Разработка методов мониторинга ремонтных работ на участках магистральных газопроводов в условиях обводненной местности

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА РЕМОНТНЫХ РАБОТ НА УЧАСТКАХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ОБВОДНЕННОЙ МЕСТНОСТИ

Карпачев Роман Алексеевич

Москва - 2013



Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ".

Научный руководитель: Решетников Александр Данович, доктор технических наук.

Официальные оппоненты:

Короленок Анатолий Михайлович, доктор технических наук, профессор, Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, заведующий кафедрой нефтепродуктообеспечения и газоснабжения;

Крылов Павел Валерьевич, кандидат технических наук, закрытое акционерное общество "Газпром СтройТЭК Салават", технический директор.

Ведущая организация - ООО "Научно-производственное объединение Спецнефтегаз-Т", г. Москва.

Защита состоится октября 2013 г. в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 511.001.02, созданного на базе ООО "Газпром ВНИИГАЗ", по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО "Газпром ВНИИГАЗ".

Автореферат диссертации разослан сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Курганова Ирина Николаевна



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Повышение надежности магистральных газопроводов (МГ), продление сроков межремонтных периодов и эксплуатации, снижение затрат на производство капитального и текущего ремонтов в сложных природных условиях, таких как обводненная местность, характеризуемых сочетанием не только неблагоприятных климатических, но и инженерно-геологических факторов определяют своевременность разработки методов мониторинга ремонтных работ (РР).

Учитывая прогресс в области транспорта газа по МГ, необходимость интенсификации выполнения комплекса строительных работ с использованием конкурентоспособных технологий, которые обеспечивают снижение финансовых затрат и повышение производительности труда, а также экологическую безопасность проведения строительно-монтажных работ и многих других факторов, методы мониторинга данных процессов являются ключевой составляющей, не только при проектировании, но и при выполнении работ.

При этом, мониторинг технологических и организационных показателей РР является неотъемлемой частью всех стадий проектирования, отражается в проекте производства работ и в проекте организации строительства, учитывает ресурсную оснащенность специализированных строительно-монтажных подразделений.

В процессе производства работ мониторинг технологических и организационных показателей РР несет в себе не только функцию контроля качества выполняемых работ, но и дает возможность оперативного принятия технологических и организационных решений для сохранения надежности системы.

В перечне научно-технических задач ОАО "Газпром” от 4 октября 2011 года № 01-114 отражены методы и средства ремонта МГ, которые позволяют поддерживать работоспособность системы МГ ОАО "Газпром". Учитывая значительный объем капитального ремонта линейной части МГ (ежегодно более чем 5000 км) можно сделать вывод о своевременности реализации комплексных технологических решений, обеспечивающих надежность эксплуатации линейной части МГ (ЛЧМГ).

В этой связи методы мониторинга технологических и организационных процессов и способов их реализации при выполнении РР на участках ЛЧМГ в условиях обводненной местности, обеспечивают повышение эффективности выполнения работ и являются актуальной темой диссертационного исследования.

Цель диссертационной работы - исследование и разработка методов мониторинга ремонтных работ на участках газопроводов в условиях обводненной местности для обеспечения высоких темпов и качества производства строительно-монтажных работ с учетом реализации принципов обеспечения эксплуатационной надежности и экологической безопасности единой системы газопроводов.

Для достижения цели диссертационной работы были поставлены и решены следующие основные задачи исследования:

исследование методов технологического мониторинга ремонтных работ в условиях обводненной местности с оценкой обобщенной модели принятия решений в процессе проектирования;

разработка методических основ совершенствования системы мониторинга технологических принципов реализации монтажных ремонтных работ на линейной части магистральных газопроводов, учитывающих данные внутритрубной диагностики и технико-экономические параметры;

разработка элементов программного обеспечения для технологического и организационного проектирования производства строительно-монтажных работ в условиях обводненной местности с использованием информационных технологий;

разработка методов интегральной оценки качества установки анкеров на линейной части магистральных газопроводов в условиях обводненной местности при последовательном поступлении статистических данных.

Научная новизна. Обоснованы принципы технологического мониторинга производства строительно-монтажных работ в условиях обводненной местности с учетом комплексной оценки качества с использованием вероятностно-статистических методов.

Разработана система технологического мониторинга технико-экономических параметров выполнения монтажных и ремонтных работ на основе балльной оценки эффективности использования различных методов ремонта. обводненный проектирование анкер мониторинг

Разработаны элементы программного обеспечения для технологического и организационного проектирования производства строительно-монтажных работ в условиях обводненной местности с использованием информационных технологий, что способствует снижению продолжительности подготовки проекта производства работ.

Впервые научно обоснованы критерии эффективности организации работ по установке анкеров в условиях обводненной местности с учетом их удерживающей способности. Научно обоснованы особенности мониторинга технологических решений производства ремонтных работ при последовательном поступлении статистических данных, позволяющие количественно оценить качество производства работ.

Разработана диалоговая система ранжирования участков линейной части магистральных газопроводов в условиях обводненной местности с учетом данных внутритрубной дефектоскопии, электрометрических обследований и данных обследований в шурфах.

Защищаемые положения.

