Содержание к диссертации
Введение
Глава І. Характеристика рейдовых нефтепричалов и состояние методической базы для расчета их параметров . 7
1.1 Нефтепричалы, зависимость от метеофакторов, типы, эффективность. 7
1.2 Анализ современных методов определения простоев судов в ожидании обработки на причалах . 16
1.3 Анализ современных методов определения пропускной способности и оптимальное числа причалов. 23
1.4. Анализ современных методов расчета вместимости резервуара парков припортовых нефтебаз 30
Выводы. 36
Глава 2. Обоснование вероятностных характеристик и факторов, определяющих обработку судов на рейдовых нефтепричалах 39
2.1 Исследование характера распределения потока помех по метеофакторам при обработке сдав. 39
2.2 Аппроксимация потока помех по метеофакторам при обработке судов простейшим потоком 46
2.3 Обоснование необходимой, числа наблодений за потоками помех по метеофакторам. 50
2.4 Обоснование характера распределения судозаходов, 53
2.5 Обоснование характера распределения времени обра-ботки судов на рейдовых нефтепричалах. 56
2.6 Математическая модель функционирования рейдовых нефтепричалов. 60
Выводы. 66
Глава 3. Методика обоснования основных параметров рейдовых нефтепричалов
3.1 Методика определения простоев судов на рейдовых нефтепричалах.
3.2 Методика обоснования оптимальной загрузки нефте-причалов.
3.3 Методика определения оптимального числа яефтепри-чалов для различных компоновочных решений .
3.4 Методика определения оптимальной вместимости ре-зервуарного парка припортовых нефтебаз
Выводы.
Заключение.
Список литературы.
- Анализ современных методов определения простоев судов в ожидании обработки на причалах
- Анализ современных методов расчета вместимости резервуара парков припортовых нефтебаз
- Аппроксимация потока помех по метеофакторам при обработке судов простейшим потоком
- Методика определения оптимального числа яефтепри-чалов для различных компоновочных решений
Анализ современных методов определения простоев судов в ожидании обработки на причалах
Причалы № 6 и № 7 расположены с левой итправой стороны головной части металлического пирса и являются полуоткрытыми, так как оградительный мол лишь частично защищает эти причалы от волн южного направления, имеющих самую высокую повторяемость - 26,97 , и стоянка судов у этих причалов лагом к волне и наиболее сильным ветрам. На причале $ 7 помехи по метеофакторам сказываются меньше, так как .. под действием волнения пришвартованное судно отжимается от причала и отыгрывается на швартовных канатах. Отвод судна от этого причала также не затруднителен. Причал Л 6 находится в более тяжелых условиях, так как волнения от ветров южных направлений создают навал судна на причал. Объем перевалки нефтегрузов на причалах J 6и№7 относительно причала № 2 составил соответственно 57,3 и 74,6 , коэффициент использования причалов 70,7 и 86,0 , Эти данные характеризуют как большую зависимость эксплуатационных характеристик от их ориентации относительно главенствующих направлений ветра и воля, так и их конкурентоспособность при сравнениях с обычными причалами, Действительно несмотря на нелучшую ориентацию причала № 7 его эксплуатационные качества почти не уступают причалу J 2 полностью защищенному оградительным молом. 1сли учесть экономию средств за счет отказа от строительства оградительных сооружений и дноуглубительных работ а также сокращения СРОКОВ строительства то такие причалы в ряде случаев МОГУТ быть более эффективными чем традиционные,
Это полностью подтверждается 5-летней эксплуатацией единственного в стране рейдового глубоководного нефтепричала (см.причал № I на рис. I.I). Нефтепричал представляет собой металлическую эстакаду, состоящую из подходной части, технологических площадок, швартовных палов, переходных мостиков и комплекса из четырех отбойных палов, расположенных перед технологической площадкой, образующих причальную линию. Причал ориентирован по лучу господствующего волнения. Отдача швартовннх концов осуществляется автоматически с: пульта управления, расположенного на технологической платформе,и вручную. Отбойные палы состоят ш 2-х наружных с межосевым расстоянием 130м, установленных симметрично относительно оси стендеров, и 2-х внутренних с межосевым расстояним 55м, Наружные палы выполне-ш из стальных труб диаметром 2,75„. с толщиной стенки от 34 до От Вес одной трубы 146 т. Внутренние палы состоят из труб диаметром 1,80. м, с толщиной стенки от 25 до 40 мм. Вес одной трубы 75 т, В верхней части палы снабжены щитом и резиновым амортизатором, выполняющим роль шарнира, что позволяет обеспечить наилучший контакт меж, ду судном и щитом при швартовке судна с углом причаливания до 10. Для обеспечения безопасности при швартовке судов на причале смонтирована система "Докинг Сонар", которая контролирует положение судна относительно причала а также скорости его сближения с при-чалом раздельно для точек носовой и кормовой оконечности судна которым противостоят соответственно носовой и корйовой отбойные палы Система использует гидролокационный принцип импульсного излучения Опыт пятилетней эксплуатации этого причала показывает его высокто эсйективность На причале ежегодно отгижается около поло-винн сеГне и переваливаемой нейегаванью Интенсивность налива почти в триТаза выше чем на старых причалах
