<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sustain</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Надежность</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Dependability</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1729-2646</issn><issn pub-type="epub">2500-3909</issn><publisher><publisher-name>RAMS Journal Limited liability company</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21683/1729-2646-2020-20-2-12-17</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sustain-367</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>STRUCTURAL RELIABILITY. THE THEORY AND PRACTICE</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Выбор сетевых структур трубопроводных систем стойких к развитию смешанного повреждения</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Selection of network structures of pipeline systems resilient to mixed damage</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Тарарычкин</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Tararychkin</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Игорь А. Тарарычкин – доктор технических наук, профессор</p><p>Луганск</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Igor A. Tararychkin, Doctor of Engineering, Professor</p><p>Lugansk</p></bio><email xlink:type="simple">donbass_8888@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Луганский национальный университет им. В.Даля</institution><country>Украина</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>V. Dahl Lugansk National University</institution><country>Ukraine</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2020</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>08</day><month>06</month><year>2020</year></pub-date><volume>20</volume><issue>2</issue><fpage>12</fpage><lpage>17</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Тарарычкин И.А., 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Тарарычкин И.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Tararychkin I.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.dependability.ru/jour/article/view/367">https://www.dependability.ru/jour/article/view/367</self-uri><abstract><p>Системы трубопроводного транспорта используют при доставке потребителям различных веществ, материалов, в том числе и необходимых для поддержания непрерывных производственных процессов. Функционирование таких сложных промышленных объектов связано с определенными рисками и возможностью отказа по различным причинам отдельных узлов и агрегатов. Рассмотрены особенности поведения систем трубопроводного транспорта при возникновении нештатных ситуаций. Развитие таких процессов может стать причиной отключения от источника некоторой части или всех потребителей целевого продукта. Процесс повреждения может происходить в соответствии со следующими механизмами: прогрессирующие повреждение, когда отдельные трубопроводы системы переходят в состояние неработоспособности случайным образом; прогрессирующая блокировка, когда в случайном порядке становятся неработоспособными отдельные транспортные узлы. Сценарий развития аварийной ситуации, при котором в системе возникают как процессы прогрессирующего повреждения линейных элементов, так и блокировки транспортных узлов, называется смешанным повреждением. Целью работы является разработка критериев оценки стойкости трубопроводных транспортных систем к смешанному повреждению, а также методов решения типовых задач синтеза сетевых структур, стойких к развитию этого процесса. Методы исследования. Способность конкретной системы противостоять развитию смешанного повреждения зависит от ее сетевой структуры и устанавливается с использованием метода имитационного моделирования. Структурные изменения при развитии смешанного повреждения описываются циклограммой, параметры которой указывают количество поврежденных линейных и блокированных точечных элементов в течение одного цикла воздействия на систему. Сравнение способности сетевых структур противостоять развитию смешанного повреждения возможно только при условии их сопоставимости. Для этого анализируемые системы должны иметь в своем составе одинаковое количество узлов, линейных элементов, а также потребителей целевого продукта. Кроме того, все эти системы должны быть подвергнуты смешанному повреждению с одинаковой циклограммой. Результаты. При моделировании процедуры смешанного повреждения определялись такие характеристики процесса как средняя доля линейных элементов системы, повреждение которых приводит к разрыву связи всех потребителей с источником, а также средняя доля узлов, блокировка которых приводит к полному отключению от источника всех потребителей. Разработанный метод оценки стойкости систем к развитию смешанного повреждения позволяет решать следующие практические задачи структурного синтеза: выбор положения источника целевого продукта на заданной сети; выбор места расположения в действующей системе новых потребителей; определение мест присоединения к системе дополнительных технологических фрагментов; выбор присоединительных линейных элементов при подключении к транспортной системе фрагментов расширения. Выводы. Смешанное повреждение является опасным сценарием развития аварии и сопровождается быстрой деградацией транспортных возможностей трубопроводных систем. Различные сетевые структуры обладают разной способностью противостоять смешанному повреждению, а характеристики их стойкости следует устанавливать при помощи метода имитационного компьютерного моделирования. Сравнение характеристик стойкости к смешанному повреждению возможно только для сопоставимых сетевых структур, имеющих в своем составе одинаковое количество узлов, линейных элементов и потребителей целевого продукта. Кроме того, одинаковой должна быть и используемая циклограмма процесса смешанного повреждения.