метод принятия решений и система технологического мониторинга, позволившие реализовать комплексный подход к планированию, организации и технологии ремонтных работ в условиях обводненной местности с оценкой качества и эффективности строительного производства;

информационно-аналитическое обеспечение для технологического мониторинга производства строительно-монтажных ремонтных работ в информационной среде при последовательном поступлении статистических данных для оценки качества производства работ;

критерии эффективности организации работ по установке анкеров в условиях обводненной местности с учетом их удерживающей способности;

методика ранжирования участков магистральных газопроводов в условиях обводненной местности для производства ремонтных работ на основе данных внутритрубной дефектоскопии, электрометрических обследований и данных обследований в шурфах.

Практическая значимость заключается в том, что разработаны методы и средства технологического мониторинга монтажных и ремонтных работ на участках ЛЧМГ в условиях обводненной местности. Использование технологического мониторинга показателей строительно-монтажных работ позволяет контролировать процесс производства в условиях сокращения продолжительности выполнения работ с одновременным обеспечением надежности линейной части магистральных газопроводов. При участии автора диссертации разработаны практические рекомендации, которые способствуют подготовке технологических решений производства строительно-монтажных работ в обводненной местности, характеризуемой неблагоприятными природно-климатическими и инженерно-геологическими условиями.

Методы и средства технологического мониторинга показателей монтажных и ремонтных работ на участках ЛЧМГ в условиях обводненной местности были использованы предприятиями ООО "Инвестстройэкология", ООО "Стройнадзордиагностика" и ООО "Передвижная механизированная колонна № 4" при выполнении капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов Средняя Азия - Центр, Оренбург - Новопсков и Челябинск - Петровск.

Результаты исследований использованы при разработке следующих нормативно-методических документов:

Специальные технические условия на проектирование и строительство "Система магистральных газопроводов Бованенково-Ухта. Линейная часть, подводный переход через Байдарацкую губу", ООО "Газпром ВНИИГАЗ", 2011;

Рекомендации по приведению (подсадке) трубопровода подводного перехода через Байдарацкую губу СМГ "Бованенково-Ухта" в условиях траншейной укладки в слабонесущих склонных к разжижению грунтах в проектное положение, ООО "Газпром ВНИИГАЗ", 2011.

Практическая значимость основных результатов диссертации подтверждается имеющимися актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований были представлены на: научной конференции Московской государственной академии водного транспорта (г. Москва, МГАВТ, 2005); конференции "Строительство-2012" (г. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2012); седьмой и восьмой международных научных конференциях "Трубопроводный транспорт" (г. Уфа, УГНТУ, 2011, 2012); восьмой международной научной конференции "Актуальные проблемы современных наук - 2012" (Чехия, г. Прага, 2012).

Публикации. Соискателем опубликовано 12 научных работ общим объемом 2,25 печатных листа по теме диссертации, в том числе 5 статей в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций. Соискателю выдано 2 свидетельства, зарегистрированные в установленном порядке на программы для ЭВМ, базы данных, топологию интегральных микросхем.

Структура и объем работы: диссертация включает введение, четыре главы, общие выводы, содержит 137 страниц, в том числе таблиц - 7, рисунков - 22, библиография - 104 наименования.



СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение - обоснованы актуальность темы диссертационного исследования, научная и практическая значимость работы, приведена краткая аннотация работы.

В первой главе представлен аналитический обзор научных работ по технологическому мониторингу показателей монтажных и ремонтных работ на участках ЛЧМГ в условиях обводненной местности.

Березин В.Л., Будзуляк Б.В., Васильев Г.Г., Велиюлин И.И., Гумеров А.Г., Короленок А.М., Ращепкин П.С., Решетников А.Д., Телегин Л.Г., Харионовский В.В., Халлыев Н.Х. и другие ученые разработали технологические и организационные принципы выполнения монтажных и ремонтных работ при сооружении и капитальном ремонте ЛЧМГ. В их научных трудах были описаны организационно-технологические схемы выполнения строительно-монтажных работ в различных природно-климатических и инженерно-геологических условиях. Однако, рыночные условия хозяйствования обуславливают необходимость поиска новых методов технологического мониторинга строительно-монтажных ремонтных работ на линейной части магистральных газопроводах и разработки принципов его реализации, которые должны снизить продолжительность производства, обеспечить качество строительных работ.

Установлено, что система технологического мониторинга показателей выполнения монтажных и ремонтных работ на ЛЧМГ в условиях обводненной местности - это, прежде всего, создание информационно-аналитического обеспечения возможности технологического мониторинга производства строительно-монтажных ремонтных работ в информационной среде при последовательном поступлении статистических данных.

Кроме того, критерии эффективности организации работ в условиях обводненной местности должны учитывать современные требования к экологической безопасности строительного производства при реализации строительно-монтажных работ с использованием большого количества машин и механизмов специализированными строительными организациями.

Потребность учета многообразия взаимосвязанных факторов при мониторинге РР на участках газопроводов в условиях обводненной местности обуславливает использование экспертных имитационных моделей линейного и нелинейного программирования. Расширение границ применимости аппарата математического программирования основано на использовании методов попарного сравнения, в основу которого положены идеи метода анализа иерархий.

