авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение энергоэффективности магистрального транспорта нефти методами имитационного моделирования

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.276 На правах рукописи

Катанов Ринат Шамилевич

Повышение энергоэффективности

магистрального траНспорта нефти методами

имитационного моделирования

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии

«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель доктор технических наук Кутуков Сергей Евгеньевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Спектор Юрий Иосифович
кандидат технических наук Гольянов Андрей Иванович
Ведущее предприятие ОАО «Гипротрубопровод» (г. Москва)

Защита состоится 19 августа 2010 года в 900 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 19 июля 2010 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Существующая на данный момент в России сеть магистральных нефтепроводов представляет собой сложную энергоемкую систему, созданную за многие десятилетия, общая протяженность которой около 50 тыс.км диаметром от 400 до 1220 мм. Анализ работы системы магистрального транспорта нефти показывает, что отклонение от оптимальных режимов перекачки приводит к существенному перерасходу электроэнергии.

Развитие теории и практики оптимизации затрат на транспортировку нефти по трубопроводам связано с именами известных ученых и инженеров. Среди них В.Г. Шухов, Л.С. Лейбензон, В.С. Яблонский, В.И. Черникин, П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, Е.В. Вязунов, В.И. Голосовкер, М.В Лурье, А.М. Шаммазов, А.Г. Гумеров, В.А. Юфин и д.р. Благодаря их деятельности были заложены теоретические основы и накоплен неоценимый опыт, обобщение которого нашло своё продолжение в исследованиях современного поколения отечественных специалистов трубопроводного транспорта углеводородного сырья И.Р.Байкова, А.И. Гольянова, А.М. Нечваля, Р.В. Агинея, А.А. Шутова, С.Е. Кутукова, В.Е. Селезнева, В.В. Алешина, С.Н. Прялова и др.

В частности многими авторитетными исследователями показана возможность сокращения затрат электроэнергии на перекачку на 1535 %, но только современные успехи автоматизации управления технологическими объектами и развитие информационных технологий позволяют реализовать этот резерв повышения энергоэффективности.

Одним из аспектов задачи повышения конкурентоспособности Российской экономики является снижение энергоемкости валового национального продукта. Снижению энергозатрат при производстве продукции и оказании услуг уделяется пристальное внимание Президентом и Правительством РФ, о чем свидетельствует Указ от 04.06.2008 №889 "О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики", «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» (утв. распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-р).

Таким образом, исследование и решение задачи повышения энергоэффективности магистрального транспорта нефти оптимизацией план-графика загрузки нефтепровода с привлечением современных средств автоматизации можно рассматривать как актуальное направление развития отрасли в свете последних решений Президента и Правительства Российской Федерации.

Цель диссертационной работы

Увеличение энергоэффективности магистрального транспорта нефти методами имитационного моделирования, в частности, оптимизации по энергозатратам план-графиков перекачки по нефтепроводам с учетом их конструктивных особенностей.

Основные задачи исследований

  1. Предложить методику формирования оптимальных план-графиков загрузки технологического участка нефтепровода с применением аппарата генетических алгоритмов
  2. Разработать алгоритмы адаптации гидравлической модели участка магистрального нефтепровода по трем ключевым параметрам.
  3. Разработать устойчивые процедуры определения адаптивных параметров модели по информации с трассы, с учетом наличия и класса точности технических средств телемеханики.
  4. Предложить программные средства поддержки принятия решений в сфере управления эффективностью магистрального транспорта нефти.

Методы исследований

Результаты работы получены при использовании методов имитационного моделирования на адаптивных математических моделях, основанных на классических принципах гидромеханики и механики сплошных сред; генетические алгоритмы; промышленный эксперимент; статистический анализ временных рядов. Предложенные модели реализованы с применением современных численных методов в виде комплекса программ, на основе которых проведен ряд вычислительных экспериментов.

Результаты, выносимые на защиту

  1. Решение задачи формирования оптимальных по энергозатратам план-графиков перекачки нефти по трубопроводам с применением аппарата генетических алгоритмов.
  2. Алгоритм адаптации модели магистрального нефтепровода по трём ключевым физическим параметрам к актуальным данным, получаемым по каналам телемеханики.
  3. Устойчивые процедуры определения адаптивных параметров модели, с учетом технических возможностей систем телемеханики трубопровода.

Научная новизна

  1. Впервые на технологии «мягких вычислений» алгоритмизирована процедура формирования оптимального производственного план-графика перекачки, позволяющая получить график загрузки с заданной степенью дискретности по времени комбинацией технологически допустимых режимов эксплуатации. Разработана целевая функция для автоматизации формирования план-графика загрузки нефтепровода по критерию минимизации энергозатрат.
  2. Впервые предложен механизм адаптации модели магистрального нефтепровода, перекачивающего реологически сложные нефти по трём ключевым физическим параметрам к актуальным данным, получаемым по каналам телемеханики.

Практическая ценность

Предложенный подход позволяет алгоритмизировать разработку производственных программ магистрального нефтепровода на множестве технологически допустимых режимов его эксплуатации с целью снижения затрат энергии на перекачку с учётом его конструктивных особенностей и технического состояния.

Разработанные в диссертации алгоритмы и программные модули использованы:

- в ОАО «Каспийский трубопроводный консорциум» для решения задач повышения эффективности эксплуатации магистрального нефтепровода «Тенгиз-Морской терминал»;

- в ОАО «Северо-Западные магистральные трубопроводы» для решения задач снижения энергопотребления и повышения надежности на нефтепроводах «Сургут-Полоцк» и «Холмогоры-Клин» на участке «Платина-Лазарево».

- в ОАО «Гипротрубопровод» для обоснования возможности перекачки нефтей без разбавителей по трубопроводу «Баку-Тихорецк».

