Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние технологии и технического оснащения нажвных станций 7
1.1. Роль наливных станций в обеспечении перевозок нефтяных грузов 7
1.2. Обзор исследований по наливным станциям 12
1.3. Техническое оснащение и технология работы существующих наливных станций 16
1.4. В ы во д ы 29
2. Разработка имитационной модели 30
2.1. Цель и задача разработки имитационной модели наливной станции 30
2.2. Отображение структуры и функций наливной станции в имитационной модели 36
2.3. Алгоритмы имитации основных процессов 44
2.4. Расчёт показателей работы станции 62
2.5. В ы в о д ы 70
3. Совершенствование технологии существующих наливных станций 71
3.1. Исходные положения 71
3.2. Совершенствование технологии работы станции "Но" с порожними цистернами 74
3.3. Исследование режимов работы станции "Hjg" с порожними цистернами 86
3.4. Исследование сферы эффективного применения технологии работы станции "Hjg" с порожними цистернами НО
3.5. Выводы 119
4. Схемы наливных станций 121
4.1. Задачи и методика разработки схем взаимного размещения устройств на наливных станциях 121
4.2. Схемы путевого развития для обслуживания основных эстакад ГШС 125
4.3. Структурные схемы станции для типового варианта технологии 132
4.4. Структурные схемы станции для нетипового варианта технологии 151
4.5. Выводы 157
5. Технико-экономическое сравнение вариантов 159
5.1. Задача и методика сравнения вариантов структурных схем станции 159
5.2. Техническая и эксплуатационная характеристика станции в сравниваемых вариантах 164
5.3. Расчёт и анализ показателей работы станции 168
5.4. Технико-экономическое сравнение вариантов схем станции 176
5.5. Выводы 183
Общие выводы 185
Литература
- Обзор исследований по наливным станциям
- Отображение структуры и функций наливной станции в имитационной модели
- Совершенствование технологии работы станции "Но" с порожними цистернами
- Структурные схемы станции для типового варианта технологии
Введение к работе
Высокие темпы развития народного хозяйства нашей страны сопровождаются постоянным увеличением добычи и переработки нефти. В соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС добыча нефти (с газовым конденсатом) в 1985 году должна быть доведена до 620-645 млн. тонн [І] . В связи с этим возрастает и объём перевозок нефтяных грузов железнодорожным транспортом, который в это же время должен достичь 456-460 млн. тонн, превысив уровень 1980 года на 35-39 млн. тонн [37] . Существенные изменения произойдут и в соотношении размеров перевозок отдельных видов нефтяных грузов с увеличением доли нефтепродуктов, особенно светлых, при некотором снижении доли сырой нефти.
Важная роль в перевозках нефтяных грузов железнодорожным транспортом принадлежит специальным наливным станциям, обслуживающим промышленные узлы на базе нефтеперерабатывающих предприятий. На этих станциях сконцентрированы основной объём подготовки цистерн к перевозкам и около половины всего налива. Однако их развитие в последние годы значительно отставало от фактической потребности, что оказало отрицательное влияние на эффективность и качество перевозок нефтяных грузов: на многих железных дорогах не обеспечивается подача порожних цистерн по заявкам грузоотправителей, замедляется оборот цистерн, снижается качество их подготовки к перевозкам, не полностью используются возможности повышения уровня отправительской маршрутизации. Поэтому одна из актуальных задач по своевремено-му и полному удовлетворению потребностей народного хозяйства в перевозках нефтяных грузов - это дальнейшее улучшение работы наливных станций на основе совершенствования их схем и технологических процессов.