Большой опыт строительства и эксплуатации рейдовых нефте-причалов накоплен за рубежом. Техяико-экономические показатели рей-довых зарубежных причалов по данным Сравнение этих показателей показывает, что для условий от- , крытого моря наиболее целесообразной является система одноточечной швартовки к плавучим причалам. Именно в этой области в настоящее время ведутся дальнейшие усоверщенствования. В частности нидерландским консорциумом УНС, в которы й входит фирма SB М- ведущая фирма по разработке и строительству плавучих причалов, разработаны
Одним из наиболее удачных примеров использования облегченных плавучих причалов является Луизианский рейдовый нефтяной порт, первая очередь которого недавно была введена в эксплуатацию. Порт расположен в Мексиканском заливе в 30 км от побережья штата Луизиана, почти по прямой к югу от Нового Орлеана. Его первая очередь представляет собой насосу платформ с тремя одноточечными причалами, расположенными в 2,5 км от главной платформы на глубинах порядка 33,5 м и соединенных с насосной трубопроводами диаметром 142 см. Диаметр труб одноточечных причалов:6,5м,высота около 14м. Насосная платформа соединяется 30-километровым подводным трубопро-водом с берегом и потом 35-километровым наземным трубопроводом с нефтехранилищем (8 старых соляных шахт), Общая стоимость первой очереди 600 млн, долларов. Производительность - 190 тыс.т. нефти в сутки. Танкеры дедвейтом до 700 тыс,т. имеют возможность под действием ветра и волн до 4-5 м поворачиваться на 360 и не прекращать слива нефти,
Всё вышеизложенное позволяет сделать вывод как об эффективности рейдовых причалов, их конкурентоспособности и перспективности при- сравнении с традиционными, так и о большой зависимости эксплуатационно-технологических параметров этих причалов от метеофакторов.
Анализ современных методов расчета вместимости резервуара парков припортовых нефтебаз
Как видно из приведенных формул, рекомендуемая НТП методика учитывает влияние метеофакторов эмпирическими коэффициентами, которые составлены для каждого порта и соответствующего рода перегружаемого груза без учета помех обработке судов по волнению (для закрытых акваторий) и не могут быть приняты при расчетах параметров рейдовых нефтепричалов. Анализ работы причалов нефтегавани Шесхарис показал, что в условиях незащищенных акваторий важное значение имеет ориентация причала относительно главенствующих направлений волнений и ветра, что также не нашло отражения в действующих нормах, Кроме этого уменьшение бюджета рабочего времени причалов на период непогоды с помощью коэффициентов не позволяет учесть того, что период штормов может совпадать как с периодом занятости причалов обработкой судов, так и с периодом незанятости причалов, то-есть величина воздействия помех по метеофакторам на обработку судов зависит не только от величины периода помех, но и от вероятностей его совпадения с обработкой судов на причале а значит рекомендуемый нормами метод не может дать точного результата
Нормативные значения коэффициента занятости причалов обработкой судов в течение месяца, рекомендуемые нормами, рассчитаны по экономическому эквиваленту причала, измеряемому количеством судо-суток за год,которые покрывают затраты по строительству и эксплуатации данного причала. Для нефтеналивных причалов экономический эквивалент,принятый в НТП, соответствует отношению стоимости причала к стоимости судна равному 0,20-0,35. В случае строительства рейдовых причалов это отношение изменится и будет значительно выше в связи с значительным увеличением стоимости этих причалов относительно традиционных,связанным с их удаленностью от берега,большими глубинами, необходимостью применения намного более мощных конструкций для жёстких условий незащищеяных акваторий. Это подтверждается стоимостью рейдовых причалов, приведенных в табл. 1.I, и опытом строив тельства рейдового причала Новороссийского порта, где данное соотношение приближалось к единице. Все сказанное говорит о том, что нормативные коэффициенты занятости при расчете рейдовых причалов не могут быть применены. Методика их расчета для конкретных причалов в НШ отсутствует.
