Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Suharev_M.G._Nadezhnost_sistem_gazo-_i_neftesnabzheniya

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
12.11.2022
Размер:
1.22 Mб
Скачать

Академические чтения

Academic lectиring

MINISTRY OF GENERAL AND PROFESSIONAL EDUCATION

OF RUSSIAN FEDERATION

GUBKIN STATE ACADEMY

OF OIL AND GAS

М. G. SUКНAREV

ТНЕ RELIAВILI1Y AND ТНЕ SAFE1Y

OF GASAND OIL-SUPPLY SYSTEMS:

STATE, PROBLEMS,

MODELS

Moscow

Oil and Gas

1998

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАдЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА

им. И. М. ГУБКИНА

М. Г. СУХАРЕВ

НАДЕЖНОСТЬСИСТЕМ ГАЗО-И НЕФТЕСНАБЖЕНИЯ: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ,

МОДЕЛИ

Москва Нефть и газ

1998

УДК 62-192:622.691.4:622.692.4

Сухарев М. Г. Надежность систем газо- и нефтеснабжения: состояние, про­ блемы, модели. (Сер. «Академические чтения». Вып. 15).- М.: Нефть и газ, 1998.- 35 с.

Доклад состоялся 23 октября 1997 года. Докладчикакадемик Междуна­ родной академии наук по экологии и безопасности, доктор технических наук, профессор М. Г. Сухарев.

В докладе дается определение понятия надежности, вводятся показатели и об­ суждаются факторы, влияющие на надежность систем газо- и нефтеснабжения.

Оценивается современное состояние систем магистрального транспорта не­

фти и газа. Дан анализ существующих моделей газо- и нефтеснабжения, оnреде­

лены перспективы nроведения научных работ в этой области.

Редакцноввая к~eПIJI

А. И. Владимиров

И. Н. Стрижов

И. Г. Фукс Г. М Сорокин

Редактор серии С. Н БОБРОВ

©Государственная академия нефти и газа им. И. М. Губкина, 1998

Что такое надежносrь

Проблемы надежности относятся к числу важнейших в от­ раслях нефтегазового комплекса. Чтобы составить представ­

ление о них, надо четко определить само понятие надежнос­

ти, поскольку различия в его интерпретации людьми, не яв­

ляющимися узк~ми специалистами в этой области, мoryr быть

очень велики.

Слова надежность нет не только в словаре В. И. Даля, но и в двух первых изданиях Большой советской энциклопедии. И толь­ ко в третьем ее издании (1974) можно найти две небольшие ста­ тьи - «Надежности теорию> и «НадеЖНОСТIУ>. Необходимость в

исследовании надежности появляется на определенном этапе раз­

вития индустриального общества. Надежность такого изделия, как

стиральная доска, вряд ли заслуживает изучения, а надежность

стиральных машин является их важной технической характерис­

тикой и предметом постоянного внимания производителей.

Но, возникнув однажды, проблема надежности уже не будет снята с повестки дня, останется в числе вечных проблем человечества, приобретая новые черты и новые формулировки на каждом эта­

пе развития техники.

Специалисты долго спорили, пытаясь дать точное определе­ ние термину надежность. В конце концов пришли к следующему

компромиссу.Надежностьэто свойство об'М!кта выполнять за­ данные функции в заданном объеме при определенных условиях фун­

кционирования. Такое определение оказалось непротиворечивым,

но мало информативным. Поэтому решено было расшифровать

понятие, рассматривая надежность как комплексное свойство, содержащее ряд единичных свойств.

В число единичных свойств в общетехническом толковании

понятия надежности включаются безотказность, долговечность,

ремонтопригодность и сохраняемость. Особо важный смысл по­ нятие надежности приобретает для больших систем энергетики

[1]. К их числу относятся системы rазо- и нефтеснабжения, а

5

также электроэнергетическая, водо-, тепло- и углеснабжения.

