Введение к работе
Актуальность темы. Усложнение технологических связей, увеличение объемов информации и необходимость взаимоувязки решения множества вопросов обуславливают новые требования к развитию объектов газовой промышленности. Из-за удаленности районов добычи газа от пунктов потребления вопросы оптимального развития газотранспортных систем (ГТС) и повышения эффективности их эксплуатации путем снижения энергетических затрат на транспортировку газа остаются в качестве приоритетных направлений научно-технического прогресса в газовой промышленности. Затраты на проектирование и эксплуатацию систем дальнего транспорта газа весьма значительны, поэтому применение современных методов оптимизации и средств вычислительной техники с целью обеспечения экономии'затрачиваемых материально--технических ресурсов представляется актуальным.
Для исследования слокных ГТС как в плане их проектирования, так и управления основными инструментами являются математические модели и средства вычислительной техники. Решение задач поэтапного развития проектируемых ПС связано с совершенствованием известных методов и алгоритмов, а также с разработкой системы автоматизированного проектирования (САПР) ГТС, содержащей технологическую линию для выбора и обоснования направлений прокладки новых и расширения действующих газопроводов. Анализ практики проектирования и строительства ГТС показал необходимость реализации принципов комплексности и атапносги, охватывающих весь цикл технологического проектирования и конструктивных решений, вплоть до решений по вводу газопровода в-эксплуатацию, что может обеспечить снижение общей сметной стоимости строительства объектов до 10 %. С этой целью необходима разработка моделей и алгоритмов расчета оптимальных параметров поэтапного развития ГТС, удобных для реализации в рамках САПР и обеспечивающих требуемую детализацию и точность расчетов. Важность решения рассматриваемых вопросов для народного хозяйства заключается в интенсификации технологических процессов, направленных на снижение энергетических затрат в транспорте газа и капитальных вложений при поэтапном развитии сложной ГТС путем выполнения многовариантных оптимизационных расчетов.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей и алгоритмов, необходимых для автоматизированного проектирования поэтапного разви тия и оперативного управления режимом работы системы дальнего транспорта газа.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задач
разработка математической модели для оптимизации энергетических затрат при оперативном управлении магистральным газопроводом с учетом влияния неустановившегося процесса газопередачи;
анализ чувствительности модели путем исследования влияния исходной информации к инструментальной погренкости технических средств на точность расчета оптимальных параметров режима работы магистрального газопровода (МГ) и определения допусков для них;
разработка взаимоувязанных моделей и алгоритмов для расчет оптимальных параметров поэтапного развития сложной ГТС и их практическое применение;
разработка математической модели и алгоритма для расчета оптимальных технико-экономических характеристик компрессорных станций.
На защиту выносятся:
-
Математические модели для расчета оптимального распределе ния нагрузок между компрессорными станциями и оптимальных парамет ров в узловых точках МГ.
-
Результаты исследования влияния исходной информации и инструментальной погрешности на точность расчета режимных параметров МГ.
-
Комплекс моделей, алгоритмов и результаты расчета оптимальных параметров поэтапного развития ГТС.
Методы исследования. Теоретической базой проведенных исследо ваний послужили: общая теория систем; теория автоматизированной диагностики, проектирования и управления; методы оптимизации и мо делирования, а танке теория вероятностей.
Научная новизна. Разработана математическая модель для оптимизации энергетических затрат ЫГ с учетом влияния неустановившего ся процесса газопередачи. Выполнен сравнительный анализ результатов реализации задачи оптимизации режимов работы ЫГ с помощью раз .личных средств вычислительной техники. Впервые поставлены задачи определения допусков на погрешности исходной информации, решащих
блоков и оценки влияния этих погрешностей на точность результатов расчета оптимальных параметров режима работы ИГ.
Разработаны и программно реализованы взаимоувязанные модели и алгоритмы расчета оптимальных параметров поэтапного развития проектируемых ГТС, предназначенные для создания САПР, включающей технологическую линию для выбора и обоснования направлений прокладки новых и расширения действующих газопроводов. Предложена методика определения оптимальных технико-экономических характеристик (ТЭХ) компрессорных станций (KG), позволяющая повысить точность расчета потребности в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) для проектного варианта развития сложной ГТС.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. Разработка комплекса задач поэтапного развития ГТС проводилась в равхках выполнения плановой темы научно-исследовательских работ ВНШЭгаз-прома. Предложенные модели, алгоритмы и программы реализации комплекса задач позволяют для заданного варианта потокораспределения в газотранспортной сети установить наиболее целесообразные сроки сооружения МГ, обеспечиваюі осуществление технических мероприятий поэтапного изменения пропускных способностей газопроводов. Разработанный комплекс математических моделей, основанный на использовании агрегированных ТЭХ КС, позволяет определять рациональный состав оборудования для вновь строяцихся и расширяемых КС и линейной части расчетных участков газопроводов (7Т). Результаты работы применены для расчета проектного варианта развития единой газотранспортной системы. Техническая документация комплекса задач и программный комплекс (ПК) сданы в 1985 году в рабочую эксплуатацию на главном вычислительной центре Ыингазпрома. Годовой эффект от внедрения составляет 600 тыс.рублей при долевом участии автора в разработке и внедрении данной работы в размере 25 % от экономической эффективности (или 150 тыс.руб. в ценах 1985 г.). Разработанный ПК использован для определения тарифной ставки за транзит туркменского природного газа через ГТС Грузии в Армению на основе расчета капвложений и эксплуатационных затрат газопровода Владикавказ-Са-гурамо-Айруы, а также при обосновании инвестиций в строительство нового газопровода из России в дальнее зарубежье через Грузию и Армению.
В настоящее время с целью совершенствования процесса проектирования разрабатывается экспертная система с блочной структурой,
- б -
которая, в частности, содержит блок зариантной проработки, где выполняются расчеты по обоснованию величин требуемых ресурсов и их размещение при различных вариантах строительной программы. ПК по выбору и обоснованию направлений прокладки новых и расширения действующих газопроводов может быть включен в блок зариантной проработки экспертной системы по формированию технико-экономического уровня проектов объектов газовой промышленности.
Разработанное модельное обеспечение для оптимизации энергетических затрат МГ с учетом влияния неустановившегося процесса газопередачи может быть включено в состав функциональных задач интегрированной системы управления ГТС, решаемых на базе комплекса ап-паратно-програимируемых средств реального времени. Результаты исследования влияния исходной информации и инструментальной погрешно сти на точность расчета параметров режима работы МГ позволили сформулировать требования к точности исходных данных. Эти результаты предназначены для использования в автоматизированной системе управления МГ.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы долоиены на У отраслевой научно-экономической конференции БНИИЭгазпрома (Ыосква-1977), на У, УІ и УП научно-экономических конференциях молодых ученых и специалистов ВНШЭгазпроиа (Москва -1981, Ереван-1984, 1986 гг.). Результаты разработок, вошедших в состав рабочих документации "Выбор и обоснование направлений прокладки новых и расширения действующих газопроводов, исходя из лимитов на трубы и ГПА" (te Гос.регистрации 77072272) и "Расчет потоков газа и параметров развития газотранспортной сети с учетом лимитов капвложений, труб и ГПА" (№ Гос.регистрации 01830052626), были обсуждены на секциях НТС Мингазпроыа (1981, 1983 и 1985 гг.).
Публикации по теме диссертации. Материалы, содержащие основные научные результаты диссертации, опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы и 9 рисунков на 32 страницах, список литературы, включающий в себя 118 наименований на 13 страницах, и приложения на 18 страницах.
