Содержание к диссертации
Введение 5
1 Аналитический обзор по проблеме исследования. Особенности эксплуата
ции и оперативно-диспетчерского управления в магистральном транспорте
газа И
1.1 Линейная часть трубопровода -основной объект исследования 11
1.2. Основные характеристики трубопроводных систем 14
Методы управления процессами транспорта газа 15
Методы и средства диагностики трубопроводных систем 17
Значение разработки новых методик анализа и расчета процессов транспорта газа для задач диагностики и управления 22
Обсуждение результатов анализа существующей проблемы
и выводы 25
2 Методические основы анализа технического состояния трубопровода по
термодинамическим параметрам течения газа 27
2.1 Функционально-топологический анализ технического состояния
трубопроводных сетей 27
Структурно-функциональный анализ взаимосвязей трубопроводной сети, как сложной технической системы 27
Морфологические свойства системы 32
Методики анализа и расчета процессов транспорта газа, как средство оценки надежности, риска и безопасности трубопроводных сетей в процессе эксплуатации 36
Основные типы аналитических зависимостей, используемые для исследования течения газа в трубопроводе в процессе эксплуатации 39
2.3.1 Анализ параметров газового потока в трубопроводе
на основе уравнений механики сплошных сред 41
Изотермические уравнения течения газа по трубопроводу 42
Метод сеток 43
2.3.4 Метод предиктор -корректор 47
2.3.5. Диагностические уравнения 49
2.4 Оптимизация формы представления представления математического
описания исследуемого объекта 51
2.5 Выводы 57
3 Методика расчета распределения давления, скорости и температуры
при стационарном одномерном течении газа в трубопроводе 59
Общие сведения 59
Основные требования, предъявляемые к диагностическим
математическим описаниям реальных объектов 61
3.3. Методическая структура разработки математического описания
течения газа в сложнопрофилированном трубопроводе 64
Методы выбора диагностических критериев 66
Неисправности, и опасные ситуации, выявляемые при диагностировании линейной части трубопроводов 72
Методика системного анализа оптимизации режимов течения газа и диагностики линейной части сложнопрофилированного трубопровода 77
Диагностические уравнения расчета процессов течения газа
в сложнопрофилированном линейном участке трубопровода 81
3.8. Тестовый гидравлический расчет 92
3.9 Выводы 98
4 Описание алгоритма и программы диагностирования морского участка
трубопровода «Россия- Турция» методом математического моделирования
течения газа 99
4.1. Основные особенности морского участка газопровода
«Голубой поток» 100
4.2 Условия образования гидратов на отрезке морского участка
трубопровода «Голубой поток» 102
4.2.1 Нарушение режимов эксплуатации 107
42.2. Аварийное состояние трубопровода 108
4.3 Компоновка алгоритма диагностирования и анализа течения газа в
трубопроводе 109
43.1 Поиск локальных экстремумов многопараметрических
функций 109
4.3.2 Основные принципы обработки данных
диспетчерской службы 110
4.3.3 Общая композиция алгоритма диагностирования 112
Программа расчета режимов течения газа в морском участке трубопровода «Россия- Турция» 118
Создание блока нормативно - справочной информации 124
Архитектура системы анализа технического состояния трубопровода 128
4.7 Управление режимами магистральных трубопроводов с помощью
адаптивных моделей 131
4.8 Выводы 136
5. Практические расчеты по разработанной методике анализа процессов
транспорта газа морского участка трубопровода «Россия- Турция»
основе диспетчерских данных 137
Общие закономерности эксплуатации газотранспортных сетей 137
Передаточные параметры газа 138
Результаты исследования стационарных гидравлических режимов
морского участка газопровода «Голубой поток» 144
5.4 Выводы 152
Основные результаты и выводы 153
Список использованной литературы 155
Приложение 164
Введение к работе
