Введение к работе
Актуальность темы исследования. Единая система газоснабжения (ЕСГ) Российской Федерации формировалась на протяжении 30-летнего периода как единая инженерно-техническая и снабженческо-сбытовая система. При планировании ее создания, формирования и развития были реализованы основные технические и организационно-технологические решения: оптимизация трасс и производительности магистральных газопроводов; расстановка и техническое оснащение компрессорных станций, обустройство газовых промыслов; рациональное размещение газохранилищ, сооружения отводов и распределительных сетей; создание иерархически организованной автоматизированной системы управления газоснабжением и др.
Тем самым в рамках ЕСГ было обеспечено взаимосвязанное функционирование и комплексное управление всеми производственно-технологическими процессами. При этом одной из важнейших проблем повышения надежности работы газотранспортных систем была определена проблема контроля технического состояния линейной части магистральных газопроводов (ЛЧИГ), а также эффективное планирование своевременного и качественного выполнения планово-предупредительных и капитальных ремонтов отдельных участков системы газопроводов.
Требование надежности функционирования является первоочередной проблемой единой системы газоснабжения, чему способствует -совершенствование концептуальной и методической базы выработки и принятия таких решений по управлению техническим обслуживанием и капитальным ремонтом участков ЛЧМГ, которые максимально учитывали бы факторы, определяющие это положение.
Существующая система сбора, обработки и использования статистической информации о техническом состоянии ЛЧМГ, накапливающейся при их диагностировании высокопроизводительными методами,
- і -
нуждается в дальнейшем совершенствовании. Одним из главных направлений должно стать создание прогностических систем с элементами искусственного интеллекта, которые объединяют возможности экспертных и традиционных систем статистической обработки. Это позволило бы унифицировать методы неформального анализа качественных' данных о надежности объектов трубопроводного транспорта, разработать динамические базы данных и базы знаний, суммирующих опыт специалистов, и использовать в прогнозах показателей функционирования системы магистральных газопроводов значительно больший объем сведений, имеющийся на определенный момент времени.
Повышение эффективности использования информации, накапливающейся при диагностических обследованиях технического состояния газопроводных объектов высокопроизводительными, но и дорогостоящими методами внутригрубной дефектоскопии, применяемыми самостоятельно или в сочетании с контролем поляризационных потенциалов, параметров напряженно-деформированного состояния, других наблюдаемых параметров ЛЧМГ основано на одновременной разработке пакетов прикладных программ и методов комплексного учета числовой, модельной, неформальной и качественной информации для исследования и оценки приоритетов вариантов решений по техническому обслуживанию и капитальному ремонту ЛЧМГ.
Выполненные автором исследования могут быть квалифицированы как актуальные, так как связаны с реализацией насущных задач по обеспечению высоконадежного трубопроводного транспорта. Исследования выполнялись в соответствии с комплексными научно-техническими программами Минвуза РСФСР "Нефть и газ Западной Сибири" на 1986-1990 гг. и РАО "Газпром" - "Высоконадежный трубопроводный транспорт" на 1990-1995 гг., а также реализуемыми программами РАО "Газпром". Разработанные методики и алгоритмы (в частности, реализованные в виде пакетов программ для персональных компьютеров), позволяют эффективно управлять процессом совершенствования плани-
рования технического обслуживания и капитального ремонта ЛЧМГ, способствуя повышению их эксплуатационной надежности.
Цель диссертационной работы - разработка комплексной методики расчета организационных и технологических процессов планирования капитального ремонта ЛЧМГ на основе интегрального учета числовой, модельной, неформальной и качественной информации, объединяющей возможности экспертных и традиционных систем вероятностно-статистической обработки данных.
Основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе выполнено:
-
Исследование иерархических структур планирования капитального ремонта ЛЧМГ с учетом теоретических основ и принципов использования метода анализа иерархий для оценки приоритетов.
-
Исследование и разработка методологии оптимального перебазирования ремонтно-восстановительных потоков в многоуровневой иерархической системе капитального ремонта ЛЧМГ с определением рациональной зоны работы комплексных трубопроводных ремонтно-строительных потоков (КТРСП).
-
Исследование формирования эксплуатационной надежности в процессе переиспытания участка магистрального газопровода при капитальном ремонте на основе представления и анализа результатов гидравлических испытаний в виде вероятностно-статистических данных и оценки качества выполнения работ по испытанию.
-
Исследование технологического риска эксплуатации газопровода с учетом математического моделирования надежности участка магистрального газопровода и относительных потерь при отказе с разработкой методики уточнения толщины стенки данного участка магистрального газопровода в процессе капитального ремонта.
-
Разработка диалоговых систем анализа проектных решений и результатов наблюдений за функционированием систем магистральных газопроводов с обеспечением возможности автоматизированного рас-
чета организационных и технологических процессов при планировании капитального ремонта ЛЧМГ.
Научная новизна. Представленная диссертационная работа является научным обобщением по проблеме обеспечения эксплуатационной надежности функционирования ЛЧМГ путем системного анализа числовой, модельной, неформальной и качественной информации об эксплуатации газотранспортных сетей.
Соответственно определена структура иерархии принятия решений по обеспечению надежности проектирования технического обслуживания и капитального ремонта ЛЧМГ и состав основных критериев, факторов, показателей, входящих в эту иерархию. Определены методы сбора и обработки экспертной информации для многокритериального выбора и ранжирования вариантов решений по обеспечению надежности газопроводов при их капитальном ремонте.
