РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРАТЕГИИ ДИАГНОСТИКИСЕТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
|
Аннотация
Введение 5
1 Общие аспекты трубопроводного транспорта газа 8
1.1 Состояние и перспективы развития газотранспортной системы России 8
1.2 Классификация трубопроводов 12
1.3 Технология трубопроводного транспорта газа 14
1.4 Развитие современных магистральных газопроводов 16
1.5 Режим работы и обслуживание магистральных газопроводов 18
2 Анализ состояния и динамики развития системы технической диагностики
трубопроводного транспорта газа 20
2.1 Современные возможности и перспективные направления развития технической
диагностики магистральных газопроводов 20
2.2 Систематизация стратегий диагностики газотранспортных систем 26
2.3 Анализ методов диагностических обследований газотранспортных систем 31
2.4 Обзор подходов и методов к оценке технического состояния и планированию
диагностики магистральных газопроводов 34
3 Оптимизация программы диагностики сети магистральных газопроводов на примере
ПАО «Газпром» 39
3.1 Основные положения и элементы теории принятия оптимальных решений 39
3.2 Формирование программы технической диагностики магистральных газопроводов 44
3.3 Построение математических моделей программы диагностики магистральных
газопроводов 48
3.4 Оптимизация плана заказчика 51
3.5 Оптимизация плана подрядчика 55
3.6 Оптимизация совместного плана 57
3.7 Сравнение стратегий диагностики 60
Заключение 63
Литература 66
Введение 5
1 Общие аспекты трубопроводного транспорта газа 8
1.1 Состояние и перспективы развития газотранспортной системы России 8
1.2 Классификация трубопроводов 12
1.3 Технология трубопроводного транспорта газа 14
1.4 Развитие современных магистральных газопроводов 16
1.5 Режим работы и обслуживание магистральных газопроводов 18
2 Анализ состояния и динамики развития системы технической диагностики
трубопроводного транспорта газа 20
2.1 Современные возможности и перспективные направления развития технической
диагностики магистральных газопроводов 20
2.2 Систематизация стратегий диагностики газотранспортных систем 26
2.3 Анализ методов диагностических обследований газотранспортных систем 31
2.4 Обзор подходов и методов к оценке технического состояния и планированию
диагностики магистральных газопроводов 34
3 Оптимизация программы диагностики сети магистральных газопроводов на примере
ПАО «Газпром» 39
3.1 Основные положения и элементы теории принятия оптимальных решений 39
3.2 Формирование программы технической диагностики магистральных газопроводов 44
3.3 Построение математических моделей программы диагностики магистральных
газопроводов 48
3.4 Оптимизация плана заказчика 51
3.5 Оптимизация плана подрядчика 55
3.6 Оптимизация совместного плана 57
3.7 Сравнение стратегий диагностики 60
Заключение 63
Литература 66
Единая энергетическая система включает производство, транспорт и потребление энергии. Поддержание высокой надежности функционирования энергетической системы - основная задача, решаемая современным обществом. Газовая промышленность - неотъемлемая часть этой системы и призвана обеспечить подачу голубого топлива в любой момент времени в необходимом количестве в условиях переменных нагрузок газопотребления.
Адаптация газотранспортной системы к технико-экономическим и экологическим требованиям современности представляет собой сложный, длительный и капиталоемкий процесс, требующий исследования крупномасштабных инновационных программ реконструкции и развития системы. Потребность в создании мощной и надежной системы транспортировки газа определяет необходимость формирования комплексной технологии её модернизации, включающей систему методов, моделей и технических решений.
Актуальная повестка в развитии газотранспортной системы - соблюдение экологических требований при эксплуатации газопроводов. Особенно подчеркивается повышение надежности основной наиболее ресурсоемкой структурной единицы газотранспортной системы - сети магистральных газопроводов, которая представляет наибольшую потенциальную угрозу окружающей среде на больших территориях. Потому в настоящее время в газовой промышленности осуществляется переход от регламентного технического обслуживания к эксплуатации газопроводов по техническому состоянию, которое предусматривает развитие системы диагностического обследования поврежденных участков газопроводов и определение новых методов оценки их работоспособности для принятия решения о проведении ремонтных работ.
Диагностическое обследование сети магистральных газопроводов обеспечивает как бесперебойную и безопасную работу газотранспортной системы, так и позволяет сэкономить значительные суммы денежных средств, вложенных в отрасль, при необходимости прогнозирования развития сети газопроводов с целью определения сроков эксплуатации, критических показателей, реконструкции или вывода из эксплуатации участков трубопроводов, при необходимости установления соответствия трубопроводов законодательным и административным решениям.