Помимо перечисленных единичных свойств, надежность боль­ ших систем энергетики включает также устойчивоспособность, режимную управляемость, живучесть и безопасность. Первое из них введено специально для систем электроснабжения, а ос­

тальные должны быть пояснены.

Режимная управляемость - способность объекта подцержи­ вать нормальный режим посредством управления. Заглянем не­

много вперед и обратимся к четырем технологическим схемам

компрессорной станции на рис. 3. Когда не задумывались о ре­

жимной управляемости систем магистрального транспорта газа,

пользовались схемами а и б. Затем были предложены более со­ вершенные, более маневренные схемы в и г. Подробнее как о самих схемах, так и об их сравнительных достоинствах и недо­ статках будет рассказано далее.

Живучесть - способность объекта противостоять возмуще­

ниям, не допуская их каскадного развития с массовым нару­

шением питания потребителей. Под этой хитрой формулиров­

кой скрыты, по сути дела, два аспекта надежности. Первый из

них - военный: в экстремальных условиях, при сильных воз­

действиях система должна в основном работать и не допускать

перерывов в снабжении особо ответственных потребителей. Эк­ стремальные условия могуг быть вызваны также стихийными бедствиями: землетрясениями, наводнениями и др. Второй ас­

пект связан с каскадным развитием аварий. Необходимость

исследования живучести ярко высветили две аварии систем

электроснабжения Нью-Йорка в 60-х и 70-х годах. Каждая из

аварий, начавшись от сравнительнонезначительной nричины,

приводила к каскадному отключению генерирующих мощнос­

тей. В итоге без энергии более суток оставался мегаполис, без­

действовали канализация, водоснабжение. При отсутствии

уличного освещения и выходе из строя охранных систем нача­

лись массовые грабежи.

Каскадными авариями в системах теплоснабжения сопровож­

дается выход из строя источников или теплотрасс на длитель­

ный срок при больших морозах. Я имею в виду <<разморажива­

ние» труб и радиаторов отопления в квартирах. Примером кас­

кадной аварии в системе нефтеснабжения является застывание

нефти во всем нефтепроводе при длительном отказе одной из

станций подогрева.

Безопасность - способность объекта не допускать ситуации,

опасные для людей и окружающей среды. Свойство безопаснос­ ти пересекается с некоторыми другими единичными свойства-

б

ми комплексного понятия надежности, прежде всего с безот­ казностью, однако не исчерпывается ими. Исследуя безопасность

системы нефтеили газоснабжения, целесообразно рассматри­

вать ее не как техническую систему, а как объект ноосферы в

совокупности с окружающей средой, обслуживающим персона­ лом, постройками в непосредственной близости от трасс и т.д.

На Западе, особенно в Северной Америке, безопасность (safety) чуть ли не отождествляют с надежностью (reliaЬility), точнее го­ воря, заботятся об обеспечении безопасности и почти только

безопасности. И это легко понять. При разработке законодатель­

ства, регламентирующего деятельность нефтяных и газовых ком­

паний, общество в лице местных и федеральных властей требует

от компаний сохранения окружающей среды и предотвращения

травматизма и гибели людей. А бесперебойность (надежность) снабжения потребителей обеспечивается условиями при заклю­ чении контрактов. Примеры того, каким образом это достигает­

ся, будут приведены ниже.

Можно говорить о надежности системы в целом, ее регио­

нальных или технологических (газоили нефтепроводы, сис­

темы связи и др.) подсистем, отдельных объектов (перекачи­

вающая станция, многониточный участок с перемычками и

др.). В зависимости от назначения системы или объекта и ус­

ловий их эксплуатации надежность может включать ряд свойств

(в отдельности или в определенных сочетаниях) из числа вы­

шеперечисленных.

