научная статья по теме МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ Автоматика. Вычислительная техника

Текст научной статьи на тему «МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ»

Автоматика и телемеханика, № 7, 2010

Приложения теории надежности в промышленности, медицине и других областях

© 2010 г. М. Г. СУХАРЕВ, д-р техн. наук (Российский государственный университет нефти и газа, Москва), А. М. КАРАСЕВИЧ, д-р техн. наук (ОАО "Газпром промгаз", Москва)

МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ

Перечислены наиболее актуальные проблемы надежности Единой системы газоснабжения (ЕСГ) и ее объектов, дана характеристика моделей, разработанных для их решения, приводятся краткие сведения о компьютерных реализациях моделей. На базе этих моделей разработан и прошел апробацию отраслевой стандарт "Обеспечение системной надежности транспорта газа и стабильности поставок газа потребителям".

1. Введение

Исключительная роль газа в энергетике и экономике России определяет высокое значение надежности и стабильности снабжения потребителей при оперативном управлении и управлении развитием системы газоснабжения, ее территориальных подсистем и объектов. ЕСГ является одной из систем энергетики. Технологическая специфика больших трубопроводных систем энергетики (систем газо-, нефте-, тепло-и водоснабжения) обуславливает целесообразность разработки для их исследования предметно ориентированных моделей надежности. В статье речь идет о надежности систем газоснабжения (СГ), основными особенностями которых для рассматриваемых проблем являются:

• наличие протяженных (трубопроводы) и сосредоточенных (станции, установки и др.) объектов,

• большое число потребителей, разнородных по значимости и объемам потребления (а следовательно, множественность производственных функций системы),

• целесообразность введения нескольких показателей надежности, зависящих от постановки задачи,

• невозможность естественного определения отказа системы и основанных на этом понятии показателей надежности,

• наличие средств временного резервирования - подземных хранилищ газа, установок по сжижению-регазификации, - использующихся для повышения надежности снабжения потребителей и выполняющих другие производственные функции.

Последняя из указанных особенностей отличает систему газоснабжения от электроэнергетической системы, что наряду со спецификой технологических процессов не позволяет пользоваться не только компьютерным, но в какой-то мере и методическим (модельным) обеспечением, разработанным для решения задач надежности этой отрасли.

Тем не менее проблемы надежности всех больших систем энергетики: электроэнергетической и трубопроводных - имеют много общего. Это явилось причиной организации в 1973 г. научно-исследовательского семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики". Его руководителем многие годы был академик Ю.Н. Руденко, ныне семинар носит его имя. Семинар позволяет обмениваться информацией и координировать исследования специалистам разных отраслей не только России, но и стран ближнего и дальнего зарубежья и плодотворно работает вот уже более 35 лет. В 2009 г. состоялось 81-е заседание.

В качестве основных итогов работы семинара следует назвать разработку терминологии по надежности больших систем энергетики в дополнение к терминологическим стандартам общетехнических систем. Первый сборник вышел в 1980 г., второй [1] - в 2007 г. Под эгидой семинара издан справочник "Надежность систем энергетики и их оборудования" в четырех томах под общей редакцией Ю.Н. Руденко, 3-й том которого (в двух книгах) посвящен надежности систем газо- и нефтеснаб-жения [2].

Для характеристики надежности приходится вводить специальную совокупность показателей, зависящую от объекта и от уровня упреждения в принятии решения. Статья посвящена крупномасштабным, системным проблемам, вопросы конструктивной надежности не рассматриваются.

2. Объект исследования

Единая система газоснабжения РФ весьма существенно отличается от национальных (других государств) и континентальных (Европа, Северная Америка) систем газоснабжения по масштабам производственных мощностей, организационной структуре, природно-климатическим условиям функционирования, по технологической специфике и др. Газ составляет более 50% в топливно-энергетическом балансе России, что значительно больше, чем в других индустриально развитых странах мира. Именно масштабы ЕСГ и ее первостепенная роль в энергетике и экономике определяют исключительную значимость проблемы надежности системы газоснабжения страны. Зарубежные исследователи проявляют меньший интерес к обсуждаемой тематике.