Вопросы развития наливных станций и технологии их работы нашли отражение в трудах профессоров К.А. Бернгарда, С.П.Бу-занова, Г.П.Гриневича, В.В.Повороженко, А.А.Соковича, Е.А.Сотникова, кандидатов технических наук М.М.Бакалова, А.Ф.Малыпи-ковой, Р.В.Межовой, О.А.Олейника, Т.В.Сегединой, К.Б.Тагиева и других ученых. Однако в последние 15-20 лет, когда размеры перевозок нефтяных грузов железнодорожным транспортом увеличились более, чем в два раза, и условия работы специальных наливных станций существенно изменились, исследованию их схем и технологических процессов уделялось мало внимания. Отставание исследований в этой области сказалось в том, что к настоящему времени нет нормативных требований или научно обоснованных рекомендаций к путевому развитию и мощности устройств, входящих в комплекс наливной станции с большим объёмом работы. По этой причине проектные решения по развитию отдельных станций многократно пересматривались и не учитывали в достаточной мере условий взаимодействия отдельных объектов как элементов сложной системы, что снижало фактическую эффективность развития в сравнении с ожидаемой. В связи с этим вопросы разработки рациональных схем путевого развития наливных станций с учетом взаимного размещения всех основных устройств станционного комплекса, вопросы оптимизации параметров технологии и технического оснащения этих станций в современных условиях приобретают важное значение.
Целью данной работы является разработка и обоснование рациональных схем размещения устройств и технологических процессов специальных наливных станций. Для её достижения требовалось :
выполнить анализ современного состояния технического оснащения и технологических процессов существующих наливных станций;
разработать алгоритмы и программы имитации работы наливных станций на ЭВМ;
исследовать эффективность технологических процессов, применяемых на существующих наливных станциях;
разработать рациональные схемы взаимного размещения основных устройств комплекса наливной станции.
Поставленные задачи решались путем сбора и обработки данных о работе и развитии существующих наливных станций, имитации работы наливной станции на ЭВМ с использованием разработанной имитационной модели, технико-экономического сравнения вариантов схем и технологических процессов наливных станций. В исследованиях применялись методы теории вероятностей, математической статистики, экспертных оценок и оптимизации сложных систем, а также комбинаторные методы.
Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 32 страницы рисунков, 33 таблицы, список использованной литературы из 69 наименований и приложений, представленных отдельным томом.
Обзор исследований по наливным станциям
Для оценки современного состояния технического оснащения и технологии работы наливных станций было обследовано [I4J наиболее крупных станционных комплекса. Обследованные станции, принципиальные схемы которых приведены на рис. І.І-І.2, а схемы путевого развития - в приложении I, находятся в различных регионах сети железных дорог. Из их числа восемь станций являются тупиковыми с одним однопутным подходом, а остальные - сквозными. На трех станциях сквозного типа осуществляется интенсивное транзитное движение.
Все станции имеют в своем составе приемо-отправочные и сортировочный (С) парки, ППС и наливной парк (НЮ, расположенный на территории ТСБ. Взаимное расположение этих объектов различно и ориентировано на продвижение и переработку вагонопотоков в соответствии с типовым технологическим процессом [бі . Парк приема (ІШ) и парк отправления (ПО) размещены обособленно друг от друга или объединены в один прие-мо-отправочный парк (ПОП). Сортировочные пути в отдельных случаях совмещают функции путей отправления в составе объединенного сортировочно-отправочного парка (СО).
Размеры работы по наливу и подготовке цистерн на ППС характеризуются данными, приведенными в табл. 1.2. Так, среднесуточный налив на этих станциях составляет 500-1200 цистерн, а размеры подготовки их на ППС - 200-650 цистерн. В этой же таблице приведены данные о путевом развитии и другом техническом оснащении обследованных объектов. Среднее время нахождения цистерн на станции составляет 18-30 часов. При этом на технологические операции приходится 6-9, на накоплениє - 7-12 и на межоперационные простои - 5-Ю часов.
Одно из центральных мест в структуре станционного комплекса занимает ППС. Поэтому при обследовании наливных станций рассматривались такие вопросы, как взаимное положение ППС относительно сортировочного парка, количество, специализация и фронт обработки основных эстакад, технология обслуживания ППС маневровыми локомотивами и путевое развитие, предусмотренное для этих целей, а также технология обработки цистерн на путях парка приема.
На большинстве станций ППС расположена параллельно сортировочному парку, что в наибольшей степени согласуется с типовым технологическим процессом [6IJ и лучшим образом обеспечивает поточность передвижения цистерн при обслуживании эстакад обработки. На станциях "Ид"-" " применены другие варианты размещения ППС, которые в целом нельзя считать рациональными из-за увеличения протяженности маневровых полурейсов при обслуживании ППС и ухудшения условий обеспечения безопасности маневровой работы.
