Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные методы обеспечения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов путем своевременного проведения ремонтно-восстановительных работ 11
1.1. Организационно-технологические схемы капитального ремонта магистральных газопроводов в процессе замены изоляционного покрытия 28
1.2. Анализ напряженно-деформированного состояния участков магистральных газопроводов в условиях реализации процессов капитального ремонта
1.3. Классификация организационно-технологических операций подготовки строительного производства для капитального ремонта участков магистральных газопроводов
1.4. Подготовка и принятие решений для производства ремонтно-строительных работ на участках магистральных газопроводов в сложных природно-климатических условиях
1.5. Цель и основные задачи исследований
Глава 2. Исследование и разработка процессов технологического проектирования ремонтно-строительных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов 82
2.1. Разработка методологии проектирования ремонтно- строительных работ с учетом данных диагностики состояния линейной части магистральных газопроводов 82
2.2. Исследование основных методов производства ремонтно- строительных работ с использованием классификационных признаков обнаруженных на линейной части магистральных газопроводов дефектов 101
2.3. Разработка структуры системы принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта участков магистральных газопроводов с учетом результатов наблюдений заэксплуатационными показателями 118
Глава 3. Исследование и разработка принятия управленческих решений в системе ресурсного обеспечения производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов 143
3.1. Концепция системы организации ресурсного обеспечения строительно-монтажных организаций в условиях неопределенности 143
3.2. Разработка вероятностно-статистических методов количественного анализа ресурсного обеспечения процесса капитального ремонта с учетом реализации природоохранных мероприятий 149
3.3. Разработка методов анализа инвестиционно-строительных проектов ресурсного обеспечения капитального ремонта 166
3.4. Оптимизация показателей технико-экономической эффективности системы ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов 177
Глава 4. Разработка методов принятия эффективных технологических и управленческих решений ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов в различные периоды реализации строительных процессов 188
4.1. Стратегия оптимальной организации системы ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов при изменении свойств материала 188
4.2. Разработка методики расчета оптимального размещения ресурсов при капитальном ремонте пространственно-распределенных участков магистральных газопроводов 191
4.3. Имитационное моделирование технико-экономической эффективности использования ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов 208
Глава 5. Разработка методов анализа технико-экономических показателей капитального ремонта с учетом поддержания эксплуатационной надежности магистральных газопроводов 232
5.1. Методические основы поддержания эксплуатационной надежности и безопасности магистральных газопроводов 232
5.2. Разработка организационно-технологических принципов капитального ремонта магистральных газопроводов методом переизоляции 246
5.3. Разработка методов оценки технико-экономических показателей выполнения работ по капитальному ремонту участков магистральных газопроводов методом переизоляции с учетом ущерба от аварий 266
Глава 6. Исследование и разработка информационно- аналитического обеспечения для принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта магистральных газопроводов 285
6.1. Основные принципы реализации информационных технологий для инженерной подготовки участков магистральных газопроводов к капитальному ремонту 285
6.2. Исследование и разработка комплексных процессов капитального ремонта магистральных газопроводов с учетом очередности производства строительно-монтажных работ 291
6.3. Алгоритмическое моделирование экспертной системы ранжирования объектов для производства строительно-монтажных работ в условиях капитального ремонта участков в системе магистральных газопроводов 306
6.4. Реализация системы поддержки принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта магистральных газопроводов 321
Общие выводы 327
Литература 330
Приложение. Акты внедрения выполненных исследований
- Анализ напряженно-деформированного состояния участков магистральных газопроводов в условиях реализации процессов капитального ремонта
- Исследование основных методов производства ремонтно- строительных работ с использованием классификационных признаков обнаруженных на линейной части магистральных газопроводов дефектов
- Разработка вероятностно-статистических методов количественного анализа ресурсного обеспечения процесса капитального ремонта с учетом реализации природоохранных мероприятий
- Имитационное моделирование технико-экономической эффективности использования ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем развития газовой промышленности является повышение уровня эксплуатационной надежности магистральных газопроводов (МГ) с целью поставки запланированных объемов газа отечественным и зарубежным потребителям. Главная задача в транспорте газа - обеспечение надежного функционирования системы магистральных газопроводов за счет комплекса плановых мероприятий, в том числе капитального ремонта.
Анализ технического состояния газопроводов России показывает следующее: средний возраст МГ равняется 27 годам; около 36103 км нуждаются в переизоляции и ремонте. Половина от общей протяженности МГ отработали срок, при котором пленочное изоляционное покрытие практически полностью теряет свои защитные свойства, что приводит к активным коррозионным процессам. Увеличилось количество отказов по причине стресс-коррозии, расширилась зона ее появления. Из-за потенциальной опасности часть МГ эксплуатируется с пониженным давлением. Ежегодный прирост газопроводов, потерявших при эксплуатации устойчивое положение и проходящих в обводненных и заболоченных районах Севера и Западной Сибири, составляет сотни километров.
Существующие технологические подходы производства ремонтных работ, связанные с переукладкой участков газопроводов, являются недостаточно эффективными. Как правило, они не обеспечивают выполнение капитального ремонта в установленные сроки, поэтому требуется совершенствование структуры производства ремонтно-строительных работ (РСР), предусматривающей создание в газотранспортных предприятиях на базе аварийно-восстановительных поездов ремонтно-восстановительных подразделений; ремонтных участков в составе линейно-эксплуатационных служб; специализированных участков по ремонту подводных переходов.