Состояние окружающей природной среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, прямо или косвенно затрагивающих интересы каждого человека. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при увеличении техногенной составляющей возможно принципиально двумя путями: совершенствованием основных технологических процессов в направлении существенного повышения уровня их безопасности и экологичности, и раннем прогнозировании возможных аварийных ситуаций. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют неконтролируемые выбросы энергии и вредных веществ, неизбежно происходящие в процессе эксплуатации нефтегазовых комплексов. Находясь в постоянном взаимодействии с природой, человек все острее ощущает необходимость налаживания таких взаимосвязей с окружающей средой, при которых был бы обеспечен устойчивый экологический компромисс, не нарушающий естественного природного баланса. Такой разумный устойчивый компромисс должен быть найден во «взаимоотношениях» систем трубопроводного транспорта углеводородного сырья с природной средой. Ни одно инженерное сооружение не связано так тесно с окружающей природой как трубопроводные системы. Отсюда и основная задача, с одной стороны, свести к минимуму техногенные воздействия в период эксплуатации трубопроводов, с другой — ослабить отрицательное влияние природных компонентов на их надежность и безопасность, так как разрушение трубопроводов по своему характеру вызывает техногенное воздействие, затрагивающее биохимические процессы, происходящие в атмосфере, в почве и водоемах. Поэтому к надежности трубопроводных сетей, особенно эксплуатируемых в экстремальных условиях, как, например, морской участок трубопровода «Россия-Турция», предъявляются весьма строгие требования.
Решение проблемы природоохранных технологий невозможно, в первую очередь, без системной оценки надежности, риска и безопасности функцио-
нирования нефтегазовых комплексов. И в этой связи диагностика трубопроводных систем приобретает принципиально важное значение, так как она является главным источником информации о состоянии технической системы и происходящих в ней технологических процессах. Введение новых методов и средств диагностики становится определяющим в обеспечении эффективного управления трубопроводными системами и обеспечения экологически безопасного транспорта газа.
Опасное техническое состояние элементов подводной части трубопровода «Россия- Турция» можно обнаружить только с помощью средств контроля: либо непосредственно по измерениям параметров данного элемента, либо косвенно по измерениям характеристик смежных элементов. Выбор стратегии контроля зависит от назначения системы контроля, ограничений на нее, поставленных задач, частоты съема данных, технических и экономических причин и т. д.
Как показывает практика, принципиально общие модели, пригодные к использованию для расчета любых конфигураций газотранспортных сетей, в настоящее время не разработаны. В то же время, наилучшие результаты управления технологическими процессами и анализа технического состояния конкретного участка линейной части трубопровода могут быть достигнуты применением специально адаптированных для этой технической системы методик анализа и расчета процессов транспорта газа. Особенно это характерно для линейных участков магистральных газопроводов, имеющих сложных профиль трассы со значительными перепадами высот. Отсутствуют также критерии, позволяющие эффективно оценивать воздействия на систему, и методы прогнозирования ее функционирования в некоторых временных интервалах.
Актуальность проблемы определяется так же необходимостью разработки научно обоснованных современных методов анализа технологических режимов работы сложнопрофилированных трубопроводов, обеспечивающих эффективность транспорта газа и совершенствование управления технологиче-
скими ситуациями для предотвращения аварий, могущих повлечь за собой нарушение экологического равновесия окружающей среды в зоне размещения газотранспортной системы.
Цель исследования. Создание методической основы оперативного управления технологическими режимами эксплуатации сложнопрофилиро-ванного трубопровода, ранней диагностике его технического состояния в целях предупреждения аварий и геоэкологических последствий при неконтролируемой утечке энергоносителя.
Основные задачи исследования:
Обоснование и разработка методического подхода к построению иерархической структуры системы оценок надежности, риска и экологической безопасности функционирования технологического оборудования трубопроводного транспорта газа;
Разработка концепции исследования текущего технического состояния сложнопрофилированного линейного участка газопровода методом моделирования течения газа в период эксплуатации с целью предупреждения аварийных и опасных ситуаций, могущих повлечь за собой разрушение трубопровода.
Разработка теоретической основы анализа режима течения газа в трубопроводе с большими перепадами высот заложения для оценки его технического состояния по термогазодинамическим параметрам.
