Татлыев Р.Д., адъюнкт Ульяновского высшего военно-технического училища
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПОЛЕВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Значительный интерес к проблеме надежности полевого магистрального трубопровода (ПМТП) обусловлен насущными вопросами практики, особенностями современного этапа научно-технического прогресса на трубопроводном транспорте. К ним, в первую очередь, следует отнести возрастание единичной мощности и протяженности ПМТП, усложнение конструкции и технологии, прогрессирующую автоматизацию производства и управления, централизацию технического обслуживания и ремонта, непрерывное возрастание требований по охране природы.
Исследование надежности связано с необходимостью решения комплекса задач теории надежности, выработки рациональных методов построения системы полевых трубопроводов, нахождения оптимального метода в задаче повышения надежности [1].
Надежность есть свойство изделия, в заданных условиях эксплуатации в рассматриваемый промежуток времени обеспечивать их работу, т.е. это свойство, учитывающее изменение основных характеристик в процессе эксплуатации.
Из большого комплекса мероприятий по повышению надежности ПМТП особое значение приобретают следующие пути:
- резервирование элементов, определяющих низкий ресурс всей системы;
- совершенствование организационной структуры трубопроводных частей;
- техническое совершенствование ПМТП;
- внедрение автоматизированной системы управления;
- повышение устойчивости технических элементов ПМТП к поражающим факторам ядерного оружия;
- оптимизация размещения технических элементов ПМТП на трассе;
- оптимизация размещения резерва на трассе развертывания ПМТП.
Рассматривая основные методы повышения надежности, особое внимание следует уделить резервированию ПМТП. Резервирование - метод повышения надежности объекта введением дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения объектом заданных функций. В этом случае отказ наступает только после отказа основного элемента и всех резервных элементов [2].
Систему можно представить из ряда ступеней, выполняющих отдельные функции.
Задача резервирования состоит в нахождении такого числа резервных образцов оборудования на каждой ступени, которое будет обеспечивать заданный уровень надежности системы при наименьшей стоимости. Выбор наилучшего варианта зависит главным образом от того увеличения надежности, которое можно достичь при заданных расходах.
Теоретические основы методов резервирования трубопроводов
ПМТП можно рассматривать как систему с независимыми элементами, для которой характерны два случая:
- однониточный ПМТП - система имеет два провода функционирования - ноль и единица;
- многониточный ПМТП - условия функционирования исправных элементов не нарушаются при отказе отельных элементов;
ПМТП эквивалентен модели системы с элементами, в случае если уровень резервирования системы не позволяет компенсировать последствия отказов.
Исходя из анализа эффективности способов повышения надежности ПМТП, развития технического прогресса в создании и использовании ПМТП, анализа и обработки имеющейся статистики об отказах ПМТП сформулируем основные теоретические положения:
1) резервирование - основной способ обеспечения требуемой надежности ПМТП;
2) отказы в системе ПМТП распределены по экспоненциальному закону;
3) изменение состояния ПМТП описывается Марковским процессом с непрерывным временем и конечным множеством состояния;
4) ПМТП является технологической системой и характеризуется целым рядом признаков: восстанавливаемый объект, объект длительного и непрерывного использования, эффективность его функционирования может быть оценена экономическими критериями, допуска перерыва в работе на время ликвидации отказов (восстановление) и др.;
5) отказы ПМТП обусловлены отклонением условий проектирования, изготовления, строительства и эксплуатации от расчетных (идеальных);
6) параметр потока отказов ПМТП - постоянная величина;
7) в минимизированную структуру ПМТП входят:
- линейная часть, выполненная как труба в однониточном (многониточном) исполнении с минимальной толщиной стенки Smin , которая рассчитывается из условий работы при напряжениях на уровне минимального предела текучести:
„ . Рраб • Dh
S min =-^-, (1)
2(¥i • 6t + Рраб)
где Рраб - рабочее давление;
Бн. - наружный диаметр трубы;
б! - минимальный предел текучести;
^ 1 - коэффициент, учитывающий сложнонапряженное состояние ПМТП;
- насосно-перекачивающие станции (НПС) с насосами, количество и мощность которых соответствует пропускной способности трубы.
