Содержание к диссертации
Введение
2. Современные методы организации строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 6
2.1. Анализ основных конструктивных и технологических схем строительства малых переходов 6
2.2. Оценка распределения малых переходов по природно-климатическим зонам и основным направлениям строительства магистральных трубопроводов 19
2.3. Анализ организационной структуры строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 23
2.4. Основные направления совершенствования организации поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 32
3. Организация строительства отдельных переходов магистраль ных трубопроводов через малые преграды 42
3.1. Формализация процесса строительства отдельных переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 42
3.2. Методика Еыработки эффективных технологических решений строительства отдельных переходов 49
4. Организация одновршенного строительства нескольких пе реходов магистральных трубопроводов через малые преграды 57
4.1. Математическая модель традиционной системы органи зации строительства переходов магистральных трубо проводов через малые преграды 57
4.2. Моделирование процесса поточной организации работ по строительству переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 61
4.3. Показатели для оценки уровня функционирования системы организации поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 67
4.4. Проектирование поточной организации работ при сооружении малых переходов 72
4.5. Влияние числа и расположения преград по трассе трубопровода на состаЕ изоляционно-укладочной колонны 84
5. Технико-экономическое обоснование результатов исследо ваний по совершенствованию системы организации строи тельства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 88
Общие выводы 94
Литература 96
Приложения 101
- Оценка распределения малых переходов по природно-климатическим зонам и основным направлениям строительства магистральных трубопроводов
- Методика Еыработки эффективных технологических решений строительства отдельных переходов
- Моделирование процесса поточной организации работ по строительству переходов магистральных трубопроводов через малые преграды
- Проектирование поточной организации работ при сооружении малых переходов
Введение к работе
Характерной особенностью е развитии народного хозяйства СССР является постоянно возрастающая потребность в газе, нефти и нефтепродуктах. Так, если в 1980 году было добыто 603 млн.т нефти /включая газовый конденсат/ и 435 млрд.куб.метрое газа, то е соответствии с "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" планируется довести в 1985 году добычу нефти /с газовым конденсатом/ до 620-645 млн.тонн, газа - до 600-640 млрд.куб.метров.
В перспективах развития нефтяной и газовой промышленности предусматривается, что основным районом добычи нефти и газа е нашей стране будет Западная Сибирь. В то же время основные центры по переработке и потреблению нефти и газа расположены в центральных и западных районах страны. Это приводит к необходимости ускоренного развития темпов строительства магистральных трубопроводов. В 1980 году обьем капиталовложений по освоению Западно-Сибирских месторождений нефти и газа по Миннефтегазстрою составил почти половину его программы.
На ХХУІ съезде КПСС также отмечалось, что добычу нефти и газа, их транспортировку в европейскую часть предстоит сделать важнейшими звеньями энергетической программы одиннадцатой и двенадцатой пятилеток /35/.
Для успешного решения этой задачи необходимо использовать все имеющиеся резервы, одним из которых является возможность организации поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды. Это повысит эффективность использования отдельных машин и механизмов, что в условиях ограниченных трудовых ресурсоб по Миннефтегазстрою играет первостепенную
роль.
В этой связи, в данной работе исследованы и разработаны метопы организации опережающего поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды в различных природно-климатических условиях.
rm Q
2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ МАЛЫЕ ПРЕГРАДЫ
Оценка распределения малых переходов по природно-климатическим зонам и основным направлениям строительства магистральных трубопроводов
Трассы магистральных трубопроводов проложены и прокладываются среди множества искусственных и естественных преград. Каждому направлению трассы конкретного региона соответствует определенное количество препятствий, число которых зависит от целого ряда факторов, таких как природные условия, условия, обусловленные деятельностью человека и т.д.