В этой связи разработка методологических основ и средств реализации технологических процессов капитального ремонта с использованием современных информационных технологий при подготовке и принятии решений является актуальной темой диссертационного исследования.
Исследования проводились в соответствии с научно-технической программой "Развитие технологий и совершенствования оборудования для обеспечения надежного функционирования ЕСГ, включая методы и средства диагностики и ремонта", перечнем приоритетных научно-технических проблем ОАО "Газпром", а также специальными программами научно-технических разработок ООО "Тюментрансгаз", ОАО "Спецгазавтотранс", ООО "Сургутгазпром" и других.
Цель диссертационной работы - разработка методов и средств подготовки и принятия технологических решений для обоснования процессов капитального ремонта магистральных газопроводов с использованием высокоэффективных информационных технологий.
Основные задачи исследования:
- разработка концепции основных направлений и принятия решений капитального ремонта МГ, которые обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ в сложных инженерно-геологических условиях;
- разработка методов анализа технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ с учетом условий и способов принятия решений при капитальном ремонте линейной части МГ;
- разработка методов и средств рациональной организации ресурсного обеспечения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте, исходя из условия повышения надежности функционирования МГ;
- обоснование и разработка методов эффективной реализации процессов капитального ремонта МГ с учетом сложных природно-климатических условий на основе совершенствования управленческой структуры производства ремонтно-строительных работ;
- разработка технологических решений для расчета показателей производства работ при капитальном ремонте линейной части МГ методом переизоляции с учетом возможного ущерба от аварий;
разработка практических рекомендаций по реализации результатов
исследований при подготовке и принятии технологических решений капитального ремонта МГ в информационной среде с оценкой эффективности производства строительно-монтажных работ.
Научная новизна полученных результатов.
В работе обоснован комплексный подход к решению задач капитального ремонта участков линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях, включающий организационно-техническую подготовку производства ремонтно-строительных работ, применение современных ремонтных технологий и эффективное планирование технико-экономических показателей выполнения различных технологических операций.
Автором разработана концепция подготовки и принятия решений капитального ремонта МГ в сложных инженерно-геологических условиях, включающая методы сбора и обработки статистических данных с учетом технической диагностики МГ; критерии приоритетности вывода участков МГ в капитальный ремонт; методы ремонта МГ без прекращения подачи газа; технологию производства и контроля качества строительно-монтажных операций в процессе РСР; систему эффективной реализации ресурсного обеспечения капитального ремонта МГ с учетом безопасности и качества строительного производства.
На основе подготовленных алгоритмов анализа технико-экономической эффективности РСР для обеспечения эксплуатационной надежности МГ определены показатели и методы реализации технологических процессов капитального ремонта МГ в сложных природно-климатических условиях с использованием предложенных управленческих структур производства РСР.
Разработана методика планирования очередности ремонта участков МГ, основанная на результатах количественного анализа технико-экономических показателей капитального ремонта линейной части МГ (переизоляция с учетом возможного ущерба от аварий) и предусматривающая разработку в информационной среде технологических и управленческих решений в виде производственных программ, которые учитывают оптимальное распределение ресурсов ремонтных организаций и обеспечивают выполнение РСР в установленные сроки.
Защищаемые положения.
1. Концепция принятия решений капитального ремонта участков линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях с использованием информационных технологий, которая включает в себя подготовку ремонтно-строительных работ с определением технико-экономических показателей выполнения различных технологических операций.
2. Методы технологического проектирования РСР при капитальном ремонте с учетом условий и способов принятия решений в процессе анализа технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ.
3. Методы эффективного ресурсного обеспечения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте для повышения надежности функционирования МГ с использованием разработанных технологических решений.
4. Структуры технологических процессов капитального ремонта МГ с использованием эффективных решений производства РСР в сложных природно-климатических условиях.
5. Научно-техническое обоснование эффективности производства строительно-монтажных работ, обеспечивающее реализацию практических рекомендаций по применению результатов исследований при подготовке и принятии технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке методических и прикладных руководств, а также нормативных документов отраслевого и межотраслевого значения, регламентирующих принципы подготовки и принятия технологических и управленческих решений по капитальному ремонту линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях. Разработанные информационные технологии принятия обоснованных технологических решений капитального ремонта МГ обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ на линейной части МГ и сохраняют эксплуатационную надежность газотранспортных систем в целом.
Методы подготовки и принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде, технологические и управленческие принципы производства работ, алгоритмы и методики расчета, обеспечивающие эффективное выполнение ремонтно-строительных работ, использованы практически всеми газотранспортными предприятиями ОАО "Газпром", а также различными ремонтными организациями. Практическая значимость основных результатов диссертации подтверждена соответствующими актами внедрения.
