местом, которое он занимает после упорядочения, в ряде случаев существует связь, позволяющая ранжировать исходную выборку и делать количественные оценки и выводы лишь по рангам элементов.

В первой главе предложено рассматривать восстановление параметров гидравлических характеристик нефтепроводов как новую задачу идентификации : по наблюдаемому выходу системы и ненаблюдаемому входу требуегся восстановить параметры зависимости между входом и выходом системы.

Показано, что если на основании ретроспективного анализа известен вид закона распределения технологического параметра У, а также известно, что связь между X и У монотонна, то можно оценить неизвестные значения параметра X , воспользовавшись выражением :

х(.) ~ т а

М

-ы

(2)

где

М.

х

т - математическое ожидание случайной величины X,

а - среднее квадратичное отклонение, используемое для оценки рассеяния случайной величины относительно её среднего значения,

- математическое ожидание 1 - й

порядковой статистики для выборки объёмом п- элементов.

В работе произведён предварительный расчёт математического ожидания для нормального закона распределения

при различных объёмах выборки как для наиболее общеупотребительного закона распределения измерений расхода и давления в трубопроводе.

Далее, в первой главе рассматривается задача восстановления параметров гидравлической характеристики нефтепровода вида (1), для чего выражение (1) предварительно логарифмируется и параметризуется для линеаризации. Показано, что по минимальному количеству (не более трёх) данных контрольных перекачек иефтей с заведомо известными физико-химическими

свойствами удаётся восстановить параметры зависимости между расходом и давлением в нефтепроводе, если известен вид закона распределения измерений расхода. Проведёнными в работе как технологическими, так и математическими экспериментами доказана помехоустойчивость предлагаемого алгоритма, что позволяет производить оценку параметров монотонных зависимостей Н = Б (С>) в условиях минимума информации с высоким уровнем шума.

В заключительной части первого раздела работы приводятся технологические примеры восстановления гидравлических характеристик конкретных нефтепроводов.

Вторая глава посвящена вопросам выбора энергосберегающих режимов работы сети магистральных нефтепроводов на основе обработки текущей технологической информации об изменении параметров перекачки и характеристик транспортируемого продукта.

Во введении ко второй главе дан краткий анализ существующих методов достижения оптимальной работы трубопроводов по различным технико-экономическим критериям. Показано, что используемые в настоящее время методы решения подобных оптимизационных задач не учитывают изменения коэффициента гидравлического сопротивления действующих нефтепроводов в зависимости от сроков эксплуатации и физико-химических свойств перекачиваемой нефти.

При традиционном подходе к решению задач управления режимами эксплуатации нефтепроводов необходимо либо строить гидравлические характеристики, а затем путём перекрёстного

сравнения выбирать оптимальный вариант, либо определять его численными методами. Оба эти подхода непригодны для решения задач динамического управления работой магистрального нефтепровода, так как любое изменение технологического параметра (например, изменение производительности) приводит к тому, что полученное оптимальное решение будет недействительным в изменившейся ситуации.

Применение в диссертационной работе теории позиномов позволяет по новому решить задачу выбора оптимальных параметров эксплуатации сети магистральных нефтепроводов.

При выборе энергосберегающих режимов работы сети магистральных нефтепроводов на первый план выдвигается задача минимизации себестоимости транспорта нефти. В качестве критерия, позволяющего решить поставленную задачу, выбран критерий минимального суммарного давления, развиваемого всеми насосными станциями системы нефтепроводов для перекачки заданного фиксированного объёма нефти. Во второй главе диссертации предлагается минимизировать целевую функцию вида :

п п ш

Ф = -> Ш1П , (3)

¡=1 ¡=1 .и

где Р; - давление в 1 - м трубопроводе;

Н- - напор ] - й насосной станции; т - количество насосных станций в пределах

рассматриваемой сети нефтепроводов; п - количество параллельных ниток трубопроводов; р - плотность перекачиваемой нефти.

При определении минимума целевой функции (3) использовались ограничения вида

= Рф , Н« < н, < н(;р-} ,

¡=1

где <Зф - расход нефти, подлежащей распределению по п нефтепроводам сети;

ЦСО - кавитационный запас на ун насосной станции;

Ц ("Р-) - ограничение по пределу прочности нефтепровода, примыкающего к ]-й насосной станции.

Такой подход без привлечения стоимостных показателей позволяет избежать принятия сомнительных экономических решений при непрогнозируемом изменении цен на транспортные тарифы и энергоносители.

