Разработка технологических решений капитального ремонта магистральных газопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем развития газовой промышленности является повышение уровня эксплуатационной надежности магистральных газопроводов (МГ) с целью поставки запланированных объемов газа отечественным и зарубежным потребителям. Главная задача в транспорте газа - обеспечение надежного функционирования системы магистральных газопроводов за счет комплекса плановых мероприятий, в том числе капитального ремонта.

Анализ технического состояния газопроводов России показывает следующее: средний возраст МГ равняется 27 годам; около 36103 км нуждаются в переизоляции и ремонте. Половина от общей протяженности МГ отработали срок, при котором пленочное изоляционное покрытие практически полностью теряет свои защитные свойства, что приводит к активным коррозионным процессам. Увеличилось количество отказов по причине стресс-коррозии, расширилась зона ее появления. Из-за потенциальной опасности часть МГ эксплуатируется с пониженным давлением. Ежегодный прирост газопроводов, потерявших при эксплуатации устойчивое положение и проходящих в обводненных и заболоченных районах Севера и Западной Сибири, составляет сотни километров.

Существующие технологические подходы производства ремонтных работ, связанные с переукладкой участков газопроводов, являются недостаточно эффективными. Как правило, они не обеспечивают выполнение капитального ремонта в установленные сроки, поэтому требуется совершенствование структуры производства ремонтно-строительных работ (РСР), предусматривающей создание в газотранспортных предприятиях на базе аварийно-восстановительных поездов ремонтно-восстановительных подразделений; ремонтных участков в составе линейно-эксплуатационных служб; специализированных участков по ремонту подводных переходов.

В этой связи разработка методологических основ и средств реализации технологических процессов капитального ремонта с использованием современных информационных технологий при подготовке и принятии решений является актуальной темой диссертационного исследования.

Исследования проводились в соответствии с научно-технической программой "Развитие технологий и совершенствования оборудования для обеспечения надежного функционирования ЕСГ, включая методы и средства диагностики и ремонта", перечнем приоритетных научно-технических проблем ОАО "Газпром", а также специальными программами научно-технических разработок ООО "Тюментрансгаз", ОАО "Спецгазавтотранс", ООО "Сургутгазпром" и других.

Цель диссертационной работы - разработка методов и средств подготовки и принятия технологических решений для обоснования процессов капитального ремонта магистральных газопроводов с использованием высокоэффективных информационных технологий.

Основные задачи исследования:

- разработка концепции основных направлений и принятия решений капитального ремонта МГ, которые обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ в сложных инженерно-геологических условиях;

- разработка методов анализа технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ с учетом условий и способов принятия решений при капитальном ремонте линейной части МГ;

- разработка методов и средств рациональной организации ресурсного обеспечения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте, исходя из условия повышения надежности функционирования МГ;

- обоснование и разработка методов эффективной реализации процессов капитального ремонта МГ с учетом сложных природно-климатических условий на основе совершенствования управленческой структуры производства ремонтно-строительных работ;

- разработка технологических решений для расчета показателей производства работ при капитальном ремонте линейной части МГ методом переизоляции с учетом возможного ущерба от аварий;

- разработка практических рекомендаций по реализации результатов

исследований при подготовке и принятии технологических решений капитального ремонта МГ в информационной среде с оценкой эффективности производства строительно-монтажных работ.

Научная новизна полученных результатов.

В работе обоснован комплексный подход к решению задач капитального ремонта участков линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях, включающий организационно-техническую подготовку производства ремонтно-строительных работ, применение современных ремонтных технологий и эффективное планирование технико-экономических показателей выполнения различных технологических операций.

Автором разработана концепция подготовки и принятия решений капитального ремонта МГ в сложных инженерно-геологических условиях, включающая методы сбора и обработки статистических данных с учетом технической диагностики МГ; критерии приоритетности вывода участков МГ в капитальный ремонт; методы ремонта МГ без прекращения подачи газа; технологию производства и контроля качества строительно-монтажных операций в процессе РСР; систему эффективной реализации ресурсного обеспечения капитального ремонта МГ с учетом безопасности и качества строительного производства.

На основе подготовленных алгоритмов анализа технико-экономической эффективности РСР для обеспечения эксплуатационной надежности МГ определены показатели и методы реализации технологических процессов капитального ремонта МГ в сложных природно-климатических условиях с использованием предложенных управленческих структур производства РСР.

Разработана методика планирования очередности ремонта участков МГ, основанная на результатах количественного анализа технико-экономических показателей капитального ремонта линейной части МГ (переизоляция с учетом возможного ущерба от аварий) и предусматривающая разработку в информационной среде технологических и управленческих решений в виде производственных программ, которые учитывают оптимальное распределение ресурсов ремонтных организаций и обеспечивают выполнение РСР в установленные сроки.

Защищаемые положения.

1. Концепция принятия решений капитального ремонта участков линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях с использованием информационных технологий, которая включает в себя подготовку ремонтно-строительных работ с определением технико-экономических показателей выполнения различных технологических операций.

2. Методы технологического проектирования РСР при капитальном ремонте с учетом условий и способов принятия решений в процессе анализа технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ.

3. Методы эффективного ресурсного обеспечения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте для повышения надежности функционирования МГ с использованием разработанных технологических решений.

4. Структуры технологических процессов капитального ремонта МГ с использованием эффективных решений производства РСР в сложных природно-климатических условиях.