Анализ отечественной и зарубежной практики ремонта линейной части магистральных газопроводов показал, что необходимо выполнить математическое моделирование мониторинга процессов ремонта в условиях обводненной местности, сформировать обобщенную модель принятия решений при технологическом моделировании РР, разработать методы и критерии формирования программы РР на линейной части магистральных газопроводов, которые позволяют выявить наиболее приемлемые решения и подходы к организации производства капитального ремонта.

На основе научного анализа существующих методик организации монтажных и ремонтных работ на ЛЧМГ предложены принципы усовершенствования технологического мониторинга показателей организационного и технологического проектирования выполнения РР в условиях обводненной местности (рис. 1): диагностики состояния линейной части МГ; приоритетности проведения РР; методов проведения РР; контроля качества производства РР.



Рис. 1. Пути совершенствования организационного и технологического проектирования выполнения РР в условиях обводненной местности

Вторая глава посвящена разработке системы технологического мониторинга показателей выполнения монтажных и ремонтных работ на ЛЧМГ.

Обеспечение надежной и безопасной эксплуатации единой системы газоснабжения ОАО «Газпром» является приоритетной задачей предприятий топливно-энергетического комплекса. Решение этой задачи существенно усложняется в условиях обводненной местности. Основные объемы работ по ремонту линейной части магистральных газопроводов в условиях обводненной местности сосредоточены в ООО «Газпром трансгаз Томск», «Газпром трансгаз Сургут» и «Газпром трансгаз Югорск» (рис. 2).

Рис. 2. Относительная протяженность (Lотн = L/Lо) участков газопроводов, эксплуатируемых в Западной Сибири

Суммарная протяженность газопроводов, эксплуатируемых в условиях болот и обводненности, составляет почти четвертую часть от общей протяженности газопроводов, а протяженность МГ диаметром 1420 мм составляет около половины (47,9 %) протяженности трубопроводов аналогичного диаметра по всему ОАО «Газпром».

Для классификация методов производства ремонтных работ в условиях обводненной местности с учетом технико-экономических показателей было обследовано 1452 участка магистральных газопроводов общей протяженностью L = 1200 км (рис. 3, где относительное количество дефектов Kотн = 100%K/Kо, Kо = 1452):

A - по типу местности (болота и обводненность - 88%): 1 - склон, овраг, вечная мерзлота, малый водоток; 2 - обводненность, русло, пойма; 3 - болото типа I, II или III;

Б - по типу дефектов (всплытие - 47%): 1 - труба, прострел, разлив, провис, пучение, арка; 2 - оголение 1/2D-D, оголение 0-1/2D; 3 - всплытие 1/2D-D, всплытие 0-1/2D;

В - по протяженности Lуч (участки протяженностью 0,0 < Lуч 0,5 км - 84,6%): 1 - участки протяженностью 0,0 < Lуч 0,5 км, 2 - участки протяженностью 0,5 < Lуч 1,0 км, 3 - участки протяженностью Lуч > 1,0 км.



Рис. 3. Систематизация участков магистральных газопроводов, потерявших устойчивое положение в условиях обводненной местности

Из распределения участков МГ, потерявших устойчивое положение, по протяженности дефектов (рис. 3, Б) видно, что основные объемы ремонтных работ по восстановлению проектного положения газопроводов приходится на участки протяженностью до 0,5 км - 84,6%, что не позволяет использовать высокопроизводительные механизированные комплексы по ремонту изоляционных покрытий газопроводов. Поэтому наиболее эффективным методом производства ремонтных работ является применение специализированных машин и механизмов для очистки поверхности труб от старой изоляции, подготовки поверхности для новой изоляции и нанесения защитного покрытия.

Систематизация участков газопроводов, потерявших устойчивое положение в условиях болот и обводненности, по 9 типам гидрогеологических условий (рис. 3, А) показывает, что наиболее распространенными типами местности, где наблюдаются отклонения от проектной глубины заложения, являются болота и обводненная местность, суммарная доля которых составляет 88%. Такие участки МГ нуждаются в приоритетном обследовании, требуют проведения планово-предупредительного ремонта и последующего постоянного мониторинга.

Процесс формирования плана выполнения РР при капитальном ремонте МГ - это реализация принципов последовательного составления перечня объема строительно-монтажных работ на одной захватке, нескольких захватках и всей системы захваток. Каждая захватка соответствует определенному объекту и проект производства строительно-монтажных работ должен ориентироваться на результаты внутритрубной дефектоскопии, электрометрических обследований и данных обследований в шурфах. Для одной захватки предлагается метод выполнения монтажных и ремонтных работ с учетом балльной оценки технико-экономических параметров производства.

Перечень из нескольких захваток представляет собой те объекты, которые следует включить в общий список для сохранения работоспособности выделенной системы магистральных газопроводов. Очевидно, что сохранение надежности эксплуатации единой системы газоснабжения обуславливает необходимость объединения всех выделенных систем линейной части магистральных газопроводов. Такой подход позволяет использовать выделяемые финансовые и технические ресурсы эффективно в обозримое время.

Анализ данных внутритрубной дефектоскопии, электрометрических обследований и данных обследований в шурфах позволяет выявить особенности технологии и организации строительно-монтажных работ с выявлением методов производства РР при капитальном ремонте МГ: РР1 - шлифовка, РР2 - заварка, РР3 - установка муфты, РР4 - врезка катушки, РР5 - замена участка.

