Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе

Шиян, Станислав Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе"

На правах рукописи

ШИЯН СТАНИСЛАВ ИВАНОВИЧ

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТ АВАРИЙ ПУТЕМ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В СЛОЖНОПРОФИЛИРОВАННОМ ТРУБОПРОВОДЕ (на примере морского участка трубопровода «Россия-Турция»)

Специальности: 25.00.36 - «Геоэкология (по техническим наукам) и 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (нефтяная и газовая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар 2005

Работа выполнена на кафедре «Оборудование нефтяных и газовых промыслов» Кубанского государственного технологического университета

Научный руководитель

доктор технических наук Кунина Полина Семеновна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Вартумян Георгий Тигранович

кандидат технических наук Павленко Павел Павлович

Ведущая организация

ООО Промавтоматика (Краснодар)

Защита состоится «07 » июня 2005 г. в 15 — часов на заседании диссертационного совета КМ 222.015.01 в ОАО «РосНИПИтермнефть» по адресу: Россия, 350610, г. Краснодар, ул. Мира 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «РосНИПИтермнефть»

Автореферат разослан «6» мая 2005 г.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря Диссертационного Совета

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ю.И. Сташок

*¥Нг

1ЩЫЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Состояние окружающей природной среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, прямо или косвенно затрагивающих интересы каждого человека. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при увеличении техногенной составляющей возможно принципиально двумя путями: совершенствованием основных технологических процессов в направлении существенного повышения уровня их безопасности и экологично-сти, и раннем прогнозировании возможных аварийных ситуаций. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют неконтролируемые выбросы энергии и вредных веществ, неизбежно происходящие в процессе эксплуатации нефтегазовых комплексов. Находясь в постоянном взаимодействии с природой, человек все острее ощущает необходимость налаживания таких взаимосвязей с окружающей средой, при которых был бы обеспечен устойчивый экологический компромисс, не нарушающий естественного природного баланса. Такой разумный устойчивый компромисс должен быть найден во «взаимоотношениях» систем трубопроводного транспорта углеводородного сырья с природной средой. Ни одно инженерное сооружение не связано так тесно с окружающей природой как трубопроводные системы. Отсюда и основная задача, с одной стороны, свести к минимуму техногенные воздействия в период эксплуатации трубопроводов, с другой — ослабить отрицательное влияние природных компонентов на их надежность и безопасность, так как разрушение трубопроводов по своему характеру вызывает техногенное воздействие, затрагивающее биохимические процессы, происходящие в атмосфере, в почве и водоемах. Поэтому к надежности трубопроводных сетей, особенно эксплуатируемых в экстремальных условиях, как, например, морской участок трубопровода «Россия-Турция», предъявляются весьма строгие требования.

Решение проблемы природоохранных технологий невозможно, в первую очередь, без системной оценки надежности, риска и безопасности функционирования нефтегазовых комплексов. И в этой связи диагностика трубопроводных систем приобретает принципиально важное значение, так как она является главным источником информации о состоянии технической системы и происходящих в ней технологических процессах. Введение новых методов и средств диагностики становится определяющим в обеспечении эффективного управления

трубопроводными системами и обеспечения экологически безопасного транспорта газа.

Опасное техническое состояние элементов подводной части трубопровода «Россия- Турция» можно обнаружить только с помощью средств контроля: либо непосредственно по измерениям параметров данного элемента, либо косвенно по измерениям характеристик смежных элементов. Выбор стратегии контроля зависит от назначения системы контроля, ограничений на нее, поставленных задач, частоты съема данных, технических и экономических причин и т. д.

Как показывает практика, принципиально общие модели, пригодные к использованию для расчета любых конфигураций газотранспортных сетей, в настоящее время не разработаны. В то же время, наилучшие результаты управления технологическими процессами и анализа технического состояния конкретного участка линейной части трубопровода могут быть достигнуты применением специально адаптированных для этой технической системы методик анализа и расчета процессов транспорта газа. Особенно это характерно для линейных участков магистральных газопроводов, имеющих сложных профиль трассы со значительными перепадами высот. Отсутствуют также критерии, позволяющие эффективно оценивать воздействия на систему, и методы прогнозирования ее функционирования в некоторых временных интервалах.

Актуальность проблемы определяется так же необходимостью разработки научно обоснованных современных методов анализа технологических режимов работы сложнопрофилированных трубопроводов, обеспечивающих эффективность транспорта газа и совершенствование управления технологическими ситуациями для предотвращения аварий, могущих повлечь за собой нарушение экологического равновесия окружающей среды в зоне размещения газотранспортной системы.

Цель исследования. Создание методической основы оперативного управления технологическими режимами эксплуатации сложнопро-филированного трубопровода, ранней диагностике его технического состояния в целях предупреждения аварий и геоэкологических последствий при неконтролируемой утечке энергоносителя.

Основные задачи исследования:

1. Обоснование и разработка методического подхода к построению иерархической структуры системы оценок надежности, риска и экологической безопасности функционирования технологического оборудования трубопроводного транспорта газа;

2. Разработка концепции исследования текущего технического состояния сложнопрофилированного линейного участка газопровода мето-

I »»>««|.*|>. Ы1"-'

дом моделирования течения газа в период эксплуатации с целью предупреждения аварийных и опасных ситуаций, могущих повлечь за собой разрушение трубопровода.

3. Разработка теоретической основы анализа режима течения газа в трубопроводе с большими перепадами высот заложения для оценки его технического состояния по термогазодинамическим параметрам.

4. Разработка алгоритма и программы анализа технического состояния морского участка трубопровода «Голубой поток» для оперативного управления процессами транспорта газа.

5. Практическая реализация результатов исследований и разработанных методик диагностики и эффективного управления транспортом.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы: методы системного анализа надежности, риска и экологической безопасности эксплуатации технических объектов, квапимет-рические методы экспертных оценок математических зависимостей адекватно описывающих технологический процесс течения газа в трубопроводе в рамках поставленной задачи.

Обоснование методов идентификации технического состояния линейной части сложнопрофилированного трубопровода базируется на основных закономерностях термогазодинамики и основных принципах создания диагностических уравнений для анализа течения газа исследуемой системы.

Научная новизна результатов исследования.

1. Развита методология системного анализа взаимодействия технических объектов (трубопроводных сетей) с окружающей средой для обоснования модели управления режимами работы сложнопрофилиро-ванных участков магистральных газопроводов.

2. Для условий морского участка трубопровода «Россия-Турция» получено математическое описание процесса перекачки газа при минимизированном наборе параметров, обосновано применение модификации метода усредненных данных

3.Для определения критических параметров работы системы и предупреждения возникновения аварийных и опасных ситуаций решена задача газодинамического расчета линейного трубопровода со сложным профилем трассы большой протяженности и значительным перепадом температур.

4. Разработаны эффективная методики анализа, алгоритм и программа расчета течения газа в морском участке трубопровода «Россия-Турция», пригодные так же для других систем оперативного диспетчерского управления технологическими процессами транспорта газа сложнопрофилированных трубопроводов.

Практическая ценность работы. Разработанная с участием автора методика идентификации технического состояния сложнопрофи-лированного трубопровода в настоящее время успешно используется в условиях эксплуатации морского участка трубопровода «Россия-Турция». Создан программный комплекс и разработано методическое руководство диагностики морского участка трубопровода по термогазодинамическим параметрам для обнаружения гидратных и конден-сатных пробок, предупреждения развития аварийных и опасных ситуаций, могущих привести к его разрушению и, как следствие, нарушению экологического равновесия окружающей среды.

Эффективность разработок подтверждается соответствующим актом о внедрении результатов исследования в практику диспетчерской службы, компрессорнОй станции «Береговая» трубопровода «Россия-Турция» (ООО «Кубаньгазпром») Экономический эффект от внедрения определяется: использованием разработанных методик и программ выбора оптимального варианта режимно- технологических параметров транспорта газа морского участка газопровода в каждом конкретном случае, ранней диагностикой возможности возникновения аварийных и опасных ситуаций, обеспечением промышленной и геоэкологической безопасности функционирования технической системы.