В диссертационной работе задача выбора наиболее эффективной схемы эксплуатации сети магистральных нефтепроводов представлена в виде эквивалентной задачи рационального распределения грузопотоков нефти по сети трубопроводов. Разработана методика расчёта оптимальных производительностей каждого из нефтепроводов, образующих гидравлически связанную сеть территориальных трубопроводов. При этом предполагается, что заранее рассчитаны параметры эмпирических гидравлических характеристик всех нефтепроводов сети в соответствии с зависимостью (1). В результате проведённых исследований показано, что минимум целевой функции (3) достигается в том случае, когда в каждом из п - нефтепроводов сети поддерживается расход, равный

О, =--- (Оф (р-ё--в,)]

V ¡=1 Ь;

в;

1

¡=1

1

(4)

В заключении первого раздела второй главы рассмотрен пример реализации разработанной методики на основе решения задачи оперативного перераспределения грузопотоков нефти по трубопроводам одного из территориальных управлений магистральных нефтепроводов АК "Транснефть".

В реальных условиях поддерживать оптимальный расход, рассчитанный в соответствии с уравнением (4) достаточно проблематично, так как набор режимов эксплуатации сети нефтепроводов дискретен, а предлагаемый метод оптимизации работы трубопроводов получен в непрерывной постановке задачи. Иными словами, на практике не всегда возможно достичь любой производительности, которая является оптимальной в данной ситуации вследствие конструктивных особенностей магистральных центробежных насосов. В некоторых случаях использование предлагаемой в работе оптимизационной методики может привести к тому, что распределение грузопотоков нефти вызовет появление невязки и приведёт к нарушению баланса расходов в сети магистральных нефтепроводов. В связи с этим в диссертационной работе рассмотрена возможность выбора режимов работы магистральных нефтепроводов с учетом дискретности режимов эксплуатации насос-пых станций.

Подобные исследования проводились в работах С.А.Веремеенко, И.Н.Минскер, В.Ф.Новосёлова и др., в которых основным методом попадания в рассчитаную заранее точку оптимума, является дросселирование напора. Однако такой подход правомочен при полном отсутствии резерва ёмкости промежуточных резервуарных парков и, кроме того, приводит к непроизводительным потерям энергии.

Исследования, проведённые в диссертации, показали, что в большинстве практических случаев оптимальный расход С^ , рассчитанный в соответствии с зависимостью (4), попадает в интервал , ]+1 ) карты рабочих режимов для ¡-го нефтепровода (где ] - номер режима в соответствии с рабочей картой). В подобных ситуациях работа только в >м режиме неизбежно приводит к необходимости дросселирования части напора, а эксплуатация насосной станции в 0+1) режиме вызывает появление дисбаланса расходов. В диссертации подобную задачу распределения невязки по расходам, вызванную дискретностью работы системы "трубопровод - насосные станции", предлагается решать путём организации циклической перекачки. Целыо проводимых исследований явилось нахождение относительной доли времени эксплуатации нефтепровода как в .¡-м, так ив (3 +1 ) из технически возможных режимов эксплуатации трубопровода и создания, если необходимо, переходящих запасов нефти в промежуточных резервуарных парках. В работе показано, что, нет необходимости перебора всех возможных вариантов, определяемых количеством рабочих режимов, так как гидравлические характеристики нефтепроводов представляют собой положительно - определённые вы-

пуклые функции. Следует рассматривать только ближайшую окрестность точки оптимума. В общем случае выбор оптимальных дискретных режимов эксплуатации для п - нефтепроводов является 2П - мерной задачей.

В рамках предложенного подхода были проведены исследования возможности сокращения эксплуатационных затрат на перекачку и хранение невязки по расходу нефти в резервуарных парках. При этом учитывалось ограничение по имеющемуся в наличии объему резервуарных парков. Принималось во внимание условие, что по технологическим соображениям необходимо поддерживать в резервуарных парках неприкосновенный запас нефти. Поставленная задача решалась путём определения экстремума целевой функции, максимизирующей прибыль территориального управления магистральных нефтепроводов при известном объёме перекачки за время Т и заданном тарифе на транспорт нефти. При этом учитывались возможные различия в себестоимости перекачки нефти па ] и ]+1 режиме, стоимость хранения нефти в промежуточных резервуарных парках и возможный случайный характер изменения расхода нефти .

