Игорь А. Тарарычкин – доктор технических наук, профессор
Луганск
Igor A. Tararychkin, Doctor of Engineering, Professor
Lugansk
Целью работы является изучение влияния структурных особенностей трубопроводных систем на развитие аварийной ситуации по механизму прогрессирующей блокировки транспортных узлов. Блокировка отдельного точечного элемента системы рассматривается как результат одновременного перехода в состояние неработоспособности всех сходящихся в узел трубопроводов. Процесс последовательного перехода в состояние блокировки некоторой совокупности узлов трубопроводной системы в случайном порядке называется прогрессирующей блокировкой. Развитие прогрессирующей блокировки сопровождается отключением от источника потребителей целевого продукта и представляет собой опасный сценарий развития аварийной ситуации. Стойкость системы к развитию прогрессирующей блокировки оценивается при помощи показателя стойкости Fx представляющего собой среднюю долю узлов системы, блокировка которых в случайном порядке приводит к отключению от источника всех потребителей целевого продукта.
Методы исследования. Определение значений 0 £ Fx £ 1 выполнялось с использованием метода имитационного компьютерного моделирования. При этом после каждого акта повреждения связанного со случайной блокировкой отдельного узла устанавливалось наличие связи между источником и потребителями целевого продукта. Статистические характеристики процесса прогрессирующей блокировки оценивались по результатам многократного воспроизведения процедуры повреждения анализируемой сетевой структуры. В общем случае структура трубопроводной системы характеризуется графом, который описывает связи между точечными элементами. Валентностью отдельной вершины графа называется количество сходящихся в неё ребер. Аналогичным образом валентностью соответствующего узла называется количество сходящихся линейных элементов (трубопроводов). Кроме того, важной характеристикой отдельного узла является состав сходящихся линейных элементов. Так среди множества линейных элементов системы имеются следующие разновидности обеспечивающие связь между: источником и потребителем (подмножество G1), двумя потребителями (подмножество G2), потребителем и распределительным узлом (подмножество G3), двумя распределительными узлами (подмножество G4), источником и распределительным узлом (подмножество G5).
Результаты. Выполнен анализ и изучено влияние структурных характеристик на способность трубопроводных систем противостоять развитию аварий по механизму прогрессирующей блокировки узлов. Установлено, что при решении задач структурной оптимизации наибольший положительный эффект связанный с повышением значений Fx наблюдается при увеличении валентности узла-источника и включении в состав системы дополнительных линейных элементов принадлежащих подмножеству G1.
Выводы. Процесс прогрессирующей блокировки узлов трубопроводных транспортных систем представляет собой опасный сценарий развития аварийной ситуации. Наиболее эффективным образом повысить стойкость трубопроводных систем к развитию процесса прогрессирующей блокировки можно за счет увеличения валентности узла-источника и включения в состав системы дополнительных линейных элементов принадлежащих подмножеству G1. Структурную оптимизацию трубопроводных систем следует осуществлять путем определения значений Fx для каждого из альтернативных вариантов с последующим принятием обоснованного проектного решения.
The Aim of this paper is to study the effect of the structural features of pipeline systems on the development of emergency situations by the mechanism of progressive blocking of transportation nodes. The blocking of an individual point element of a system is considered as the result of simultaneous failure of all the pipelines converging into the node. The process of progressive blocking of a certain set of nodes of a pipeline system in random order is called a progressive blocking. The development of progressive blocking is associated with the disconnection of the consumers from the source of end product and is a dangerous scenario of emergency development. The system’s resilience against progressive blocking is estimated by the resilience indicator F„, the average share of the system’s nodes whose blocking in a random order causes the disconnection of all consumers from the source of the end product.
Methods of research. The values of 0 <F„< 1 were identified by means of computer simulation. After each fact of damage associated with a random blocking of an individual node, the connection between the source and consumers of the end product was established. The statistical characteristics of the process of progressive blocking were evaluated according to the results of repeated simulation of the procedure of damage of the analyzed network structure. In general, the structure of a pipeline system is characterized by a graph that describes the connections between point elements. The valence of an individual graph node is the number of edges that converge into it. Similarly, the valence of the respective network node is the number of converging linear elements (pipelines). Furthermore, an important characteristic of an individual node is the composition of the converging linear elements. Thus, the set of a system’s linear elements includes the following varieties that ensure the connection between: the source and the consumer (subset G1), two consumers (subset G2), a consumer and a hub (subset G3), two hubs (subset G4), the source and a hub (subset G5).
Results. The author analyzed and examined the effect of the structural characteristics on the ability of pipeline systems to resist the development of emergency situations through the mechanism of progressive blocking of nodes. It was established that with regard to structural optimization the most pronounces positive effect associated with the increase of the values F^ is observed as the valence of the source node grows and additional linear elements of subset G1 are included in the system.
Conclusions. The process of progressive blocking of pipeline transportation system nodes is a hazardous development scenario of an emergency situation. The most efficient method of improving pipeline system resilience against progressive blocking consists in increasing the valence of the source node and inclusion of additional linear elements of subset G1 in the system. Structural optimization of pipeline systems should be achieved by defining the values F^ for each of the alternatives with subsequent adoption of a substantiated design solution.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.