Экспертная оценка эффективности производства строительно-монтажных работ для участка ЛЧМГ реализуется путем использования соответствующих размерных и безразмерных коэффициентов (S - стоимость РР при строительстве новой нитки газопровода, SРР - стоимость РР при частичной замене дефектных отрезков трубы бездефектными на данном участке ЛЧМГ) с учетом плотности распределения дефектов по поверхности трубопровода (i = 1, 2, … , k - количество дефектов). Эффективность строительства новой нитки газопровода характеризуется соотношением S SРР. Функциональная регрессионная зависимость имеет вид:

S = A + BL + CDн2 ;

SРР = i=1,k (S1i + S2i + S3i + S4i) ,

где L - протяженность участка; Dн - наружный диаметр; A, B и C - эмпирические коэффициенты; S1i - стоимость подготовительных работ; S2i - стоимость производства строительно-монтажных работ; S3i - стоимость ввода в эксплуатацию участка линейной части магистрального газопровода; S4i - стоимость потерь газа.

Аналитическое решение задачи составления перечня из нескольких захваток осуществляется методом анализа иерархий и представляет собой оценку приоритетов объектов, которые следует включить в общий список для сохранения работоспособности выделенной системы магистральных газопроводов с учетом результатов внутритрубной дефектоскопии, электрометрических обследований и данных обследований в шурфах.

Разработан алгоритм, который осуществляет многокритериальное оценивание и расчет приоритетов участков (пакет прикладных программ - ППП_План), входящих в систему МГ, на основе данных технологического мониторинга показателей производства строительно-монтажных работ различными методами с учетом балльных оценок экспертов. Обобщенная схема отбора участков ЛЧМГ для включения в программу выполнения РР приведена на рис. 4.



Рис. 4. Структурная схема отбора участков ЛЧМГ для включения в программу выполнения РР

Качественные и количественные характеристики в виде балльных оценок предлагаются программному обеспечению для автоматизированного анализа и установления приоритетности производства ремонтных работ на данном участке линейной части магистрального газопровода.

В работе разработан алгоритм автоматизированного расчета эффективного плана проведения РР системы участков линейной части МГ для газотранспортного предприятия. Обобщенные характеристики плана производства строительно-монтажных работ позволяют разработать проект производства работ и проект организации строительства с учетом механовооруженности специализированной строительно-монтажной организации, объема необходимых строительно-монтажных ремонтных работ, продолжительности и стоимости производства.

Окончательная оценка относительного риска для ранжирования участков МГ с целью проведения РР осуществляется по формуле

R = i=1,9 Ri .



Соотношение (3) в конечном итоге учитывает следующие характеристики технологического мониторинга показателей участков линейной части магистральных газопроводов:

GK_1(R1) - показатели нормативно-технических документов;

GK_2(R2) - величина загрязнения окружающей среды;

GK_3(R3) - результаты внутритрубной дефектоскопии;

GK_4(R4) - результаты анализа работы системы электрохимзащиты;

GK_5(R5) - результаты анализа физико-механических характеристик грунта;

GK_6(R6) - результаты прогнозирования размеров возможных отказов;

GK_7(R7) - результаты анализа очистки полости и испытания на прочность и герметичность;

GK_8(R8) - результаты анализа отказов;

GK_9(R9) - результаты анализа наличия подземных кожухов у переходов через автомобильные и железнодорожные дороги.

В рамках разработки методики автоматизации мониторинга ремонтных работ на участках газопроводов в условиях обводненной местности реализована часть алгоритмов многоцелевого программного комплекса ППП_Ранжирование: оценка приоритетов участков МГ по техническому состоянию для планирования РР.

Функциональное моделирование модуля формирования отчетов выполнялось с помощью OLE-сервера Microsoft Word. Алгоритм генерации отчетов по исходной информации и результатам ранжировки участков ЛЧМГ с точки зрения очередности их выбора при осуществлении ремонтных работ предусматривает использование репозитория графических фрагментов отчетов (шаблонов гистограмм риска эксплуатации линейных объектов газопроводных систем) и текстовых фрагментов информационных паспортов объектов (заранее подготовленных строк таблицы Word, включающих оформленные и готовые к внедрению в отчетный документ отображения значений лингвистических значений разнообразных факторов). Генерация отчета программно-алгоритмически организована таким образом, что исключены требующие сложного программирования операции форматирования документов, строк и символов, вместо этого осуществляются коммутационные операции с документами посредством перестановки заранее сформированных фрагментов документов. Подобные операции характеризуются интенсивным применением закладок-якорей в документах-шаблонах. При помощи таких текстовых якорей осуществляется и внедрение в шаблоны отчетов значений конструктивно-технологических факторов объектов в информационный паспорт, а также результатов расчетов характеристик ранжировки объектов по результатам сравнения их показателей.

