Введение к работе
Актуальность проблемы. Единая система газоснабжения Российской Федерации имеет более 150 тысяч километров магистральных газопроводов (МГ) и отводов, из них диаметром 1420 мм - около 50 тысяч километров, природный газ по которым транспортируется 251 компрессорной станицей с 689 компрессорными цехами общей установленной мощностью более 42 млн.' кВт. Протяженность МГ от промыслов северных районов Тюменской области до наиболее удаленных импортеров, таких как Франция и Италия, составляет более 5 тысяч километров. Все это говорит об огромных размерах и сложности единой системы газоснабжения.
Многие газопроводы высокого давления проходят по территории или в непосредственной близости от городов и населенных пунктов. Пожары, сопровождающие разрывы таких трубопроводов, угрожают, как промышленным и жилым зданиям и сооружениям, так и жизни людей.
К сожалению, только на магистральных трубопроводах с 1992 по 2001 годы произошло 545 аварий. Среднегодовой уровень аварийности составляет 50-60 аварий в год и в целом не имеет устойчивой тенденции к снижению. На фоне общего роста числа аварий возрастает и число разрывов МГ. В период с октября 2001 по февраль 2002 года на предприятиях ОАО «ГАЗПРОМ» по данным Госгортехнадзора России зарегистрировано 5 разрывов газопроводов высокого давления. Из них 4 аварии сопровождались возгоранием транспортируемого природного газа. В период с мая 20СЗ года по июнь 2004 года на МГ, транспортирующих природный газ, произошло свыше 18 аварий, из них 15 аварий сопровождались возгоранием метановоздушной смеси.
Одним из важных направлений повышения пожарной и промышленной безопасности МГ является уменьшение продолжительности и интенсивности пожара, сопровождающего разрыв на МГ энергообъектов. Продолжительность пожара напрямую связана с оперативностью обнаружения разрыва. Кроме того, от оперативности часто зависит и сама возможность локализации аварии, т.к. линейные краны, отсекающие аварийную нитку, при длительном развитии аварии могут потерять работоспособность. Проведение углубленного анализа физических процессов транспортирования газа по трубопроводным сетям промышленных энергообъектов в номинальных рекимах и при авариях с использованием высокоточных газодинамических симуляторов (ГДС) предоставляет возможности для решения данной задачи.
Данная диссертационная работа направлена на повышение пожарной и промышленной безопасности МГ энергообъектов с применением ГДС.
Целью работы являлась разработка и обоснование новых методов и
технологий, позволяющих сократить ущерб, наносимый пожарами на'
магистральных газопроводах энергообъектов, за счет оперативного надежного
обнаружения и локализации разрывов многониточных линейных частей
магистральных газопроводов (сокращения времени подвода газа к очагу
пожара). j Р0С национальная
J спетеит UЮ \ о» т1/шшяР]
Объектом исследования в диссертационной работе являются причины и условия протекания пожаров в сложных протяженных газопроводных сетях для анализа пожарной и промышленной безопасности энергетических систем.
Предметом исследования являются нестационарные газодинамические процессы в сложных протяженных газопроводных сетях энергообъектов в условиях разрушения отдельных участков трубопроводов.
Задачи исследования:
-
разработка метода оперативного обнаружения и локализации разрывов магистральных газопроводов энергетических систем;
-
разработка методов моделирования сложных протяженных газопроводных сетей, обеспечивающих проведение высокоточного численного анализа нестационарных газодинамических процессов в сложных газопроводных сетях в режиме реального времени.
Основными методами исследования являются численные методы механики сплошных сред и математической оптимизации.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработана новая технология повышения пожарной и промышленной безопасности многониточных магистральных газопроводов энергетических систем, основанная на методе оперативного обнаружения и локализации их разрывов с использованием высокоточных газодинамических симуляторов.
-
Впервые предложен и обоснован метод моделирования крановых площадок (крановых узлов), оборудованных межниточными перемычками, для обеспечения оперативности обнаружения разрывов многониточных линейных частей магистральных газопроводов с использованием газодинамических симуляторов.
-
Разработан и научно обоснован новый метод автоматической настройки газодинамических симуляторов на реальные параметры трубопроводных сетей промышленных энергообъектов для повышения, адекватности расчетных оценок основных парамеїров транспортирования газовых смесей при аварийных ситуациях.
-
С использованием разработанных методов и алгоритма получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о функционировании трубопроводных систем газотранспортных предприятий и энергообъектов, причинах возникновения и механизмах протекания аварий на магистральныз газопроводах:
расчетные оценки параметров полного спектра безопасных режимов транспортирования природного газа, как через отдельные участки линейной части магистральных газопроводов и технологические трубопроводы
компрессорных станций, так и по сетям газотранспортных предприятий в целом;
расчетные оценки параметров режимов безаварийного функционирования сетей компрессорных станций газотранспортных предприятий при проведении ремонта и реконструкции;
анализ причин возникновения и сценариев развития аварий на объектах трубопроводного транспорта.