Как вы видите, уважаемый читатель, на вопрос <<Что такое

надежность?» сейчас можно дать развернутый, емкий ответ. По­ нятие сформировалось в результате дискуссий специалистов, продолжавшихся много лет. Полемика была не только длитель­ ной, но и ожесточенной. Иначе и не могло быть: ведь там, где

речь идет о терминологии, о началах, каждый имеет свое мне­

ние и, уж конечно, считает его самым правильным. Теперь пе­

риод первоначальных споров миновал. Созданы госты, написа­ ны справочники (кстати, всем, кто интересуется предметом, рекомендую справочное издание [2]). Но можно ли считать за­ конченной терминологическую эпопею? Мне кажется, что нет.

Причин тому много. Назову только одну из них. Исследование

надежности можно проводить для эксплуатирующихся и nроек­

тируемых объектов. В последнем случае технические решения мoryr

быть правильными или не совсем в зависимости от того, на­

сколько удачно выбраны расчетные модели, насколько верно

оценены условия будущего функционирования. Поэтому умест­

но было бы ввести еще и понятие информационной надежности,

7

и оно (это понятие) не попало бы на уже освоенные территории

риск-анализа или анализа неопределенности.

Заканчивая терминологический раздел, мне хотелось бы об­

ратить Ваше внимание на очень важное направление в надежно­

сти трубопроводных систем, которое занимается изучением про­

цессов, происходящих в теле трубы, в металле. Это направление получило название конструктивной надежности. Оно позволяет получать конкретные результаты в области безопасности и дол­ говечности линейной части газа- и нефтепроводов. Но, как вид­

но из предьщущего, конструктивная надежность далеко не ис­

черпывает все проблемы, являясь очень узкой, хотя и первоете­ ленной по значимости, составляющей надежности в широком смысле, или надежности системной.

Как можно повысить надежность

Ответить на этот вопрос, не привязываясь к ситуации, вооб­ ще нельзя. Чтобы получить конструктивные результаты, следует

четко вьщелить объект, надежность которого исследуется, сфор­ мулировать, каковы его функции, в каком объеме и при каких условиях они должны выполняться. После этого надо провести анализ факторов, влияющих на надежность, и попытаться по­

добрать мероприятия - способы воздействия, которые приво­

дили бы к изменениям в нужном направлении. Чем более полно

проведен анализ, чем шире список мероприятий и способов

воздействия, тем больше уверенности, что будуг приняты пра­ вильные решения. Исследование надежности, таким образом,

предполагает всестороннее изучение ситуации во взаимодействии

разнородных факторов, как правило, на длительный промежу­

ток времени. Другими словами, к исследованию надежности надо

подходить с позиций системного анализа.

Чтобы <<приземлить>> эти рассуждения, привязать их к техно­

логии, обратимсц к рис. 1. На схеме представлены некоторые

факторы, оказывающие влияние на надежность трубопроводных

систем и их объектов. Факторы объединены в 5 групп. Качество оборудования и строительства. Надежность систе­

мы во многом зависит от качества оборудования, поставляемо­ го смежными отраслями. Для линейной части важное значение

имеют марка стали, наличие заводской изоляции, технология

изготовления труб, изоляционное покрытие, запорная армату-

8

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

Совершенсrво консtрукuнй и ка­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чесnю изrоrомения изделий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Качесrво сtрОительства и монтажа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема технолоmческой

 

 

 

 

 

 

 

 

Износ оборудования

 

 

 

взаимосцзи объектов

 

 

 

 

 

 

 

сисrемы

 

 

Условия эксплуатации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема соединенкя·

 

 

НадеJIСНость сисrем автомаmза-

 

 

 

 

оборудования

 

 

ции и ннформаmки

 

 

 

 

на объектах

~

1

Квалификаuия персонала

1

 

 

 

 

 

 

!"'