5. Научно-техническое обоснование эффективности производства строительно-монтажных работ, обеспечивающее реализацию практических рекомендаций по применению результатов исследований при подготовке и принятии технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке методических и прикладных руководств, а также нормативных документов отраслевого и межотраслевого значения, регламентирующих принципы подготовки и принятия технологических и управленческих решений по капитальному ремонту линейной части МГ в сложных инженерно-геологических условиях. Разработанные информационные технологии принятия обоснованных технологических решений капитального ремонта МГ обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ на линейной части МГ и сохраняют эксплуатационную надежность газотранспортных систем в целом.

Методы подготовки и принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде, технологические и управленческие принципы производства работ, алгоритмы и методики расчета, обеспечивающие эффективное выполнение ремонтно-строительных работ, использованы практически всеми газотранспортными предприятиями ОАО "Газпром", а также различными ремонтными организациями. Практическая значимость основных результатов диссертации подтверждена соответствующими актами внедрения.

Разработанные методы оценки технико-экономических показателей выполнения работ по капитальному ремонту участков МГ в процессе подготовки и принятия технологических и управленческих решений послужили основой для составления ежегодных и перспективных программ ОАО "Газпром" по капитальному ремонту МГ, которые являются основным документом при планировании и производстве ремонтно-строительных работ.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: научно-техническом совете (НТС) ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт трубопроводов. Состояние и перспектива развития прогрессивных технологий, новых технических средств и оптимальных методов ремонта линейной части магистральных газопроводов." (г. Москва, 2000); Международной научно-технической конференции "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов" (Словакия, Высокие Татры, 2000); 10-ой Международной деловой встрече "Диагностика-2000" (Кипр, 2000); НТС ОАО "Газпром" "Экономика, организация и управление производством в газовой промышленности" (г. Сочи, 2000); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Новые технические средства для ремонта - основа повышения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов." (г. Екатеринбург, 2001); 11-ой Международной деловой встрече "Диагностика-2001" (Тунис, 2001); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Новые технические решения при ремонте, реконструкции и строительстве линейной части магистральных газопроводов и газораспределительных станций" (г. Волгоград, 2002); международной строительной конференции «Batimat MosBuild - Создание новой конкурентоспособной управленческой структуры в новых экономических условиях. Эффективное управление и оптимизация расходов при строительстве и капитальном ремонте крупных топливно-энергетических объектов» (г. Москва, 2002); НТС ОАО "Газпром" "Техническое обслуживание и ремонт газопроводов. Разработка и внедрение технологий, оборудования и материалов по ремонту изоляционных покрытий и дефектных участков труб, включая дефекты КРН, на магистральных газопроводах ОАО "Газпром" (г. Ухта, 2003); международной выставке «Реконструкция, ремонт и строительство трубопроводных систем. Поиск экономически и технологически обоснованных путей повышения реконструкции, ремонта, строительства, технической диагностики, утилизации и консервации объектов трубопроводного транспорта, а также совершенствование законодательной и нормативной базы» (г. Москва, Всероссийский Выставочный Центр, -2002, -2003, -2004); 2-ой и 3-ей Международных конференциях "Обслуживание и ремонт газонефтепроводов" (ОАЭ, г. Дубай, 2005, ; г. Сочи, 2006).

1. Анализ и разработка концепции реализации методов обеспечения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов путем своевременного проведения ремонтно-строительных работ, в том числе с использованием: современных технологических схем капитального ремонта МГ в процессе замены изоляционного покрытия; оценки напряженно-деформированного состояния участков в условиях реализации процессов капитального ремонта; классификации технологических операций подготовки строительного производства для капитального ремонта участков МГ; подготовки и принятия решений для производства ремонтно-строительных работ на участках МГ в сложных природно-климатических условиях, как актуальнейшей задачи отрасли

Решению проблем строительства, эксплуатации и капитального ремонта МГ посвящены научные работы многих известных ученых, таких как: Антипьев В.Н., Березин В.Л., Бородавкин П.П., Васильев Г.Г., Галлиулин З.Т., Гумеров А.Г., Короленок A.M., Ращепкин К.Е., Решетников А.Д., Телегин Л.Г., Халлыев Н.Х., Харионовский В.В., Ясин Э.М. и др., труды которых являются основополагающими в решении методологических вопросов, связанных с эксплуатацией и капитальным ремонтом магистральных газопроводов. Вместе с тем, проблемы эксплуатации газотранспортной системы ОАО "Газпром" на современном этапе ее развития требуют разработки новых мероприятий в области организации, технологии и механизации производства ремонтных работ для обеспечения надежного функционирования объектов транспорта газа.

Стратегия технического обслуживания и восстановления эксплуатационных параметров МГ имеет в настоящее время огромное значение. Это связано с тем, что в условиях реализации рыночных отношений возникает острая необходимость в ориентированной стратегии ремонта МГ в части установления приоритетности вывода тех или иных участков МГ в капитальный ремонт и ремонта действующих МГ без прекращения перекачки продукта.

Известные технологии ремонта линейной части МГ, в том числе связанные с их масштабной переизоляцией, имеют достаточно ограниченную область применения. В основном, традиционно применяемые технологические решения рассматриваются на участках трассы, где местность имеет спокойный рельеф или на ней отсутствует заболоченность и обводненность. В сложных инженерно-геологических условиях в отсутствии применительно к ним эффективных технологий капитального ремонта приходится прокладывать новые нитки газопроводов взамен устаревших, что связано со значительными затратами. Чтобы существенно сократить эти издержки, должны быть найдены такие научно-технические и инженерные решения, которые призваны обеспечить создание принципиально новых технологий ремонта газопроводов в различных природно-климатических условиях. При этом следует обратить особое внимание на наиболее перспективные методы ремонта МГ - переизоляцию и выборочный ремонт с учетом специфики прохождения трассы (болота, горы, овраги). Кроме этого, необходимо подробно проанализировать процессы подготовки и принятия решений для реализации ремонтных работ: вскрытие газопровода и разработка околотрубной траншеи, подъемно-очистные работы, ремонт трубы, подготовка поверхности газопровода, нанесение нового антикоррозионного покрытия, подбивка и засыпка грунта, контроль качества.