Данная работа внедрена как составная часть создаваемого комплекса программ расчета задач оперативно диспетчерского управления ООО «Кубаньгазпром» - трубопровода «Голубой поток»

Теоретическая значимость работы. Полученные автором результаты и методики могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими организациями при проектировании, эксплуатации, а также при совершенствовании системы диагностики и оперативно- диспетчерского управления сложнопрофилированного трубопровода.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на: на научно-практической конференции «Экологические аспекты энергетической стратегии как фактор устойчивого развития России», г. Москва, ОАО «Газпром», 17 октября 2001; на 23 сессии семинаре «Электроснабжение пром. пред.», г. Москва, 2528 сент. 2001г.; на совещании- семинаре руководителей природоохранных служб дочерних акционерных обществ ОАО "Газпром" по тематике «Основные направления деятельности предприятий ОАО «Газпром» по снижению техногенных нагрузок на окружающую среду», г. Москва, 24-26 сентября 2003 г; на XXIII тематическом семинаре ОАО Газпром «Диагностика оборудования и трубопроводов КС», г. Светлогорск Калининградской области, 6 по 11 сентября 2004 г.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 94 наименования, приложения, изложена на 164 стр. текста, включая 24 рисунка, 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко охарактеризована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, основные задачи исследования, научная новизна, обоснована достоверность результатов и выводов, практическая ценность, внедрение результатов и апробация работы.

В первом разделе выполнен краткий аналитический обзор по проблеме исследования, рассмотрено современное состояние вопросов управления, оптимизации режимов работы и диагностики сложнопро-филированных участков газопроводов, что позволило сделать вывод о необходимости разработки достаточно простых и эффективных методик расчета термогазодинамических параметров течения газа, применительно к конкретному участку трубопровода, на основании которых возможно не только проведение диагностических операций, дающих возможность судить о техническом состоянии проточной части, но и позволяющих своевременно выявлять возможные аварийные и опасные ситуации с целью недопущения разрушения оборудования с геоэкологическими последствиями.

Во втором разделе проведен последовательный структурный анализ сложных технических систем- трубопроводных сетей, которые являются важнейшим звеном в системах добычи, сбора, транспорта нефтяного и попутного газа, разгерметизация которых может привести к серьезным, подчас глобальным, геоэкологическим последствиям.

Достоверная оценка технического состояния трубопроводных сетей нефтегазовых комплексов основана на качественном исследовании взаимосвязей, как всей системы с окружающей средой, так и ее отдельных элементов.

В общем виде любой газопровод можно определить как сложную гибкую систему, в которой нельзя разграничить действие переменных различной физической природы, поскольку они обладают свойством эмергентности, то есть они не сводятся к сумме составляющих частей, а представляют собой некое единое целое, обладающее качествами, ни одной из составляющих ее частей не присущими. Все, что не входит в техническую систему, является по отношению к ней внешней средой. Система может испытывать воздействия этой среды и сама воздейст-

вовать на нее. Первые можно определить как входные воздействия, вторые - как выходные. Входные воздействия, в свою очередь разделяют на регулируемые, случайные динамические воздействия и «шум» системы. Совокупность выходных параметров можно охарактеризовать, как вектор технического состояния системы. Этот вектор и является, по сути дела, не только фактором, определяющим технологическую составляющую технического комплекса, но и мерой воздействия на окружающую среду.

В свою очередь, вектор технического состояния через систему датчиков воспринимается измерительными комплексами и подвергается исследованию введенными методами анализа, образуя вектор отклика системы, градиент изменения которого указывает на трансформацию действительного технического состояния.

Как видно из приведенной схемы (рисунок 1) на вектор коррекции большое влияние оказывает избранная методика анализа действительного технического состояния диагностируемого участка трубопровода. Поэтому, весьма важен наиболее приемлемый для исследуемого объекта (морской участок трубопровода «Россия-Турция») выбор принципиальной основы методики расчета и анализа параметров течения газа, необходимой для работы трубопровода в оптимальном режиме и своевременного предупреждения опасных и аварийных ситуаций, так как ликвидация аварии (например, разрыв трубы в результате гидратооб-разований или неустойчивого течения газа), по затратам, может сравняться с прокладкой новой нитки, а экологические последствия подобного варианта могут быть крайне негативны, а именно: в результате разрыва трубопровода и значительного объема выброса газа под давлением до 25 МПа возможно перемешивание слоя воды, содержащего сероводород с поверхностными водами моря, в результате чего неизбежна массовая гибель флоры и фауны водоема на значительной площади, загрязнение прибрежной курортной зоны, а так как труба проложена по тектоническому разлому, то в результате динамического воздействия следует ожидать так же инициации сейсмической деятельности дна моря.

Сложность теоретической имитации процессов диагностирования магистральных газопроводов обусловлена следующими особенностями: большой размерностью пространства переменных, влияющих на работоспособность; значительным числом методов диагностирования, используемых в системе; нестационарностью процессов и дрейфом параметров во времени; стохастической природой параметров; значительным уровнем шума; большим числом контролируемых и регулируемых параметров; многоконтурностью процессов контроля и регу-

л »

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

^ ВходныефакторьР)

Регули- Не регули-

руемые руемые

Шум системы

Си чанные динамические воздействия

Система

Внутренние факторы воздействия и реакции системы

У,

Выходные парамефы

СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МОНИТОРИГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Системы анализа технического состояния

Вектор 1е\ннческого

состояния системы

Рнсуяок 2.1. Продшпат евш функц*он«ров«шя системы трубопроводе« гряяеаврп

я га

2 I

о м 2 5

0 г ^

х о\

1 о* Я 2

я 3 о н

» 1

Я ¡3

О 5

Й -а

- О

•9-

£0

■О

ЕЯ

п г>

* 5 35 3 » 2

_ я

2, я х

^ ° о

0 -ч

§ I х

1 1 8

л » X

I О и!

I Р я

<г ^ тз

х х Я

о 2

и » 3

ы =

» 5

5 г

У & о

» -О я

5 г ;

8 | —г э

ж Э г

а 1 ч

I § § 81 §

Поэтому, для выбора адекватных исследуемой ситуации методов применения той или иной математической зависимости автором проанализированы уравнения, описывающие процесс течения газа в трубопроводных сетях, разной степени детализации с тем, чтобы получить возможность определения наиболее приемлемого пути решения поставленных задач: анализ параметров газового потока в трубопроводе на основе уравнений механики сплошных сред, изотермические уравнения течения газа по трубопроводу, метод сеток, метод предиктор -корректор, диагностические уравнения.

Для выбора оптимальной (для данного случая) формы анализа текущего технического состояния исследуемого объекта автором были использованы методы количественной и качественной оценки - квапи-метрии (теория экспертных оценок) введенные автором количественные величины представляют собой мнение эксперта, принятые на основе априорной информации, опыта эксплуатации трубопроводных сетей и анализа литературных источников, посвященных этому вопросу.

На основании проведенной экспертной оценки автором сделан вывод, что, для целей технической диагностики и оперативного управления процессами течения газа в трубопроводе наиболее пригодны детерминированные математические описания объекта, которые могут выражаться через систему диагностических уравнений, решив которую можно сформировать диагноз, осуществить прогноз и выдать рекомендации по предупреждению и устранению возможных отказов и аварийных ситуаций исследуемого оборудования.

В третьем разделе изложена методика расчета распределения давления, скорости и температуры при стационарном одномерном течении газа в трубопроводе.

Задача математического описания процессов перекачки газа по трубопроводам в общем случае включает в себя как гидродинамические, так и теплофизические уравнения, связанные в единую систему, что позволяет анализировать изменение давления, расхода и температуры при изменении условий подачи газа. Входящие в исходную систему коэффициенты гидравлического сопротивления, теплопередачи и теплоотдачи определяют на этапе идентификации модели, причем первые два находят на основе решения обратных задач по диспетчерским данным. Использование детерминированных методов анализа предполагает, что основные закономерности идентификации контрольных параметров с действительным техническим состоянием объекта должен указать сам исследователь. Поэтому, в установлении действительного технического состояния объекта делается акцент на определенную совокупность диагностических признаков, которые квапифици-

руются как существенные (следует отметить, что в данном случае понятия существенности и значимости отождествляются).