Разработанные методы оценки технико-экономических показателей выполнения работ по капитальному ремонту участков МГ в процессе подготовки и принятия технологических и управленческих решений послужили основой для составления ежегодных и перспективных программ ОАО "Газпром" по капитальному ремонту МГ, которые являются основным документом при планировании и производстве ремонтно-строительных работ.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: научно-техническом совете (НТС) ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт трубопроводов. Состояние и перспектива развития прогрессивных технологий, новых технических средств и оптимальных методов ремонта линейной части магистральных газопроводов." (г. Москва, 2000); Международной научно-технической конференции "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов" (Словакия, Высокие Татры, 2000); 10-ой Международной деловой встрече "Диагностика-2000" (Кипр, 2000); НТС ОАО "Газпром" "Экономика, организация и управление производством в газовой промышленности" (г. Сочи, 2000); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Новые технические средства для ремонта - основа повышения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов." (г. Екатеринбург, 2001); 11-ой Международной деловой встрече "Диагностика-2001" (Тунис, 2001); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Новые технические решения при ремонте, реконструкции и строительстве линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций" (г. Волгоград, 2002); международной строительной конференции «Batimat MosBuild – Создание новой конкурентоспособной управленческой структуры в новых экономических условиях. Эффективное управление и оптимизация расходов при строительстве и капитальном ремонте крупных топливно-энергетических объектов» (г. Москва, 2002); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН, на магистральных газопроводах ОАО "Газпром" (г. Ухта, 2003); международной выставке «Реконструкция, ремонт и строительство трубопроводных систем. Поиск экономически и технологически обоснованных путей повышения реконструкции, ремонта, строительства, технической диагностики, утилизации и консервации объектов трубопроводного транспорта, а также совершенствование законодательной и нормативной базы» (г. Москва, Всероссийский Выставочный Центр, -2002, -2003, -2004); 2-ой и 3-ей Международных конференциях "Обслуживание и ремонт газонефтепроводов" (ОАЭ, г. Дубай, 2005, ; г. Сочи, 2006).
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 157 научных работах и нормативно-технических документах (монографий - 2, брошюр - 21, статей - 77, докладов - 23, авторских свидетельств и патентов - 23, нормативно-технических документов - 11), в том числе 23 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Она изложена на 345 страницах машинописного текста, содержит 90 рисунков и 35 таблиц. Библиографический список включает 234 наименования.
Анализ напряженно-деформированного состояния участков магистральных газопроводов в условиях реализации процессов капитального ремонта
Виды и методы капитального ремонта магистральных трубопроводов. В настоящее время протяженность трубопроводов, требующих ремонта или замены, уже превышает протяженность вновь сооружаемых. Фактически система трубопроводов России вступает в новый качественный период - период капитального ремонта и реконструкции трубопроводов всех категорий, и магистральных в частности [37-46,139-149].
За последние 20 лет в ОАО "Газпром" удельные затраты на капитальный ремонт газопроводов возросли в бн-7 раз, заменено более 12,6х103кмтруб.
Известные к настоящему времени технологии ремонта трубопроводов, в том числе связанные с их полной или частичной переизоляцией, имеют достаточно ограниченную область применения. В основном традиционно применяемые технологические решения распространяются на участки трассы, где местность имеет спокойный рельеф и на ней отсутствует заболоченность или обводненность.
Тем не менее, следует обратить внимание на наиболее перспективные методы ремонта трубопроводов - переизоляция и выборочный, с учетом специфики, присущей сложным участкам трассы (болота, овраги, горы) [162,167,176-180]. Кроме того, следует подробно проанализировать процессы подготовки и принятия решений для реализации ремонтно-строительных работ: вскрытие трубопровода и разработка околотрубной траншеи, подъем или укладка трубопровода на проектные отметки, снятие старого изоляционного покрытия, ремонт трубы, подготовка стальной поверхности трубопровода, нанесение нового антикоррозионного покрытия, подбивка и засыпка грунта, контроль качества.
До сих пор на сложных участках (в отсутствие применительно к ним эффективных технологий капитального ремонта) приходится прокладывать взамен устаревших новые нитки, что связано со значительными затратами [207].
Чтобы существенно сократить эти издержки, должны быть найдены такие науЧНи-ТёХНИЧбСКИс И ИНЖбНврНЫб рбшбНИЯ, КОТОрЫб ПрпЗБаКЫ обеспечить создание принципиально новых технологий ремонта трубопроводов в сложных рельефных и гидрогеологических условиях. Следует отметить актуальность разработки технологии капитального ремонта магистральных трубопроводов с повторным использованием труб. В настоящее время стоимость 1 т новой трубы составляет (без транспортных расходов) в зависимости от диаметра и толщины стенки от 400 до 600 долларов США. Поэтому ремонт демонтированных труб и их повторное использование при капитальном ремонте газонефтепродуктопроводов широко практикуют в зарубежных странах.
Расходы капремонта составляют 45% по сравнению с полным обновлением трубопровода. При использовании старых труб повторно снижают рабочее давление, либо старые трубы применяют на концевых участках трубопровода (на низконапорных участках).
Решение этой проблемы требует, во-первых, разработки щадящей технологии демонтажа трубопровода и очистки труб от старой изоляции в базовых условиях.
Во-вторых, требуется разработка методов надежного контроля и определения характера повреждений труб вследствие коррозионных процессов (в том числе питтинговой и общей коррозии).