Практическая значимость работы. Разработанный метод оперативного обнаружения разрывов многониточных магистральных газопроводов может быть положен в основу разрабатьгеаемых систем, обеспечивающих пожарную и промышленную безопасность многониточных магистральных газопроводов. Методы моделирования крановых площадок, оборудованных межниточными перемычками и автоматической настройки газодинамических симуляторов на реальные параметры трубопроводных сетей промышленных энергообъектов используются для повышения точности и оперативности проведения расчетов при численном анализе нестационарных газодинамических процессов в сложных газопроводных сетях.
Достоверность изложенных в диссертации основных научных положений обеспечивается:
использованием современных методов вычислительной газодинамики;
результатами натурных и численных экспериментов;
многолетней практикой успешного применения рассматриваемых в диссертации методов на реальных объектах топливно-энергетического комплекса, как в России, так и за рубежом.
На защиту выносятся:
-
технология повышения пожарной и промышленной безопасности многониточных магистральных газопроводов, основанная на методе оперативного обнаружения и локализации их разрывов с использованием высокоточных газодинамических симуляторов;
-
метод моделирования крановых площадок (крановых узлов), оборудованных межниточными перемычками, обеспечивающий оперативность обнаружения разрывов многониточных линейных частей магистральных газопроводов;
-
метод автоматической настройки газодинамических симуляторов на реальные параметры трубопроводных сетей промышленных энергообъектов повышающий адекватность расчетных оценок основных параметров транспортирования газовых смесей при номинальных режимах и аварийных ситуациях;
-
результаты, расширяющие и углубляющие представления о функционировании, причинах возникновения и механизмах протекания аварий в трубопроводных системах.
Личный вклад автора заключается:
в разработке новой технологии применения ГДС для оперативного обнаружения и локализации разрывов многониточных магистральных газопроводов, разработке, обосновании и верификации метода оперативного обнаружения и локализации разрывов многониточных ЛЧМГ с использованием ГДС;
в разработке, обосновании и внедрении в производственную практику метода моделирования крановых площадок (крановых узлов) линейной части магистральных газопроводов, оборудованных межниточными перемычками;
в разработке, научном обосновании и внедрении в производственную практику метода автоматической настройки ГДС на реальные параметры конкретного газотранспортного предприятия;
в разработке расчетных схем трубопроводных систем в ГДС для численного моделирования транспорта газа через различные газотранспортные предприятия в номинальных режимах и при авариях;
Апробация и практическая реализация результатов работы.
Вынесенные на защиту методы и технология реализованы в ряде производственных ГДС (построенных на базе программно-математического комплекса «CorNet»), предназначенных для повышения пожарной и промышленной безопасности и эффективности трубопроводных систем конкретных газотранспортных предприятий. Эти ГДС активно используются для решения практических задач, возникающих при проектировании, эксплуатации и реконструкции трубопроводных сетей газотранспортных предприятий, как в России, так и за рубежом. Так, например, на базе ПМК «CorNet» при активном участии автора диссертации была разработана комплексная компьютерная аналитическая система «AMADEUS» для обеспечения требований безопасности, экономической эффективности и экологии в международной газотранспортной компании «SPP» (Словакия).
С помощью ПМК «CorNet» установлены причины и механизмы развития свыше десяти аварий. Он успешно применялся при решении задач ОАО «ГАЗПРОМ», Минатома РФ, Госгортехнадзора РФ, Международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия), Сандийских национальных лабораторий (США) и др.
Внедрение результатов работы подтверждено:
справкой о промышленном внедрении комплексной компьютерной аналитической системы «AMADEUS» в международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия);
актом о промышленном внедрении технологии автоматической настройки газодинамических симуляторов и оперативного обнаружения разрывов магистральных газопроводов в ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров);
актом о промышленном внедрении технологии оперативного обнаружения разрывов магистральных газопроводов в компании ООО «НПО ВНИИЭФ-
ВОЛГОГАЗ» (г. Саров); актом о внедрении технологии оперативного обнаружения разрывов магистральных газопроводов в ООО «HI 111 Измерительные Технологии» (г. Саров).
Основное содержание диссертации и результаты применения предложенных в ней методов повышения пожарной безопасности многониточных газопроводов представлены и обсуждены на: Международной конференции «Complex Pipeline System 2002 (High precision gas dynamics computation)» (17 - 19 июня 2002 года, г. Смоляница, Словакия); Второй международной конференции «AMADEUS Computation System for Complex Pipeline System 2003 (High precision gas dynamics computations)» (06-09 октября 2003 года, г.Нитра и г.Смоляница, Словакия); десятої. Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (02-03 марта 2004 года, г.Москва).
Основное содержание диссертации и результаты применения предложенных в ней методов повышения безопасности и эффективности сложных трубопроводных систем представлены и доложены на рабочих совещаниях с руководителями, учеными и ведущими специалистами ОАО «ГАЗПРОМ», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», МЭИ (ТУ), Международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия), Математического института Словацкой Академии Наук.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано шесть работ, в том числе одна монография в соавторстве.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка источников из 69 наименований и 2 приложений. Содержит 143 страницы, 7 таблиц, 62 рисунка.