Для обработки цистерн горячим способом, т.е. с применением горячей воды и пара, на ППС используются специальные эстакады. Их количество, специализация и фронт обработки различны. Первоначально на ППС сооружалась одна общая эстакада для обработки цистерн. Позднее на отдельную площадку стали выносить обработку цистерн из-под этилированного бензина для исключения попадания ядовитых веществ в сточные воды. Для обработки цистерн из-под темных нефтепродуктов стали сооружать отдельную крытую эстакаду. С целью уменьшения остатков нефтепродуктов в промывочной воде слив этих остатков предусмотрен у специализированных эстакад. Кроме того, развитие существующих ППС на некоторых станциях шло по пути сооружения дополнительных эстакад небольшой мощности. В итоге на некоторых станциях, например на станции f Hj4", для обработки цистерн используются 4-6 эстакад. Очевидно, что непрерывности процесса обработки цистерн при обслуживании ППС даже двумя локомотивами в таких случаях добиться невозможно. Возникающий при этом межоперационный простой в обработке цистерн снижает эффективность использования эстакад ППС.
В условиях постоянного роста объёма перевозок и доли нефтепродуктов, особенно светлых, в структуре перевозимых нефтяных грузов, когда потребные размеры подготовки цистерн на ППС увеличиваются, заметно существенное отставание в развитии мощностей ППС. Так, по данным, приведенным в работе [52J , удельная мощность ППС, приходящаяся на І т отправленных нефтяных грузов, за период с 1970 по 1978 год уменьшилась на 15 %, Оно проявляется и в том, что на всех обследованных станциях, за исключением станции "Hj3"» горячей обработке подвергаются лишь 50-60$ цистерн от общего их поступления, а на станции "Hj " этот показатель снижен даже до 30 %.
Отображение структуры и функций наливной станции в имитационной модели
В соответствии с принятым способом задания структуры реальной системы в процессе её анализа должны быть выявлены такие элементы и связи между ними, которые существенны для решения задачи (2.1). При этом необходимо избежать излишней детализации. "Практическая реализация наиболее важного этапа микроподхода - выявление элементов системы - сопряжена с необходимостью преодоления противоречия между желанием возможно более детального изучения каждого из элементов системы и реальными возможностями установить при этом структуру системы в целом и характер её функционирования" _41, с. I9J Учитывая особенности решаемых задач, в структуре наливной станции выделены, следующие элементы: пути, используемые для перемещения и накопления вагонов; локомотивы, участвующие в перемещении транспортных единиц; бригады обслуживания заявок, объединяемые по целевому назначению в комплексы, и элементы горловин, образующие маршруты передвижений.
Работа станции представляется в имитационной модели совокупностью следующих процессов: генерации заявок, поступающих в систему с её внешних входов; перемещения транспортных единиц с одного пути на другой, включая их обслуживание на занимаемом пути; расформирования составов и накопления вагонов по назначениям в соответствии с внутристанционной системой организации вагонопотоков; генерации заявок внутри системы в результате накопления вагонов.
Для описания процессов в дальнейшем используются понятия типа заявки и фазы процесса. К заявкам одного типа относятся такие заявки, которые с момента появления в системе до исчезновения (отправления или расформирования) имеют одинаковую доступность путей, локомотивов и комплексов обслуживания, одно и то же распределение длительности перемещения и обслуживания в соответствующих фазах, а также одинаковую закономерность распределения вагонов по назначениям при расформировании. Понятие фазы процесса отображает перемещение заявки с освобождаемого на занимаемый путь, включая обслуживание на занимаемом пути, если оно необходимо. При этом технологический процесс с заявками одного типа можно отображать как упорядоченную последовательность фаз: начальной фазе соответствует первое перемещение заявки после её появления в системе, а конечной - её последнее передвижение перед исчезновением. Каждый тип заявок имеет свою последовательность фаз в общем их перечне.
Случайные величины процессов (длительность работы локомотива, продолжительность обслуживания заявки, количество вагонов в заявке и др.) задаются кодом закона распределения и значениями его параметров в соответствии с табл. 2.1. Параметры распределения в этой таблице имеют следующие значения: Д-константа, Q и - соответственно минимальное и максимальное значения случайной величины,М математическое ожидание, О - среднее квадратическое отклонение и /С - параметр Эрланга.