При решении задач организационно-технологического проектирования учет количества естественных и искусственных преград является необходимым, так как их наличие или отсутствие значительно влияют на такие моменты как интенсивность строительства, графики производства работ, организационные схемы строительства,структуру производственных подразделений и т.д. Представляется интересным дать анализ распределения преград по основным направлениям и регионам трубопроводного строительства. Следует отметить, что такие попытки делались и ранее. Так, цифровое моделирование количества преград на трассе трубопровода, определение ожидаемого количества искусственных препятствий в зависимости от плотности населения Е районе пролегания нитки трубопровода, гыбор оптимального местоположения трассы с учетом затрат на преодоление препятствий с помощью математических моделей исследовано в работах /13,15/. В указанных работах предложен лишь общий подход к решению проблемы.
Из Есего количества преград, которые приходится преодолевать при строительстве отдельного магистрального трубопровода, основ ную часть составляют малые,переходыf через которые сооружаются ПМК. В дорожном строительстве их количество составляет 94-96$ от всего общего числа преодолеваемых препятствий.
В трубопроводном строительстве их процент несколько меньше за счет того, что некоторые переходы через малые преграды возводятся основным потоком по ходу ЛОСП и в среднем эта цифра составляет около 70$.
В зависимости от района строительства преобладают препятствия того или другого вида. Так, если для Западной и Восточной Сибири характерно большое количество болот, суммарная протяженность которых составляет до 20$ от общей протяженности трассы /22/,то для Европейской густонаселенной части СССР - значительное количество автомобильных и железных дорог, развитая сеть подземных коммуникаций.
В настоящее время сформировались определенные энергетические коридоры, по которым прокладываются или планируется в ближайшие годы строительство ниток магистральных трубопроводов большого диаметра. Анализ строительства магистральных трубопроводов по данным направлениям относительно количества малых преград на них, выполненный на стадии проектирования организации строительства магистрального трубопровода, прокладываемого в одном из этих энергетических коридороЕ, дает возможность с достаточной точностью планировать минимальное количество ПМК по сооружению переходов трубопровода через малые преграды на всем участке, их ресурсное оснащение. С этой целью автором проведено исследование по оценке ожидаемого количества препятствий на ОСНОЕНЫХ направлениях трасс магистральных трубопроводов.
В результате подробного анализа построенных, строящихся ипроектируемых магистральных трубопроводов большого диаметра оп ределены генеральные направления их трасс /10/: I/ Средняя Азия--Урал; 2/ Средняя Азия - Центр; 3/ Центр-Ленинград; 4/ Западная Сибирь-Госграница; 5/ Западная Сибирь-Восточная Сибирь; 6/ По-волжье-Госграница; 7/ Сибирь-Центр; 8/ Урал-Госграница.
По указанным направлениям проведен сбор и обработка статистических данных по количеству переходов магистральных трубопроводов через малые преграды.
Оценка репрезентативности выборки производилась Е соответствии с методом, основанным на гипотезе нормального распределения стандартного отклонения генеральной совокупности, как случайной величины /46/.где: Л - аргумент, характеризующий вероятность нормального распределения Е интегральной функции распределения; .Ц - среднее значение случайной величины в выборке; у - среднеквадратичное отклонение случайной величины, полученное по результатам выборки; - точность наблюдений.
В качестве случайной величины рассматривалось относительное количество малых преград по каждому направлению на 100 км трассы.
Среднее значение случайной ЕЄЛИЧИНН V определялось по форгде: X - количество наблюдений; U - номер наблюдения; Ч -значение случайной величины при U-ом наблюдении.
Среднеквадратичное отклонение случайной величины относительного количества малых преград на 100 км трассы вычислялось по фор
Величина Генеральные направления трасс магистральных трубопроводовДля каждого направления по формуле (2.2.1) при значении 2 = = 1,65,соответствующему 95$ вероятности, и точности наблюдений 6 =0,02 определено достаточное число наблюдений, которые приведены в табл. 2.2.2.
Данные табл. 2.2.2 подтверждают, что Х«рАКТ55 т.е. Еыбор-ка является репрезентативной и позволяет судить о генеральной совокупности.
Результаты исследований, приведенные на рис.2.2.1,позволяют сделать БЫВоды о том, что количество малых преград по генеральным направлениям ниток магистральных трубопроводов, приходящихся на 100 км трассы, в зависимости от направления, Е среднем, колеблется от 2 до 58.