Исходя из отмеченных положений следует, что резервами на ПМТП являются:
- линейные задвижки и перемычки;
- резерв толщины стенки трубы ^норм^тт);
- резерв по упрочнению трубы;
- количество резервных насосов и резерв по мощности насосов;
- ЗИП; СКЗ, дренажи, СТОР, вставки, ПРП, марки на ГПС и НПЗ.
Т.Е. все средства, предназначенные для обеспечения и подержания на заданном уровне во времени надежности ПМТП, являются для него резервом:
Рассмотрим способы резервирования ПМТП.
- резерв времени, выделенный для восстановления ее технических характеристик с помощью СТОР;
- различные конструктивные решения элементов системы;
- управления резервами.
Выбор номенклатуры показателей надежности для решения задач резервирования ПМТП.
На современном этапе наиболее приемлемым при выборе показателя надежности объектов и системы в целом считается подход, основанный на выборе этого показателя по признаку необходимости обеспечения качества функционирования объекта (системы) более высокого уровня, в которой рассматриваемый объект (система) входит как неотъемлемая составная часть (элемент). ПМТП можно рассматривать как объект, неразрывно связанный с снабжающей системой вооруженных сил. Исходя из этого, в качестве основного показателя надежности ПМТП, для задачи резервирования принимаем числовой показатель - коэффициент готовности Кг.
Рассмотрим виды резервирования - отражающий физический - качественный аспект резервирования и учитывающие основные функции применительно к ПМТП:
1. Структурное резервирование - резервирование, предусматривающее использование дополнительных, однотипных элементов структуры объекта ПМТП (обеспечивает свойство восстанавливаемости).
2. Временное резервирование - резервирование, предусматривающее предоставление системе в процессе функционирования возможности израсходовать некоторое заданное время для восстановления ее технических характеристик, нарушенных внезапными или поставленными отказами, для разгрузки или (заполнения) резервуарных парков для переиспытаний линейной части ПМТП (обеспечивает свойство ремонтопригодности).
3. Информационное резервирование - резервирование, использующее свойства корректирующих кодов. Информационное резервирование обеспечивает качество передачи информации (свойство восстанавливаемости).
4. Функциональное резервирование - резервирование, использующее способности элементов быть мало критичными к изменению внешних условий их функционирования, как за счет облегчения этих условий, так и за счет управления режимом функционирования. Функциональное резервирование обеспечивает функционирование элементов системы ПМТП в условиях, близких к расчетным, и способствует предупреждению отказов и уменьшению их количества за время эксплуатации (обеспечивает свойство сохраняемости).
5. Нагрузочное резервирование - резервирование, предусматривающее использование способности объекта ПМТП воспринимать дополнительные нагрузки и воздействия (обеспечивает свойство безотказности).
6. Конструкционное резервирование - резервирование, предусматривающее использование возможности изготовления основных и резервных элементов ПМТП конструктивными способами, отличающимися друг от друга степенью сложности и уровнем качества (свойство долговечности).
Существенным для задачи резервирования является определение единицы резерва. Предлагается два способа задания единицы резерва:
- единица резерва определяется из условия, что соответствующее ей приращение надежности должно быть несколько больше порядка задаваемой точности расчетов [3];
- единица резерва определяется согласно уровню значимости резервирования, которая определяется из соотношения:
Таким образом, рассмотрев резервирование как метод повышения надежности ПМТП, мы можем сделать вывод, что:
1) надежность магистральных трубопроводов следует рассматривать как условие выполнения задания транспортирования нефтепродуктов;
2) резервирование в системах трубопроводного транспорта, как и в любых других технических системах, является одним из наиболее эффективных средств повышения надежности снабжения нефтепродуктов.
1. Р.Р. Алиев, И.В. Березина, Л.Г. Телегин, Е.И. Яковлев. Сооружение и ремонт газонефтепроводов, газонефтехранилищ и нефтебаз. - Москва: Недра 1987 г. - С. 181-186.
2. Ясин Э.М., Березин В.Л., Ращепкин К.Е. Надежность магистральных трубопроводов. М: Недра 1972 г. - Стр. 33-41.
3. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Резервирование систем магистральных трубопроводов. - М.: Недра, 1987. - Стр. 48-96.
СГопт] — КГопт() — КГопт] = КГо ,при _] = !.
—1
(2)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.