Проведение диагностического обследования требует разработки стратегий управления системой технической диагностики магистральных газопроводов, включающей:
а) определение основных элементов газотранспортной системы;
б) анализ состояния и перспектив газотранспортной системы;
в) анализ состояния и перспектив системы диагностики магистральных газопроводов;
г) выбор наиболее эффективных методов диагностики магистральных газопроводов;
д) формирование оптимального плана технической диагностики сети магистральных газопроводов;
е) выбор рациональных стратегий диагностики.
Таким образом, целью настоящей работы является разработка оптимальной стратегии диагностики сети магистральных газопроводов, учитывающей факторы, определяемые условиями реализации процессов их обслуживания, с использованием методов математического моделирования.
Объектом исследования является система диагностики состояния магистральных газопроводов.
Предметом исследования являются стратегии диагностики магистральных газопроводов.
Цель работы предусматривает решение следующих задач:
1) осветить общие аспекты трубопроводного транспорта газа: дать определение, классификацию, представление технологического процесса транспорта газа;
2) на основе оценки состояния газотранспортной системы и анализа технологического обслуживания газопроводов сформировать основные подходы к управлению системой диагностики магистральных газопроводов;
3) разработать оптимальный план технической диагностики магистральных газопроводов на примере оптимизации программы диагностики сети газопроводов ПАО «Г азпром»;
4) аргументировать выбор стратегии технической диагностики магистральных газопроводов с точки зрения заинтересованных сторон, заказчика и подрядчика.
В качестве методов исследования в работе применяются как абстрактные методы (системный анализ и синтез, абстрагирование, обобщение, изучение и анализ литературы), так и практические (наблюдение, расчеты, измерения, моделирование, оптимизация).
Практическая значимость работы заключается в разработке оптимальной программы технической диагностики линейной части магистральных газопроводов, учитывающей факторы, определяемые условиями реализации процессов обслуживания газопроводов, и позволяющей определять: в каком объеме, в какие сроки и при каких технологиях будут выполняться диагностические работы.
В первой главе работы освещены общие аспекты эксплуатации трубопроводного транспорта газа: состояние газотранспортной системы Российской Федерации, классификация трубопроводов и технология транспорта газа, аспекты организационно-технологического обслуживания и эксплуатации магистральных газопроводов. Во второй главе освещено состояние системы диагностики трубопроводного транспорта газа, проведен анализ методов диагностики коррозионного состояния газопроводов, систематизированы стратегии диагностики газопроводов, проведен обзор подходов к оценке технического состояния и планированию диагностики магистральных газопроводов. В третьей главе представлено аналитическое описание и решение задачи оптимизации технической диагностики магистральных газопроводов, принадлежащих акционерному обществу «Газпром», определяющей объем финансирования диагностических работ, основные виды работ, распределение объемов работ между задействованными в диагностике техническими средствами.
В процессе написания исследовательской работы использовались нормативноправовые документы, ГОСТы, стандарты организаций, учебные материалы по экономикоматематическим дисциплинам: «исследование операций», «математическое моделирование и методы оптимизации», а также научно-практические материалы по направлению «нефтегазовое дело» и ресурсы сети Интернет.
Адаптация газотранспортной системы к технико-экономическим и экологическим требованиям современности представляет собой сложный, длительный и капиталоемкий процесс, требующий исследования крупномасштабных инновационных программ реконструкции и развития системы. Потребность в создании мощной и надежной системы транспортировки газа определяет необходимость формирования комплексной технологии её модернизации, включающей систему методов, моделей и технических решений.
Актуальная повестка в развитии газотранспортной системы - соблюдение экологических требований при эксплуатации газопроводов. Особенно подчеркивается повышение надежности основной наиболее ресурсоемкой структурной единицы газотранспортной системы - сети магистральных газопроводов, которая представляет наибольшую потенциальную угрозу окружающей среде на больших территориях. Потому в настоящее время в газовой промышленности осуществляется переход от регламентного технического обслуживания к эксплуатации газопроводов по техническому состоянию, которое предусматривает развитие системы диагностического обследования поврежденных участков газопроводов и определение новых методов оценки их работоспособности для принятия решения о проведении ремонтных работ.