Главным стратегическим направлением ремонта МГ остается обеспечение эксплуатационной надежности ЕСГ России с гарантированной поставкой потребителю расчетных объемов газа. Практика эксплуатации и ремонта МГ показывает, что в современных условиях следует исходить из следующих основных и взаимосвязанных между собой направлений формирования и развития концепции ремонта МГ (рис. 1): технической диагностики; приоритетности вывода участков МГ в капитальный ремонт; капитального ремонта газопроводов; ремонта газопроводов без прекращения подачи газа; организационной структуры производства ремонтно-строительных работ; контроля качества производства работ в процессе ремонта.

Рис. 1. Структура основных направлений подготовки и принятия решений капитального ремонта

газопровод магистральный эксплуатационный

Формирование концепции ремонта газопроводов невозможно без развития и внедрения внутритрубной диагностики магистралей, объемы работ которой неуклонно возрастают. Проведена внутритрубная дефектоскопия достаточно большого количества участков МГ. Всего по результатам пропуска внутритрубных снарядов-дефектоскопов выявлено и устранено значительное количество дефектов труб различного вида (вмятины, задиры, коррозионные повреждения и др.), приравненных к наиболее опасным. Тем самым предотвращены многие потенциальные аварии газопроводов.

Определяющими же из приведенных направлений развития принципов подготовки и принятия решений капитального ремонта МГ в условиях реализации информационных технологий в настоящее время являются: ранжирование участков МГ для капитального ремонта, которое базируется на выборе критериев и принципов ранжирования участков газопроводов по степени коррозионной опасности; ремонт газопроводов без прекращения подачи газа, основанный на разработке, создании и внедрении эффективных технологий, материалов и конструкций, позволяющих производить ремонтные работы на газопроводах без остановки перекачки газа, с минимальным риском.

Основными критериями ранжирования участков МГ при определении приоритетности их вывода в капитальный ремонт следует считать (рис. 2): степень важности газопроводов по функциональному назначению; техническое состояние газопровода; условия эксплуатации газопровода; оценка последствий вывода участка газопровода в капитальный ремонт.

Основные принципы ранжирования участков МГ, подлежащих выводу в капитальный ремонт, должны исходить из закономерностей возникновения предаварийных ситуаций на газопроводах, анализа статистики отказов, результатов технической диагностики, основанной на внутритрубной дефектоскопии, данных коррозионного мониторинга и результатов комплексного технического обследования металла и изоляции труб с инструментальной оценкой фактического технического состояния газопроводов в шурфах.

Анализ статистики отказов и результатов внутритрубной дефектоскопии показывает, что наиболее значимыми по величине и стабильными во времени являются коррозионные отказы газопроводов. За последние 10 лет каждая третья авария магистрального газопровода произошла по причине коррозии. Поэтому первоочередной для отрасли задачей является дифференциация газопроводов по степени коррозионной опасности. При участии автора была разработана и включена в ГОСТ Р 51168-98 классификация участков магистральных газопроводов по трем степеням коррозионной опасности. Определены критерии и предложены способы выявления участков высокой, повышенной и умеренной коррозионной опасности, которые включены в новую редакцию правил технической эксплуатации магистральных газопроводов.

Рис. 2. Критерии приоритетности вывода участков МГ в капитальный ремонт

Дифференциация газопроводов по степени коррозионной опасности позволяет более обоснованно сформулировать принципы, определить стратегию и тактику капитальных и выборочных ремонтов газопроводов. Наряду с приоритетностью вывода участков МГ в капитальный ремонт важнейшим направлением формирования концепции ремонта магистральных газопроводов ОАО "Газпром" является всестороннее совершенствование методов и средств производства ремонтно-строительных работ на газопроводах без прекращения подачи газа (рис. 3).

В условиях реализации рыночных механизмов хозяйствования первостепенную важность приобретает фактическое снижение затрат на ремонтно-техническое обслуживание МГ. Для нормальной работы специализированных ремонтных подразделений необходима разработка таких табелей их оснащенности машинами, механизмами и оборудованием, которые позволяли бы вести ремонтно-строительные работы с использованием прогрессивных и энергосберегающих технологий в любых природно-климатических условиях.

Рис. 3. Методы и средства ремонта МГ без прекращения эксплуатации

2. Результаты исследований технологического проектирования ремонтно-строительных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов

Разработаны основные принципы проектирования организации ремонтно-строительных работ с учетом данных диагностики состояния линейной части магистральных газопроводов и использованием классификационных признаков обнаруженных на линейной части дефектов. Предложена структура системы принятия технологических и управленческих решений капитального ремонта участков магистральных газопроводов с учетом результатов наблюдений за эксплуатационными показателями.

Практика эксплуатации и РСР на линейной части МГ показывает, что в современных условиях следует исходить из следующих основных и взаимосвязанных между собой направлений формирования и развития технологического проектирования выполнения РСР (рис. 4): диагностики; приоритетности проведения РСР; методов проведения РСР; контроля качества производства РСР.

Следует отметить, что основным направлением развития технологического проектирования РСР в настоящее время является методология определения приоритетности проведения РСР, которая базируется на выборе критериев и принципов ранжирования участков МГ по степени коррозионной опасности. Кроме того, проведение РСР без прекращения газопроводного транспорта должно быть основано на разработке эффективных технологий, материалов и конструкций, позволяющих производить РСР на участках МГ без остановки перекачки с минимальным риском.