В процессе анализа реальной системы составляются перечни элементов, входящих в её структуру, с последующим кодированием элементов каждого перечня. При этом в качестве кода используется порядковый номер элемента. Условные обозначения, использованные при кодировании элементов, приведены в табл.2.2.
Наиболее сложным и ответственным является составление перечня типов заявок, так как на этом этапе в основном решается проблема детализации процессов работы станции. Включение в этот перечень редко появляющихся заявок, не способствуя выявлению основных свойств системы, ведет лишь к увеличению трудоемкости подготовки исходных данных и дополнительным затратам машинного времени.
Совершенствование технологии работы станции "Но" с порожними цистернами
Порожние цистерны на станцию "Нд" поступают маршрутами трех видов: из под слива темных или светлых нефтепродуктов и комбинированными. Технология обработки цистерн на путях приема в основном соответствует типовому технологическому процессу ГбП . При расформировании составов цистерны, отобранные под налив, сортируются по видам наливаемых нефтепродуктов. Остальные цистерны передаются на выставочные пути ППС для последующей обработки (рис. 3.1).
Вместимость путей для обслуживания эстакад более чем в два раза превышает фронт обработки, что позволяет совмещать в одном полурейсе подачу цистерн к эстакадам с осаживанием обрабатываемых цистерн за пределы эстакады. Благодаря этому снижается межоперационный простой цистерн в ожидании уборки и повышается пропускная способность эстакад ППС. Для существующих условий она равна л/ J m _-J44UM _ с7п НтП й 16S+1Z - 670 «"г""" где 7 - продолжительность работы эстакады в течение суток, мин; 171 р- общий фронт обработки на эстакадах ППС, цистерн; toS средняя длительность обработки цистерн под эстакадами ППС, мин; ifiy - технологический перерыв в работе эстакады из-за подачи-уборки цистерн, мин. Среднее значение 0 определено по данным оперативного учета на ППС за 1981 год, а значение Л» - по хронометраж-ным наблюдениям. Рис. 3.1. Принципиальная схема взаимного расположения ПП, СП, ВП и ППС 3 ел Резерв пропускной способности эстакад ППС по данным графика исполненной работы станции за январь 1981 г. менялся в различные сутки от 0 до 15 %. При этом имел место простой цистерн на выставочных путях и на путях парка приёма в ожидании освобождения эстакад ППС. Из-за отсутствия свободных путей в парке приёма были задержки поездов на участке.
Сортировочный парк станции, расположенный параллельно парку приёма, имеет 9 путей, специализация которых приведена в таблице 3.1. В зависимости от конкретной обстановки она может частично изменяться. При общих среднесуточных размерах переработки 2070 вагонов на сортировочной горке перерабатывается только 62 % вагонопотока. Остальная часть этой работы выполняется на;вытяжных путях приёма и отправления. Так как сортировочные пути не имеют непосредственного выхода на вытяжной путь 3 ППС, то, учитывая общий недостаток путей, в СП не предусмотрено ни одного пути для накопления порожних цистерн к подаче на ППС, хотя среднесуточный поток их составляет более 600 цистерн. Сортировка порожних цистерн, прибывающих с направления А и прошедших обработку в Ш1, организована следующим образом. Маршруты цистерн, не имеющие в своем составе больших отцепов для ППС, перерабатываются на сортировочной горке с использованием вытяжного пути I. Цистерны к подаче на ППС накапливаются по концам путей СП и затем передаются в выставочный парк, состоящий из двух путей. В связи с тем, что переработка всех цистерн таким способом невозможна, маршруты с большими по величине отцепами для ППС сортируются на путях ПП и ВП с использованием вытяжного пути 2, вмещающего половину маршрута. Цистерны, не подлежащие подаче на ППС, передаются на сортировочную горку для повторной переработки. Дальнейшая последовательность операций с цистернами, оказавшимися на путях ВП, очевидна: подача на ППС с использованием вытяжного пути 3, обработка на ППС, вытягивание на вытяжной путь I и сортировка по видам наливаемых нефтепродуктов.
Сортировка цистерн по трудоемкости обработки предусмотрена на путях ВП. Однако при большой загрузке эстакад, постоянном заполнении этих путей цистернами в ожидании подачи под обработку и большой враждебности маршрутов в горловине ВП со стороны горки она становится невозможной и цистерны подаются на ППС без подборки, снижая этим эффективность использования эстакад.