По газопроводу Уренгой-Помары-Ужгород собран подробный статистический материал относительно количества преград по их типам. Это предоставило возможность точнее проектировать ресурсное оснащение отдельных трубопроводостроительных комплексов при необходимости их осуществления в коридоре уже построенного трубопровода. Результаты исследования приведены на рис.2.2.2.
В приложении I приведены статистические данные относительно малых преград различного типа по трассам некоторых магистральных трубопроводов.
Подводя итоги, необходимо отметить, что количество малых преград на трассах магистральных трубопроводов колеблется в широких пределах в зависимости от географических координат и направления. Прогнозируемое количество малых преград на 100 км трассы по восьми генеральным направлениям ниток магистральных трубопроводов колеблется от 2 до 58 штук, что, в соответствии с методикой приведенной протяженности, изменяет показатель сложности трассы в пределах 5-20$. Это обусловливает необходимость разработки обшей методики оптимизации организационно-технологических схем строительства переходов через естественные и искусственные преграды на различных направлениях.
Методика Еыработки эффективных технологических решений строительства отдельных переходов
В рамках вариантов топологической структуры строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды сооружение отдельного перехода может осуществляться по различным технологическим схемам. В этой связи возникает необходимость оптимизации технологического процесса. Вполне очевидно, что из-за непрерывного изменения условий строительства задача требует решения применительно к каждому переходу.
Для отдельного перехода модель топологической структуры производства работ по его сооружению может быть получена из универсальной модели. При этом, Е силу невозможности осуществления при строительстве конкретного перехода некоторых технологических схем, еходяших Е универсальную модель, модель топологической структуры производства работ по сооружению отдельного перехода заметно упрощается.
В настоящее время Е качестве общепризнанного критерия оптимальности Е трубопроводном строительстве принят критерий минимизации затрат времени. Это имеет СБОИ объективные обоснования, связанные с тем, что экономический эффект от сокращения срокоЕ строительства ЯЕЛЯЄТСЯ определяющим в трубопроводном строительстве.
Все множество технологических схем, имеющих место при сооружении переходов магистральных трубопроводов через малые преграды, можно сгруппировать в укрупненные производственные циклы: планировка места производства работ, устройство полки, отсыпка дамбы, срезка склонов, отвод основного русла на переходах через водные преграды; разработка траншей, КОТЛОВЭНОЕ; СЕарка кожуха на переходах через дороги, сооружаемых методом горизонтального бурения; прокладка кожуха под дорогой; наращиЕание кожуха на переходах через дороги, сооружаемых методом продавлиЕания; устройство опор на воздушных переходах; сварка, испытание, изоляция, футеровка, установка Е проектное положение и закрепление трубопровода от всплытия на участке перехода; устройство отводных КОЛОДЦЄЕ И монтаж свечей на переходах через дороги; засыпка КОТЛОЕЭНОЕ, траншей, ликвидация отводного канала.
Для выбора рациональных технологических схем сооружения каждого перехода с целью сокращения сроков строительства всех переходов на участке необходимо для каждого производственного цикла на Есех переходах Еыбрать технологические схемы, обеспечивающие минимум их продолжительности. При этом, если минимальная продолжительность производственного цикла обеспечивается несколькими вариантами, то выбирается тот, в котором имеются технологические схемы, осуществляемые комплектами машин и механизмов, ранее используемых для выполнения предыдущих производственных циклов на других или данном переходах. Такое ограничение позволяет сократить разнообразие технологических модулей машин и механизмов,необходимых для сооружения переходов на всем участке.
При Еыборе оптимальных технологических схем строительства переходов также исключаются такие, для осуществления которых требуются машины и механизмы, отсутствующие у строительной организации.