Рис. 4. Основные направления проектирования РСР на линейной части МГ

Предварительный выбор методов проведения РСР осуществляется с учетом обработки данных диагностики в зависимости от типа и параметров дефекта. При этом, можно выделить следующие основные методы производства РСР на линейной части магистральных газопроводов: М1 - шлифовка, М2 - заварка, М3 - установка муфты, М4 - врезка катушки, М5 - замена участка газопровода.

Оценку технико-экономической эффективности выполнения РСР путем замены участка газопровода предлагается проводить с использованием балльных оценок. Замена участка газопровода, содержащего дефекты с определенной плотностью, целесообразна при условии: Сзамена СРСР, где Сзамена - затраты на РСР при полной замене участка газопровода, СРСР - затраты на производство РСР по восстановлению работоспособности рассматриваемого участка газопровода с учетом суммы затрат на выполнение РСР для всех дефектов на данном участке. Для экспертной балльной оценки затрат на выполнение РСР путем полной замены участка газопровода предложена формула

Сзамена = СП + СР + СЗ + СТ = k1 + k2Lучастка + k3Dн2, (1)

где СП - затраты на подготовительные операции; СР - затраты, связанные непосредственно с выполнением РСР по переукладке участка газопровода; СЗ - затраты на заключительные операции; СТ - недополученная в связи с проведением РСР тарифная выручка; Lучастка - протяженность участка газопровода, м; Dн - наружный диаметр газопровода, м; k1, k2 и k3 - эмпирические коэффициенты.

Экспертная балльная оценка затрат на производство РСР по восстановлению работоспособности рассматриваемого участка газопровода с учетом суммы затрат на выполнение РСР для всех дефектов на данном участке определяются по формуле

СРСР = i=1,k (СПi + СРi + СЗi + СТi), (2)

где СПi - затраты на подготовительные операции по i-му дефекту; СРi - затраты, связанные непосредственно с выполнением РСР по устранению i-го дефекта; СЗi - затраты на заключительные операции по i-му дефекту; СТi - недополученная в связи с проведением РСР тарифная выручка; i = 1,2,…,k - общее количество устраняемых дефектов на участке газопровода, протяженностью Lучастка.

Оценка технико-экономической эффективности выполнения РСР осуществляется с помощью соответствующих коэффициентов удорожания. Результаты расчетов при следующих исходных данных: Lучастка = 150 м - протяженность участка МГ; Dн = 0,82 м - наружный диаметр МГ, Li(i=1,2,…,5) = 5 м - длина ремонтной конструкции, k1 = 55,1, k2 = 1,3 м-1, k3 = 0,88 м-2, М4 - метод проведения РСР (врезка катушки), позволяют сделать вывод о целесообразности проведения работ при k 3, так как Сзамена = 251 > СРСР(k = 3) = 245. С другой стороны, уменьшение протяженности участка МГ Lучастка, на котором проводятся РСР, существенно влияет на получаемый результат: замена участка МГ, содержащего дефекты с определенной плотностью, становится целесообразной уже при Lучастка 140 м, так как Сзамена(Lучастка = 140 м) = 238 СРСР(k = 3) = 245.

Для решения задачи формирования программы производства РСР для системы объектов газопроводного транспорта представляется необходимым воспользоваться методами многокритериального оценивания приоритетов объектов с учетом всей информации, имеющейся к началу планирования, а также суждений экспертов по факторам, не поддающимся количественному анализу. Основные принципы подготовки технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде включены в пакет прикладных программ для ПЭВМ, который представляет собой экспертную диалоговую систему анализа технического состояния участков МГ по определенным эксплуатационным показателям.

В состав исходных данных для многокритериального оценивания и расчета приоритетов участков линейной части МГ с учетом технико-экономических показателей выполнения РСР для каждого участка входят показатели: объема РСР для каждого объекта и соответствующих затрат, которые определяются в ходе оптимизации способов производства РСР; технического состояния участков МГ из системы технического мониторинга. Укрупненная схема анализа приоритетов представлена на рис. 5.

Рис. 5. Общая схема анализа участков МГ для включения в программу проведения РСР

Для решения задач технологического проектирования капитального ремонта на участках МГ предложены: основные принципы использования метода попарного сравнения для оценки приоритетов объектов при формировании программы РСР; структура проблемы планирования РСР на МГ; элементы математической модели и результаты расчетов ранжированной системы объектов. Метод попарного сравнения заключается в представлении проблемы в виде схем простых иерархий с множествами элементов на промежуточных уровнях, которые отражают критерии, факторы, события, влияющие на элементы последующих уровней (нижний уровень содержит перечень альтернатив).

Установлено девять групп критериев, которые могут оказывать влияние на безопасность и целостность МГ: нормативные проектно-конструктивные решения; экологический ущерб при аварии; данные диагностики о фактическом состоянии металла труб; стойкость изоляции, коррозионная активность грунта, состояние катодной защиты; стабильность грунта и работоспособность монтажных соединений; протяженность возможных разрушений при авариях; данные гидравлических испытаний; данные об имевших место авариях и утечках; наличие защиты от механических повреждений. В соответствии с устоявшимися подходами к оценке надежности эксплуатации сложных технических систем в основу расчета приоритетов можно положить количественную оценку возможности возникновения отказа на данном участке техногенного объекта. Первичные сведения по каждому объекту насчитывают 99 качественных и количественных показателя.