Третья задача, требующая решения, - это разработка восстановительного ремонта труб, имеющих наружные повреждения (задиры, вмятины, каверны). Необходимы отработка режимов и средств подготовки к ремонту, технологии и параметры ремонта (температура подогрева, сварочные материалы и режимы сварки, слойность и порядок укладки швов), определение допустимых повреждений, подлежащих исправлению, контроль и проверка качества ремонта.
Четвертая задача заключается в выдаче рекомендаций по дальнейшему использованию отремонтированных труб (для каких давлений и категорий трубопроводов), т.е. их селекция и сертификация.
Технико-экономическая оценка вариантов капитального ремонта магистральных трубопроводов с использованием отреставрированных и новых труб, поставляемых в обмен на старые, показала техническую и экономическую целесообразность повторного использования демонтированнных труб после их реставрации в базовых условиях [86, 87,157,169,181,190].
Технологические схемы переизоляции трубопроводов. При капитальном ремонте изоляционного покрытия применяют следующие способы переизоляции (без демонтажа трубопровода): с подъемом трубопровода в траншее и его поддержанием во время ремонта; с подъемом и укладкой трубопровода на лежки в траншее для производства ремонтных раиот; »ез подъема трубопровода с сохранением его положения на время производства ремонтных работ; с подъемом трубопровода на берму траншеи для производства ремонтных работ с последующей укладкой в старую траншею. Рассматриваемые схемы капремонта изоляции разработаны для так называемых нормальных условий, т.е. для равнинных участков трассы с устойчивыми грунтами; капремонт, как правило, производят в летний период.
Ремонт с подъемом трубопровода в траншее. Ремонт с подъемом трубопровода в траншее применяют для трубопроводов диаметром 219V720 мм. При этом, технологические операции выполняют в следующей последовательности: разработка траншеи до нижней образующей трубопровода; демонтаж балластирующих устройств; предварительный осмотр технического состояния трубопровода, определение мест расположения дефектов, обнаруженных внутритрубными инспекционными снарядами (ВИС) и другими методами, и ремонт их при необходимости; подъем трубопровода; снятие старого изоляционного покрытия; контроль стенки труб; ремонт стенки труб (при необходимости); подготовка поверхности трубопровода под нанесение нового изоляционного покрытия; нанесение нового изоляционного покрытия; укладка трубопровода на дно траншеи; присыпка трубопровода, засыпка траншеи и рекультивация.
Подъем трубопровода в траншее производят трубоукладчиками или подъемными устройствами (например, пневматическими подъемниками). Ремонт с подъемом и укладкой трубопровода на лежки в траншее. Ремонт с подъемом и укладкой трубопровода на лежки в траншее применяют для трубопроводов диаметром 219+720 мм при необходимости восстановления стенки трубы.
Технологические операции при этом выполняют в следующей последовательности: разработка траншеи до нижней образующей трубопровода; предварительный осмотр технического состояния трубопровода, определение мест расположения дефектов, обнаруженных внутритрубными инспекционными снарядами (ВИС) и другими методами, и ремонт их при необходимости; подъем трубопровода (трубоукладчиками или домкратами); снятие старого изоляционного покрытия; укладка трубопровода на лежки в траншее; контроль стенки труб; выполнение работ по устранению дефектов стенки трубы на участке, уложенном на лежки; подъем трубопровода; подготовка поверхности трубопровода под нанесение нового изоляционного покрытия; нанесение нового изоляционного покрытия; укладка трубопровода на дно траншеи; присыпка трубопровода, засыпка траншеи и рекультивация.
Перед подъемом фубинриьода проверяют качество всех сварных стыков физическими методами контроля и при обнаружении некачественных стыков их усиливают наваркой галтельных хомутов или планок. Для производства ремонтных работ трубопровод поднимают на высоту 40+50 см и укладывают на лежки (клети), расстояние между которыми принимают в пределах 10-И 2 м. Лежки располагают от сварных стыков на расстоянии 2,0+2,5 м.
При подъеме трубопровода в нем возникают напряжения от изгиба, зависящие от высоты подъема, динамические напряжения от толчков, так как подъем осуществляется одновременно несколькими трубоукладчиками, периодически перемещающимися в новое положение, и, кроме того, нагрузки от колебания приподнятой части трубопровода, которые вызывают значительное увеличение напряжений.
При работе ремонтной колонны с подъемом трубопровода контролируют следующие расчетные параметры: общую длину приподнятого участка; расстояние между трубоукладчиками; высоту подъема трубопровода каждым трубоукладчиком; усилия подъема трубопровода каждым трубоукладчиком.
Технологические параметры и расчетные усилия подъема трубопровода диаметром 529 мм приведены в табл. 1.1, где D„ [мм] -диаметр трубопровода, б [мм] - толщина стенки, hT [м] - высота подъема трубопровода трубоукладчиками, sT [м] - расстояние между трубоукладчиками, Ly [м] - длина приподнятого участка, fT [кН] - усилия подъема на крюках трубоукладчиков. Расчетные технологические параметры при ремонте с подъемом трубопровода определены по методике [126].
Поднятый на лежки трубопровод очищают от земли и старой изоляции очистной машиной.
Ремонтируемые в настоящее время трубопроводы с Dy = 500 мм в основном были построены до начала 80-х годов, когда трубы выпускались с номинальным диаметром 529 мм; более поздними стандартами предусмотрен выпуск труб диаметром 530 мм. Процесс капремонта без подъема трубопровода продолжается, пока не будут пройдены 40+45 м.