В процессе выполнения исследований было предположено уложить три съезда, как это показано на рис. 3.1 (по местным условиям такое решение возможно), два крайних пути СП специализировать для накопления порожних цистерн по видам обработки (из-под светлых и из-под темных нефтепродуктов), а также сконцентрировать переработку порожних цистерн на сортировочной горке, то надобность использования путей ВП для обслуживания ППС отпадает: цистерны, подобранные по трудоемкости обработки, будут подаваться на пути ППС непосредственно с путей СП через вытяжной путь 3. При этом увеличится резерв пропускной способности ППС, сократится простой цистерн в ожидании подачи на пути обработки, улучшатся условия работы парка приема и пропуска поездных локомотивов в парк отправления, ликвидируются нерациональные маневровые передвижения при передаче цистерн на ППС, уменьшится общее число маневровых передвижений в горловинах парков со стороны горки.
Структурные схемы станции для типового варианта технологии
Как отмечалось ранее, технология работы станции "Нто с порожними цистернами существенно отличается от типового технологического процесса . Маршрут цистерн после технического осмотра на путях парка приёма без переработки подается к единственной эстакаде с фронтом обработки 60 цистерн. Не вместившиеся цистерны ставятся на отсевной путь СП. После обработки на ППС цистерны подаются на пути предгорочного парка № 5 для расформирования.
Продолжительность обработки на ППС установлена такой, чтобы обеспечивалась подготовка 85-90 % цистерн. Остальная их часть отсортировывается на отсевной путь к подаче на ППС для повторной длительной обработки.
Как типовому, так и применяемому на станции "Hjg" вариантам свойственны определенные преимущества и недостатки. В типовом варианте потребная пропускная способность ППС с увеличением доли цистерн cL- , отдаваемых под налив без обработки, снижается, создавая тем самым более благоприятные условия для интенсивного использования устройств ППС и качественной подготовке тех цистерн, которые подаются под обработку. Сокращается время нахождения на станции тех цистерн, которые не подвергались горячей обработки. Вместе с тем, в связи с необходимостью осмотра внутренней поверхности котлов цистерн увеличивается длительность операций, выполняемых в парке приёма, который по этой причине может оказаться элементом, ограничивающим пропускную способность подсистемы прибытия. Недостатки, обусловленные отсутствием на путях приёма устройств для осмотра котлов цистерн и их обработки, отмечались в главе I. Кроме того, с уменьшением значения оС увеличивается объём повторной переработки цистерн. В случае разделения цистерн по трудоёмкости обработки на ППС увеличивается их простой под накоплением по сортировочному парку. При малых значениях резерва пропускной способности ППС и случайных отклонениях величины оС в сторону уменьшения снижается эксплуатационная надежность работы подсистемы.
Для применяемой на станции технологии среднее время нахождения цистерн в подсистеме при малых значениях оС будет меньше, чем при типовом варианте за счет снижения размеров повторной сортировки цистерн. Следовательно, существует такое значение oL , при котором среднее время нахождения цистерн в подсистеме для обоих вариантов технологии одинаково. Оно и будет определять границу эффективного применения каждого варианта.
Резерв пропускной способности ППС при типовом варианте технологии можно определить по формуле где v - продолжительность цикла занятия путей эстакады ППС для типового варианта технологии, мин.
Если принять об = 0, то выражение (3.8) примет вид выражения (3.1) для применяемого на станции варианта технологии.
Для выявления зависимости среднемесячных эксплуатационных расходов от величины резерва пропускной способности ППС при типовом варианте технологии, т.е. зависимости вида выполнена имитация работы подсистемы прибытия по этому варианту технологии для различных значений oL при трёх путях в парке приёма. Длительность обработки маршрутов цистерн в парке прибытия, как и при существующем варианте, принята равной 60 мин. Результаты расчетов представлены в табл. 3.14. По данным этой таблицы, а также по данным последней графы табл. ЗЛІ для каждого значения методом интерполяции получены экспериментальные значения резерва пропускной способ , соответствующие значениям у по условияю равенства эксплуатационных расходов d и Зт, Значения функции J5 = Ъу у т) представлены в табл. 3.15.