Принцип синтеза решений для ранжирования объектов газопроводного транспорта для проведения РСР по критериям технического состояния заключается в следующем. Для оценки сравнительной значимости взятых объектов нужно получить не только векторы относительных приоритетов для каждого из выбранных девяти критериев, но и определить, какие объекты получат наивысший глобальный приоритет с учетом уже оцененной значимости критериев и сопоставления отдельных характеристик.

Математическая модель для оценки относительного риска эксплуатации участков МГ включает в себя систему соотношений, последовательная реализация которых позволяет получить определенные балльные оценки возможностей возникновения отказов и их последствий. Очевидно, различные факторы вносят вполне определенный весовой вклад в окончательную оценку относительного риска, который определяется для МГ из соотношения

R = i=1,9 Ri. (3)

Условие (3) используется для приоритизации участков МГ с целью реализации проведения РСР на линейной части МГ.

Установлено, что основную роль в дифференциации объектов по оценкам риска и необходимости проведения РСР приобретают сведения об истории эксплуатации объектов и условиях их эксплуатации. Использование аналитических зависимостей позволяет получить количественную оценку индексов R1, R2, . . . , R9 (рис. 6а) и величину относительного риска эксплуатации каждого объекта R (рис. 6б).

Рис. 6. а. Величина индексов R1, R2 и R3 для расчета относительного риска R: 1 - участок № 1; 2 - участок № 2; 3 - участок № 3; 4 - участок № 4. б.Величина относительного риска R эксплуатации участков магистрального газопровода

В результате появляется возможность ранжировать систему объектов из четырех участков по величине относительного риска эксплуатации и сделать вывод о том, что при составлении программы проведения РСР следует учесть факт необходимости проведения РСР на объекте № 3 (R = 0,496), затем на объекте № 2 (R = 0,200), а потом уже соответственно на объектах № 4 (R = 0,083) и № 1 (R = 0,062).

Увеличение числа сопоставляемых объектов приводит к необходимости использования современных ПЭВМ с соответствующей реализацией изложенного выше алгоритма. При этом появляется возможность хранения соответствующей базы данных по различным объектам и оперативного получения информации о желательном порядке выполнения РСР неограниченного количества участков МГ.

Представленный подход позволяет формализовать анализ структуры проблемы, сопоставлять суждения различных экспертов и выявлять несогласованности. При построении иерархии необходимо достаточно полно описать проблему как задачу иерархически организованного выбора. Результат процесса решения сильно зависит от этого начального этапа, т.е. от выбранной иерархической структуры, которая в общем случае является далеко не единственной. Предложенные методы создают определенную организационную структуру исследований, в которой могут быть отражены предпочтения групп экспертов, их цели, критерии и способы поведения, а также альтернативные варианты решений и оценки ресурсов, требуемых для реализации каждой альтернативы.

Третья глава посвящена исследованию и разработке управленческих решений в системе ресурсного обеспечения производства строительно-монтажных работ (СМР) при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов. Концепция системы организации ресурсного обеспечения строительно-монтажных организаций в условиях неопределенности обуславливает разработку: вероятностно-статистических методов количественного анализа ресурсного обеспечения процесса капитального ремонта с учетом реализации природоохранных мероприятий; методов анализа инвестиционно-строительных проектов ресурсного обеспечения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте; методик оптимизации показателей технико-экономической эффективности системы ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов.

При решении задачи управления системой ресурсного обеспечения капитального ремонта рассматривается материальный поток в условиях распределения и реализации РСР на участках МГ. Решение технологических и управленческих задач выполнения РСР на участках МГ применительно к разным видам ресурсов (например, запасы поверхностно-активных веществ для ликвидации последствий загрязнения окружающей среды при производстве СМР) имеет свою специфику, а сами системы различаются по своей структуре, размерам, функциям, складскому хозяйству, транспортной модели и т.д., а также и стратегии их функционирования. При этом на систему будут оказывать влияние изменчивые физические, управленческие, стоимостные и другие факторы, реализуемые в процессе перемещения ресурсов.

В результате анализа статистических данных автором была предложена зависимость, описывающая вероятность места производства СМР на участках магистральных газопроводов. При этом была выполнена проверка по двум критериям согласия (Пирсона и Колмогорова). Путем выполненного статистического анализа доказана возможность использования предложенной двухпараметрической функциональной зависимости (бета-распределение) с параметрами v = 0,5 и w = 2,0 при решении практических задач оптимального размещения объектов хранения ресурсного обеспечения капитального ремонта при неравномерном распределении вероятностей производства СМР на участках магистральных газопроводов

f(x) = xv-1(1 - x)w-1[B(v, w)]-1 , x [0,1]; (4)

B(v, w) = 0,1 uv-1(1 - u)w-1 du, (5)

где B(v, w) - бета-функция с параметрами v и w.

Организация системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ и затраты на природоохранные мероприятия представлены в работе в виде инвестиционно-строительного проекта (ИСП) с определением: затрат на устройство склада и транспортировку, а также затрат на природоохранные мероприятия при условии функционирования данной системы ресурсного обеспечения. В системе ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ имеется временная и пространственная неопределенность - момент отказа, местоположение места производства СМР и объем СМР являются случайными величинами. Кроме того, ИСП на природоохранную деятельность, связанный с системой ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ, приходится осуществлять в условиях высокой инфляции. Анализ ИСП выполняется путем определения коэффициента эффективности ИСП ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом природоохранных мероприятий по формуле

Kэфф = {Zexp[-ln(1 + r)]}/{Z1exp[-tln(1 + r)] + Z2exp[-ln(1 + r)}, (6)

где Z - величина затрат без системы ресурсного обеспечения производства СМР; Z1 - затраты на обустройство системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ; t - момент времени, когда система полностью готова и завезен материал на склады; - момент поступления денежных средств; r - ставка дисконтирования.