Исследование основных методов производства ремонтно- строительных работ с использованием классификационных признаков обнаруженных на линейной части магистральных газопроводов дефектов
Засыпка трубопровода, подбивка грунта. При бесподъемном способе переизоляции трубопровода (особенно нефте- и продуктопровода) засыпку подкопанного трубопровода ведут таким образом, чтобы предотвратить значительную осадку его. Допускаемая величина осадки определяется расчетом и зависит от конфигурации микрорельефа. Величину осадки трубопровода в процессе засыпки контролируют геодезическим инструментом.
Засыпку подкопанного трубопровода производят в два этапа: вначале - присыпку, которую выполняют с обеих сторон трубопровода экскаватором. Участок присыпки должен удовлетворять следующим требованиям: максимально препятствовать вертикальному смещению вниз (просадке) трубы после ремонта; ограничивать поперечное перемещение трубы (по горизонтали) в процессе ремонта (обеспечивать поперечную устойчивость трубы в случае появления сжимающих температурных напряжений из-за разности температур укладки и ремонта); не препятствовать деформациям трубы в осевом направлении, чтобы погасить напряжения на вертикально-кривых участках; обеспечивать сохранность изоляции в процессе подсыпки, засыпки, послеремонтного естественного уплотнения грунта; не допускать появления гофр вследствие неравномерной просадки труб в процессе ремонта и после ремонта.
Чтобы удовлетворить этим требованиям обычно под трубу подсыпают размельченный сыпучий грунт. Подсыпают выше середины трубы, но не выше уровня верхней образующей. При подсыпке до середины трубы грунт необходимо максимально уплотнить (до 0,9 от целикового грунта), выше середины трубы грунт уплотнять не следует.
В начальных и конечных участках отремонтированного нефтепродуктопровода после ремонта образуются дополнительные остаточные напряжения, связанные с неравномерной усадкой
На этих участках неравномерность усадки особенно значительна. Остаточные напряжения распространяются на длину 20-ьЗО м. Существует несколько способов снизить послеремонтные усадочные напряжения.
Во-первых, необходимо равномерно и одинаково подсыпать грунт под трубу и равномерно уплотнять грунт по всей длине ремонтируемого трубопровода.
Во-вторых, на концевых зонах ремонтируемого участка более плавно переходить от рыхлого грунта к плотному. Для этого при подсыпке используется сыпучий грунт и необходимо немного разрушить и разрыхлить земляное основание из плотного грунта.
Подбивку грунта подсыпки под трубопровод выполняют трамбовками.
На пересечениях с подземными коммуникациями грунт присыпки тщательно, послойно уплотняют трамбовками, чтобы исключить возможность их просадки вследствие нарушения естественной плотности грунта при проведении ремонтных работ.
Окончательную засыпку траншеи производят после восстановления установок электрохимзащиты. При этом обеспечивают сохранность труб и изоляционного покрытия. Засыпку трубопровода осуществляют бульдозером или экскаваторами.
На участках горизонтальных поворотов трубопровода вначале засыпают криволинейный участок, а затем остальную часть. Причем присыпку криволинейного участка начинают с середины, двигаясь поочередно к его концам.
При засыпке трубопровода грунтом, содержащим мерзлые комья, щебень, гранит и другие включения размером более 50 мм в поперечнике, изоляционное покрытие предохраняют от повреждений присыпкой мягким грунтом на толщину 20 см над верхней образующей трубы или устройством защитных покрытий, предусмотренных проектом.
Мягкую подсыпку дна траншеи и засыпку мягким грунтом трубопровода, уложенного в скальных, каменистых, щебенистых, сухих комковатых и мерзлых грунтах, допускается по согласованию с заказчиком заменять сплошной надежной защитой, выполненной из негниющих, экологически чистых материалов.
Изолированный и присыпанный участок допускается оставлять незасыпанным грунтом не более 24 ч.
Контроль сплошности защитного покрытия на уложенном и засыпанном трубопроводе, находящемся в незамерзшем грунте, проводят искателем повреждений не ранее чем через две недели после его засыпки.
Заглубление всплывших и выпучившихся участков газопровода. Всплывшие и вспучившиеся участки характерны для газопроводов средних и больших диаметров. Причинами появления таких участков являются: изменения гидрогеологических условий в процессе эксплуатации газопровода; нарушения технологического режима перекачки продукта; нарушения технологических регламентов при строительстве (балластировки трубопровода, температуры замыкания трубопровода, температуры укладки и засыпки трубопровода, технологии ликвидации захлестов, монтаж кривых участков).
Условием надежной эксплуатации газопроводов является их заглубление в грунт на 0,8-И ,2 м от его поверхности.
В процессе эксплуатации часто происходит оголение газопроводов на всплывших и выпученных участках. Такие участки встречаются на заболоченных и обводненных территориях. При ремонте эти участки либо углубляют, либо обваловывают привозным минеральным грунтом.
Обваловку выполняют преимущественно зимой после промерзания болот (или искусственного промораживания). Грунт доставляют на трассу самосвалами, буртик грунта распределяют вдоль газопровода бульдозером, затем одноковшовый экскаватор, перемещаясь по насыпному грунту, производит обваловку трубопровода.