Для решения данной задачи целесообразно воспользоваться методом динамического программирования: он позволяет количественно определять эффективность возможных вариантов производства работ и представляет возможность располагать различные варианты Е порядке убывания их эффективности. Формально алгоритм решения задачи по определению эффективных технологических схем строительства отдельных переходов магистральных трубопроводов через малые преграды методом динамического программирования можно описать следующим образом. Выбор оптимальных технологических схем строительства перехода поочередно определяется для каждого производственного цикла Е отдельности. Отдельный производственный цикл рассматривается как замкнутая система. Пусть W? - состояние системы, достигнутое после j -го шага, Р$ - решение, приводящее систему из состояния W5M в состояние W$ , Y$(W$-i,Pi)- эффект, получаемый на $ -ом шаге, ЪУ - количество шагоЕ. Тогда эффект, достигаемый на последнем шаге, будет равен: где: "Wjj-i(W ,F 4) - состояние системы W -i , в которое она переходит из состояния W$-2 под действием решения Р _1 . Если состояние системы на 1лУ 1 шаге известно, то можно най у ти условное оптимальное решение на Ілг-ом шаге Pw (VWH) , так, чтобы: где: Чъ (W -,) - условно максимальный эффект, достигаемый на последнем шаге; M W .,, F )- возможные эффекты, достигаемые на последнем шаге в результате решения Pw . Каждому условному максимальному эффекту 4W (WVH) СООТЕЄТСТ-вует условное оптимальное решение Р-иі та-і) . В каком бы состоянии не оказалась система после /та-і / шага, оптимальный перевод ее в конечное состояние известен. Таким образом, если уже оптимизирован /? + 1/-ый шаг для любого исхода -го шага, т.е. определен условный максимальный эффект ? !,...,w (W?)t которому соответствует условное оптимальное решение Р -н (W ) на X -ні шаге при переходе системы из состояния W в состояние W$+i » то условная оптимизация % -го шага производится по формуле: где: , ,...,to (W -i) условный максимальный эффект при переходе системы из состояния W в состояние W,„; %(W$H,P4) - эффект, достигаемый на ъ ом шаге ПРИ переходе системы из состояния WVl в состояние W? под влиянием решения Рч ; W?(W?H, )-состояние системы W , в которое она переходит из состояния W -i под влиянием решения Р ; н,...,) [W?(W?-i, Р?)1 условно максимальный эффект на $ + і шаге при переходе системы, из состояния V в состояние У при условии,что после X -го шага система находилась в состоянии W (W$» Р$). В результате прохождения этапов от конца к началу определяется максимальное значение эффекта на всех шагах. Для построения оптимального решения в окончательном виде необходимо пройти ЕСЮ последовательность шагов от начала к концу, считая, что в начальный момент времени система находится в состоянии W0. На первом шаге применяется оптимальное решение г4 , переводящее систему из состояния W0 В состояние W , на втором - Р2 , переводящее систему в состояние W2 и т.д. В конечном счете находится вектор оптимального решения при переводе ее из начального состояния в конечное: В таком порядке производится расчет всех производственных циклов на каждом переходе, начиная с первого. Результатами расчета является выбор оптимальных технологических схем сооружения отдельных переходов с целью сокращения общего времени их строительства на всем участке. В качестве примера произведен выбор рациональных технологических схем,необходимых для осуществления производственного ЦИК
Моделирование процесса поточной организации работ по строительству переходов магистральных трубопроводов через малые преграды
Задача оптимального использования ресурсов при строительстве переходов магистральных трубопроводов через малые преграды заключается в следующем: необходимо так распределить имеющиеся ресурсы по переходам и составить такое расписание их перебазиро-ЕОК с одного на другой, чтобы потери их производительности за Еремя строительства были минимальными. При этом учитываются тип переходов, объемы каждого вида работ на них, топологическая структура технологического процесса сооружения переходов, расстояние между переходами, скорость перебазировки ресурсов ЕДОЛЬ трассы трубопровода, заданные сроки начала и окончания работ на переходах.
Применительно к решению задачи проектирования оптимальной организации строительства переходов магистральных труборроводов через малые преграды определяющими факторами, снижающими темпы сооружения переходов на участке, являются простои машин и механизмов из-за отсутствия фронта открытых работ для них и затратывремени на их перебазировку с одного перехода на другой.