Число складов ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом природоохранных мероприятий (S) можно выбрать оптимальным образом путем оптимизации коэффициент эффективности ИСП (Kэфф max)

Sопт = {0,125KмL2C-1(X0 + L/2)-1exp{-[ln(1 + r)]( - t)}}1/4. (7)

Таким образом, обеспечивается возможность расчета оптимального количества складов в системе ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий и получения соответствующей зависимости коэффициента эффективности ИСП от ставки дисконтирования, т.е. Kэфф = Kэфф{Sопт, r}.

Результаты расчетов (случай квадратичной функции ущерба от загрязнения окружающей среды при L = 100 км и X0 = 400 км) показывают (рис. 7а, где L0(отн) = L0/L0(max), L0(max) = 200 км), что максимальная величина коэффициента эффективности ИСП (Kэфф = 4,59) достигается при расположении склада в месте L0 = L0(опт) = 43 км, а не L0 = L = 100 км. При таком расположении склада ИСП можно считать приемлемым даже при больших значениях ставки дисконтирования (рис. 7б), так как коэффициента эффективности ИСП будет всегда больше при L0 = L0(опт), а не при L0 = L.

Последовательное использование разработанной методологии анализа ИСП в условиях конкретной реализации неопределенности позволяет получить с одной стороны функциональные зависимости коэффициента эффективности ИСП (Kэфф) и средней стоимости организации системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий (ССРО)

Kэфф = Kм[(x + X0)/w]2exp(-) : {(СПАВ + CX0)ППАВexp(-t) + Kм[(x - L0)/w]2exp(-)}; (8)

ССРО = [СПАВ + C(X0 + L0)]ППАВVЗОС, (9)

с другой стороны, различные варианты организации системы ресурсного обеспечения для эффективного осуществления природоохранных мероприятий.



Рис. 7. а. Зависимость Kэфф ИСП от места расположения промежуточного склада ресурсного обеспечения. б. Зависимость Kэфф ИСП от r при различном расположении промежуточного склада ресурсного обеспечения: 1 - L0 = L0(опт) = 43 км; 2 - L0 = L = 100 км

В табл. 1 представлены технико-экономические показатели организации системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий.

Из приведенных расчетов видно, что стоимость (СПАВ.i) и коэффициент физико-химической эффективности материала (ППАВ.i) влияют на показатели инвестиционного процесса как бы в разные стороны. Так, несмотря на увеличение стоимости (СПАВ.3 > СПАВ.2), величина коэффициента эффективности ИСП (Kэфф) и показатель средней стоимости организации системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий в третьем варианте лучше (Kэфф.3 > Kэфф.2; ССРО.3 < ССРО.2), что в конечном итоге связано с коэффициентом физико-химической эффективности материала - получаем в первом варианте достаточно низкую стоимость организации системы ресурсного обеспечения (ССРО.1 < ССРО.3 < ССРО.2) при высоком коэффициенте эффективности ИСП (Kэфф.1 > Kэфф.3 > Kэфф.2).

Табл. 1

4. Результаты исследований методов принятия эффективных технологических и управленческих решений ресурсного обеспечения капитального ремонта магистральных газопроводов в различные периоды реализации строительных процессов

При этом, разработана стратегия оптимальной организации системы ресурсного обеспечения капитального ремонта при изменении свойств материала в условиях пространственно-распределенных участков магистральных газопроводов, что обусловило разработку методов имитационного моделирования технико-экономической эффективности использования ресурсного обеспечения производства строительно-монтажных работ.

Приемлемость проекта организации системы ресурсного обеспечения капитального ремонта участков МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий определяется коэффициентом эффективности оптимально организованной системы ресурсного обеспечения

Kэфф.oпт = maxG0,,t {Kэфф}. (10)

Основными параметрами, влияющими на величину Kэфф.oпт, являются: Kм - интенсивность роста экологического ущерба во времени; - параметр, характеризующий скорость потери физических свойств материала во времени; X0 - расстояние, характеризующее удаленность базы. Моделирование процесса изменения качества материала (материал меняет физические свойства) в системе ресурсного обеспечения осуществляется в том смысле, что после момента доставки t количества V, по истечению некоторого времени, т.е. в момент времени (T - t) эквивалентное с точки зрения потребителя количество материала равно

V(T) = V(T - t), (11)

где (T - t) = (G) - функция, обладающая следующими свойствами: (0) = 1; (G) - невозрастающая; (G) 0 при G .

Особенностью такой постановки является то, что одного завоза в момент времени t скорее всего недостаточно для производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий. Наиболее часто в системах ресурсного обеспечения потерю качества материала рассматривают с помощью введения срока годности Tг. В этом случае функция задается в следующем виде

(G) = 1 , если 0 G Tг ; (G) = 0, если G > Tг. (12)

В рассматриваемом случае более подходящей моделью является монотонно убывающая функция, такая, что (G) > 0 для любого G > 0, а схема поставок материала - дискретная и равномерная во времени ti = it , i = 1, 2, . . . , где t - интервал времени, который должен быть найден и соответствовать оптимальному решению проблемы поставок материала во времени. Таким образом, на первом этапе необходимо решить задачу оптимизации, а затем выразить величину показателя эффективности как функцию от оптимальных параметров. График завоза ресурсов представляется экспоненциальной функцией Vi = V0exp(- i - Nt), где c = Nt - среднее значение времени ; - параметр.