Из трех основных параметров процесса- расхода, температуры и давления - с точки зрения наблюдения за режимом, наибольший интерес представляет давление. Расход обычно определяется по косвенным измерениям и в значительно меньшем числе точек, чем давление. При аварийных ситуациях давление изменяется в более широком диапазоне и лучше подходит для индикации выхода из штатных режимов, чем температура. Замеры давления по обоим концам линейного участка непосредственно используются для косвенного контроля за изменением коэффициента сопротивления, который является показателем образования и накопления препятствий (например, гидратов) на пути газового потока. Снижение или увеличение температуры газа также является параметром, по которому накладываются ограничения на режимы течения: снижение температур способствует гидратообразованию, повреждению металла трубы или уменьшению сроков службы изоляционного покрытия, повышение температур - интенсификации процессов коррозии (особенно наиболее опасной водородной коррозии). Но в отличие от давления выход температуры за границы установленных ограничений может привести к серьезным последствиям только при длительных нарушениях технологического режима.

Особо следует сказать, что при движении потока газа в вертикальной плоскости, для таких участков трубопроводов как подводный участок газопровода «Россия- Турция», имеющий спуск и подъем в районе береговой линии около 2000 м, кроме сил трения, давления и инерции, на единичный элемент массы будут воздействовать еще и силы тяжести, что при определенных условиях может привести к потери газодинамической устойчивости потока.

Потеря газодинамической устойчивости создает серьезные предпосылки возникновения аварийной ситуации, поэтому появляется необходимость определить области устойчивого и неустойчивого течения газа с целью своевременного регулирования параметров газового потока. Неустойчивые режимы течения газа для такого уникального трубопровода, как морской участок «Россия-Турция», вследствие его расположения на трассе и не закрепленность трубопровода при спуске и подъеме весьма опасны. Опасность состоит в том, что неустойчивые течения газа (возникающие при определенных входных условиях- скорости потока, расходе, заданным с российского берега) сопровождаются аэродинамическими вибрациями трубопровода малой частоты (от 2 до 500Гц) и большой амплитуды, что весьма быстро может привести к разрушению сварных соединений, растрескиванию защитной наруж-

ной оболочки (пластикокерамическое покрытие) и нарушению целостности внутреннего покрытия.

Будем считать, что течение газа в длинных сложнопрофилирован-ных газопроводах происходит как одномерное в квазистационарном неизотермическом режиме. Для них нестационарность течения проявляется в изменеиии объема газа, аккумулированного в трубах Изменение давления газа и объемов, аккумулированных в трубах, происходит при штатных режимах довольно медленно. Большие скорости газа и быстрые изменения параметров процесса характерны только для аварийных, нештатных ситуаций. Сжимаемость газов приводит к тому, что режимы газопроводов инерционны, резкие изменения, например, при включении и выключении агрегатов, перекрытии задвижек, демпфируются, сглаживаются.

При составлении диагностических уравнений для некоторого исследуемого установившегося эксплуатационного режима возможно использование одномерной модели течения газа, что означает: поле скоростей и температур в сечении трубопровода принимается однородным и определяется коэффициентами местной теплоотдачи и гидравлического сопротивления; местную плотность теплового потока на внешней стенке трубы принимаем пропорциональной разности температуры газа и ее внутренней поверхности.

Кроме того, принимаем, что: передача тепла через стенку трубопровода осуществляется кондуктивной теплопроводностью. Подобный механизм теплопередачи свойствен как тепловой изоляции, так и при принятии гипотезы о ее гидроизоляции, теплофизические характеристики материалов труб приняты постоянными, тепловые потоки в трубе и тепловой изоляции вдоль направления трубопровода пренебрежимо малы. Для понимания основных этапов методики анализа течения газа, используя логику аналогий, движущийся в морском участке трубопровода «Россия- Турция» газ представим как последовательность перемещения, так называемых, «контрольных объемов» по единой направляющей некоторой кольцевой поверхности. В данном случае это цилиндрические объемы, теоретические представимые как равномерные отрезки потока, размеры которых соизмеримы с диаметром трубы (примерно 0,5м). При перемещении по трубопроводу эти объемы испытывают сопротивление перемещению со стороны стенок трубы («гидравлическое трение») и попарно друг с другом взаимодействуют. Ввиду сжимаемости газа эти взаимодействия можно считать упругими.

Причина возникновения неустойчивости при движении такой системы состоит в следующем.

После прохождения береговой полосы Российского берега газ начинает движение вниз на почти 2-х километровом участке (подобная же картина наблюдается при закачке газа в пласты ПХГ)- При этом контрольные объемы сжимаются, причем этому сжатию способствуют два фактора: сила тяжести и снижение температуры. Препятствием же самому перемещению, на этом этапе газопередачи, является только гидравлическое трение. В сжатом состоянии газ преодолевает донный участок при почти неизменной температуре, но плотность его снижается ввиду уменьшения давления вследствие гидравлических потерь.

У турецкого берега газовый поток начинает движение вверх так же по почти вертикальному направлению. При этом его плотность уменьшается, а скорость движения, соответственно увеличивается. Причем, если уменьшению скорости способствовали два фактора (охлаждение и тяготение), а один (гидравлическое трение) препятствовал, то в случае движения вверх все три фактора способствуют увеличению скорости, так как потери давления при гидравлическом трении, так же, как и увеличение температуры и гидростатическая составляющая давления (сила тяжести) приводят к уменьшению плотности.

Дня решения задачи анализа технического состояния проточной части газопровода и управления рабочими режимами газопередачи, необходимо представить следующие диагностические уравнения расчета процессов течения газа в сложнопрофилированном линейном участке трубопровода.

1. Уравнение потерь импульса движущегося газа при гидравлическом трении

лр ж,аV </л л рУг п

ах ах ах а 2

где § - ускорение свободного падения, р - плотность газа, Я - коэффициент гидравлического трения, </ - диаметр трубы, Р- давление газа, V- скорость течения газа, й -высота заложения трубы.

2. Уравнение потерь энергии газа за счет теплоотдачи через стенку трубы

Р V1 \

— + gh+ - + СуТ\

?--2----1 +^П/(7--7-)=0 (2)

йх е4 "

где к - коэффициент теплопередачи через стенку трубы, - температура снаружи от трубы, су - удельная по массе теплоемкость газа при постоянном объеме, р- плотность газа.

3. К этим уравнениям добавляется уравнения состояния газа и сохранения его массового расхода (?, которые имеют вид:

К Ри 40

р = г—тр , Ру = = -^Цг М у гят

где /? - универсальная газовая постоянная, ¡л -молярная масса газа, 2 - коэффициент сверхсжимаемости газа.

В уравнении (1) коэффициент А может определяться по различным эмпирическим формулам, но нестандартность газопровода «Россия- -Турция» состоит еще и в том, что трубы имеют специальное внутреннее покрытие, уменьшающее гидравлическое трение, поэтому данный коэффициент будет задаваться.