Подводя итоги анализу методики расчета пропускной способности и числа причалов по НТП приходится сделать вывод, что она не может быть применена для технологических расчетов рейдовых нефтепри-чалов,
В последнее время рядом специалистов предложено использовать для определения оптимального числа причалов и их пропускной способности методы теории массового обслуживания. При применении этой теории для решения задач водного транспорта система массового обслуживания интерпретируется как причал или группа взаимозаменяемых причалов, заявкой или требованием считается судно, время обслуживания заявки интерпретируется как время обработки судна у причала. Основная тендещия в использовании теории массового обслуживания на транспорте состоит в применении всё более сложного математического аппарата, позволяющего более адекватно описывать многофакторный реальный процесс.
Б,В.Гнеденко и М.И.Зубков [23] разработали методику определения оптимального числа причалов с привлечением теории массового обслуживания для непосредственного подсчета эксплуатационных показателей причалов в каждом конкретном случае расчета. На основе анализа работы одного из портов был сделан вывод о Пуассоновском характере распределения приходов судов в порт. Специально был рассмотрен вопрос о справедливости подчинения длительности обработки судов показательному распределению. Для выяснения этого вопроса было исследовано влияние распределения длительности обработки на вероятность появления того или иного числа судов, ожидающих обслуживания, С помощью ЭВМ была промоделирована работа порта применительно к одной и той же средней длительности обработки судов при равномерном, нормальном и гамма-распределении. Результаты оказались очень близкими, разница не превышала 5%, что позволило обосновать допустимость предположения о показательном распределении длительности обработки судов. Для расчета вероятностных характеристик работы причалов были использованы несколько преобразованные для целей конкретной задачи формулы чистой системы массового обслуживания с ожиданием, то есть такой системы, при которой заявка,заставшая все каналы занятыми, становится в очередь и ждет пока не освободится какой-нибудь канал.
Аппроксимация потока помех по метеофакторам при обработке судов простейшим потоком
Проверка правдоподобности гипотезы о показательном распределении времени действия помех велась также по критерию согласия Пирсона. При показательном распределении число независимых условий 5 = 2, число разрядов согласно табл. 2,4 равно К=7, тогда число "степеней свободы" по формуле (2.4) равно 2 = 5.
По таблицам [l] для X = 2 X = 4,97 было найдено, что вероятность превышения величиной, распределенной по закону X2 , вычисленного значения равнялась 0,45, что больше необходимого значения, равного 0,1, Кривые статистического и теоретического распределений представлены на рис, 2,3, Итак, исследования характера распределений потока помех обработке судов по метеофакторам, проведенные на глубоководном причале нефтегавани Шесхарис Новороссийского морского порта, показали правдоподобность гипотез о пуассоновском распределении числа помех на временных интервалах и показательном распределении их времени действия,
Натурные исследования, проведенные на глубоководном причале нефтегавани Шесхарис Новороссийского порта, и проверка сходимости статистических и теоретических распределений вероятностей по критериям Пирсона показали правдоподобность гипотез о пуассоновском распределении числа помех на временных интервалах. Для того, чтобы выполнить не только необходимое, но и достаточное условие представления потока простейшим, было рассмотрено выполнение потоком помех трех условий простейшего потока: ординарности, стационарности и отсутствия последействия,
Естественность.-.ваполневйанютойом помех условия ординарности не вызывает сомнений.