Кроме того:
разработаны алгоритмы расчета приоритетов для оценки эффективности различных вариантов решений по обеспечению надежности (капитального ремонта, повышения технического уровня системы обслуживания и т.п.), выполнен анализ существующих методов оценки состояния магистральных газопроводов, а также методов организации и управления техническим обслуживанием и капитальным ремонтом. Определены принципы исследования и оценки приоритетности решений по обслуживанию и ремонту газопроводов с полным учетом числовой, модельной, неформальной и качественной информации, а также создания гибридных систем, объединяющих экспертные и традиционные системы обработки данных;
разработаны методы оценки приоритетов проведения ремонт-но-восстановительных работ, а также математические модели оценки относительного риска эксплуатации отдельных участков газопроводов на основе метода анализа иерархий. На примерах показаны возможности предложенных процедур решения конкретных задач управления
надежностью газопроводов с помощью разработанных пакетов прикладных программ, проведен анализ полученных результатов;
установлены общие закономерности формирования перспективных планов работы КТРСП при капитальном ремонте ЛЧМГ. Разработана методика определения рациональной зоны работы КТРСП с учетом их перебазирования в плановый период времени. Здесь использован математический аппарат кластер-анализа. При этом в качестве меры близости объектов группы выбрано отношение суммарных затрат на перебазирование при переходе с объекта на объект к суммарному объему работ в этой группе. Методика реализована в виде пакета прикладных программ для использования персональных компьютеров при. расчете перспективной зоны работы КТРСП с учетом их перебазирования;
разработана методика, позволяющая количественно оценить эксплуатационную надежность участка магистрального газопровода на основе рассчитываемого количественного показателя качества выполнения технологической операции по переиспытанию его на прочность.
Выполненное математическое моделирование надежности участка магистрального газопровода и относительных потерь при возможном отказе, которое дает возможность анализировать статистические характеристики эксплуатации сети газопроводов и прогнозировать их изменение с определенной доверительной вероятностью. При этом предложена модель уточнения толщины стенки данного участка ЛЧМГ на основе прогнозирования технологического риска с использованием байесовского подхода к обработке вероятностно-статистической информации.
Практическая ценность научных исследований и реализация работы в промышленности. Результаты работы позволили создать нормативно-технические документы по организационным и технологическим решениям технического обслуживания и капитального ремонта ЛЧМГ.
Результаты исследований включены в следующие научно-технические разработки (программное обеспечение "ТРУБОПРОВОД"):
"Подготовка технической документации по строительству временных технологических дорог и площадок для сооружения и ремонта трубопроводов" - М.: ГАНГ, версия 4:2:4, 1994;
"Разработка регламента и технологической схемы гидравлического испытания трубопровода" - М.: ИНЭИ РАН, версия 4:1:10, 1994;
"Анкета для определения относительного риска эксплуатации трубопровода" - М.: УГН РАО "Газпром", версия 1:1:1, 1995;
"Обработка базы данных для приоритизации обслуживания и ремонта трубопроводов" - М.: УГН РАО "Газпром", версия 1:1:2, 1995;
"Приоритизация обслуживания и ремонта трубопроводов: варьирование коэффициентов" - М.: УГН РАО "Газпром", версия 1:1:3, 1995;
"Приоритизация обслуживания и ремонта трубопроводов" - М.: УГН РАО "Газпром", версия 1:2:9, 1996;
"Построение эмпирических зависимостей с использованием вероятностно-статистических данных" - М.: ИНЭИ РАН, версия 4:1:6. 1996;
"Анализ безопасных расстояний от магистральных газопроводов до других объектов в процессе эксплуатации" - М.: ИНЭИ РАН, версия l:'l:7, 1996;
"Уточнение толщины стенки магистрального газопровода с учетом технологического риска эксплуатации" - М.: ИНЭИ РАН, версия 1:1:11. 1997.
Предложенные в работе решения, методики и рекомендации были использованы при планировании капитального ремонта ЛЧМГ системы РАО "Газпром", в частности при: организации строительства временных технологических дорог и площадок с применением синтетических материалов внедрена АО "Уралтрубопроводстрой" при сооружении газопровода Северный район Тюменской области (СРТО) - Урал (I нитка) ; разработке ОАО "Сварочно-монтажный трест" инструкций и технологических схем гидравлического испытания 3-х участков магист-
ральных газопроводов Торжок - Долина и Перегребная - Пунга - Ухта; определении рациональной зоны работы четырех потоков с учетом их перебазирования П "Мострансгаз", что позволило получить экономический эффект в размере; 572 тыс. рублей (в ценах 1988 г. без учета инфляционных коэффициентов).
Теоретические и практические результаты работы используются при чтении лекций и выполнении дипломных и курсовых работ по дисциплинам "Сварка трубопроводов и конструкций", "Машины для строительства магистральных трубопроводов" и "Сооружение магистральных трубопроводов" для студентов ГАНГ им. И.М.Губкина специальности 09.08 "Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ'*.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа" (г. Ивано-Франковск, 1985);
Всесоюзной конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (г. Тюмень, 1985);
IV-ой Всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа" (г. Ереван, 1988);
Всесоюзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса страны" (г. Москва, 3991);
научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва. 1994);
научно-технической конференции "Новые технологии в газовой промышленности" (г. Москва, 1995);
межвузовской конференции "Нефть и газ - 96" (г. Москва, 1996);
научно-техническом семинаре "Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии" (г. Кострома, 1996);
2-ой научно-технической конференции "Актуальные проблемы
состояния и развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, 1996).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 48 работ, в том числе 3 монографии и 11 брошюр.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, приложения и списка использованной литературы из 204 наименований. Содержание работы изложено на 312 страницах и иллюстрировано 46 рисунками и 20 таблицами.