 

ремонmых служб

/

/

 

Резервы

~

 

УСЛОВИII труда Н быта

 

 

 

 

обортовзим

6

1

1

 

 

 

 

 

 

~

 

персонала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Расположение и мош-

о

1

Орrанизаuнонная сtруюура

н

~

 

 

 

 

ностьрезервных

g

 

ремонmых служб

 

емiСосrей

s г·---~-··--·~-···-~

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

асположенне и мош-

§

 

 

 

 

 

 

ность неточников

n

 

Снабжение запчастями

 

 

 

пнковоrо снабженм

х

;Оснащение ремонmы~о~ оборудова-

~

ние~о~ н его качество

1 1

~

1 Совершенсгво и качесгво сисrем

 

~

1

~

диаrnосmки

1

tr

 

Резервы производственных мощ-

 

~

носrей в системе и на ее объектах

 

Классификация

персонала

Условм труда

и бьпа

персонала

о

 

 

-6

Реакция rорногеологических

1 Орrанизаuионная

g

C1]))'XlYp на режим разработки

g

 

структура

~

1 Обеспеченносrь добычи запасами 1

управления

;.:

 

 

<>

Взаимодействие с другими

1 Нормаmвная база

~

ii

отраслями промышлениости

уnравления

"Надежность электроснабжения

Характеристика

случайноrо спроса

Влияние nогодных факторов

Информационное

на безотказность и nроизводствен-

обесnечение

ную ~о~ошность объектов

упрамения

Антроnоrенные и природные

 

воздействия, приводЯщие

Автоматизация

к авариям и отказам

 

nроцессов упрамеиия

 

 

 

ра; для компрессорного оборудования - тип конструкции, за­

вод-изготовитель, система контроля и т.д. Оборудование надо

не только изготовить, но и доставить на место, трубы сварить в плети и произвести ряд других операций. Нарушение техноло­

гических требований на любой стадии может быть причиной

будущей аварии.

Качество технического обслуживания обусловлено как техни­ ческими, так и, в не меньшей степени, социальными фактора­

ми. Системы газо- и нефтеснабжения расположены на огром­

ных территориях. Эксплуатационный персонал рассредоточен.

Люди живут и в городах, и в небольших поселках, причем иногда

в районах с неблагаприятным климатом. Естественно, что ква­

лификация инженеров и рабочих и условия их жизни сказыва­

ются на техническом обслуживании. Качество эксплуатации за­

висит от системы очистки труб, электрохимической защиты,

пожаротушения, оснащения ремонтных служб и т.д. Чем боль­ ший опыт накапливают службы э;<сплуатации газо- и нефте­ проводов, предприятий по добыче газа и нефти, тем более по­

вышение надежности достигается средствами предупреждения

отказов. Поэтому системы диагностики трубопроводов и перс­

качивающего оборудования являются важнейшим средством

повышения качества обслуживания. Это· направление чрезвы­

чайно трудоемкое и наукоемкое, оно способно впитать в себя достижения научно-технического прогресса из различных обла­ стей знания. Бывает так, что сообщения на конференциях по

диагностике воспринимаются почти как фантастические. Суще­

ствуют, например, проекты использования нанатехнологий -

аппаратуры исследования вещества на молекулярном уровне­

в целях долгосрочного проmозирования состояния труб и обо­

рудования. Авиация и космические аппараты уже применяются

для диагностики утечек и слежения за состоянием трассы. Ин­

тенсивно совершенствуются средства информатизации, способ­

ствующие быстрому распознаванию аварийных ситуаций и про­ ведению мероприятий по защите.

Какие только способы не применялись для поиска утечек газа и нефти! Начиналось все с использования животных и че­ ловека. В штат западноевропейских газораспределительных ком­ паний включались собаки, обученные поиску источников одо­ рированного газа в условиях плотной городской застройки. Одно время появилась редкая профессия. Люди с повышенной спо­ собностью дифференциации цветов на должностях путевых об­

ходчиков распознавали утечки газа по их воздействию на расти­

тельность. Дело в том, что даже небольшие примеси метана в

10