Экранная форма диспетчера отчетов, функционально адаптированная к сенсорным дисплеям, содержит текущий список сформированных отчетов, при этом каждому отчету присваиваются уникальный идентификатор, характеристика, определяется тип, указывается автор (эксперт, проводивший анализ и ранжировку объектов), временные метки создания и изменения отчета. На форме реализована фильтрация списка отчетов по типу отчетов с помощью экранных вкладок: можно просматривать полный список отчетов, либо выбирать отчеты типа 1 (информационный паспорт объекта), отчеты типа 2 (ранжировка полного множества объектов) или отчеты типа 3 (ранжировка произвольно сформированного подмножества объектов).

Отчеты на форме дополнительно сопровождаются сведениями о расположении файла отчета на локальном диске вычислительной машины или в сетевом хранилище; сведениями о составе подмножества объектов, при ранжировке которых сформирован отчет (информационный паспорт объекта соответствует одному объекту); примечаниями. Экранная форма содержит активные элементы, реализующие следующий набор операций: создание отчета, корректировка параметров и информационного содержания (состава подмножества объектов), загрузка ранее созданного результирующего документа в Microsoft Word, уничтожение записи об отчете из списка.

При настройке параметров отчетного документа эксперт может сообщить программе число линейных объектов магистральных газопроводов для создания инфографического представления, при этом будет автоматически рассчитано число гистограмм, генерируемых и внедряемых в отчет. Эксперт определяет возможность интеграции в отчет информационных паспортов ранжируемых объектов в виде поясняющих приложений к гистограммам, таким образом в эргономике интерфейса пользователя учтен фактор быстродействия процедуры генерации отчетов, требующей больших временных затрат при увеличении числа ранжируемых объектов. Упорядочение объектов в отчетах по убыванию ранга отвечает поставленной задаче определения очередности их выбора при осуществлении ремонтных работ. При необходимости эксперту доступны и другие критерии упорядочения, например, по уникальному идентификатору объекта.

Многокритериальная ранжировка линейных объектов газопроводных систем выполняется на программно-алгоритмической основе, заложенной в пакете прикладных программ, который реализует принципы технологического мониторинга для анализа технико-физического состояния элементов ЛЧМГ. Разработанные алгоритмы исполняются программой ранжирования объектов по степени необходимости производства работ с учетом результатов диагностики технико-физического состояния каждого из ранжируемых элементов ЛЧМГ.

В третьей главе выполнено исследование и разработаны методы анализа качества строительно-монтажных ремонтных работ с использованием технологического мониторинга показателей производства в обводненной местности. Выполнено математическое моделирование удерживающей способности анкеров в зависимости от качества их установки. Описаны особенности технологического мониторинга решений производства строительных работ при последовательном поступлении статистических данных.

В рекомендациях по приведению (подсадке) газопровода подводного перехода через Байдарацкую губу в условиях траншейной укладки в слабонесущих склонных к разжижению грунтах в проектное положение предусмотрен мониторинг состояния газопровода в процессе эксплуатации. Мониторинг предусматривает ежегодный контроль поверхности дна в створе газопровода и пространственного положения газопровода подводного перехода в грунте в начале навигационного периода с возможностью проведения работ по стабилизации положения или ремонту газопровода.

Средняя протяженность перехода газопровода через Байдарацкую губу (Dн = 1220 мм - наружный диаметр, = 27,0 мм толщина стенки) составляет 71,851 км. В зависимости от способов выполнения строительных работ и условий окружающей среды трасса подводного перехода газопровода через Байдарацкую губу разделена на участки (рис. 5): 1 - Ямальский сухопутный участок; 2 - участок пересечения береговой линии со стороны Ямала; 3 - Ямальский мелководный участок; 4 - глубоководный участок; 5 - Уральский мелководный участок; 6 - участок пересечения уральской береговой линии; 7 - Уральский сухопутный участок.

Рис. 5. Принципиальная схема перехода магистрального газопровода Бованенково - Ухта через Байдарацкую губу

Технические решения по стабилизации положения газопровода предусматривают несколько вариантов в зависимости от способа дополнительного нагружения трубы (рис. 6, где 1 - газопровод, 2 - щебень, 3 - засыпка, 4 - геосетка, 5 - предварительные пригрузы в виде мешков со щебнем): а - дополнительное нагружение производится с помощью геосетки уложенной поверх трубопровода, на которую осуществляется отсыпка щебня; б - для удобства укладки геосетки над трубой допустимо использовать предварительные пригруза в виде мешков с щебнем или др.; в - на грунтах основания траншеи с модулем деформации более 15 МПа возможна укладка щебня на трубу предварительно накрытую геосеткой; г - для случаев высокой несущей способности грунтов основания возможно осуществление пригруза трубопровода подводного перехода щебнем без применения геосетки.

Рис. 6. Технические решения по стабилизации положения газопровода

Теория нечетких множеств позволяет представить показатели закрепления участка линейной части магистрального газопровода в обводненной местности с использованием функций принадлежности = (Т; R1, R2, . . .) и величин нечетких чисел (нагрузки S и несущей способности N). Для обеспечения устойчивости участка линейной части магистрального газопровода в обводненной местности величина нагрузки S и несущей способности N как функция от значения должна соответствовать равенству S() = N(). Это позволяет использовать детерминированные алгоритмы расчета устойчивости участка линейной части магистрального газопровода в обводненной местности. Следует также предположить, что несущая способность каждого балластирующего устройства зависит также от угла наклона функции в диаграмме нагрузка - перемещение W = tg . Таким образом, устойчивость участка магистрального газопровода обеспечивается определенным количеством устанавливаемых балластирующих устройств - n при математическом моделировании устойчивости в виде функции Т()= f[n; Х1, Х2, . . . ,Хn; W(), Р(), S()].