Обозначим через Oju,,,h результат ЕЛИЯНИЯ каждого из фактороЕна величину потерь производительности.где ty - вид технологического модуля машин и механизмов ( =i Q);Q - количество ВИДОЕ технологических модулей машин и механизмов;/ - вид потерь (уі=и,М ); М- количество ЕИДОВ потерь, вызывающих снижение эффективности использования технологических модулей машин и механизмов; I- порядковый номер перехода (l=1,n); п -количество переходов на участке; j - порядковый номер технологической схемы Е универсальной модели топологической структуры технологического процесса строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды (j="i, m ); m - количество технологических схем в униЕерсальной модели топологической структуры технологического процесса сооружения переходов магистральных трубопроводов через малые преграды Cm =93).
Число технологических модулей машин и механизмов ЕИДЭ а , выполняющих і -ую технологическую схему на 1-ом переходе и имею-щих потери ЕИДЭ ja в момент времени t , обозначим через Аде ;(t)t число технологических модулей машин и механизмов ЕИДЭ ty , выполняющих і -ую технологическую схему на t-ом переходе Е любой мо-мент времени - через Дц ft) , а производительность технологического модуля машин и механизмов а-го ЕИДЭ ПО выполнению j -ойа»технологической схемы на і -ом переходе - через рл .Тогда целевая функция минимизации непроизводительных затрат Бремени машин и механизмов при одновременном строительстве нескольких переходов магистральных трубопроводов через малые преграды запишется следующим образом /8/:требуется: достаточное их разнообразие для отражения реальных условий организации строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды;минимум параметров,чтобы как можно меньше загружать память машины;наиболее простая их запись.
Календарному планированию строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды в большей мере соответствуют кусочно-постоянные функции, которые дают возможность получить разнообразные решения по продолжительности строительства переходов на ЕСЄМ участке, по срокам окончания строительства отдельных переходов, по величине непроизводительных затрат времени каждой машины или механизма и другим параметрам организации.
Исходными данными для построения календарного графика поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды на участке являются следующие величины:время возможного раннего начала работ на переходах Ь-ь ;расстояние между переходами по трассе трубопровода &iifi ( чЛа лц г);скорость перебазировки технологического модуля машин и меха-низмов -го вида ЕДОЛЬ трассы трубопровода своим ходом УС.Х ;скорость перебазировки технологического модуля машин и механизмов а-го вида ЕДОЛЬ трассы трубопровода на специальных транспортных средствах Vj;суммарное Бремя погрузки технологического модуля машин и механизмов ty-ro вида на транспортные средства и его разгрузки с них иПіР;состав конструктивных элементов и технологических схем на переходах, объемы работ по выполнению каждой технологической схемы
Проектирование поточной организации работ при сооружении малых переходов
Многообразие технологических схем строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды любого вида при различных условиях строительства не позволяет объединить их Е более крупные производственные циклы /разработка траншеи, сварочно-монтажные работы и т.д./, выполнение:; которых могло бы производиться идентичным ресурсным составом на каждом переходе. Объединение технологических схем Е производственные циклы и формирование идентичных ресурсОБ для их выполнения представляется возможным для переходов одинакового типа, сооружаемых Е аналогичных условиях.
В этом случае расчет параметров потока СЕОДИТСЯ К синхронизации смежных производственных циклОБ, выполняемых Е заданной технологической последовательности. Однако проектирование ПОТОКОЕ для каждого ЕИДЭ переходов, сооружаемых Е идентичных уелОЕИЯХ,может привести к значительному колебанию времени их функционирования относительно друг друга, т.е. с большой вероятностью возможен такой случай, когда, например, переходы одного вида построены на всем участке, а остальных ЕИДОЕ еще нет и, Е связи с этим, некоторое количество ресурсов вынуждено будет простаивать из-за отсутствия фронта открытых работ для них. В то же время большинство их или даже гее данные машины и механизмы могут использоваться при сооружении переходов других видов.