Подобный подход можно назвать параметрическим, так как моменты времени ti и соответствующие этим моментам времени количества материала Vi полностью определяются величинами V0, и t. В общем случае можно рассматривать технико-экономический параметр эффективности системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий как функционал от процесса управления V(T).

Установленная взаимосвязь параметров V0, и t позволяет проанализировать методологию управления поставками материала в системе ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий: 1) если часто подвозить необходимый материал (t - сравнительно мало при N достаточно большом), то затраты скорее всего будут большими; если t велико, т.е. редко подвозить, то есть опасность, что материал почти потерял требуемое качество и его практически нет; 2) если V0 мало, то скорее всего имеющегося количества материала не хватит и придется доставлять дополнительное количество с базы; если V0 большая партия материала, то затраты на его доставку с базы будут большими и часть материала останется не использованной; 3) управление интенсивностью подвоза материала необходимо осуществлять путем варьирования параметром ; при малом затраты скорее всего будут большими, так как поставка материала с базы каждый раз будет осуществляться в одинаковом объеме; при большом существует опасность остаться в момент спроса без материала вообще; 4) решение зависит от функции, которая описывает динамику изменения качественных свойств материала; если динамика изменения свойств материала ярко выраженная, то коэффициент эффективности ИСП ресурсного обеспечения становится меньше единицы (Kэфф < 1), так как кроме того, что практически все необходимое количество материала придется доставлять с базы, еще будут затраты на дополнительную доставку материала, который быстро теряет свои свойства.

Результаты расчетов представлены на рис. 8 (Kм.отн = Kм.i/Kм.max) - это зависимости оптимального коэффициента эффективности ИСП системы ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий Kэфф.опт от: интенсивности роста экологического ущерба во времени (параметр Kм); скорости потери физических свойств материала во времени (параметр ); расстояния, характеризующего удаленность базы от места производства СМР (параметр X0).

Видно, что при выраженной динамике старения материала система ресурсного обеспечения производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий с одним промежуточным складом может быть экономически эффективной только при весьма больших значениях интенсивности экологического ущерба в случае реализации ситуации загрязнения окружающей среды. При малых величинах Kм ИСП системы ресурсного обеспечения оказывается неприемлемым (данные 1). Если скорость старения не столь велика (данные 2 и 3), то ИСП ресурсного обеспечения будет эффективен при меньших значениях интенсивности экологического ущерба в случае реализации загрязнения окружающей среды.

Принципиальная схема размещения объектов хранения ресурсного обеспечения при неравномерном распределении мест производства СМР (рис. 9) в задаче оптимизации размещения объектов хранения ресурсов для производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий в случае неравномерного распределения координаты места производства СМР позволяет определить суммарные средние затраты Z = Z1 + Z2 на организацию системы хранения ресурсного обеспечения при фиксированном спросе (Z1) и затраты на устранение экологического ущерба в случае реализации загрязнения окружающей среды (Z2), которые становятся функциями координат x1, x2, . . . , xm.

Рис. 8. Зависимость эффективности системы ресурсного обеспечения Kэфф.опт от величины ущерба Kм.отн при различных : 1 - = 0,1; 2 - 0,25; 3 - 0,5

Рис. 9. Принципиальная схема размещения объектов хранения ресурсного обеспечения при неравномерном распределении мест производства СМР

Для определения суммарных средних затрат при равномерном (Zр) и неравномерном (Zнр) распределении вероятностей загрязнения окружающей среды в процессе строительного производства автором предложены следующие зависимости

Zр = А1 [A2 + (m + 1)-1A3]3 + (m + 1)-1A4 + A5 + m(A61 + A62); (13)

Zнр = А1(A2 + 4m[X]L-1A3)3 + 4m[X]L-1A4 + A5 + mA61 + 2L-1A62 i=1,m xi. (14)

где A1 = Yн1 K23 KПДК-1; A2 = MПАВ[(1/1 + 1/(K1w3)]; A3 = 0,25L/w2; A4 = 0,25C2LMПАВ; A5 = С3MПАВ; A6 = A61 + A62; A61 = C1X0MПАВ; A62 = 0,5C2LMПАВ; Yн [руб/м3] - нормативный экологический ущерб; l - безразмерный коэффициент, зависящий от места производства СМР на территории страны (задается нормативными таблицами); KПДК [мг/л] - предельно допустимая концентрация загрязнений в окружающей среде; K1 [кг/м3] - коэффициент пропорциональности, размерность которого должна определять возможность нейтрализации единицей веса ПАВ единицы объема загрязнений; K2 - безразмерный коэффициент, характеризующий технологическую эффективность данного типа ресурсов в процессе устранения загрязнения; С1 [руб/(кгкм)] - коэффициент, учитывающий стоимость доставки ресурсов на пункт хранения x = 0; С2 [руб/(кгкм)] - коэффициент, учитывающий стоимость доставки ресурсов на пункт хранения 0 < x L; С3 [руб/кг] - коэффициент, учитывающий стоимость приведения ресурсов в работоспособное состояние; [м/ч] - скорость загрязнения окружающей среды; w1 [кг/ч] - коэффициент, характеризующий скорость приведения ресурсов в работоспособное состояние; w2 [км/ч] - скорость транспортировки ресурсов к месту производства СМР; w3 [м3/ч] - коэффициент, характеризующий скорость объемной нейтрализации ресурсом загрязнения.

Результаты расчетов с использованием разработанного метода имитационного моделирования показали, что под эффективным расположением складов хранения ресурсов следует понимать следующее: относительные затраты (рис. 10, где Zотн = Z/Zmax) на организацию системы хранения ресурсов и затрат на устранение экологического ущерба в случае реализации загрязнения окружающей среды в процессе капитального ремонта участков магистрального газопровода от количества пунктов хранения ПАВ имеют минимум, который и соответствует оптимальному количеству пунктов хранения ресурсов (mопт) для производства СМР на участках МГ с учетом реализации природоохранных мероприятий.

