База книг в электронке для ЭНН УТЭК / База курсачей чертежей и дипломов УТЭК / Подводный трубопровод / диплом дима / Димон / Подводные Переходы / диплом / В_приложение

Приложение В. Определение оптимального метода устранения дефектов

при капитальном ремонте нефтепроводов.

В концепции поддержания работоспособности и обеспечения безопасной эксплуатации нефтепроводной системы собственно трубопровод имеет первостепенное значение, как с точки зрения наибольшей значимости в составе основных фондов, так и с точки зрения возможных отрицательных воздействий на экологию.

Своевременное выявление дефектов, ранжирование их по степени опасности, выбор наиболее экономичных и эффективных методов их устранения являются одними из ключевых в концепции надежности трубопроводной системы.

В связи с этим на определенном этапе при формировании плана капитального ремонта магистрального нефтепровода задача определения наиболее экономичного метода ремонта является одной из наиболее актуальных.

Рассмотрим задачу определения оптимальных методов устранения дефектов, расположенных на дефектном участке, выбранном при формировании плана капитального ремонта.

При решении задачи оптимизации метода капитального ремонта в качестве критерия для расчета предлагается использовать минимум затрат, которые складываются из следующих показателей:

• затраты на ремонт дефекта (ЗР) одним из способов, предложенных в РД 153-39-030-98 «Методика ремонта дефектных участков магистральных нефтепроводов по результатам внутритрубной диагностики»;

• дополнительные эксплуатационные расходы (ЭР).

Такие задачи в математической теории оптимизации относятся к классу задач оптимизации с ограничениями. В задачах с ограничениями выбор экстремума происходит не во всем пространстве параметров Rⁿ, а в некотором его подмножестве S Rⁿ. Подмножество S обычно задается «неявно», системой дополнительных уравнений, называемых уравнениями ограничений.

Если S определяется совокупностью всех точек в Rⁿ, которые удолетворяют системе уравнений:

h_i()=0 i=1,…,l,

то эту систему называют ограничивающими равенствами.

Если S есть множество всех в Rⁿ, которые удолетворяют системе неравенств:

g_i(x) 0 i=1,…,m,

то эту систему называют ограничивающими неравенствами.

Метод Лагранжа заключается во введении функции Лагранжа и ее минимизации:

()=()+_ih_i().

Для ограничивающих равенств имеет место условие:

_ih_i()=0.

При линейных ограничивающих равенствах и неравенствах алгоритм можно построить на основе симплексного метода, а при нелинейных ограничениях – на основе метода штрафных функций.

Для формализации задачи поиска оптимального метода ремонта дефекта необходимо учитывать следующие факторы.

Затраты на ремонт дефектного участка могут быть представлены в виде:

ЗР=с_in_i , (1)

где с_i – стоимость i-го метода ремонта дефекта;

n_i – количество дефектов, подвергаемых i-му методу ремонта.

Дополнительные эксплуатационные затраты, связанные с проведением капитального ремонта, в основном определяются расходами по статье «Электроэнергия» и могут быть представлены в виде:

ЭР=_it_in_i , (2)

где _it_i – дополнительные эксплуатационные расходы при реализации i-го метода ремонта одного дефекта;

t_i – время проведения ремонта i-м методом;

_i – коэффициент эксплуатационных расходов.

Определение дополнительных эксплуатационных расходов базируется на следующих предположениях. При проведении капитального ремонта, как правило, возникают ситуации, когда необходимо снизить рабочее давление или остановить транспортировку нефти при подключении новых участков. При этом для выполнения графика поставки необходимо выполнить те объемы, которые образовались при снижении рабочего рабочего давления или остановке перекачки. При этом, за счет неритмичной работы нефтепровода будет наблюдаться увеличение потребления электроэнергии, что в свою очередь приведет к существенному росту эксплуатационных расходов по статье «Электроэнергия». Для расчета этой величины будем основываться на следующих допущениях.