В работе реализуется следующий алгоритм расчета устойчивости участка линейной части магистрального газопровода с определенными конструктивными характеристиками. Участок имеет определенное количество распределенных по длине балластирующих устройств, а при заданном числе вычисляются соответствующие величины нагрузки S и несущей способности N. При изменении нечетких величин нагрузки и продольной силы вычисляется предельная величина выталкивающей силы, которая и определяет невозможность сохранения конструктивным элементом состояния устойчивости. Расчет выполняется с фиксированным числом балластирующих устройств, которое может меняться в зависимости от величины предельной выталкивающей силы.

Снижение несущей способности балластирующих устройств описывается функциями 1(х) - соответствует заданной несущей способности с вероятностью р и 2(х) - не соответствует заданной несущей способности с вероятностью q = 1 - р. Использование вероятностных подходов позволяет описать состояния балластирующих устройств 1(х) в виде Аxi, а 2(х) в виде Aпi, с предположением о вероятности Pхор - сохраняется заданная несущая способность, а Pпл - не сохраняется заданная несущая способность:

Pхор = p{Ax1, Ax2, . . . , Axn} = pn ;

Pпл = p{Aп1, Aп2, . . . , Aпn} = qn .

В работе предложен алгоритм определения шага установки балластирующих устройств с последующим вычислением размерных и безразмерных коэффициентов, которые дают возможность анализировать устойчивость участка линейной части магистрального газопровода в зависимости от показателей технологического мониторинга пространственного положения конструкции.

Выполненные модельные расчеты показали - устойчивость участка линейной части магистрального газопровода в обводненной местности с защемленными концами в большей степени зависит от качества установки балластирующих устройств, расположенных ближе к центру участка, что в свою очередь позволяет сделать предположение о возможности изменения общего количества балластирующих устройств на данном участке линейной части магистрального газопровода.

Использование технологического мониторинга показателей установки балластирующих устройств позволяет анализировать требования нормативно-технологических документов по закреплению участков линейной части магистральных газопроводов (количество балластирующих устройств) в условиях ограниченности статистического материала с реализацией вероятностных подходов (рис. 7).

Воспользуемся показателем интенсивности потока отказов на линейной части магистральных газопроводов в условиях обводненной местности () и представим функцию распределения интенсивности с учетом изменения во времени (r и - новые параметры распределения и () - гамма-функция) в виде:

h(Ia,Iэ) = r-1-1()exp(-r) ,

Рис. 7. Принципиальная схема оценивания показателей надежности

Предлагаемая система технологического мониторинга основана на анализе статистического материала по результатам обследования состояния участка линейной части магистрального газопровода в процессе эксплуатации. Функция правдоподобия изменения показателя интенсивности потока отказов h(|Ia,Iэ) позволяет определять математическое ожидание ** и стандарт **: ** = /r; ** = 1/2/r при условии, что старое математическое ожидание соответствует * и стандарт соответственно *.

В работе сделано предположение о том, что при однозначном соответствии величин параметров потока отказов, также меняется и конструктивный параметр - шаг установки анкеров. Таким образом, при увеличении интенсивности потока отказов со временем, следует изменить количество устанавливаемых балластирующих устройств в большую сторону, а уменьшение интенсивности потока отказов следует воспринимать как положительную тенденцию в смысле обеспечения заданной нормативно-техническими документами устойчивость участка линейной части магистрального газопровода в обводненной местности.

Четвертая глава описывает разработку экспертных систем, применяемых при разработке проектов осуществления ремонтных работ, проводимых на линейной части МГ в условиях обводненной местности. Выполнено описание технолого-методического комплекса для определения ранжировки участков ЛЧМГ с точки зрения очередности их выбора при осуществлении ремонтных работ с учетом диагностической информации.

В работе выполнен анализ архитектуры комплексной системы принятия решений и изучены особенности структуры, определяющей принципы и механизмы применения знаний и принятия решений при разработке проектов производства и контроля ремонтных работ на объектах, входящих в состав ЛЧМГ, проложенных в сложных природных условиях, обусловленных слабонесущими обводненными грунтами. Разработана общая структура мониторинга производства РР, полученная путем объединения и комплексирования организационных моделей, включающая реализацию в информационной системе на базе автоматизированных рабочих мест таких задач, как анализ решений, формирование целей мониторинга, фактическое осуществление мониторинга РР, прогнозирование значений факторов технико-физического состояния элементов ЛЧМГ (рис. 8).

Рис. 8. Структура мониторинга производства РР при капитальном ремонте МГ в условиях обводненной местности

В разработанной информационно-мониторинговой системе, предусматривающей поддержку принятия проектировочных решений, в результате исследований предложены и реализованы модуль формирования результатов мониторинга факторов технического состояния объектов ЛЧМГ, накапливающий и анализирующий информацию о состоянии конструктивно-технологических элементов, и модуль прогнозирования значений факторов технического состояния объектов, обеспечивающий научно-технологическое обоснование для создания алгоритмов управления параметрами конструктивно-технологической надежности системы МГ. Информационно-мониторинговая система также осуществляет сбор и обработку информации об инновационно-технологических решениях в строительстве, при этом модуль прогнозирования дает оценку потенциального объема технологических инноваций для обоснования и анализа инвестиционно-строительных решений, сопряженных с предполагаемыми изменениями и усовершенствованиями.