Условие стационарности, учитывая сезонные колебания интенсивностей потока помех, в полной степени не выполняется. Однако анализ разброса численных значений коэффициента использования бюджета рабочего времени причалов по метеофакторам (ВНШ, 01-78,ММФ) показывает, что их отклонения от среднегодовых, лежащих в основном в интервале от 0,8 до 1,0, незначительно. Так для самого неблагоприятного по изменчивости иятенсивяостей потока помех по метеофакторам -порта Диксон, дисперсия интеясивностей для наливных грузов составляет 0,01, а для порта Новороссийск всего 0,004, Это говорит о том, что невыполнение потоком помех по гидрометеофакторам условия стационарности незначительно и практически, при выборе расчетного периода кратного календарному году, на конечных результатах не скажется Из теории известно, что наиболее важным для простейшего по-тока является выполнение условия отсутствия последействия, причем выполнение этого условия потоком помех по метеофакторам вызывает обычно наибольшие возражения, базирующиеся в основном на представлении что во время шторма все атмосферные катаклизмы разрешились улеглись и второй шторм возникает не ранее определенного промежутка времени, который необходим для накрттдгрфания определенного УРОВНЯ напряжений в атмосфере Между тем если рассмотреть причины возникновения помехчптормов, то их оказывается более десяти: здесь и много-численные явления в атмосфере сейсмика солнечная активность влияние большого космоса и ті, причем в основном они действуют незавиший OLOTJICB как сумарный поток состоящий из нелого шда потоков Известно ч—тейший поток играет соел/п событий особ РОЛЬ до некоторой степени аналогичную1 ношаль ного закона ZL novl законов распределения то-есть пои сновании (взаимном JZL) большого числа ординарных стадион-потоков с практически любым последействием получается поток сколь угодно близкий к простейшему. На практике, обычно достаточно сложить 4-5 потоков, чтобы получить поток, с которым можно оперировать как с простейшим. Это и имеет место в данном случае.
Из теории известно, что ординарные потоки однородных событий с ограниченным последействием описываются нормированными потоками Эрланга К-го порядка где Л - плотность потока; К « порядок нормирования потока Эрланга; t - текущая координата. Известно также, что задаваясь различными К , можно полу чить любую степень последействия: от полного отсутствия (К = 0) до жёсткой функциональной связи между моментами появления событий ( К=). Таким образом, порядок потока Эрланга может служить как бы "мерой последействияУ имеющегося в потоке. Для замены реального потока, имеющего последействие, нормированным потоком Эрланга с примерно теми же характеристиками промежутков между событиями: математическим ожиданием и дисперсией, используется формула разделения где Д - оценка дисперсии распределения промежутков между случайными сойнтияш, дія реального потока находится статистическими методами; Л - плотность интенсивности реального потока, величина обратная математическому ожиданию, которая находится для реального потока также статистическими методаш.
Методика определения оптимального числа яефтепри-чалов для различных компоновочных решений
Описанные выше натурные и теоретические исследования показывают, что при функционировании рейдового яефтепричала взаимодействуют два потока случайных событий - поток судов и поток помех обработке судов по метеофакторам. Эти потоки являются простейшими. Время обработки судов у причалов и время действия помех обработке судов по метеофакторам распределены по показательному закону. При приходе помехи обработка судов прекращается и возобновляется только после окончания её действия . Такой процесс функционирования рейдовых нефтепричалов в условиях воздействия значительного потока помех обработке судов по метеофакторам наиболее адекватно описывается математическими моделями систем массового обслуживания с приоритетами. Решения для таких систем приведены Н.Джейсуолом [Зб]. Приоритетной дисциплиной называется дисциплина,согласно которой прибор выбирает следующее требование для обслуживания. Любая приоритетная дисциплина должна определять правила для принятия следующих двух решений: какое требование брать на обслуживание в момент готовности прибора для принятия следующего требования, и продолжать или прервать обслуживание требования, находящегося на приборе. Решение о выборе следующего требования для обслуживания может быть принято внесистемно, т.е. оно может зависеть только от номера приоритета, соответствующего класса, к которому принадлежит требование. Решение может быть принято и внутрисистемно, т.