Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Наиболее эффективным и надёжным видом транспорта нефти, нефтепродуктов и газа является трубопроводный. Из всего объёма транспортируемой нефти на долю 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 по
священы 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 пасосно-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 шобой 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 :
-
Разработан диагностический помехоустойчивый метод оценки изменения гидравлического состояния магистральных нефтепроводов, основанный па использовании априорной диспетчерской информации.
-
Показано, что гидравлические характеристики действующих магистральных нефтепроводов наиболее достоверно (в смысле дисперсии адекватности) описываются при экспоненциальном представлении зависимостью коэффициента гидравлического сопротивления от параметра Рейнольдса.
-
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 соеди
нения.
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 :
-
Разработан помехоустойчивый алгоритм восстановления параметров гидравлических характеристик магистральных нефтепроводов, основанный на априорной информации о виде закона распределения изменений расхода и давления в трубопроводе.
-
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 грузопото
ков нефти по сети магистральных нефтепроводов территориаль
ных 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 минимиза
ции эксплуатационных затрат по транспорту и хранению нефти в
промежуточных резервуарных парках.
5. Разработана методика оптимизации параметров эксплуа
тации насосно-силового оборудования магистральных нефтепро
водов с регулируемым приводом, позволяющая повысить общий
суммарный коэффициент полезного действия насосных станций на
1 ... 2 % в зависимости от типа технологической обвязки основ
ных 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 объём 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.