Диагностическое обследование сети магистральных газопроводов обеспечивает как бесперебойную и безопасную работу газотранспортной системы, так и позволяет сэкономить значительные суммы денежных средств, вложенных в отрасль, при необходимости прогнозирования развития сети газопроводов с целью определения сроков эксплуатации, критических показателей, реконструкции или вывода из эксплуатации участков трубопроводов, при необходимости установления соответствия трубопроводов законодательным и административным решениям.
Проведение диагностического обследования требует разработки стратегий управления системой технической диагностики магистральных газопроводов, включающей:
а) определение основных элементов газотранспортной системы;
б) анализ состояния и перспектив газотранспортной системы;
в) анализ состояния и перспектив системы диагностики магистральных газопроводов;
г) выбор наиболее эффективных методов диагностики магистральных газопроводов;
д) формирование оптимального плана технической диагностики сети магистральных газопроводов;
е) выбор рациональных стратегий диагностики.
Таким образом, целью настоящей работы является разработка оптимальной стратегии диагностики сети магистральных газопроводов, учитывающей факторы, определяемые условиями реализации процессов их обслуживания, с использованием методов математического моделирования.
Объектом исследования является система диагностики состояния магистральных газопроводов.
Предметом исследования являются стратегии диагностики магистральных газопроводов.
Цель работы предусматривает решение следующих задач:
1) осветить общие аспекты трубопроводного транспорта газа: дать определение, классификацию, представление технологического процесса транспорта газа;
2) на основе оценки состояния газотранспортной системы и анализа технологического обслуживания газопроводов сформировать основные подходы к управлению системой диагностики магистральных газопроводов;
3) разработать оптимальный план технической диагностики магистральных газопроводов на примере оптимизации программы диагностики сети газопроводов ПАО «Г азпром»;
4) аргументировать выбор стратегии технической диагностики магистральных газопроводов с точки зрения заинтересованных сторон, заказчика и подрядчика.
В качестве методов исследования в работе применяются как абстрактные методы (системный анализ и синтез, абстрагирование, обобщение, изучение и анализ литературы), так и практические (наблюдение, расчеты, измерения, моделирование, оптимизация).
Практическая значимость работы заключается в разработке оптимальной программы технической диагностики линейной части магистральных газопроводов, учитывающей факторы, определяемые условиями реализации процессов обслуживания газопроводов, и позволяющей определять: в каком объеме, в какие сроки и при каких технологиях будут выполняться диагностические работы.
В первой главе работы освещены общие аспекты эксплуатации трубопроводного транспорта газа: состояние газотранспортной системы Российской Федерации, классификация трубопроводов и технология транспорта газа, аспекты организационно-технологического обслуживания и эксплуатации магистральных газопроводов. Во второй главе освещено состояние системы диагностики трубопроводного транспорта газа, проведен анализ методов диагностики коррозионного состояния газопроводов, систематизированы стратегии диагностики газопроводов, проведен обзор подходов к оценке технического состояния и планированию диагностики магистральных газопроводов. В третьей главе представлено аналитическое описание и решение задачи оптимизации технической диагностики магистральных газопроводов, принадлежащих акционерному обществу «Газпром», определяющей объем финансирования диагностических работ, основные виды работ, распределение объемов работ между задействованными в диагностике техническими средствами.
В процессе написания исследовательской работы использовались нормативноправовые документы, ГОСТы, стандарты организаций, учебные материалы по экономикоматематическим дисциплинам: «исследование операций», «математическое моделирование и методы оптимизации», а также научно-практические материалы по направлению «нефтегазовое дело» и ресурсы сети Интернет.
Газовая промышленность Российской Федерации является крупнейшим элементом российской экономики и мировой системы энергообеспечения. На сегодняшний день в общем объеме производства первичных энергоресурсов доля природного газа составляет около 50%.
Единая система газоснабжения России - централизованная система, отвечающая за подготовку, транспортировку и хранение природного газа. В ее состав входит крупнейшая в мире сеть магистральных газопроводов высокого давления на европейской части России и Западной Сибири.
Характерной особенностью магистральных газопроводов, проложенных на территории России, является высокая концентрация производственных мощностей в виде многониточных технических коридоров.
Большинство несущих конструкций магистральных газопроводов России, введенные в эксплуатацию еще в период СССР, находятся в стадии старения и интенсификации отказов. Большинство из них эксплуатируются в сложных природно-климатических условиях, конкретно более 40% в регионах крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Более 61% магистральных газопроводов эксплуатируется свыше 30 лет, а 11,6% находятся в эксплуатации 50 и более лет.