Способы заглубления и балластировки определяются проектом на капитальный ремонт газопровода, исходя из конкретных грунтовых условий, расчетных нагрузок, наличия местных строительных материалов и экономических обоснований.
В зависимости от фактического состояния газопровода работы по заглублению и балластировке могут предусматривать: ремонт мест с поврежденной изоляцией; восстановление нарушенной балластировки; дополнительную балластировку трубопровода; опуск (дозаглубление) и пригрузку незабалластированных участков трубопровода.
Для заглубления без разрезки и демонтажа трубопровода на болотах производят разработку околотрубной траншеи с одной или с обеих сторон от трубопровода. Болотный грунт выдавливается из-под трубопровода в околотрубные траншеи под действием собственного веса трубопровода и балластирующих устройств. Первоначальная глубина околотрубной траншеи больше расчетной глубины опускания газопровода, т.е. необходимо учитывать запас пространства для размещения грунта, выдавливаемого из-под трубы.
Балластировку выполняют железобетонными утяжелителями, полимерно-грунтовыми контейнерами или минеральным грунтом с полимерными полотнищами.
Балластировку трубопровода с применением полимерных полотнищ ьыгюлнянл в два этапа: расстилка полотнищ, подготовленных Б газовых условиях, по трубопроводу и стенкам траншеи; заполнение образованной полости привозным минеральным грунтом, не содержащим твердых и мерзлых включений размером более 50 мм в поперечнике.
Размотку и укладку полотнищ в траншею при ручном способе производства работ осуществляют с устанавливаемых над траншеей переходных трапов. При механизированной размотке и укладке полотнищ установка переходных трапов не требуется.
Соседние полотнища укладываются в траншею с взаимным перекрытием (нахлестом) не менее 50 см. Нахлест делают по направлению стока талых вод (подобно кровле крыш).
С целью предотвращения сползания (срыва) полотнища в траншею при отсыпке балластного грунта его края закрепляют штырями, заглубляемыми в грунт.
Балластный грунт отсыпается одноковшовым экскаватором со стороны технологического проезда. Применять бульдозер допускается только для окончательной засыпки траншеи и формирования валика.
Замыкание полотнищ по верху балластного грунта выполняют с помощью штырей, скоб или сшиванием проволокой.
В условиях Западно-Сибирской низменности, на заболоченной местности, обеспечить стабильное заглубление газопровода, особенно при диаметре 1420 мм, весьма сложно, несмотря на различные приемы фиксации (железобетонные пригрузы, свайные якоря и др.). Грунтовая засыпка "сухим" способом требует использования землеройной техники, что в условиях работы на действующих газопроводах создает опасность их повреждения и вероятность аварий с серьезными последствиями.
Начиная с 1985 года осваивается новый способ замыва газопроводов с использованием средств гидромеханизации. Предложен, экспериментально доказан и доведен до широкого практического применения способ торцевого замыва газопроводов параллельными проходками с шириной замыва до 300 м [8].
Выполненные работы и натурные испытания показали, что выбранная последовательность подачи гидросмеси на объект и очередность замыва ниток газопровода позволяют обеспечить: "бесконтактную" засыпку газопровода; стабильность положения газопровода при замыве и дальнейшей эксплуатации; прохождение основных (до 95%) осадок оснований на болотах в сезон работ; равномерную тепловую защиту газопровода, снижающую вероятность возникновения температурных напряжений в трубах.
Разработка вероятностно-статистических методов количественного анализа ресурсного обеспечения процесса капитального ремонта с учетом реализации природоохранных мероприятий
Восприимчивость газопровода к механическим повреждениям оценивается коэффициентом относительной важности Х9 = 0,020.
Количественная оценка относительного риска эксплуатации объекта газопроводного транспорта (R) адекватно соответствует экспертной балльной оценке возможности и последствий возникновения отказа на участке магистрального газопровода по совокупности параметров R-, -f-R9 и рассчитывается по формуле
Абсолютная величина относительного риска (R) для одного объекта не дает возможности делать выводы и заключения о безопасности его эксплуатации, i.e. имееі Смысл ГйПЬкО парное (как минимум) сопоставление величин относительного риска эксплуатации. Очевидно, степень объективности выводов возрастает с количеством объектов, рассматриваемых в данной группе. При этом представляется целесообразным рассматривать величину относительного риска для каждого объекта в долях единицы количество сравниваемых объектов; R - величина относительного риска эксплуатации і-го объекта; max{R,} максимальная величина относительного риска эксплуатации в рассматриваемой группе объектов.
Представленный подход позволяет формализовать анализ структуры проблемы, сопоставлять суждения различных экспертов и выявлять несогласованности. При построении иерархии необходимо достаточно полно описать проблему как задачу иерархически организованного выбора. Результат процесса решения сильно зависит от этого начального этапа, т.е. от выбранной иерархической структуры, которая в общем случае является далеко не единственной.
Предложенные методы создают определенную организационную структуру исследований, в которой могут быть отражены предпочтения групп экспертов, их цели, критерии и способы поведения, а также альтернативные варианты решений и оценки ресурсов, требуемых для реализации каждой альтернативы.
Таким образом, в результате обработки анкетных мнений экспертов получаем практически все необходимые исходные коэффициенты для анализа работоспособности участков МТ при оценке их технического состояния и определении очередности проведения РСР.