С учетом критических параметров газа, имеющего преобладающую метановую фракцию уравнения (1) и (2) можно представить еще в виде у'( х)-а(х,у), где х- координата /- го расчетного контрольного объема вдоль трубы, у=(Р,Т) - вектор состояния бесконечно малого контрольного объема. Для решения этой системы уравнений реализуется метод Рунге- Кутта 4-го порядка аппроксимации, который сводится к итерационной процедуре вида

Ук+1 = р(Ук к = Ук=У(хк)

где хк - узлы интегрирования по оси х. Если фиксировать число шагов численного интегрирования, то последовательность этих итераций можно воспринимать как связь между у, и у^. После указанной формализации можно строго сформулировать условие неустойчивости течения газа в трубопроводе (точнее, о ее вычислительном аналоге), а именно: найдется такое значение £>0, что для любого 3>0, при которых существует такое начальное значение у, , удовлетворяющее

условию О

Ум-Уы

у1 — < 3 , что конечное значение уК будет таковым, что > е. Здесь и у % значения, получаемые одно из друго-

го N итерациями и реккурентной зависимостью Г. Это и есть отрицание условия устойчивости потока газа. Такая неустойчивость, которой обладает решаемая система дифференциальных уравнений (1) и (2) не может быть ликвидирована никакими модификациями разностной схемы, так как ее причиной является физическая сущность исследуемого процесса. В вычислительном алгоритме эта неустойчивость проявляется в виде накопления ошибки и, как известно, получение хорошей точности расчета при большом промежутке изменения аргумента (а длина трубы велика) в таком случае невозможно.

Для решения проблемы в данном случае была использована специфика задачи, а именно: береговые участки спуска и подъема трубопровода (общей длиной около 8 км) сравнительно невелики по отно-

шению к длине донного участка (380 км). На участках спуска и подъема происходит сравнительно быстрое изменение параметров газового потока. По отношению к движению его по донному участку трубопровода, где температура почти постоянная, а давление изменяется, но гораздо медленнее, чем на береговых полосах. В таком случае можно предположить, что в донном участке температура постоянна, и уравнения (1) и (2) интегрируются аналитически. Отсюда уравнение (1) с учетом (2) и уравнения состояния и сохранения массового расхода для этого отрезка трубопровода (практически на всем совеем протяжении горизонтального) может быть переписано в виде

Раскрывая скобки в левой части уравнения (3), учитывая, что со-

4й V ягт

отношение

имеет порядок 10'5 (поэтому этим чле-

ном можно пренебречь по сравнению с остальными) и используя уравнение (2), выполняем интегрирование уравнения движения газа по упрощенной схеме:

= (4)

Применение этого соотношения возможно с гораздо большим шагом, что увеличивает скорость расчета на компьютере, гак как длина донного, почти горизонтального, участка значительно больше остальных частей трубопровода. Формула (4) представляет собой результат аналитического интегрирования уравнений (1) и (2) (при условии, что донный участок практически горизонтален), причем численное интегрирование системы дифференциальных уравнений требует итерационного нахождения коэффициента Z после каждого шага по дс. Определение истинных значений коэффициентов X и Я можно осуществить только на основе многократного сравнения результатов расчета с реально полученными измерениями, то есть методом вариации параметров, что и является предметом новизны представленной работы.

В четвертом разделе работы представлено описание алгоритма и программы диагностирования и оптимизации режимов работы морского участка трубопровода «Россия-Турция». Для разработки алгоритма диагностирования рассмотрены основные технические и геоморфологические особенности морского участка газопровода «Голубой поток», приведена расчетная схема трубопровода, укрупненный профиль фасы (рисунок 2), структурно- тектоническое строение морского дна и

батиметрическая карта трассы трубопровода «Голубой поток». Определены условия, при которых может происходить образование гидратов на отрезке морского участка трубопровода «Голубой поток».

Рисунок 2- Укрупненный профиль трассы трубопровода «Россия-Турция»

Принцип функционирования разработанного автором моделирующего алгоритма состоит из ряда последовательно реализуемых блоков и сводится к следующему (рис.3):

1)Блок 1 предназначен для ввода исходных данных. В качестве исходных данных вводятся компоненты и константы реального газа, на основании чего производятся вычисления промежуточных величин и расчетных диагностических показателей, входящих в диагностические уравнения, текущие параметры газового потока (ручной ввод или из системы БСАОА, геоинформационная база данных.

2)Блок 2 выполняет расчет параметров по уравнениям математической модели при некотором заданном фиксированном значении коэффициента сопротивления.

3)В блоке 3 происходит выбор дальнейшего метода расчета:

- если Мг/сЬс < 103, то это означает, что трубопровод идет практически горизонтально по дну моря и температура на протяжении всего этого участка стабильна;

- если > 103, то в данном случае газ идет по спуску или подъему трубопровода и расчет возвращается в блок 2.

4) В блоке 4 осуществляется расчет по упрощенной методике для горизонтального участка при фиксированной температуре. Здесь величина Ь означает полную длину рассматриваемого участка трубопровода; х >Ь означает, что расчет идет до тех пор, пока не будет пройдена вся длина трубы.

Первоначально программой задается проектное гидравлическое сопротивление в трубопроводе (Л =0,01) и в соответствии с измеренными Р, Т на российском берегу производится расчет соответствующих параметров, долженствующих иметь место у принимающей стороны. Если же после расчета сравнение показало, что в действительности Рр„сЧ> Р „,„ ,то это означает, что Лрасч < X „,„. В этом случае расчет повторяется, при задании Я методом постепенного приближения, пока Хра„ = Я ,„„.

В этом же разделе приведена разработанная автором и используемая в настоящее время диспетчерской службой компрессорной станции «Береговая» программа расчета основных параметров течения газа в морском участке трубопровода «Россия- Турция» для оценки технического состояния трубопровода и регулирования режимов газопередачи на терминал Самсун.

Разработанная автором система анализа и расчета процесса течения газа в трубопроводе была апробирована на морском участке газопровода «Россия -Турция» и показала не только положительные результаты при определении истинного технического состояния системы, но и дала возможность диспетчерской службе компрессорной станции «Прибрежная» оперативно принимать решения по корректированию технологических параметров работы.

Пятый раздел дает результаты практических расчетов по разработанной автором методике анализа процессов транспорта газа морского участка трубопровода «Россия- Турция» на основании диспетчерских данных. Специфическая характеристика функционирующей газотранспортной системы — динамичность режима движения газа — обусловлена совокупным влиянием различных причин.

Источники нестационарности можно условно разделить на две группы: связанные с изменением отбора газа и обусловленные работой газопровода. Колебания расхода зависят от свойств потребителя газа, они могут быть регулярными (с различным периодом — суточным, недельным, сезонным) и нерегулярными. Необходимость маневрирования потоками газа, подключение новых потребителей связаны с коммутацией газотранспортной сети, возмущение в этих случаях может быть значительным. Другая группа факторов нестационарности обусловлена техническими особенностями эксплуатации объектов

системы дальнего транспорта газа, что связано с включением и выключением газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях, изменением режимов работы аппаратов воздушного охлаждения.

Рисунок 3 -Принципиальная блок-схема алгоритма диагностирования течения газа в сложнопрофилированном трубопроводе по термогазодинамическим параметрам

Продолжение рисунка 3

Эти воздействия, как и другие способы регулирования производительности газопровода, являются источником возмущения. Особенно резкие изменения режима движения газа возникают в аварийных ситуациях. Необходимость обеспечить бесперебойность газоснабжения при условии работы системы в пределах оптимальной зоны рабочих характеристик ставит вопрос регулирования производительности как

динамический аспект проблемы надежности и экологической безопасности газопровода.

Разработанные и описанные выше методика анализа и расчета процессов транспорта газа в сложнопрофилированном трубопроводе, алгоритм и программа были опробованы для практических расчетов по данным диспетчерской службы компрессорной станции «Береговая» трубопровода «Россия-Турция» на российской стороне. В качестве исходных, для расчетов использовались данные диспетчерских служб (таблица 1). Диспетчерский журнал дает возможность проследить изменения давления, температуры и массового расхода газа на концах линейных участков на обоих концах морского участка трубопровода и основные параметры окружающей среды.

В этом разделе приведены результаты расчетов диспетчерской службой компрессорной станции «Береговая» технологического режима течения газа пол морскому участку трубопровода «Россия-Турция» по разработанной автором математической модели. Эти расчеты производились в зимний период 2003-2004 г., когда отбор газа, а соответственно и рабочие характеристики перекачиваемой среды, были наиболее полно реализованы принимающей стороной.