5. Разработка методов анализа технико-экономических показателей капитального ремонта с учетом поддержания эксплуатационной надежности магистральных газопроводов

Реализация технологических принципов капитального ремонта магистральных газопроводов методом переизоляции, т.е. поддержание эксплуатационной надежности и безопасности газопроводов путем переизоляции с учетом влияния ремонтных работ на производительность газопроводов, невозможна без разработки алгоритмов анализа технико-экономических показателей выполнения работ - основных критериев сравнения вариантов организации ремонтных работ; методики анализа эффективности ремонта газопроводов методом переизоляции; методики анализа эффективности ремонта газопроводов с учетом ущерба от аварий.



Рис. 10. Зависимость относительных затрат на организацию системы объектов хранения ресурсов по длине МГ при капитальном ремонте от количества складов: 1 - mопт = 2; 2 - 4; 3 - 6

Отказы на МГ в основном связаны с коррозией металла труб и потерей защитных свойств изоляционных покрытий, выполненных при строительстве с применением пленок холодного нанесения и битумно-резиновых мастик.

Опыт эксплуатации МГ с применением указанных изоляционных покрытий показал, что через 812 лет пленочные покрытия теряют свои защитные свойства. Наблюдениями, проведенными на ремонтируемых участках МГ, установлено, что наибольшее число повреждений изоляции приходится на нижнюю, меньше - на верхнюю и еще меньше - на боковые части трубы.

Это объясняется тем, что к механическим повреждениям, образующимся во время укладки газопровода в траншею и засыпки его, добавляются повреждения, связанные с воздействием давления грунта, которое составляет 0,051050,5105 Па. Кроме того, в результате осмотического и электроэндоосмотического процессов с течением времени влага проникает к поверхности труб через изоляцию.

Полная защита магистрального газопровода, имеющего качественную противокоррозионную изоляцию, достигается комплексно при осуществлении электрохимической защиты (катодной, дренажной или протекторной). Выбор вида защиты предусматривается при разработке проекта, в котором принимается во внимание наличие или отсутствие блуждающих токов, коррозионная агрессивность грунтов, тип противокоррозионной изоляции и ее состояние, наличие источников электроэнергии, размеры единовременных затрат и эксплутационных расходов.

При катодной защите с помощью внешнего источника электрического тока газопровод делается катодным по отношению к почве, в случае протекторной - к газопроводу присоединяются протекторы, исполняющие роль анодов, из сплава металлов с высоким в условиях почвы отрицательным потенциалом. Дренажная защита, применяемая на участках газопроводов, находящихся в районе блуждающих токов, заключается в отводе данных токов с газопровода по кабелю в рельсовую сеть, что предотвращает стекание их в почву и повреждение труб.

Системный подход к анализу факторов, влияющих на надежность и безопасность МГ, учет отечественного и зарубежного опыта эксплуатации газопроводов позволили установить основные показатели, которые являются решающими для безаварийной эксплуатации газопроводов с гарантированным сроком службы (рис. 11).

Анализ производства работ по капитальному ремонту газопроводов, а также опыт организации ремонтно-строительных работ позволили автору выделить следующие дифференциальные показатели для последующей оценки конкурентоспособных вариантов производства РСР.

Показатель оценки продолжительности ремонта K1T, характеризующий отклонение запланированной продолжительности любого вида ремонтных работ от директивной, что вызывает в большинстве случаев нарушение организации более широкого комплекса работ (например, отклонение запланированной продолжительности выполнения работ по очистке газопроводов от старой изоляции в процессе производства ремонтных работ ведет к нарушению в технологической схеме отбраковки труб и нанесению нового изоляционного покрытия, что в итоге неизбежно приводит к задержке с вводом отремонтированного участка газопровода в эксплуатацию), следует находить по формуле

K1T = Tд/T , если Tд T ; K1T = T/Tд , если Tд > T, (15)

где Tд - директивная (заданная) продолжительность комплекса ремонтных работ; T - запланированная продолжительность комплекса ремонтных работ.

При переизоляции газопровода в траншее, требующей проведения различных работ - вскрышных, подкопки, первичной и финишной очистки труб, их отбраковки, нанесения грунтовки и нового покрытия, следует использовать показатель оценки совмещенности во времени отдельных видов строительно-монтажных работ

K2TC = 1 - T/i=1,m ti, (16)

где Т - продолжительность всего комплекса ремонтных работ; ti - продолжительность i-ro вида работ; m - число видов работ.



Рис. 11. Факторы, влияющие на надежность и безопасность МГ

Для определения показателя оценки соответствия потребности в ресурсах их наличию (K3P), являющийся определяющим критерием реализации любого варианта организации ремонтных работ (например, метод замены старой изоляции на новое защитное покрытие является неадекватным при отсутствии компонентов новой изоляции), автором предложены формулы

K3iP = RHi/Rm , если RHi Rm ; K3iP = RPi/RHi , если RPi Rm;

K3P = i=1,m K3PCi/C, (17)

где K3iP - критерии соответствия i-ro вида ресурса; RHi - объем i-го вида ресурса, имеющегося в наличии; RPi - потребный объем i-ro ресурса; Ci - трудоемкость или стоимость i-ro вида работ или стоимость i-ro вида ресурсов; C - общая трудоемкость или стоимость всего комплекса работ или общая стоимость всех ресурсов; m - число видов ресурсов.

...