Интенсификация в отношении газотранспортных мощностей подразумевает под собой качественное улучшение мощностей, при котором заметно снижение удельных энергозатрат на транспортировку газа и себестоимости транспортировки газа при увеличении степени использования мощностей.
В связи с чем перед научным сообществом и производствами отрасли ставятся задачи разработать или модифицировать существующие решения в области технической диагностики: методы прогнозирования сроков эксплуатации и ремонта газопроводов; средства технической диагностики и технологии; методы оценки состояния газопроводов на основе результатов технической диагностики; ремонтные технических средства и технологии.
Одной из приоритетных задач, решаемых при проведении технической диагностики магистральных газопроводов, наряду с оценкой технического состояния участков газопровода, является планирование диагностических и ремонтных работ. К теме формирования оптимальной стратегии технической диагностики обращались многие авторы: Левин А. А., Остапюк И. И., Алимов С. В. и другие.
Приоритетным направлением в развитии концепции диагностических работ является ужесточение требований, предъявляемых к линейным эксплуатационным службам при планировании и проведении отдельных диагностических работ для обеспечения надежной и безотказной работы магистрального газопровода и, соответственно, всей системы в целом.
Одним из путей решения данной задачи является оптимизация стратегий диагностики с использованием методов математического моделирования.
В работе была рассмотрена программа диагностики магистральных газопроводов, принадлежащих ПАО «Газпром» сроком 5 лет с планируемым объем капиталовложений - 67,5 млн долл. и планируемой протяженностью подлежащих диагностированию газопроводов - 69 500 км.
Процедура разработки оптимальной программы диагностики состояла в математической формализации исходной задачи и представления ее в виде задачи математического программирования распределительного типа с учетом данных о техническом состоянии элементов газопровода, а также с учетом наличия комплексов технической диагностики и планируемых затрат на её проведение.
В качестве подрядчика была выбрана компания ООО «НефтеГазДиагностика» - высокотехнологичная компания, оказывающая полный спектр инжиниринговых услуг предприятиям топливно-энергетического комплекса на всех этапах жизненного цикла технологического оборудования и трубопроводов объектов добычи, транспортировки, подземного хранения и переработки природного газа.
По результатам решения задач заказчик и подрядчик получили оптимальные планы распределения оборудования по годам проведения диагностики, то есть на каком участке будет использоваться тот или иной комплекс технической диагностики по каждому виду трубопровода; заказчик получил оптимальный план затрат по каждому периоду проведения диагностики; подрядчик - оптимальный план доходов от использования конкретных технических средств по каждому периоду диагностики.
В работе были рассмотрены 4 возможные стратегии проведения технической диагностики магистральных газопроводов, в которых учтены индивидуальные потребности заинтересованных сторон.
Наиболее эффективной, при условии, что затраты на диагностику были учтены заказчиком в бюджете, оказалась стратегия, объединившая в себе интересы как лица, принимающего решение, заказчика, так и заинтересованной стороны, подрядчика. В случае реализации данной стратегии заказчик по итогам диагностики и последующей эксплуатации сети магистральных газопроводов понесет меньший ущерб, поскольку в процессе обследований будут задействованы различные виды технических средств. Эффективность диагностики, проводимой по данной стратегии, при прочих равных условиях, составит около 82%. Подрядчик по итогам диагностики получит наибольший доход и задействует как можно больше собственных мощностей.
Таким образом, предложенная в работе процедура оптимизации типовой задачи диагностики газотранспортной системы позволяет: дать лицу, принимающему решение, множество оптимальных альтернативных решений; адаптировать существующее решение к изменениям и внесению новых параметров; эффективно распоряжаться имеющимися как денежными, так и техническими средствами; минимизировать субъективизм при построении альтернативных программ диагностики; количественно оценить потребность в технических средствах, исходя из протяженности подлежащих обследованию газопроводов; включить в программу диагностики перспективное техническое средство, обеспечивающее эффективную оценку технического состояния газопровода.
Модель была апробирована на реальных данных. Некоторые результаты работы приведены в статье, опубликованной в журнале, индексируемом в наукометрической библиотеке РИНЦ E-library.
Единая система газоснабжения России - централизованная система, отвечающая за подготовку, транспортировку и хранение природного газа. В ее состав входит крупнейшая в мире сеть магистральных газопроводов высокого давления на европейской части России и Западной Сибири.
Характерной особенностью магистральных газопроводов, проложенных на территории России, является высокая концентрация производственных мощностей в виде многониточных технических коридоров.