Ниже, на рисунках 4 и 5 приведены графические отображения проведенных диспетчерских расчетов. Следует отметить, что в расчетном диапазоне технологических параметров увеличения коэффициента сопротивления трубопровода Л не отмечено, следовательно, можно констатировать, что расчетный период времени гидратные и конден-сатные пробки в полости трубы отсутствуют.

Таблица 1- Основные параметры перекачиваемого газа от российского берега до терминала Самсун

№ 0 Р. т, Су V Ркр Ткр X л м N в

п.п

1 150 15 г» 50 12 50

2 160 1 (Л ч> £ V) * ш «о «О 190,55 0,01 £ £

3 170 о «*1 о П. -ч- <п -

4 180 »-4

Здесь: 0 - расход газа, кг/с; Р0 и Т0 - соответственно давление МПа и температура °С на российском берегу; ц - плотность смеси газа, кг/см3; О - теплопроводность трубы; V - вязкость смеси газа; Ркр и Ткр - соответственно критические давление МПа и температура для

данной смеси газов; X коэффициент гидравлического сопротивления; dl -шаг с которым движется программа, см; М - число точек аппроксимации программы; N- число шагов по горизонтальному участку трубы; S- число шагов между записями в файл вертикального участка трубы для построения графического отображения расчета; SS- число шагов между записями в файл горизонтального участка трубы для построения графического отображения расчета;

Если обобщить приведенные на графиках 6 и 7 данные то получим, что при расходе газа 150 кг/скорость на терминале Самсун примерно 7 м/с, а при расходе 180 кг/с скорость перемещения газового потока увеличивается примерно в 4 раза. То есть при увеличении расхода примерно на 20% происходит четырехкратное возрастание скорости течения газа Это явление присуще только морскому участку трубопровода «Россия-Турция» так как эта трасса (как уже упоминалось выше) уникальна по причине большого перепада высот- 2 км почти отвесного положения трубы, и перепада температур снаружи трубы- в среднем около 10°С. В этом случае обнаруженная неустойчивость потока может создать большие проблемы при диспетчерском управлении процессами перекачки газа, а именно: при выходе на полный проектный режим отрегулировать скорость течения газа на терминале Самсун будет весьма непросто, управляя подачей газа с компрессорной станции «Береговая».

Рисунок 4- График Р(х)

Рисунок 5- График У(х)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В настоящей работе изложены научно обоснованные разработки, направленные на совершенствование экологической безопасности технологического процесса транспорта газа, решение вопроса ранней диагностики возникновения гидратных (конденсатных) пробок и неустойчивых течений газа для предотвращения возможных аварийных и опасных ситуаций. Достоверность полученных результатов подтверждается количественным и качественным согласием теоретических и экспериментальных результатов работы, а так же успешным использованием их в реальных условиях эксплуатации морского участка трассы газопровода «Россия-Турция».

1. На основании анализа современных представлений о газотранспортных системах определена область геоэкологических и технологических требований, предъявляемых к процессам перекачки газа по трубопроводам.

2. Сформулированы основные концепции взаимодействия сложной технической системы с окружающей средой, на основании которых возможно регулирование и диагностика технологического процесса течения газа в трубопроводе.

3. Обобщен и проанализирован существующий опыт теоретических расчетов газотранспортных сетей, рассмотрены и обобщены основные методы анализа и расчета процессов транспорта газа.

4. На основании предложенного автором метода квалиметрических оценок существующих методов моделирования течения газа в трубопроводе сделан вывод, что наиболее пригодными для раннего обнаружения аварийных и опасных ситуаций (конденсатных или гидратных пробок) является использование диагностических уравнений.

5. На основании диагностических уравнений разработана теоретическая основа методики диагностики проточной части морского участка трубопровода «Россия- Турция», что дает возможность с большой степенью вероятности определить зоны проявления гидратных (конденсатных) пробок в сложнопрофилированном трубопроводе со значительными перепадами высот заложения трубы и технологические режимы перекачки, вызывающие неустойчивое течение газа, которые могут привести к разрушению трубопровода и нарушению геоэклоги-ческого равновесия окружающей среды.

6 Разработан и программно реализован алгоритм диагностирования проточной части морского участка трубопровода «Голубой поток» по термогазодинамическим параметрам, позволяющий своевременно выявлять опасные режимы работы и причины их возникновения, что позволит эффективно проводить мероприятия по регулировке и ремонту оборудования, а так же увеличить вероятность безотказной работы.

7 Разработанные автором метод, алгоритм и программа диагностики технического состояния морского участка трубопровода «Россия- Турция» используются для практических расчетов, проводимых диспетчерскими службами КС «Береговая» ООО «Кубаньгазпром» для обеспечения экологической безопасности эксплуатации трубопроводе и оперативного регулирования технологических режимов перекачки газа.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Шиян С.И. Альтернативные варианты газоснабжения сельских потребителей. Тезисы докладов н-т конф. «Современные тенденции развития газовой пром-ти УССР», Харьков, 1989 г.

2. Шиян С.И., Емец В.В., Ишутин H.A., Осередько Ю.С. Возможности расширения системы газоснабжения сельских потребителей. Газовая пром-ть, 1990, №3.

3.Шиян С.И., Ишутин H.A., Осередько Ю.С., Павленко В.Е. Повышение эффективности тепловых электростанций путем использования

хранилищ сжатого газа. Промышленная энергетика, 1990, №6.

4.Шиян С.И., Тронин В.В., Савенко A.B. Особенности физического моделирования электромеханической системы преобразования энергии нетрадиционных источников. Материалы 23 сессии семинара «Электроснабжение пром. пред.» 25-28 сент. 2001г.

5.Шиян С.И., Шадунц К.Ш., Маций С.И., Безуглов Е.В. Комплексный анализ устойчивости откосов на основе обратных и вероятностных расчетов. Труды Куб. гос. аграрн. ун-та, 2003 г., Краснодар.

6. Шиян С.И., Бунякин A.B. Алгоритм расчета распределения давления, скорости и температуры при стационарном одномерном течении на примере морского участка газопровода «Россия-Турция». Ростов-н/Д., Изв. Вузов. Изд-во СКНЦ, №2, 2003. -с 48-65.

7. Шиян СМ., Бунякин A.B., Кунина П.С. Особенности моделирования технологических процессов транспорта газа. Научная мысль Кавказа, №1,2005 с.102-111.

8. Шиян С.И., Бунякин A.B., Кунина П.С. Оптимизация выбора математической модели течения газа в трубопроводе для определения его технического состояния. Ростов- н/Д., Научная мысль Кавказа, № 9, 2004.-с.89-104.

9. Бунякин A.B., Шиян С.И. Оптимизация технологического комплекса ДЭГ методом математического моделирования. Ростов- н/Д., Научная мысль Кавказа, № 6,2004. -с. 117-126.

Шиян Станислав Иванович

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТ АВАРИЙ ПУТЕМ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В СЛОЖНОПРОФИЛИРОВАННОМ ТРУБОПРОВОДЕ (НА ПРИМЕРЕ МОРСКОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА «РОССИЯ-ТУРЦИЯ»)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 29.04.2005. Формат 60x84'/,6 Бумага Бу^оСору. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,63. Тираж 100 экз. Заказ № 5065.

Отпечатано в типографии ООО "Просвещение-Юг"

с оригинал-макета заказчика г. Краснодар, ул. Селезнева, 2, тел./факс: 239-68-31.

» -888 t

РНБ Русский фонд

2006-4 14762

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шиян, Станислав Иванович

Введение.

1 Аналитический обзор по проблеме исследования. Особенности эксплуатации и оперативно-диспетчерского управления в магистральном транспорте газа.

1.1 Линейная часть трубопровода -основной объект исследования.

1.2. Основные характеристики трубопроводных систем.

1.3 Методы управления процессами транспорта газа.

1.4 Методы и средства диагностики трубопроводных систем.

1.5 Значение разработки новых методик анализа и расчета процессов транспорта газа для задач диагностики и управления.

1.6 Обсуждение результатов анализа существующей проблемы и выводы.