Разработка алгоритма и программы анализа технического состояния морского участка трубопровода «Голубой поток» для оперативного управления процессами транспорта газа.
Практическая реализация результатов исследований и разработанных методик диагностики и эффективного управления транспортом.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы: методы системного анализа надежности, риска и экологической безопасности эксплуатации технических объектов, квалиметрические методы экспертных оценок математических зависимостей, адекватно описывающих
технологический процесс течения газа в трубопроводе в рамках поставленной задачи.
Обоснование методов идентификации технического состояния линейной части сложнопрофилированного трубопровода базируется на основных закономерностях термогазодинамики и основных принципах создания диагностических уравнений для анализа течения газа исследуемой системы.
Научная новизна результатов исследования.
Развита методология системного анализа взаимодействия технических объектов (трубопроводных сетей) с окружающей средой для обоснования модели управления режимами работы сложнопрофилированных участков магистральных газопроводов.
Для условий морского участка трубопровода «Россия-Турция» получено математическое описание процесса перекачки газа при минимизированном наборе параметров, обосновано применение модификации метода усредненных данных.
Для определения критических параметров работы системы и предупреждения возникновения аварийных и опасных ситуаций решена задача газодинамического расчета линейного трубопровода со сложным профилем трассы большой протяженности и значительным перепадом температур.
Разработаны эффективная методики анализа, алгоритм и программа расчета течения газа в морском участке трубопровода «Россия-Турция», пригодные так же для других систем оперативного диспетчерского управления технологическими процессами транспорта газа сложнопрофилированных трубопроводов.
Практическая ценность работы. Разработанная с участием автора методика идентификации технического состояния сложнопрофилированного трубопровода в настоящее время успешно используется в условиях эксплуатации морского участка трубопровода «Россия-Турция». Создан программный комплекс и разработано методическое руководство диагностики морского участка трубопровода по термогазодинамическим параметрам для обнаруже-
ния гидратных и конденсатных пробок, предупреждения развития аварийных и опасных ситуаций, могущих привести к его разрушению и, как следствие, нарушению экологического равновесия окружающей среды.
Эффективность разработок подтверждается соответствующим актом о внедрении результатов исследования в практику диспетчерской службы, компрессорной станции «Береговая» трубопровода «Россия-Турция» (ООО «Ку-баньгазпром»). Экономический эффект от внедрения определяется: использованием разработанных методик и программ выбора оптимального варианта режимно- технологических параметров транспорта газа морского участка газопровода в каждом конкретном случае, ранней диагностикой возможности возникновения аварийных и опасных ситуаций, обеспечением промышленной и геоэкологической безопасности функционирования технической системы.
Данная работа внедрена как составная часть создаваемого комплекса программ расчета задач оперативно диспетчерского управления 000 «Кубань-газпром» - трубопровода «Голубой поток»
Теоретическая значимость работы. Полученные автором результаты и методики могут быть использованы проектными и научно- исследовательскими организациями при проектировании, эксплуатации, а также при совершенствовании системы диагностики и оперативно- диспетчерского управления сложнопрофилированного трубопровода.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на: на научно-практической конференции «Экологические аспекты энергетической стратегии как фактор устойчивого развития России», г. Москва, ОАО «Газпром», 17 октября 2001; на 23 сессии семинаре «Электроснабжение пром. пред.», г. Москва, 25-28 сент. 2001г.; на совещании- семинаре руководителей природоохранных служб дочерних акционерных обществ ОАО "Газпром" по тематике «Основные направления деятельности предприятий ОАО «Газпром» по снижению техногенных нагрузок на окружающую среду», г. Москва, 24-26 сентября 2003 г; на XXIII тематиче-
ском семинаре ОАО Газпром «Диагностика оборудования и трубопроводов КС», г. Светлогорск Калининградской области, 6 по 11 сентября 2004 г.
Публикации.
По теме диссертации автором опубликовано 9 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 94 наименования, приложения, изложена на 164 стр. текста, включая 24 рисунка, 12 таблиц.