Система газоснабжения включает подсистемы добычи, магистрального транспорта и распределения газа. В соответствии с [1] надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Функцией системы в целом и ее подсистем и объектов является снабжение потребителей. Следовательно, повышение надежности системы -это обеспечение бесперебойности снабжения потребителей. Способов повышения надежности много, они привязаны ко всем этапам жизненного цикла объектов [2], но основные решения по обеспечению надежности принимаются при формировании предпроектных и проектных решений. Из всего множества проблем выделим такие, где проработка решений с помощью математических моделей особенно важна:

• выбор структуры системы, направления и мощности потоков при планировании ее развития,

• выбор структуры проектируемого газопровода,

• обоснование резерва агрегатов на компрессорных станциях,

• обоснование параметров подземных хранилищ газа,

• обоснование расположения и параметров межсистемных перемычек,

• обоснование комплекса мероприятий по обеспечению газом потребителей в периоды экстремального понижения температуры воздуха,

• обоснование структуры распределительных сетей для обеспечения надежности снабжения потребителей, ремонтов трубопроводов и реконструкции системы.

Все перечисленные задачи за исключением последней относятся к подсистеме магистрального транспорта и хранения газа.

Прежде чем переходить к характеристике моделей, отметим некоторые проблемы не технического, а гуманитарного характера, возникающие в этой сфере. Практической значимостью исследований по надежности систем газоснабжения объясняется появление на этом поприще специалистов-надежностиков из других отраслей промышленности. К сожалению, приходится сталкиваться с непониманием этими специалистами производственной специфики задач, с желанием решать сложные проблемы простыми методами, с попытками привлечь традиционные для теории надежности модели, неспособные адекватно отразить возникающие проблемы. В то же время имеют место:

— психологическая неподготовленность специалистов-практиков к воспритию результатов расчетов на моделях, основанных на понятиях теории вероятности,

— невосприимчивость отечественной промышленности к инновациям (в том числе, в области информатизации),

— дефицит специалистов, владеющих необходимыми знаниями в области как технологии, так и математических и компьютерных моделей,

— незыблемость убеждения в превосходстве зарубежных разработок над отечественными.

3. Иерархия моделей расчета систем газоснабжения с учетом надежности

Перечисленные в разделе 2 (а также не попавшие в перечень) производственные задачи относятся, в основном, к области управления реконструкцией и развитием газотранспортных систем, где для принятия решений требуется тщательная предварительная проработка на математических и компьютерных моделях. Постановки задач и методы их решения зависят от масштабов системы, от глубины упреждения, технологических особенностей и др. Однако эти задачи имеют много общего в методах решения, находятся в тесной информационной взаимосвязи и могут быть объединены в рамках единого комплекса. На этой парадигме основан программно-вычислительный (компьютерный) комплекс, разработанный ОАО "Газпром пром-газ" и Российским государственным университетом нефти и газа.

Методическое обеспечение комплекса построено на принципах системного анализа, что подразумевает учет технологических и организационных взаимосвязей, мно-гокритериальность, адаптивность и преемственность. Здесь под адаптивностью понимается необходимость учета функций намечаемых к строительству и реконструкции объектов на протяжении всего жизненного цикла, а под преемственностью -необходимость учета предыдущих решений, скорректированных в соответствии с выявленными причинами имевших место недочетов и срывов.

Комплекс предоставляет возможность анализа различных технологических систем с учетом их режимного взаимодействия и является открытым для включения новых задач. Информационное обеспечение комплекса строится на единой базе и обеспечивает, когда это допустимо, возможность решения разных задач одними и теми же методами. Компьютерная составляющая комплекса ориентирована на использование эргатических (человеко-машинных) процедур.

Для решения всех функциональных задач комплекса разработана иерархия расчетных схем. Уровни иерархии характеризуются степенью агрегированности расчетных схем. В результате применения схемы низшего уровня получается информация для схемы высшего уровня. Расчет технологической структуры на верхних уровнях включает лишь балансовые соотношения (первый закон Кирхгофа). С увеличением детализации вводится фазовая координата - давление, а в математическую модель включается наряду с первым и второй закон Кирхгофа, затем может быть

добавлена еще одна фазовая координата - температура. Архитектура программного комплекса обеспечивает согласование расчетов по математическим моделям всех иерархических уровней.

Методология подготовки решений по управлению развитием и реконструкцией СГ с учетом надежности, по нашему убеждению, должна быть основана на сочетании формализованных методов (моделей) и экспертных оценок.

4. Модель расчета показателей надежности магистрального газопровода

Приводить систематическое описание всех математических моделей, вошедших в комплекс, нецелесообразно: это заняло бы слишком много места и не дало возможности сосредоточиться на принципиально новых аспектах построенных моделей. Начнем с расчета надежности структуры, состоящей из последовательно соединенных з

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.

Показать целиком