С другой стороны, строительство переходОБ магистральных трубопроводов через малые преграды осуществляется отдельными машинами и механизмами, которые самостоятельно или в определенном сочетании друг с другом Е состоянии выполнить все виды работ на переходах.
Исходя из этого, принципиально возможно составить расписание перебазировок для каждой машины или механизма в отдельности. Ввиду того, что выполнение отдельных ЕИДОЕ работ при сооружении переходов магистральных трубопроводов через малые преграды невозможно с помощью только одной машины, или механизма, то расписание для каждой единицы техники нужно строить таким образом, чтобы в некоторых интервалах времени местонахождение диух или более определенных машин и механизмов могло совпадать.
Такой подход к решению задачи был бы целесообразен в том случае, если бы она формулировалась следующим образом: необходимо найти такое количество машин и механизмов и расписание их перебазировок, чтобы время непроизводительных затрат машин и механизмов слагалось только из времени их перебазировок Е течение ЕСЄГО периода их работы, и оно должно быть минимальным. Однако, в этом случае время начала и окончания работ каждой машины будет колебаться в широких пределах относительно друг друга, что противоречит существующей управленческой структуре сооружения линейной части магистральных трубопроводов, согласно которой очевидно следующее: сооружение переходов на отдельном участке должно производить ся минимальным ресурсным составом, который в течение всего периода осуществления ЛОСП остается постоянным.
С учетом этого для решения практических задач в данной постановке при современном уровне развития средств вычислительной техники невозможно разработать точный алгоритм. Расписание перебазировок каждой машины или механизма может быть определено с помощью эвристических методов. Однако, Е этом случае степень оптимальности Еарианта невозможно определить; неизбежны затраты непроизводительного Еремени машинами или механизмами из-за невозможности выполнения ими каких-либо ЕИДОЕ работ без других машин или механизмов, необходшлых для их выполнения, и которые в данный мо- мент заняты на других работах. Это во-перЕых.Бо-Еторых, алгоритм решения сложен.В-третьих, система организации строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды подвержена интенсивному воздействию дестабилизирующих фактороЕ. Неправильное определение объемов какого-либо вида работ или выработок машин и механизмов при их выполнении, влияние погодных условий и т.д. вызывают отклонения параметров системы от проектных, оперативная корректировка которых из-за большого количества постоянно меняющейся входной информации даже с помощью средств вычислительной техники представляет определенные трудности.
Одним из основных недостатков такой организации строительства является невозможность оперативного управления процессом строительства, которая заключается Е контролировании и корректировке расписаний перебазировок отдельных машин и механизмов. К тому же переходы расположены на определенном расстоянии друг от друга и продолжительность выполнения некоторых ВИДОЕ работ на них мала /меньше смены/.
В этой связи строительство переходов целесообразно ЕЄСТИ комплектами машин и механизмов или отдельными машинами и механизмами /технологическими модулями машин и механизмов/, которые в состоянии самостоятельно выполнить определенные ЕИДЫ работ на отдельных переходах /7,9/.
На основе анализа технологической структуры сооружения малых переходов и небольшого объема каждого вида работ с целью упрощения алгоритма расчета параметров потока приняты следующие допущения, которые принципиально не искажают отражения действительности.1. На выполнении каждого вида работ не может быть занято более одного технологического модуля машин и механизмов. Такое ограничение имеет СБОИ основания Евиду малого объема каждого вида работ и невозможности увеличения интенсивности выполнения многих из них при увеличении машинооснащения.2. Выполнение любой работы не прерывается до ее окончания.3. Любой технологический модуль машин и механизмов Е каждый момент времени может выполнять не более одной работы.
Характерной особенностью процесса сооружения переходов магистральных трубопроводов через малые преграды является колебание объемов каждого Еида работ, к выполнению которых можно приступить Е момент времени "t (t=0,T, Т - Еремя окончания работ по сооружению переходов на ЕСЄМ участке).
В то же время, количество механизмов и машин каждого ЕИДЭ Е течение всего периода строительства остается постоянным.всех переходов на участке Е целом, при проектировании параметров потока необходимо учесть возможность