Полученные в работе результаты исследований позволяют снизить затраты электроэнергии на перекачку нефти по магистральным нефтепроводам и повысить эффективность принятия решений в сфере управления и диспетчеризации.

Апробация работы

Основные материалы диссертации доложены:

  • на 55-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа, 2004;
  • на 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа, 2005;
  • на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», секция C, г. Уфа, 2005;
  • на международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта», г. Новополоцк, 2006;
  • на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», секция C, г. Уфа, 2007;
  • на научно-технической конференции преподавателей и сотрудников УГТУ, г. Ухта, 2009 г. (14-17 апреля).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по главам, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 160 с., включающих 20 рисунков, 15 таблиц, список использованной литературы содержит 113 наименований.

содержание работы

Во введении приводится сущность диссертационного исследования, обоснована актуальность темы и охарактеризована практическая ценность выполненных исследований и предложенных технических решений.

В первой главе приведен анализ современных методов оптимизации работы нефтепровода с последующей постановкой задач исследования.

Рассмотрены этапы развития трубопроводного транспорта России. Выявлено, что для каждого этапа развития системы магистральных трубопроводов характерны свои оптимизационные задачи, адекватные технологическому уровню отрасли.

История применения математических методов оптимизации для выбора различных эксплуатационных параметров и составления план-графика работы в трубопроводном транспорте широко представлена в трудах таких ученых как В.С. Яблонский, Л.С. Абрамзон, П.И. Тугунов, М.В. Лурье, В.И. Голосовкер, А.М Шаммазов, А.К. Галлямов, Е.В. Вязунов, Ю.И. Шилина, Ю.П. Ретюнина, Н.А. Гаррис, С.Е. Кутуков и др. Вопрос исследован достаточно полно, и разработки доведены до практического использования.

Приведен обзор типовых задач оптимизации режимов эксплуатации нефтепроводов. Выявлено то, что предложенные математические модели достоверно описывают процессы, происходящие при перекачке нефти по трубопроводам, но не оперируют с данными диспетчерского контроля, т.е. не представляют параметров работы нефтепровода в режиме реального времени.

Анализ современных программных комплексов, который показал что возможности лучших образцов программных комплексов, реализующие имитационные модели рельефного трубопровода, перекачивающего реологически сложные нефти, ограничены практически лишь объемом, уровнем достоверности и оперативности исходной информации по географически распределённым объектам магистрального транспорта нефти в силу детерминированности постановки задачи. Выявлено, что в сочетании с преимуществами адаптивных моделей комплексы могут стать ядром системы управления эффективностью магистрального транспорта нефти.

На основе анализа технических характеристик показано, что на технологической платформе современных систем обнаружения утечек (СОУ) и SCADA магистральных нефтепроводов возможно построение адаптивной системы управления эффективностью процесса перекачки, основанной на достижениях имитационного моделирования и технологии «мягких вычислений»

На основании изложенного анализа литературы и практики разработки систем управления режимами перекачки сформулированы цели и задачи исследований, представленных в диссертационной работе.

Вторая глава посвящена разработке средств формирования план-графика загрузки магистрального нефтепровода. Целью является разработка алгоритма поиска оптимального варианта реализации план-графика перекачки нефти по нефтепроводу согласно критерию минимума энергозатрат.

Предложено решение задачи разработки производственных программ нефтепровода производить в логистической постановке, что значительно расширяет возможности варьирования технологическими режимами перекачки и определяет область допустимых решений разработки графиков загрузки сети, рисунок 1.

Рисунок 1 – Варианты план-графиков загрузки нефтепровода

Первым этапом решения поставленной задачи является нахождение всех технологически допустимых режимов эксплуатации трубопровода. Оценка области поиска возможных режимов показала, что пространство поиска обширное, для эксплуатационного участка с тремя станциями общее количество режимов равно . Следовательно, поиск оптимальных вариантов включения может потребовать значительных ресурсов. Применение методов прямого перебора и градиентного спуска нецелесообразно для поиска оптимальных режимов работы нефтепровода, потому что эти методы требуют наличия «гладкого» решения, в данном же случае пространство дискретно. Выбор режимов эксплуатации предложено осуществлять с помощью аппарата генетического алгоритма.

Более общее определение генетического алгоритма – это методы случайного глобального поиска, копирующие механизмы естественной биологической эволюции. Терминология данного метода вычислительной математики заимствована из генетики. Генетические алгоритмы оперируют с популяцией оценок потенциальных решений (индивидуумов) используя принцип «выживает наиболее приспособленный». На каждом шаге алгоритма образуется новое множество приближений, созданное посредством отбора индивидуумов согласно их уровню пригодности. Разработана целевая функция отбора. Приведено обоснование применения различных технологически возможных и эффективных схем подключения силового оборудования. Результаты поиска рациональных режимов эксплуатации приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Рациональные режимы эксплуатации нефтепровода «Сургут-Полоцк» технологический участок «Пермь-Лазарево»

№ расчетного режима Код режима Qн, млн.т/ год Qк, млн.т/ год Уд. затраты э/э,
10739 2/1-0-0 37,806 38,043 1,16
3669 1/2-0-1 50,018 50,255 2,20
3659 1/2-1-1 56,518 56,755 2,61
3657 1/2-1-2 60,206 60,443 2,98
3553 1/2-1-2 60,268 60,505 3,27
9929 1/2-1-2 60,331 60,568 3,04
3548 1/2-2-2 63,174 63,411 3,33
3626 1/2-2-3 67,268 67,505 3,83
3532 1/2-2-3 67,706 67,943 3,91
3522 1/2-3-3 68,456 68,693 4,05
10651 2/1-3-3 68,485 68,722 4,32


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.