Следует обратить внимание на следующий факт - абсолютная величина относительного риска для одного объекта не дает возможности делать выводы и заключения о безопасности его эксплуатации, т.е. имеет смысл только парное (как минимум) сопоставление величин относительного риска эксплуатации. Очевидно, степень объективности выводов возрастает с количеством объектов, рассматриваемых в данной группе.
Следует отметить, что сумма минимальных значений индексов R,, R2, .. ., Rg не равна нулю, так как даже у нового МТ есть определенная вероятность возникновения отказов, что и приводит к объективно существующему относительному риску эксплуатации построенного МТ.
Методической основой данной системы ранжирования проведения РСР на линейной части МТ является балльная оценка всех факторов, влияющих на опасность эксплуатации объекта, вычисление суммарного индекса опасности каждого конкретного участка МТ и принятие сои і ье і сгйующих управленческих решений.
Число факторов, влияющих на уровень опасности функционирующего объекта трубопроводного транспорта, весьма велико. К таким факторам здесь отнесены все общие сведения о подконтрольном объекте, в том числе данные о примененных конструкциях и материалах, сроках и режимах эксплуатации и т.д., сведения о техническом состоянии (результаты диагностики), данные по истории эксплуатации и условиям работы объекта. Процедура обработки результатов расчетов балльных оценок опасности эксплуатации весьма трудоемка и требует определенных навыков. Поэтому, кажется целесообразным изложение возможного варианта анализа результатов с использованием аналитической и графической формой представления получаемых параметров.
Разработанную систему анализа технического состояния и установления очередности проведения РСР на линейных участках магистральных трубопроводов, апробируем с учетом данных по четырем (п = 4) объектам одинаковой протяженности L, причем L L = 0,25, LH1/L = 0,25, LIMV/L = 0,5, продолжительность эксплуатации которых лежит в пределах 30 лет и для которых стоит вопрос подтверждения назначенной очередности проведения РСР.
Первичные сведения по каждому объекту, разделенные на 9 групп критериев, содержащих 29 характеристик и 99 качественных и количественных показателя, представляют собой ответы на вопросы анкеты. Каждому ответу однозначно соответствуют определенные весовые коэффициенты. Необходимый минимальный набор сведений по четырем контролируемым объектам (для удобства опущены словесные формулировки ответов, а результаты анкетирования представлены в виде соответствующих весовых коэффициентов) будет следующим:
Прежде всего отметим тот факт, что несмотря на кажущееся незначительное отличие качественных и количественных характеристик объектов, величины практически всех индексов имеют существенные отличия. В девяти случаях из девяти индексы объекта № 3 занимают первое место, чем и объясняется первое место в ранжированной системе, т.е. максимальное значение относительного риска эксплуатации данного объекта. Второе место по величине относительного риска занимает объект № 2, у которого девять индексов занимают второе место.
Использование аналитических зависимостей позволяет получить количественную оценку индексов R-i, Rj, . . . , R9 и величину относительного риска эксплуатации каждого объекта R, которые приведены соответственно на рис. 2.13 - рис. 2.16. В результате появляется возможность ранжировать систему объектов из четырех участков по величине относительного риска эксплуатации и сделать вывод о том, что по всей видимости при составлении программы проведения РСР следует учесть факт необходимости проведения РСР на объекте № 3 (R = 0,496), затем на объекте № 2 (R = 0,200), а потом уже соответственно на объектах № 4 (R = 0,083) и № 1 (R = 0,062).
Имитационное моделирование технико-экономической эффективности использования ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов
В рассмотренной схеме размещения складов хранения ресурсов два параметра могут варьироваться - это количество ПАВ МПАВ И При этом можно выбрать эти параметры оптимальным способом, т.е. сформулировать и решить задачу оптимизации: найти МПАВ И Z такие, чтобы РЭфф = РЭфф(МПАв, z) - min, что и является критерием достижения максимальной эффективности реализации ИСП ресурсного обеспечения производства СМР на участках МТ с учетом реализации природоохранных мероприятий.
Технико-экономическая эффективность использования ресурсного обеспечения капитального ремонта участков МТ. Главная особенность анализа ИСП ресурсного обеспечения производства СМР на участках МТ с учетом реализации природоохранных мероприятий заключается в следующем. Убытки, которые несет строительное предприятие в случае загрязнения окружающей среды, происходят в случайное время, а аварийное загрязнение в случайном месте в случае капитального ремонта участков МТ. Таким образом, задача является двухмерной, т.е. нужно выбрать оптимальным образом режим завоза необходимых материалов во времени, а также способ размещения складов в пространстве ремонтируемых объектов.
Особенностью использования поверхностно-активных веществ для ликвидации последствий загрязнения окружающей среды является и то, что указанные материалы имеют определенные во времени физические свойства, так называемый срок годности.