2 Методические основы анализа технического состояния трубопровода по термодинамическим параметрам течения газа.

2.1 Функционально-топологический анализ технического состояния трубопроводных сетей.

2.1.1. Структурно-функциональный анализ взаимосвязей трубопроводной сети, как сложной технической системы.

2.1.2. Морфологические свойства системы.

2.2 Методики анализа и расчета процессов транспорта газа, как средство оценки надежности, риска и безопасности трубопроводных сетей в процессе эксплуатации. 2.3 Основные типы аналитических зависимостей, используемые для исследования течения газа в трубопроводе в процессе эксплуатации.

2.3.1 Анализ параметров газового потока в трубопроводе на основе уравнений механики сплошных сред.

2.3.2 Изотермические уравнения течения газа по трубопроводу.

2.3.3 Метод сеток.

2.3.4 Метод предиктор -корректор.

2.3.5. Диагностические уравнения.

2.4 Оптимизация формы представления представления математического описания исследуемого объекта.

2.5 Выводы.

3 Методика расчета распределения давления, скорости и температуры при стационарном одномерном течении газа в трубопроводе.

3.1. Общие сведения.

3.2. Основные требования, предъявляемые к диагностическим математическим описаниям реальных объектов.

3.3. Методическая структура разработки математического описания течения газа в сложнопрофилированном трубопроводе.

3.4 Методы выбора диагностических критериев.

3.5 Неисправности, и опасные ситуации, выявляемые при диагностировании линейной части трубопроводов.

3.6 Методика системного анализа оптимизации режимов течения газа и диагностики линейной части сложнопрофилированного трубопровода.

3.7 Диагностические уравнения расчета процессов течения газа в сложнопрофилированном линейном участке трубопровода.

3.8. Тестовый гидравлический расчет.

3.9 Выводы.

• 4 Описание алгоритма и программы диагностирования морского участка трубопровода «Россия- Турция» методом математического моделирования течения газа.

4.1. Основные особенности морского участка газопровода

Голубой поток».

4.2 Условия образования гидратов на отрезке морского участка трубопровода «Голубой поток».

4.2.1 Нарушение режимов эксплуатации.

42.2. Аварийное состояние трубопровода.

4.3 Компоновка алгоритма диагностирования и анализа течения газа в трубопроводе.

43.1 Поиск локальных экстремумов многопараметрических функций.

4.3.2 Основные принципы обработки данных диспетчерской службы.

4.3.3 Общая композиция алгоритма диагностирования.

4.4 Программа расчета режимов течения газа в морском участке трубопровода «Россия- Турция».

4.5 Создание блока нормативно - справочной информации.

4.6 Архитектура системы анализа технического состояния трубопровода.

4.7 Управление режимами магистральных трубопроводов с помощью адаптивных моделей.

4.8 Выводы.

5. Практические расчеты по разработанной методике анализа процессов транспорта газа морского участка трубопровода «Россия- Турция» основе диспетчерских данных.

5.1 Общие закономерности эксплуатации газотранспортных сетей.

5.2 Передаточные параметры газа.

5.3 Результаты исследования стационарных гидравлических режимов морского участка газопровода «Голубой поток».

5.4 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе"

Актуальность темы.

Состояние окружающей природной среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, прямо или косвенно затрагивающих интересы каждого человека. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при увеличении техногенной составляющей возможно принципиально двумя путями: совершенствованием основных технологических процессов в направлении существенного повышения уровня их безопасности и экологичности, и раннем прогнозировании возможных аварийных ситуаций. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют неконтролируемые выбросы энергии и вредных веществ, неизбежно происходящие в процессе эксплуатации нефтегазовых комплексов. Находясь в постоянном взаимодействии с природой, человек все острее ощущает необходимость налаживания таких взаимосвязей с окружающей средой, при которых был бы обеспечен устойчивый экологический компромисс, не нарушающий естественного природного баланса. Такой разумный устойчивый компромисс должен быть найден во «взаимоотношениях» систем трубопроводного транспорта углеводородного сырья с природной средой. Ни одно инженерное сооружение не связано так тесно с окружающей природой как трубопроводные системы. Отсюда и основная задача, с одной стороны, свести к минимуму техногенные воздействия в период эксплуатации трубопроводов, с другой — ослабить отрицательное влияние природных компонентов на их надежность и безопасность, так как разрушение трубопроводов по своему характеру вызывает техногенное воздействие, затрагивающее биохимические процессы, происходящие в атмосфере, в почве и водоемах. Поэтому к надежности трубопроводных сетей, особенно эксплуатируемых в экстремальных условиях, как, например, морской участок трубопровода «Россия-Турция», предъявляются весьма строгие требования.

Цель исследования. Создание методической основы оперативного управления технологическими режимами эксплуатации сложнопрофилиро-ванного трубопровода, ранней диагностике его технического состояния в целях предупреждения аварий и геоэкологических последствий при неконтролируемой утечке энергоносителя. Основные задачи исследования:

2. Разработка концепции исследования текущего технического состояния сложнопрофилированного линейного участка газопровода методом моделирования течения газа в период эксплуатации с целью предупреждения аварийных и опасных ситуаций, могущих повлечь за собой разрушение трубопровода.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы: методы системного анализа надежности, риска и экологической безопасности эксплуатации технических объектов, квалиметрические методы экспертных оценок математических зависимостей, адекватно описывающих технологический процесс течения газа в трубопроводе в рамках поставленной задачи.

Научная новизна результатов исследования.

1. Развита методология системного анализа взаимодействия технических объектов (трубопроводных сетей) с окружающей средой для обоснования модели управления режимами работы сложнопрофилированных участков магистральных газопроводов.

3. Для определения критических параметров работы системы и предупреждения возникновения аварийных и опасных ситуаций решена задача газодинамического расчета линейного трубопровода со сложным профилем трассы большой протяженности и значительным перепадом температур.

Практическая ценность работы. Разработанная с участием автора методика идентификации технического состояния сложнопрофилированного трубопровода в настоящее время успешно используется в условиях эксплуатации морского участка трубопровода «Россия-Турция». Создан программный комплекс и разработано методическое руководство диагностики морского участка трубопровода по термогазодинамическим параметрам для обнаружения гидратных и конденсатных пробок, предупреждения развития аварийных и опасных ситуаций, могущих привести к его разрушению и, как следствие, нарушению экологического равновесия окружающей среды.

Эффективность разработок подтверждается соответствующим актом о внедрении результатов исследования в практику диспетчерской службы, компрессорной станции «Береговая» трубопровода «Россия-Турция» (ООО «Ку-баньгазпром»). Экономический эффект от внедрения определяется: использованием разработанных методик и программ выбора оптимального варианта режимно- технологических параметров транспорта газа морского участка газопровода в каждом конкретном случае, ранней диагностикой возможности возникновения аварийных и опасных ситуаций, обеспечением промышленной и геоэкологической безопасности функционирования технической системы.

Данная работа внедрена как составная часть создаваемого комплекса программ расчета задач оперативно диспетчерского управления ООО «Кубань-газпром» - трубопровода «Голубой поток»

Теоретическая значимость работы. Полученные автором результаты и методики могут быть использованы проектными и научно- исследовательскими организациями при проектировании, эксплуатации, а также при совершенствовании системы диагностики и оперативно- диспетчерского управления сложнопрофилированного трубопровода.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на: на научно-практической конференции «Экологические аспекты энергетической стратегии как фактор устойчивого развития России», г. Москва, ОАО «Газпром», 17 октября 2001; на 23 сессии семинаре «Электроснабжение пром. пред.», г. Москва, 25-28 сент. 2001г.; на совещании- семинаре руководителей природоохранных служб дочерних акционерных обществ ОАО "Газпром" по тематике «Основные направления деятельности предприятий ОАО «Газпром» по снижению техногенных нагрузок на окружающую среду», г. Москва, 24-26 сентября 2003 г; на XXIII тематическом семинаре ОАО Газпром «Диагностика оборудования и трубопроводов КС», г. Светлогорск Калининградской области, 6 по 11 сентября 2004 г.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано 9 работ.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Шиян, Станислав Иванович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

5. На основании диагностических уравнений разработана теоретическая основа методики диагностики проточной части морского участка трубопровода «Россия- Турция», что дает возможность с большой степенью вероятности определить зоны проявления гидратных (конденсатных) пробок в сложнопрофи-лированном трубопроводе со значительными перепадами высот заложения трубы и технологические режимы перекачки, вызывающие неустойчивое течение газа, которые могут привести к разрушению трубопровода и нарушению геоэк-логического равновесия окружающей среды.