Большинство несущих конструкций магистральных газопроводов России, введенные в эксплуатацию еще в период СССР, находятся в стадии старения и интенсификации отказов. Большинство из них эксплуатируются в сложных природно-климатических условиях, конкретно более 40% в регионах крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Более 61% магистральных газопроводов эксплуатируется свыше 30 лет, а 11,6% находятся в эксплуатации 50 и более лет.
Интенсификация в отношении газотранспортных мощностей подразумевает под собой качественное улучшение мощностей, при котором заметно снижение удельных энергозатрат на транспортировку газа и себестоимости транспортировки газа при увеличении степени использования мощностей.
В связи с чем перед научным сообществом и производствами отрасли ставятся задачи разработать или модифицировать существующие решения в области технической диагностики: методы прогнозирования сроков эксплуатации и ремонта газопроводов; средства технической диагностики и технологии; методы оценки состояния газопроводов на основе результатов технической диагностики; ремонтные технических средства и технологии.
Одной из приоритетных задач, решаемых при проведении технической диагностики магистральных газопроводов, наряду с оценкой технического состояния участков газопровода, является планирование диагностических и ремонтных работ. К теме формирования оптимальной стратегии технической диагностики обращались многие авторы: Левин А. А., Остапюк И. И., Алимов С. В. и другие.
Приоритетным направлением в развитии концепции диагностических работ является ужесточение требований, предъявляемых к линейным эксплуатационным службам при планировании и проведении отдельных диагностических работ для обеспечения надежной и безотказной работы магистрального газопровода и, соответственно, всей системы в целом.
Одним из путей решения данной задачи является оптимизация стратегий диагностики с использованием методов математического моделирования.
В работе была рассмотрена программа диагностики магистральных газопроводов, принадлежащих ПАО «Газпром» сроком 5 лет с планируемым объем капиталовложений - 67,5 млн долл. и планируемой протяженностью подлежащих диагностированию газопроводов - 69 500 км.
Процедура разработки оптимальной программы диагностики состояла в математической формализации исходной задачи и представления ее в виде задачи математического программирования распределительного типа с учетом данных о техническом состоянии элементов газопровода, а также с учетом наличия комплексов технической диагностики и планируемых затрат на её проведение.
В качестве подрядчика была выбрана компания ООО «НефтеГазДиагностика» - высокотехнологичная компания, оказывающая полный спектр инжиниринговых услуг предприятиям топливно-энергетического комплекса на всех этапах жизненного цикла технологического оборудования и трубопроводов объектов добычи, транспортировки, подземного хранения и переработки природного газа.
По результатам решения задач заказчик и подрядчик получили оптимальные планы распределения оборудования по годам проведения диагностики, то есть на каком участке будет использоваться тот или иной комплекс технической диагностики по каждому виду трубопровода; заказчик получил оптимальный план затрат по каждому периоду проведения диагностики; подрядчик - оптимальный план доходов от использования конкретных технических средств по каждому периоду диагностики.
В работе были рассмотрены 4 возможные стратегии проведения технической диагностики магистральных газопроводов, в которых учтены индивидуальные потребности заинтересованных сторон.
Наиболее эффективной, при условии, что затраты на диагностику были учтены заказчиком в бюджете, оказалась стратегия, объединившая в себе интересы как лица, принимающего решение, заказчика, так и заинтересованной стороны, подрядчика. В случае реализации данной стратегии заказчик по итогам диагностики и последующей эксплуатации сети магистральных газопроводов понесет меньший ущерб, поскольку в процессе обследований будут задействованы различные виды технических средств. Эффективность диагностики, проводимой по данной стратегии, при прочих равных условиях, составит около 82%. Подрядчик по итогам диагностики получит наибольший доход и задействует как можно больше собственных мощностей.
Таким образом, предложенная в работе процедура оптимизации типовой задачи диагностики газотранспортной системы позволяет: дать лицу, принимающему решение, множество оптимальных альтернативных решений; адаптировать существующее решение к изменениям и внесению новых параметров; эффективно распоряжаться имеющимися как денежными, так и техническими средствами; минимизировать субъективизм при построении альтернативных программ диагностики; количественно оценить потребность в технических средствах, исходя из протяженности подлежащих обследованию газопроводов; включить в программу диагностики перспективное техническое средство, обеспечивающее эффективную оценку технического состояния газопровода.
Модель была апробирована на реальных данных. Некоторые результаты работы приведены в статье, опубликованной в журнале, индексируемом в наукометрической библиотеке РИНЦ E-library.