В результате проведённых исследований была разработана методика, позволяющая по заданным значениям объёма перекачки и отведённого на эту перекачку времени Т определять относительное количество времени работы в различных режимах каждого нефтепровода в сети. В заключении второй главы представлена апробация разработанной методики на конкретных технологических примерах эксплуатации нефтепроводов АК "Транспефть".

Третья глава посвящена определению оптимальных режимов работы основных и подпорных насосных агрегатов на перекачивающих станциях, расположенных по трассе нефтепроводов при условии, что расход нефти задан и не изменяется в течение некоторого времени Т. Под оптимальным режимом эксплуатации насосной станции для любой известной производительности трубопровода в работе понимается такой режим, когда расход электроэнергии на перекачку минимален.

В первом разделе третьей главы проведены исследования возможности выбора наиболее рациональных режимов работы центробежных насосов при параллельном и последовательном соединении в случае, когда существует возможность регулирования их подачи изменением частоты вращения рабочего колеса. В диссертации предложен подход, когда оптимальная подача каждого насосного агрегата рассчитывается на основе анализа индивидуальных характеристик насосов с учётом их возможного изменения с течением времени.

В качестве целевой функции поставленной задачи оптимизации использовалась величина максимального суммарного коэффициента полезного действия (КПД) всех эксплуатирующихся насосных агрегатов. Выбор подобной целевой функции позволил отойти от возможного изменения абсолютных стоимостных показателей тарифов на потребляемую электроэнергию и дал возможность уменьшить непроизводительные эксплуатационные затраты. В результате проведённых исследований было установлено, что выбранному критерию оптимизации удовлетворяет следующая зависимость, позволяющая рассчитывать напор каждого насоса в группе Ь,:

У ln (ь,-с,) h с, _ 1°(Ь.-с.) , (5)

с.У-

' с.

где b¡ , c¡ - эмпирические коэффициенты, определяемые по индивидуальным индикаторным диаграммам, для каждого насоса в группе совместно работающих.

и

При условии : ^h, = Ьф и Н|к) < h, < Н',ф). i-i

Апробация предложенного алгоритма представлена на конкретном технологическом примере. Анализ результатов показывает, что представленный в работе метод выбора наиболее рациональной схемы эксплуатации последовательно соединённых насосных агрегатов позволил повысить суммарный коэффициент полезного действия (КПД) на 2 %.

Во втором разделе третьей главы проводятся исследования по оптимизации работы паралелльпо установленных насосов. При этом в качестве главного критерия оптимизации выступаег тот же критерий, что и для последовательной схемы, максимальная величина общего суммарного КПД всей группы центробежных насосов (ЦБН). При решении поставленной задачи учитывалось ограничение максимальной нагрузки каждого насосного агрегата по условию прочности нефтепровода. Кроме того, принималось во внимание ограничение, характеризующее минимально допустимую нагрузку, обеспечивающую безкавитационную работу насосных агрегатов. Дополнительным ограничением служил баланс расходов.

Проведённый далее анализ деятельности целого ряда нефтепроводов АК "Транснефть" показал, что в результате падения общего уровня производительности подавляющее количество времени ЦБН работают в области малых расходов, то есть на левых ветвях индикаторных диаграмм. Поэтому в диссертационной работе проводилось исследование возможности аналитического описания кривых КПД в области их возрастания с целью выбора наиболее адекватных зависимостей вида 1] = • В результате проведённых исследований было установлено, что для ЦБН в

6 71

области, где больше нуля, зависимость КПД от расхода в

классе элементарных функций наилучшим способом аппроксимируется уравнением вида

7=21 -г2-ехр(-г3-д) , (6)

где Ъ - эмпирические коэффициенты, определяемые

индивидуально для каждого ЦБН в группе. В качестве целевой функции использовалось выражение вида : " " / / \\ ¡=1 ¡=1

где аг; - весовые коэффициенты всей группы параллельно

и

установленных насосов ( = 1).

¡-1

Целью поставленной задачи являлась максимизация функционала (7).

Так как все ограничения теории позиномов, накладываемые на коэффициенты , г2 , г3. и па саму функцию Р,

выполняются, то в работе предлагается максимизировать целевую функцию (7) при помощи теории геометрического программирования, основные положения которой рассмотрены во второй главе.

Во втором разделе третьей главы показано, что для рассматриваемой постановки задачи использование центральной теоремы геометрического программирования позволяет непосредственно рассчитывать оптимальные расходы, обеспечивающие максимум целевой функции. В результате проведённых исследований показано, что максимальный КПД группы параллельных насосов достигается, если подача каждого ЦБН определяется зависимостью вида :

Q =--

< i п

" 1 vlf

1=1 ¿3,

» ln (arz2¡ -z,.)