1. В расчете будем рассматривать только тот участок нефтепровода, на котором проводится капитальный ремонт, считая что на других участках нефтепровода неравномерность перекачки компенсируют за счет использования объемов своих резервуарных парков.

2. Режимы работы нефтепровода на участке капитального ремонта позволяют компенсировать недопоставку нефти в течении месяца.

Введем обозначения:

G_n – объем перекачки по нефтепроводам, обеспечивающий выполнения месячного объема в тарифной выручке;

t_m и t_к.р. – время работы на оптимальных режимах перекачки нефтепровода для выполнения месячного объема тарифной выручки и время, затраченное на проведение капитального ремонта одним из методов в течении одного месяца;

L, D - длина и эквивалентный диаметр рассматриваемого нефтепровода;

Z – геодезический перепад высот начала и конца нефтепровода;

, - кинематическая вязкость и плотность перекачиваемой нефти;

G_к.р. – величина сокращения месячного объема перекачки при

проведении капитального ремонта;

_э – базовый коэффициент затрат электроэнергии для рассматриваемого

нефтепровода.

Затраты электроэнергии З_э на перекачку нефти за рассматриваемый период рассчитываются с учетом двухставочного тарифа по формуле:

З_э=W_э1+N_э2 , (3)

где W и N – потребляемая электроэнергия за рассматриваемый период и заявленная мощность по нефтепроводу;

_э1, _э2 – тариф за 1 кВт/ч электроэнергии и за 1 кВт используемой мощности в часы максимума.

W= , (4)

где H – напор, необходимый для перекачки нефти по трубопроводам;

2

G – объем перекачки нефти по трубопроводу.

H=hZ, h=, (5)

Здесь: h – потери напора на трение в трубопроводе, вычисляемые по

формуле Дарси-Вейсбаха;

- коэффициент гидравлического сопротивления;

- средняя скорость потока нефти в трубопроводе;

g – ускорение свободного падения.

Для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления могут быть применены следующие классические формулы гидравлики:

при R_е < 2300 формула Пуазейля ;

0,25

при 2300 <R_е<100 000 формула Блазиуса ;

0,237

при R_е > 100 000 формула Никурадзе = 0,0032+ ;

Из уравнений (4), (5) следуют следующие соотношения для вычисления увеличения затрат электроэнергии:

а) в случае снижения рабочего давления:

W={(G_n - G_к.р.)H₂ + G_к.р.H₃ – G_nH₁} , (6)

где Н₁, H₂, H₃ - напор, необходимый для перекачки объема G_n за время t_м, объема (G_n – G_к.р.) за время (t_м – t_к.р.), объема G_к.р. за время t_к.р.;

б) при остановках перекачки:

W=G_n (H₄ – H₁) , (7)

где Н₄ – напор, необходимый для перекачки объема G_n за время (t_м – t_к.р.).

С учетом вышеизложенного дополнительные эксплуатационные затраты могут быть вычислены по формуле:

З_э=W_э1 + N_э2 , (8)

где N – дополнительная заявленная мощность по нефтепроводу, необходимая для выполнения месячного объема тарифной выручки при проведении капитального ремонта.

Зная З_э и время, необходимое для проведения ремонта данного дефекта, можно определить значение коэффициента эксплуатационных расходов _i для каждого метода ремонта.

Таким образом, проблему выбора оптимального метода ремонта для отдельного дефектного участка можно формализовать в виде:

(с_i + _it_i)n_i=min . (9)

Задача оптимизации (9) может быть решена при следующих ограничениях:

c_in_iC , (10)

t_in_iT , (11)

n_i=N , (12)

где С –сумма денежных средств, выделенная на ремонт данного дефектного участка из общей суммы, определенной в плане капитального ремонта всего нефтепровода;

Т – общее время ликвидации всех дефектов на одном дефектном участке;

N – общее количество дефектов на одном дефектном участке.

Задача (9) с ограничениями (10) - (12) представляет собой классическую задачу линейного программирования, которая может быть решена различными методами, например симплексным методом. Решение этой задачи выходит за рамки данной работы.