е. решение может базировать ся полностью или частично на заключениях, касающихся текущего сос тояния системы, например типа обслужанного требования или времени ожидания требований в текущий момент, Первай из упомянутых дисцип лин носит название внесистемной приоритетной дисциплины, а вторая называется внутрисистемной приоритетной дисциплиной. Необходимо отметить, что как при внесистемной, так и внутрисистемной приоритет ной дисциплине решение о продолжении обслуживания требования, на ходящегося на приборе, может зависеть или не зависеть от состояния системы. Для моделирования работы рейдовых нефтепричалов интерес представляют модели с внесистемными приоритетными дисциплинами. Поскольку решение о внборе на обслуживание следующего требования при этих дисциплинах зависит только от номера приоритета, требование t -го класса всегда выбирается на обслуживание раньше требования / - го класса ( t J ), Однако если на обслуживании находится требование [ -го класса ( 1 возможны различные варианты дисциплины, а) Абсолютный приоритет: обслуживание требования J -го класса немедленно прерывается, и обслуживающий прибор начинает об служивание требования I -го класса, б) Относительный приоритет: обслуживание требования j -го класса продолжается до полного завершения. Этот приоритет называет ся также приоритетом, не прерывающим обслуживания, в) Смешанный приоритет: обслуживающий прибор может выбрать либо случаи (а), либо (б) в зависимости от длительности времени обслуживания требования j -го класса, Дисциплина с абсолютным приоритетом может быть подразделена на следующие типы в зависимости от того, каким образом происходит дообслуживание вытесненного требования [ -го класса, а) Абсолютный приоритет с дообслуживанием: обслуживание требования возобновляется как бы с того момента, когда произошло прерывание. б) Абсолютный приоритет с повторением обслуживания: требо вания обслуживаются заново с прежней реализацией времени обслужива ния, в) Абсолютный приоритет с обслуживанием заново: требование обслуживается заново с новой реализацией времени обслуживания, Для систем с приоритетами вводится еще одна важная классификация в зависимости от объема источников, из которых требования поступают в систему. Если все источники бесконечны, модель относится к разряду приоритетных моделей с бесконечными источниками, если же один или более источников конечны, то такая модель относится к приоритетным моделям с конечными источниками. Общая модель описывается следующим образом; на один обслу живающий прибор из независимых бесконечных или конечных источников поступают требования К ( К 2 ) типов. Требования, поступающие из I -го источника ( I t К ), называются требованиями 1 -го класса и поступают в соответствии с пуассоновским потоком с интенсивностью Л , если I -й источник бесконечен. В случае конечного I -го источника с N t требованиями предполагается, что каждое требование поступает на обслуживание после пребывания в источнике в течение случайного времени, распределенного экспоненциально со средним значением І/Лі . Длительности обслуживания требований 1 -го класса ( I L К ) являются независимыми одинаково распределенными случайными величинами. Относительно частного вида приоритетных дисциплин не делается каких либо предположений за исключением того, что при наличии в очереди требований i -го и j -го классов ( I J ) требование і -го класса поступит на обслуживание раньше требования J -го класса, даже если последнее появилось раньше. Это правило справедливо для всех внесистемных приоритетных дисциплин. Внутри каждого класса - прямой порядок обслуживания,
Решения для моделей с внесистемными приоритетными дисциплинами находятся с помощью введения понятия цикла обслуживания требования, который определяется как период времени, начинающийся в момент, когда требование поступает на обслуживание, и заканчивается в тот момент, когда прибор освобовдается для обслуживания следующего требования этого же класса. Если в течение интервала обслуживания не поступит требование более высокого приоритета, то цикл обслуживания равняется времени обслуживания. Метод решения с помощью цикла обслуживания состоит в том, что исследуется процесс на периоде занятости и, далее, с помощью теории восстановления получаются результаты для исходного процесса, Продесс на периоде занятости было бы трудно изучить Б силу его многомерности. Однако, поскольку дисцигР лияа внесистемная точки (моменты времени), в которых начинается очередной цикл обслуживания, становятся точками регенерации и случайное поведение процесса в этих точках можно найти из результатов для основных моделей. Таким образом, исследование процесса с приоритетами сводится к исследованию процесса на цикле об,служивания,ко-торый по существу имеет на один класс требований меньше, чем исход-ный процесс. Следовательно, процесс с К классами требований сводится к процессу с ( К - I) классами требований, и так, шаг за шагом приходят к основному процессу для одного класса требований,