L-:-

ln (a z, zv ) V 1 h) . (8)

В заключительной части третьей главы представлены конкретные примеры реализации разработанной методики на основе данных эксплуатации центробежных магистральных и химических насосов.

Использование предложенной оптимизационной модели показано на примере выбора наиболее рациональных режимов работы подпорных насосов. Сравнение численного значения суммарного КПД, полученного в результате решения предлагаемого оптимизационного алгоритма с суммарным КПД для случая, когда нагрузка в группе параллельно соединённых насосных arpera-

тов распределялась равномерно, показало, что применение предлагаемого в диссертационной работе метода позволило повысить суммарный КПД не менее, чем на 1 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика оценки гидравлического состояния действующих нефтепроводов па основе использования минимального количества данных контрольных перекачек. Установлено, что предложенная методика позволяет уменьшить погрешность определения параметров гидравлических характеристик магистральных нефтепроводов на 10 ... 15 % .

2. Показано, что наиболее точные результаты для описания изменения гидравлических характеристик действующих нефтепроводов удастся достичь при использовании экспоненциального представления зависимости коэффициента гидравлического сопротивления Ä от параметра Рсйнольдса. Установлено, что подобное выражение Я позволяет уменьшить дисперсию адекватности модельных и расчётных данных не менее чем па 10 ... 20 %.

3. Предложена методика расчёта наиболее эффективной схемы перераспределения грузопотоков нефти по сети территориальных управлений магистральных нефтепроводов. Показано, что используемая методика позволяет" минимизировать общее интегральное давление, развиваемое всеми насосными агрегатами перекачивающих станций. Установлено, что предлагаемая методика позволяет снизить себестоимость перекачки нефти за счёт уменьшения эксплуатационных расходов.

4. Разработан метод выбора карт рабочих режимов эксплуатации насосных станций магистральных нефтепроводов с учётом возможного различия в энергозатратах на перекачку нефти в каждом режиме работы. Установлено, что предлагаемый метод позволяет минимизировать мощность, потребляемую центробежными агрегатами насосных станций, при одновременном сокращении затрат на хранение нефти в промежуточных резервуарных парках.

5. Предложен способ выбора энергосберегающих режимов работы насосно-силового оборудования магистральных нефтепроводов как для последовательной, так и для параллельной схемы соединения. Показано, что разработанный способ применим как для регулируемого, так и нерегулируемого привода. Установлено, что использование предложенного способа выбора рациональных режимов эксплуатации технологического оборудования позволяет повысить суммарный КПД насосных станций на 1 ... 2 %. Проведена апробация предложенного метода на конкретных технологических примерах.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

1. Байков И.Р., Жданова Т.Г. Оптимизация распределения грузопотоков нефти на действующих трубопроводах в пределах управления магистральными нефтепроводами // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. : М.ВНИИОЭНГ. - 1992. - N 5. -С. 13- 16.

2. Байков И.Р., Жданова Т.Г., Черняев В.Д. Диагностирование гидравлического состояния трубопроводов // Нефтяная и га-

зовая промышленность. Сер. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. : М.ВНИИОЭНГ. - 1993. - N 12. - С. 10- 11.

3. Байков И.Р., Жданова Т.Г., Черняев В.Д. Оптимизация режимов работы центробежных насосов магистральных нефтепроводов // Нефтяная и газовая промышленность. Сер. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. : М.ВНИИОЭНГ,-1994.-N 1. - С. 4 - 5.

4. Байков И.Р., Жданова Т.Г. Фрактальная статистика временных рядов замеров для оценки внутреннего состояния трубопроводов // Тез. докл. 45-й научно-технической конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. - Уфа, 1994. - 81 с.

5. Байков И.Р., Жданова Т.Г. Построение гидравлических характеристик действующих трубопроводов // Тез. докл. 45-й научно-технической конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. -Уфа, 1994.- 82 с.

6. Байков И.Р., Жданова Т.Г., Гареев Э.А. Моделирование технологических процессов трубопроводного транспорта нефти и газа : Уфа, Полиграфкомбинат N 1 , 1994. - 127 е.: ил.

Автор выражает глубокую признательность научному консультанту д.т.н., профессору И.Р.Байкову за постановку и обсуждение ряда задач.

Соискатель

Т.Г.Жданова