Разработанные методы и алгоритмы технологического мониторинга реализованы в виде интерактивной информационно-вычислительной системы, состоящей из комплекса взаимодействующих программ, предоставляющих пользователю-эксперту возможность самостоятельно выполнить полный комплекс операций, включая получение исходной информации, ее корректировку, контроль и настройку параметров вычислительных операций, анализ результирующих данных. Диалоговая информационно-вычислительная система ППП_Ранжирование разработана для применения в современных информационных средах на основе 32- и 64-разрядных операционно-вычислительных систем Windows и Windows Server с учетом актуальных эргономических требований к графическому интерфейсу пользователя, понятному эксперту на интуитивном уровне. Система выполнена таким образом, что для работы с ней не нужны специальные знания об устройстве и принципах работы программно-технологического обеспечения, эксперт может начать с ней работу без специфической подготовки, выбирая понятные ему активные элементы на экране с помощью тактильной сенсорной панели, а, при необходимости, с помощью манипуляторов типа «мышь» или клавиш курсорного управления.

Работа с программой построена, в первую очередь, на основе нажатия экранных кнопок, позволяющих выбирать основные режимы функционирования. Это обусловлено особенностями современной аппаратной среды исполнения программ, а именно актуальностью широкого внедрения в практику работы предприятий мобильных планшетных компьютеров с использованием тактильных сенсоров и среды Windows. Работой комплекса программ также можно управлять с помощью активизации элементов иерархических меню, при этом реализованы такие функциональные режимы, как выбор для анализа определенной системы магистральных газопроводов; корректировка полученных или введенных экспертом данных; фактическое выполнение расчетов, анализ результирующей информации, извлечение данных из справочных подсистем.

В разработанной информационно-мониторинговой системе предусмотрены формирование столбчатых диаграмм значений факторов, подвергнутых нормировке и ранжированию, демонстрация диаграмм на экране и распечатывание на бумажном носителе (в том числе с использованием беспроводной связи с принтерами в информационной системе предприятия). По умолчанию первой формируется и отображается диаграмма, характеризующая особенности распределения нормированных факторов R, кроме того, возможен переход к анализу характеристик распределения, полученного для остальных факторов (R1, R2, . . . , R9). Вследствие этого эксперт может повысить эффективность реализации расчетов и оценивания технических и экономических факторов проведения РР при капитальном ремонте МГ в условиях обводненной местности на основе ранжирования необходимости производства с учетом результатов диагностики технико-физического состояния элементов ЛЧМГ.

В рамках разработки процессов автоматизации технологического мониторинга строительного производства при осуществлении капитального ремонта МГ был реализован алгоритм многоцелевого программного комплекса ППП_Балластировка - анализ показателей технологических процессов производства РР в обводненной местности (рис. 9).



Рис. 9. Модульная система ППП_Балластировка

Информационно-аналитическая система ППП_Балластировка, обеспечивающая возможности решения задач формирования проектов производства работ при закреплении участка МГ в обводненной местности с использованием методов вероятностного анализа, реализована как интерактивная программно-технологическая система для стационарных и мобильных вычислительных систем на базе операционно-вычислительной системы Windows и включает модули формирования инфографических представлений, генерации текстов, проведения расчетов и управления архивами исходных и результирующих данных, что позволяет автоматизировать процесс генерации организационно-технологической документации.

Практические результаты по реализации информационно-прогнозирующей системы для поддержки проектирования организационных и технологических процессов производства РР с использованием информационно-вычислительных систем позволяют отразить в рекомендациях для каждого участка ЛЧМГ: проектно-технологическую схему закрепления газопроводного элемента с указанием пределов отдельных участков ЛЧМГ; методики и схемно-технологические решения по использованию трубопроводных анкеров; характеристики необходимого материально-технического снабжения строительными и технологическими конструкциями, трубными деталям, специальными изделиями, строительными машинами, спецоборудованием и т.п.; потребность в кадровых ресурсах и квалифицированных специалистах; организационно-технические разработки по технике безопасности при работе на опасных промышленных объектах и охране труда. Программно-технологическая система обеспечивает процессы расчета значений факторов строительного производства в автоматизированном режиме при осуществлении капитального ремонта ЛЧМГ на обводненных слабонесущих грунтах при реализации информационно-строительного мониторинга факторов конструктивно-технологической надежности ЛЧМГ и организационно-технологического управления задействованием материально-строительных ресурсов предприятий магистрального транспорта газа посредством генерации эффективных производственно-технологических структур проведения работ. Внедрение результатов выполненного исследования подтвердило, что реализованное программно-алгоритмическое решение обеспечивает возможность получения научно-обоснованных и достоверных прогнозов характеристик материально-ресурсных и кадрово-ресурсных потоков в процессе осуществления капитального ремонта ЛЧМГ, что повышает эффективность организационно-строительного проектирования работ.



ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод мониторинга РР на участках МГ в условиях обводненной местности с использованием анализа технологических факторов проведения монтажно-ремонтных работ и технико-экономических параметров, что обуславливает повышение эффективности организационно-строительного проектирования РР при выполнении капитального ремонта в обводненной местности.

2. Разработаны элементы технолого-методического комплекса для осуществления строительно-технологического проектирования монтажно-ремонтных работ в информационной среде, что способствует сокращению времени формирования организационно-технологических планов выполнения капитального ремонта элементов газопроводных систем.

3. Впервые разработано научное обоснование для критериальной системы оценивания организационно-технологической эффективности монтажных и строительных работ по установке анкеров в обводненной местности с учетом их удерживающей способности. Научно обоснованы особенности мониторинга технологических решений проведения и контроля РР при последовательном поступлении статистической информации, позволяющие получить оценку уровня качества выполнения работ.

4. Разработана система ранжировки участков ЛЧМГ с точки зрения очередности их выбора при осуществлении ремонтных работ с учетом диагностической информации. Программно-алгоритмическая реализация предложенных алгоритмов в информационной среде позволяет достоверно прогнозировать очередность выполнения монтажно-ремонтных работ на линейных объектах газопроводных систем.

5. Создание моделей информационно-аналитического обеспечения при капитальном ремонте линейных объектов газопроводных систем формирует условия для эффективного применения информационно-технологических систем и методов в практике работы организаций магистрального транспорта газа, а реализация пакетов прикладных программ в виде интерактивных программно-технологических систем для стационарных и мобильных вычислительных систем обуславливает повышение организационной и технологической надежности управленческих и производственных подразделений путем формирования эффективных технологических и организационных структур выполнения работ.

6. Результаты диссертационного исследования, включающие разработанные методики, предложенные модели, исследованные решения в области техники и технологии, разработанные алгоритмы и элементы программно-технологического обеспечения апробированы и внедрены в организационно-технологическую практику строительных предприятий и организаций. Практическая значимость подтверждается имеющимися актами внедрения.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Карпачев Р.А. Особенности работы земснарядов при прокладке и подсадке подводных переходов магистральных трубопроводов (ППМТ). - Материалы научно-практической конференции Московской государственной академии водного транспорта. - М.: Изд-во "Альтаир", 2005, с. 11-16.

2. Арбузов Ю.А., Карпачев Р.А., Химич В.Н. Формирование управленческой информации в организационных системах капитального ремонта магистральных газопроводов. - Материалы седьмой международной научной конференции "Трубопроводный транспорт - 2011". - Уфа: Изд-во Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ), 2011, с. 185-187.

3. Карпачев Р.А., Воеводин И.Г. и др. Расчет технологических показателей выполнения земляных работ в условиях приведения магистрального газопровода в проектное положение на слабонесущих грунтах. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011618875 от 15 ноября 2011 г.

4. Карпачев Р.А., Воеводин И.Г. и др. Формирование специальных технических условий на проектирование и строительство подводных переходов магистральных газопроводов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011618876 от 15 ноября 2011 г.

5. Курганова И.Н., Химич В.Н., Карпачев Р.А. и др. Методика оценки результатов производства ремонтных работ на магистральных газопроводах в обводненной местности. - Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов, № 1(87), 2012, с. 71-76.

6. Карпачев Р.А., Воеводин И.Г., Винокурцев Г.Г. и др. Структура информационного обеспечения в системе управления качеством ремонта магистральных газопроводов. - Материалы конференции "Строительство-2012". - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2012, с. 220-221.

7. Карпачев Р.А., Арбузов Ю.А., Лим В.Г. Принятие решений в условиях моделирования организационных и технологических процессов ремонта магистральных газопроводов. - Ремонт, восстановление, модернизация, № 6, 2012, с. 12-15.

8. Арбузов Ю.А., Карпачев Р.А., Химич В.Н. Подготовка строительного производства при капитальном ремонте газопроводов. - Материалы 8-ой международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы современных наук - 2012". - Чехия, Прага: Publishing House “Education and Science”, 2012, с. 33-35.

9. Карпачев Р.А., Арбузов Ю.А., Митрохин А.М. и др. Эффективность функционирования строительных предприятий при капитальном ремонте газопроводов. - Ремонт, восстановление, модернизация, № 10, 2012, с. 51-55.

10. Карпачев Р.А., Белов С.А., Коннов В.В. и др. Управления качеством ремонта магистральных газопроводов в информационной среде. - Материалы восьмой международной научной конференции "Трубопроводный транспорт - 2012". - Уфа: Изд-во Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ), 2012, с. 340-341.

11. Карпачев Р.А., Митрохин А.М., Девятьярова Е.А. и др. Планирование ремонтно-восстановительных работ на магистральных газопроводах в информационной среде. - Ремонт, восстановление, модернизация, № 12, 2012, с. 35-38.

12. Арбузов Ю.А., Колотилов Ю.В., Карпачев Р.А. и др. Ресурсное обеспечение капитального ремонта магистральных газопроводов с учетом технологических показателей эксплуатации машин. - Газовая промышленность, № 7 (677), 2012, с. 96-97.

Размещено на Allbest.ru

...