Введение к работе
Актуальность проблемы
Единая система газоснабжения (ЕСГ) Росси представляет собой сложный комплекс сооружений. Основным технологическим оборудованием, обеспечивающим функционирование ЕСГ являются компрессорные станции (КС) с технологической трубопроводной обвязкой и магистральные газопроводы. При магистральном транспорте природного газа возникает множество проблем, связанных с обеспечением надежности работы технологического оборудования.
Магистральные газопроводы (МГ) относятся к ответственным сооружениям, которые эксплуатируются в сложных климатических условиях и подвергаются комплексу нагрузок, переменных во времени и пространстве. Одной из основных нагрузок в расчетах газопроводов является давление газа. На участках газопровода, примыкающих к компрессорным станциям, изменение давления газа приводит к значительным колебаниям напряжений. Такая ситуация характерна для обычных условий эксплуатации газопроводов. При отклонении магистрального газопровода от проектного положения воздействие нагрузок увеличивается в несколько раз. МГ являются составной частью газотранспортной системы (ГТС), и при рассмотрении задач повышения их надежности должны быть увязаны с работой КС. Условия работы (КС) изменяются из-за неравномерности объемов перекачки газа, что приводит к изменению параметров перекачки.
Эксплуатация ГТС сопровождается вариацией параметров перекачки и воздействием на оборудование различных нагрузок, в некоторых случаях с отклонением от расчетных значений. При наличии разнородной исходной информации, задачи повышения надежности оборудования становятся трудно формализуемыми.
Обеспечение надежной работы ЕСГ является приоритетной задачей, определенной научно-технической концепцией ОАО «Газпром» на ближайшую перспективу.
Цель работы
Целью диссертационного исследования является повышение надежности работы магистральных газопроводов эксплуатирующихся в сложных гидрогеологических условиях без уменьшения энергоэффективности транспорта газа.
Для достижения поставленной цели диссертационного исследования решались следующие задачи:
1. Разработка способа определения параметров технического состояния газоперекачивающих агрегатов, в условиях ограниченной информации, основанного на интеллектуальных методах нейронных сетей.
2. Исследование влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность
объектов магистральных газопроводов с учетом априорной информации по их отказам.
-
Анализ условий эксплуатации и разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) газопровода при различных типах грунтов, в условиях воздействия дополнительных случайных внешних нагрузок.
-
Разработка расчетных и технических методов оценки НДС газопроводов при проведении ремонтов и работ по переизоляции участков.
5. Разработка моделей НДС трубопроводов проложенных в осложненных гидро
геологических условиях болот и рек, учитывающих параметры эксплуатации и балласти
ровки.
6. Создание расчетного обоснования осуществления технологий работ на этапах
капитального ремонта подводного перехода газопровода.
Методы решения задач
При решении поставленных задач использовались интеллектуальные методы нейронных сетей, теория расчета НДС, метод конечных элементов и другие математические методы. Для подтверждения выводов диссертационной работы использовалась промышленная информация, полученная при эксплуатации объектов магистральных газопроводов. Научная новизна
-
Разработан алгоритм, реализующий нейронную сеть, использующий в своей основе теорию паракомплексных и дуальных чисел, позволяющий в условиях недостатка исходной информации рассчитывать показатели надежности газоперекачивающих агрегатов (ГПА).
-
Впервые использован формально-кинетический анализ изменения показателей надежности ГПА подверженных механизму старения, износа, а также воздействию ряда внешних эксплуатационных факторов.
-
Построена математическая модель НДС и устойчивости подземного участка газопровода, деформирующегося совместно с различными типами грунтов, с учетом воздействия наземных нагрузок при ремонтных работах, позволяющая выбирать конструкцию переездов различных типов, а также оценить прочность и устойчивость действующего газопровода, что позволяет повысить надежность МГ.
-
Впервые получена математическая модель НДС описывающая нелинейный продольно-поперечный изгиб моделируемого трубопровода в условиях переизоляции, позволяющая обеспечивать его прочность и устойчивость, на всех этапах возвращения подзем-
5 ного газопровода в проектное положение: снятие грунта, подбивка газопровода грунтом, засыпка траншеи, нагружение рабочим давлением.
5. Разработаны научно-методические основы оценки НДС и устойчивости газо
проводов, эксплуатирующихся в сложных гидрогеологических условиях, позволяющие
выявлять степень влияния грунтовых условий, обусловленных обводнением, особенно
стей конструкции газопровода и режимов его эксплуатации.
6. Разработано расчетное обоснование выполнения капитального ремонта подвод
ного перехода газопровода: замены ремонтируемой части с основной ниткой газопрово
дов, позволяющее диагностировать его НДС ремонтируемого участка, а также указываю
щее выполнение функциональных предназначений пригрузов.
Практическая значимость
Результаты работы используются в ООО "Газпром энерго" при составлении и анализе эффективности выполнения сводных программ энергосбережения, а также при разработке сводных перспективных и текущих планов и программ мероприятий по энергосбережению ОАО «Газпром».
Обоснованные в работе предложения применяются в ОАО "ТНК-ВР Менеджмент" и позволяют повысить эффективность эксплуатации технологического оборудования.
Практическую ценность составляет утвержденный ОАО «Газпром» нормативный документ «Методика по обследованию, расчету и проведению мероприятий по разгрузке от чрезмерных напряжений газопроводов, проложенных по карстовой территории», которая разработана по программе НИОКР ОАО «Газпром» и содержит результаты выполненных автором исследований.
Разработанные Шаммазовым И.А. методики расчета используются в учебном процессе УГНТУ в виде учебного пособия "Гидравлические переиспытания в системе обеспечения надежности нефтепроводов" (Уфа: УГНТУ, 2011. - 80 с) и монографий "Методы повышения энергетической эффективности трубопроводного транспорта природного газа" (СПб.: Изд-во "Недра" , 2008. - 440 с), "Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопроводов и резервуаров в осложненных условиях эксплуатации" (СПб.: Изд-во "Недра" , 2009. - 410 с), "Транспорт углеводородного сырья по трубопроводам из полимерных и композитных материалов" (СПб.: Изд-во "Недра" , 2011. - 288 с), при изучении дисциплин по специальности 130501- «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» (спе-
циализация 130501.1- «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»).
Апробация работы: Основные положения работы докладывались на следующих семинарах, научно-технических советах и конференциях: Международная научно-техническая конференция «Новоселовские чтения» (Уфа, 2004); 55, 56, 57, 58 -я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2004, 2005, 2006, 2007); научно-практическая конференция «Научно-технические проблемы ТЭК» (Уфа, 2004); II межотраслевая научно-практическая конференция (Уфа, 2005); научно-техническая конференция победителей XIV Конкурса молодежных разработок среди предприятий и организаций топливно - энергетического комплекса в 2005 году «ТЭК -2005» (Москва 2006); научно-техническая конференция победителей XIV Конкурса молодежных разработок среди предприятий и организаций топливно - энергетического комплекса в 2010 году «ТЭК - 2010» (Москва 2011); международная учебно-научно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт - 2005, 2006, 2007, 2009, 2010, 2011» (г. Уфа, 2005, 2006, 2007, 2009, 2010, 2011 гг.); XXIII International Congress of History of Science and Technology.- 28 July - 2 August 2009, Budapest, Hungary.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 51 печатных трудов, в том числе 21 тезисов докладов, 3 монографии, 1 обзорная информация, 1 учебное пособие, 1 научно - техническое издание, 24 статей опубликованы в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов; содержит 329 страницы машинописного текста, 33 таблиц, 97 рисунков, библиографический список использованной литературы из 249 наименований и 3 приложения.