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Pipeline transportation systems are used for the purpose of delivering to consumers various substances, materials, including those required for continuous flow processes. The operation of such complex industrial facilities is associated with some risks and possible failures of individual units and assemblies due to various causes. The paper examines the specificity of pipeline transportation systems behaviour in emergency situations. The development of such processes may cause the disconnection from the source of some or all end product consumers. The process of damage may occur in accordance with the following mechanisms: progressive damage, when individual pipeline systems fail in a random order; progressive blocking, when individual transportation nodes fail in a random order. An accident scenario, in which progressive damage to linear elements and blocking of transportation nodes simultaneously occur within a system, represents mixed damage. The Aim of this paper is to develop the criteria for estimating a pipeline transportation systems’ resilience to mixed damage, as well as the methods for solving routine problems of synthesis of network structures resilient to such process. Methods of research. The ability of a specific system to resist mixed damage depends on its network structure and is identified by means of simulation. The structural changes caused by mixed damage are described with a cyclogram, whose parameters indicate the number of damaged linear and blocked point elements within one cycle of system exposure. A comparison of the network structures’ ability to resist mixed damage is only possible in case they are comparable. For that purpose, the analyzed systems must have identical numbers of nodes, linear elements, as well as end product consumers. Additionally, such systems must be exposed to mixed damage with identical cyclograms. Results. The simulation of the mixed damage process identified such characteristic as the average percentage of system components, whose failure causes disruption of the connection of all consumers to the source, as well as the average percentage of nodes, whose blocking causes a complete disconnection of the source from all consumers. The developed method of estimation of resilience to mixed damage allows solving the following structural synthesis problems: selection of the position of the source of the end product within the given network; selection of the position of new consumers within an existing system; definition of the locations of additional fragments’ connection to the system; selection of coupling linear elements when additional fragments are connected to a transportation system. Conclusions. Mixed damage is a hazardous development scenario of an emergency situation and is associated with rapid degradation of the transportation capacity of pipeline systems. Various network structures vary in terms of their ability to resist mixed damage, while their resilience characteristics should be identified using computer simulation. A comparison of the mixed damage resilience characteristics is only possible for comparable network structures with equal numbers of nodes, linear elements and end product consumers. Additionally, the same cyclogram of mixed damage must be used.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>трубопровод</kwd><kwd>система</kwd><kwd>структура</kwd><kwd>повреждение</kwd><kwd>сеть</kwd><kwd>авария</kwd><kwd>стойкость</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>pipeline</kwd><kwd>system</kwd><kwd>structure</kwd><kwd>damage</kwd><kwd>network</kwd><kwd>accident</kwd><kwd>resilience</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Barker G. The Engineer’s Guide to Plant Layout and Piping Design for the Oil and Gas Industries. Elsevier Inc., 2018. 510 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Barker G. The Engineer’s Guide to Plant Layout and Piping Design for the Oil and Gas Industries. Elsevier Inc.; 2018.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Baron H. The Oil &amp; Gas Engineering Guide: Second Edition. Technip, Paris, 2015. 271 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Baron H. The Oil &amp; Gas Engineering Guide. Second Edition. Paris: Technip; 2015.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Stewart M. Surface Production Operations Facility Piping and Pipeline Systems: Vol. III. Gulf Professional Publishing, Elsevier Inc., 2016. 1108 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Stewart M. Surface Production Operations Facility Piping and Pipeline Systems. Vol. III. Gulf Professional Publishing. Elsevier Inc.; 2016.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kleiber M. Process Engineering. Addressing the Gap between Studies and Chemical Industry. Walter de Gruyter GmbH, 2016. 412 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kleiber M. Process Engineering. Addressing the Gap between Studies and Chemical Industry. Walter de Gruyter GmbH.; 2016.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ellenberger J.P. Piping and Pipeline Calculations Manual Construction. Design Fabrication and Examination: Second Edition. Butterworth-Heinemann, Elsevier Inc., 2014. 398 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ellenberger J.P. Piping and Pipeline Calculations Manual Construction. Design Fabrication and Examination. Second Edition. Butterworth-Heinemann. Elsevier Inc.; 2014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mokhatab S, Poe W.A., Speight J.G. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Gulf Professional Publishing, Elsevier Inc., 2006. 636 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mokhatab S., Poe W.A., Speight J.G. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Gulf Professional Publishing. Elsevier Inc.; 2006.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sambasivan M., Gopal S. Handbook of Oil and Gas Piping. A Practical and Comprehensive Guide. Taylor &amp; Francis Group, 2019. 147 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sambasivan M., Gopal S. Handbook of Oil and Gas Piping. A Practical and Comprehensive Guide. Taylor &amp; Francis Group.; 2019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nolan D.P. Handbook of Fire and Explosion Protection Engineering Principles for Oil, Gas, Chemical, and Related Facilities: Fourth Edition. Gulf Professional Publishing, Elsevier Inc., 2019. 507 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nolan D.P. Handbook of Fire and Explosion Protection Engineering Principles for Oil, Gas, Chemical, and Related Facilities. Fourth Edition. Gulf Professional Publishing. Elsevier Inc.; 2019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Singh R. Pipeline Integrity Handbook. Risk Management and Evaluation. Elsevier Inc., 2014. 308 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Singh R. Pipeline Integrity Handbook. Risk Management and Evaluation. Elsevier Inc.; 2014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cheng Y.F. Stress Corrosion Cracking of Pipelines. John Wiley &amp; Sons Inc., 2013. 257 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cheng Y.F. Stress Corrosion Cracking of Pipelines. John Wiley &amp; Sons Inc.; 2013.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jawad M.H. Stress in ASME pressure vessels, boilers, and nuclear components. The American Society of Mechanical Engineers. John Wiley &amp; Sons, Inc., 2018. 334 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jawad M.H. Stress in ASME pressure vessels, boilers, and nuclear components. The American Society of Mechanical Engineers. John Wiley &amp; Sons, Inc.; 2018.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тарарычкин И.А. Структурный синтез трубопроводных транспортных систем, стойких к повреждениям линейных элементов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017, Вып. 1 (107), с. 96-106.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tararychkin I.A. Structural synthesis of pipeline transportation systems resilient to damage to linear elements. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov. 2017;1(107):96-106. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тарарычкин И.А., Блинов С.П. Имитационное моделирование процесса повреждения сетевых трубопроводных структур // Мир транспорта. 2017. Том 15. № 2. С. 6–19.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tararychkin I.A., Blinov S.P. [Simulation of the process of damage to pipeline network structures]. World of Transport and Transportation. 2017;15(2):6-19. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тарарычкин И.А., Блинов С.П. Особенности повреждения сетевых структур и развития аварийных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 3. С. 35–39.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tararychkin I.A., Blinov S.P. [The distinctive features of damage to network structures and development of accidents in pipeline transportation facilities]. Occupational Safety in Industry. 2018;3:35-39. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Тарарычкин И.А. Стойкость систем трубопроводного транспорта к повреждениям узловых элементов сетевой структуры // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 6. С. 63–68.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tararychkin I.A. Resistance of the Pipeline Transportation Systems to Damages of the Network Elements. Occupational Safety in Industry. 2018;6:63-68. (in Russ).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Banks J., Carson J.S., Nelson B.L., el al. Discrete-Event System Simulation: 5 edition. Prentice Hall., 2009. 638 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Banks J., Carson J.S., Nelson B.L., Nicol D.M. Discrete-Event System Simulation. 5 edition. Prentice Hall; 2009.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Bandyopadhyay S., Bhattacharya R. Discrete and Continuous Simulation. Theory and Practice. CRC Press, 2014. 375 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bandyopadhyay S., Bhattacharya R. Discrete and Continuous Simulation. Theory and Practice. CRC Press; 2014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета MathCad. М.: Горячая линия, Телеком, 2004. 319 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Porshnev S.V. [Computer simulation of physical processes using the MathCad suite]. Moscow: Goriachaya liniya – Telekom; 2004. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Охорзин В.А. Компьютерное моделирование в системе Mathcad: учеб. пособие. М.: Финансы и статистика, 2006. 144 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Okhorzin V.A. [Computer simulation in Mathcad: a study guide]. Moscow: Finansy i statistika; 2006. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Краснов М.Л., Киселев А.И., Макаренко Г.И. и др. Вся высшая математика. Том 1. М.: Едиториал УРСС, 2003. 328 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Krasnov M.L., Kiseliov A.I., Makarenko G.I. et al. [All advanced mathematics. Vol. 1]. Moscow: Editorial URSS; 2003. (in Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