Зависимость коэффициента эффективности (Р3ц,ф) от относительного количества ресурсного обеспечения в условиях производства СМР при капитальном ремонте магистрального трубопровода (Мотм): 1 - один склад; 2 - два склада Итак, случайные величины, характеризующие СМР, можно определить следующим образом; т є [0, оо) - момент загрязнения окружающей среды; х є [0, L] - координата места производства СМР; V3oc - объем загрязнений. К управляемым параметрам следует отнести: {t} = {t, t2, . . . , tn} - моменты времени завоза необходимого материала (ti t2 . . . tn т); {М} = {Mi, М2, . . . , М„} - объемы завозимого вещества; {z} = {z,, z2 zn} - координаты складов в пространстве ремонтируемых участков МТ (z, є [О, L]).
К основным показателям эффективности ИСП отнесем NPVC -средний чистый дисконтированный доход и Кэфф.с - средний коэффициент эффективности системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МТ с учетом реализации природоохранных мероприятий окружающей среды; f2(T) - плотность распределения координаты места загрязнения окружающей среды; f3(V3oc) - плотность распределения объема загрязнения; Zc0, Zciij и Зс2 - случайные величины средних затрат, так как они зависят от случайных величин х, г и V3oc Постановка оптимизационной задачи будет следующей: найти управляющие векторы {t},{M} и {z} такие, что
Точное решение поставленной задачи вызывает большие трудности даже при использовании ПЭВМ. Поэтому, будем искать приближенное решение путем сведения задачи к поиску небольшого числа неизвестных параметров.
График завоза во времени необходимого ресурсного обеспечения предполагаем линейным ti = t0 + i-At, где to и At - неизвестные параметры. Расположение складов {z} производим путем перебора возможных.
Последовательность {Ы} ищем в виде МІ = Мпдвехр(-а-ІТсi). (4.138) где Тс - среднее случайного времени до загрязнения окружающей среды. Можно считать, что t0 = 0 и г, = ic/N, где N - целое число (неизвестный параметр) и тс - среднее т. Получаем два неизвестных параметра N и а. Решение задачи сводится к нахождению максимума соответствующего критерия КЭфф.с- тах, (4.139) где КЭфф.с - функция трех переменных и0, a, At или U0, а, N, где U0 = МПАВ-КІ/ V3OC.c Алгоритм решения поставленной задачи состоит из двух частей. Внутренний блок - моделирование случайных затрат Zc, Zciij, Zc2 и нахождение оценки среднего Кэфф.с. Внешний блок - организация многошаговой процедуры поиска оптимального экстремума функции Кэфф.с в виде х„+1 = х„ - Г„-УКэфф.с, (4.140) где х = {Uo, a, At}; хп - значение х на n-ом шаге; х„ + 1 - значение х на (п + 1)-ом шаге; Г„ - матрица, которую необходимо выбирать на каждом шаге; УКэфф.с - градиент функции.
Для реализации внутреннего блока используется имитационное моделирование. С принципиальной точки зрения отличий от задач, рассмотренных в предыдущих разделах, нет и все изменения касаются временного процесса и изменения физических свойств материала. Таким образом, внутренний блок работает при фиксированных управляющих переменных и при определенной заранее схеме расположения складов в пространстве ремонтируемых участков МТ. При этом реализация решения состоит из следующих этапов.
Одной из острейших проблем, влияющих на эксплуатационную надежность и производительность газотранспортной системы (ГТС), является эксплуатация МГ с пониженным по сравнению с проектным рабочим давлением. Протяженность таких линейных участков МГ, непосредственно влияющих на производительность ГТС, в настоящее время составляет несколько тысяч километров. Без проведения неуклонно возрастать, при этом технически возможная производительность ГТС будет снижаться.
В условиях реализации рыночных механизмов хозяйствования первостепенное значение приобретает поддержание надежности и безопасности МГ при одновременном повышении эффективности и качества выполняемых работ и фактическом снижении затрат на ремонт газопроводов.
В настоящее время к надежности систем МГ предъявляются качественно новые требования, разрабатываются принципиально новые подходы к оценке экологической и промышленной безопасности их эксплуатации. Аварии на МГ имеют достаточно серьезные последствия, устранение которых сопряжено зачастую со значительными материальными и временными затратами, особенно в районах эксплуатации со сложными природно-климатическими условиями. Кроме того, аварийно-восстановительные работы на газопроводах приходится проводить в ограниченные сроки из-за необходимости остановки транспортировки газа на период производства работ.
В основу обеспечения надежности систем МГ Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России заложены не только принципы достаточной технической надежности оборудования и систем газоснабжения, но и эффективность использования материальных, трудовых и финансовых ресурсов.
Учитывая условия строительства и эксплуатации действующих МГ, а также то, что средний срок службы в эксплуатации МГ составляет 27 лет, особого внимания требует поддержание и повышение эксплуатационной надежности и безопасности линейной части МГ. Кроме того, подземные трубопроводы подвержены интенсивному воздействию различных факторов, что в итоге приводит к разрушению изоляции и износу металла труб, а также других составляющих линейной части МП Распределение газопроводов ОАО "Газпром" по срокам эксплуатации представлено на рис. 5.1.
Как показал многолетний опыт, надежность эксплуатируемых газопроводов в целом зависит от многих факторов. Одним из главных факторов является соблюдение требований правил технической эксплуатации МГ. В зависимости от технических и эксплуатационных требований примерно через каждые пять лет разрабатывается новая редакция правил технической эксплуатации магистральных трубопроводов [68, 166, 183], которые являются обязательным нормативным документом для всех предприятий, эксплуатирующих ЕСГ.