6. Разработан и программно реализован алгоритм диагностирования проточной части морского участка трубопровода «Голубой поток» по термогазодинамическим параметрам, позволяющий своевременно выявлять опасные режимы работы и причины их возникновения, что позволит эффективно проводить мероприятия по регулировке и ремонту оборудования, а так же увеличить вероятность безотказной работы.

7. Разработанные автором метод, алгоритм и программа диагностики технического состояния морского участка трубопровода «Россия- Турция» используются для практических расчетов, проводимых диспетчерскими службами КС «Береговая» ООО «Кубаньгазпром» для обеспечения экологической безопасности эксплуатации трубопроводе и оперативного регулирования технологических режимов перекачки газа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шиян, Станислав Иванович, Краснодар

1. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А., Степаненко А.И., Шибнев А.В. Работоспособность трубопроводов. Часть 1. М.: Недра, 2000. -244 с.

2. В.В. Грачев, С.Г. Щербаков, Е.И. Яковлев. Динамика трубопроводных систем. М.: Наука, 1987. -438 с.

3. Сухарев М.Г., Карасевич A.M. Технологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов.М.: ГУЛ Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000.- 347 с

4. Хенли Д., Кумамото X. Надёжность технических систем и оценка риска. М.: Мир, 1987.-528с.

5. Кунина П.С., Павленко П.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с центробежными нагнетателями. Ростов-на-Дону, изд-во РГУ, 2001. -362с.

6. Кунина П.С. Стратегия анализа надежности риска и безопасности нефтегазовых комплексов. Научная мысль Кавказа. Ростов н/Д., №2,2003.

7. Сложные трубопроводные системы /В. В. Грачев, М. А. Гусейн-заде, Б. И. Ксёнз и др. — М.: Недра, 1982. — 256 с.

8. Надежность технических систем. Справочник Под.ред. И А.Ушакова М : Радио и связь, 1985 606с

9. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. / Ишмухаметов И.Т , Исаев С Л., Лурье MB., Макаров С.П. -М : Нефть и газ, 1999. -300с

10. Трубопроводный транспорт продуктов разработки газокондснеттных ме сторождений/Е. И. Яковлев, Т. В. Зверева, А. Е. Сощенко и др. — М.: Не-,дра,1990. —240 с.

11. Боев Б.В., Бугровский В.В., Вершинин М.П. и др. Идентификация и диагностика в информационно-управляющих системах аэрокосмической отрасли. М.: Наука, 1988.-157 с.

12. Сооружение и ремонт газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз/Р. А. Алиев, И. В. Березина, Л. Г. Телегин и др. — М.: Недра, 1987. — 271 с.

13. Трубопроводный транспорт нефти и газа/Р. А. Алиев, В.Д. Белоусов, А. Г. Немудрое и др. — М: Недра, 1988. — 368 с.

14. Трубопроводный транспорт продуктов разработки газокондснеттных ме-сторождений/Е. И. Яковлев, Т. В. Зверева, А. Е. Сощенко и др. — М.: Недра, 1990. — 240 с.

15. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Том 1 и 2. М.: Наука, 1973.-346с.

16. Сухарев М. Г., Ставровский Е. Р. Оптимизация систем транспорта газа. М., Недра, 1975.- 410 с.

17. Крылов Г. В., Чекардовский М. Н., Яковлев Е. И. Техническая диагностика газотранспортных магистралей.—Киев: Наук, думка, 1990.-304 с.

18. Петухов В.И. Методы оптимизации измерительной информации. Рязань: 1972.- 148 с.

19. Ионин Д. А., Яковлев Е. И. Современные методы диагностики магистральных газопроводов. — JL: Недра, 1987. — 232 с.

20. Барзилович Е. Ю. Модели технического обслуживания сложных систем.— М.: Высшая школа, 1982. — 231 с.

21. Режимная управляемость систем энергетики. /Отв. ред. Китушин В. Г. —Новосибирск: Наука, 1989. — 234 с.

22. Адрианов Ю.М., Лопатин М.В. Квалиметрические аспекты управления качеством новой техники. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. —288с.

23. Методика экспертной оценки относительного риска эксплуатации линейной части магистральных газопроводов. / Аргасов Ю.Н., Эристов В.Н.,Шапиро В.Д. и др М : ИРЦ Газпром 1995. -99с

24. Фомин В.Н. Квалиметрия. Управление качеством. Сертификация. Курс лекций.-М.: Ассоциация авторов и издателей «ТАНДЕМ».Изд-во» «ЭК-МОС», 2000. -320с.

25. Шиян С.И., Бунякин А.В., Кунина П.С.Оптимизация выбора математической модели течения газа в трубопроводе для определения его технического состояния. Ростов- н/Д., Научная мысль Кавказа, № 9, 2004. -с.89-104.

26. А.В.Бунякин, С.И.Шиян. Оптимизация технологического комплекса ДЭГ методом математического моделирования. Ростов- н/Д., Научная мысль Кавказа, №6, 2004. -с. 117-126.

27. Райфа Г. Анализ решений (введение в проблему выбора в условиях неопределенности. М: Высшая школа, 1977.-408 с.

28. Широков М. Ф. Физические основы гидродинамики -М.: Физматгиз, 1958. -340с.

29. ЗО.Чарный И. А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах (2- е издание) -М : Недра, 1975. -296 с.

30. Неизотермическое течение газа в трубах. /Под ред. Васильева О.Ф./ -Новосибирск Наука, 1978 -127 с.

31. Шиян С.И., Бунякин А.В.Алгоритм расчета распределения давления, скорости и температуры при стационарном одномерном течении на примере морского участка газопровода «Россия-Турция». Ростов-н/Д., Изв. Вузов. Изд-во СКНЦ, №2, 2003. -с 48-65.

32. Фирер А. С. Об интегральной форме уравнения материального баланса для кольцевого газопровода.— В кн.: Автоматическое управление и энергетика нефтяной и газовой промышленности. Вып. 2. М., 1976, с. 18—21 ,(ВНИИКАнефтегаз).

33. Рид Р., Праустинц Дж ., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. J1.: Химия, 1982.-591 с.

34. Hall К R., Yarborough L How to solve equation of state for Z-factors Oil and gas J., Feb 18, 1974, pp. 86-88.

35. Takacs G Comparisons made for computer Z-factor calculations Oil and gas J,Dec 20, 1976, pp 64-66.

36. Миркин A3., Усиньш В. В. Трубопроводные системы. Справ, изд. -М.: Химия, 1991.-256 с.

37. Кривошеий Б. JL, Тугунов П. И. Магистральный трубопроводный транспорт. — М.: Наука, 1985. — 238 с.

38. Богданофф Дж., Козин Т. Вероятностные модели накопления повреждений. — М.: Мир, 1989. — 344 с.40.3верьков Б. В. и др. Расчет и конструирование трубопроводов. — J1.: Машиностроение, 1979. — 246 с.

39. Кашьян Р. Л., Рао А. Р. Построение динамических стохастических моделей по эксплуатационным данным. — М.: Наука, 1983. — 384 с.

40. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных за дач.М.: Наука, 1974.-223 с.

41. Chen N Н An explicit equation for friction factor in pipe. Ind Eng. Chem Fund, 1979, 18,p. 296.

42. Lee A.L., Gonzalez M.H., Eakin B.E. The viscosity of natural gases J. Petr. Technol, 1966, №8, pp. 997-1000.

43. Меренков А П., Хасилев В Я. Теория гидравлических цепей -М : Наука, 1985.-278с.

44. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции.Т. 1.М.:Сов. радио, 1972. -744 с.

45. Губин В.Е, Губин В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов М.: Недра, 1982 -296 с.

46. Бобровский СЛ., Щербаков С.Г., Яковлев Е.И. и др. Трубопроводный транспорт газа М.: Наука, 1976,495 с.

47. Обратные задачи неизотермического стационарного движения газа/Е. А. Бондарев, А. Ф. Воеводин, М.А. Каниболоцкий и др.— Изв. АН СССР. Сер. Энергетика и транспорт, 1973, № 1, с. 143—145.

48. Jang С. Н., Hiller F. S. Mean and variance control chart limits based on a small number of subgroups.— J. Qual. Technol., 1970, vol. 2, p. 9.

49. Моделирование задач эксплуатации систем трубопроводного транспорта М.,1992,ВНИИОЭНГ,Е.И.Яковлев,В.Д.Куликов,А.А.Шибнев и др. -357 с.

50. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: «Советское радио», 1975.-216 с.

51. Беллман Р, Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М: Наука, 1965, -460с. (R Bellman, S.Dreyfus Applied dynamic programming Princeton Univ. Press, 1962.)

52. Моисеев H H Численные методы в теории оптимальных систем -М Наука, 1971.-424с

53. Spang Н.А. A review of minimization technigues for nonlinear functions. — «SIAM Rev.», 1962, v. 4, № 4.

54. F1 etcher R. Function minimization without evaluating derivatives— a review. — «Comput. J.», 1965, v. 8, !№ 1.

55. Wood C. F. Review of design optimization techniques. —«IEEE Trans.», 1965, v. SSC-1, № 1.

56. ZontendijK Q.Nonlinear programming — a numerical survey. — «SIAM J.Contr.», 1966, v. 4, p. 194—210.

57. Поляк Б. Т. Методы минимизации функции многих переменных. — «Экономика и мат. методы», 1967, т. 3, № 6.

58. Bel IramiE.J. A comparison of some recent iterativemethods for the numerical solustion of nonlinear programs. — «Lect. Nobes. Oper. Res. and Math. Econ.», 1969, INb 14, p. 20—29.

59. Powell M. J. A survey of numerical methods for unconstrained optimization. — «SIAM Rev.», 1970, v. 12, № 1.

60. Fletcher R., Powell M. J. A rapidly convergent descent method for minimization. — «Comput. J.», 1963, v. 7, № 2.

61. Шиян С.И., Бунякин А.В., Кунина П.С. Особенности моделирования технологических процессов транспорта газа. Научная мысль Кавказа, №1,2005 с. 102-111.

62. Моисеев Н.Н .Методы оптимизации. Задача отыскания экстремума функции многих переменных. ВЦ АН СССР, 1968.

63. Демидович Б. П., Марон И. А. Основы вычислительной математики. М., Физматгиз, 1960.

64. Лойцянский Л.Г. Механика жидкостей и газа. М.: Наука, 1973.-486 с.

65. Shanno D. Е. Parameter selection for modified Newton methods for functions minimization.—«SIAM J. Numer. Anal.», 1970, v. 7, № 3.

66. Галиуллин 3. Т., Кривошеий Б. Л., Кременсков Г. Г. Аналитический метод определения зоны гидратсобразования в магистральном газопроводе.—В кн.: Транспорт природного газа.М.-,. Недра, 1967, с. 125—136.

67. Сухарев М. Г., Вольский Э. Л. Определение коэффициента гидравлического сопротивления при неустановившемся движении газа.— Изв.вузов. Нефть и газ, 1972, № 6, с. 79—84.

68. Сухарев М. Г., Ставровский Е. Р. Статистические методы расчета коэффициента гидравлического сопротивления газопровода: Темат. науч. техн. обзор. М., 1970. 39 с. (ВНИИЭгазпром).

69. Оценка фактического значения коэффициента гидравлического сопротивления линейных участков газопровода по множеству замеров режимов/Д. С. Добряк, А. М. Подберезкин, Р. Б. Иванова и др.— Газ. пром-сть, 1976, № 4, с. 44—45.

70. Саркисянц Г.А., Макогон Ю.Ф. Предупреждение образования гидратов при добыче и транспорте газа. М., Недра, 1966. -186 с.

71. Панкратов В. С, Берман Р. Я. Разработка и эксплуатация АСУ газотранспортными предприятиями. — J1.: Недра, 1982.

72. Кублановский JI. Б. Оценка эффективности и оптимизация автоматизированных систем контроля и управления. М., Сов. радио, 1971. -328 с.

73. Кучин Б. Л., Седых А. Д., Рабин И. И. Использование метода адаптации и обучения для расчета коэффициента гидравлического сопротивления магистральных газопроводов.— Газ. пром-сть, 1974, № 4, с. 35—38.

74. Оценка фактического значения коэффициента гидравлического сопротивления линейных участков газопровода по множеству замеров режимов/Д. С. Добряк, А. М. Подберезкин, Р. Б. Иванова и др.— Газ. пром-сть, 1976, № 4, с.44—45.

75. Хачатрян Р. Г. Определение утечек и загрязнений линейного участка газопровода на основании замеров давлений и расходов на концах расчетного участка.— Экспресс-информация ВНИИЭгазпрома, 1977, № 9, с. 6—8.

76. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах. Л., Химия, 1983. 351 с.

77. Барзилович Е. Ю. Модели технического обслуживания сложных систем.— М.: Высшая школа, 1982. —231 с.

78. Режимная управляемость систем энергетики/Отв. ред. Китушин В. Г. —Новосибирск: Наука, 1989. — 234 с.

79. Борзенко И. М. Адаптация прогнозирования и выбор решений в алгоритме управления технологическими объектами. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 144 с.

80. Дисперсионная идентификация/Под ред. Н.С. Райбмана.— М.: Наука,1981.—302 с.

81. Евланов Л. Г. Контроль динамических систем. М., Наука, 1979. 432 с.

82. Ицкович Э. Л., Соркин Л Р. Оперативное управление производством.— М.: Наука, 1984. — 160 с.

83. Панкратов В. С, Берман Р. Я. Разработка и эксплуатация АСУ газотранспортными предприятиями. —Л.: Недра, 1982.

84. Рид Р., Праустинц Дж , Шервуд Т Свойства газов и жидкостей -Л Химия,1982.-591 с.

85. Рябинин В.А., Остроумов М А., Свит Т.Ф. Термодинамические свойства веществ -М : Химия, 1977 392 с.

86. Березина И. В., Ретинский В. С. Оперативное управление системами газоснабжения. — М.: Недра, 1985. — 19,2 с.

87. Кучин Б. Л., Алтунин А. Е. Управление системой газоснабжения в усложненных условиях. — М.: Недра, 1984. — 282 с.

88. Miele A., Cautrell J. W. Study on a memory gradient for minimization of functions. — «J. Opt. theory and appl.», 1969, v. 3,№ 6.

89. Cragg E.E., Levy A.V. Study on a supermemory gradient method for the minimization of functions. — «J. Opt. theory and appl.», 1969, v. 4, № 2.92. «Моделирование высокотемпературных скважин с высоким давлением», доклад SPE 20903.

90. Gas Processors Suppliers Association, Engineering Data Book. 11th Edition, 1998. (Ассоциация фирм-поставщиков оборудования для переработки газа, Сборник технических данных, 11-е издание, 1998.)

91. ISO 6976:1995 International Standart Natural gas- Calculation Calorific Value, density and relative density.

92. Steady State Hydrate Study (Анализ стационарного гидравлического режима), Snam/Snamprojetti, 024642-4U-RP-8005, 08/10/01.

Информация о работе

Шиян, Станислав Иванович
кандидата технических наук
Краснодар, 2005
ВАК 25.00.36

Диссертация

Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы