Влияние структурного состава на стойкость трубопроводных систем к повреждениям узловых элементов

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.

1. Oil and Gas Pipelines. Integrity and Safety Handbook [Text] / Edited by R. Winston. – John Wiley & Sons, Inc., 2015. – 816 p.

2. Shashi Menon, E. Pipeline Planning and Construction Field Manual [Text] / E. Shashi Menon. – Gulf Professional Publishing, USA, 2011. – 552 p.

3. Silowash, B. Piping Systems Manual [Text] / Brian Silowash. – The McGraw-Hill Companies, Inc., 2010. – 416 p.

4. Свердлов, А.Б. Анализ надежности газоперекачивающих агрегатов [Текст] / А.Б. Свердлов // Надежность. – 2015. – № 2(53). – С. 62-64.

5. Ткачев, О.А. Анализ надежности сетей, состоящих из идентичных элементов [Текст] / О.А. Ткачев // Надежность. – 2014. – № 1(48). – С. 30-34.

6. Черкесов, Г.Н. Анализ функциональной живучести структурно-сложных технических систем [Текст] / Г.Н. Черкесов, А.О. Недосекин, В.В. Виноградов // Надежность. – 2018. – № 2(65). – С. 17-24.

7. Черкесов, Г.Н. Оценка живучести сложных структур при многоразовых воздействиях высокой точности. Часть 1. Основы подхода [Текст] / Г.Н. Черкесов, А.О. Недосекин // Надежность. – 2016. – № 2(57). – С. 3-15.

8. Дейнеко, С.В. Обеспечение надежности систем трубопроводного транспорта нефти и газа [Текст]: учеб. пособие / С.В. Дейнеко. – М.: Техника, ТУМА ГРУПП, 2011. – 176 с.

9. Тарарычкин, И.А. Особенности повреждения сетевых структур и развития аварийных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта [Текст] / И.А. Тарарычкин, С.П. Блинов // Безопасность труда в промышленности. – 2018. – № 3. – С. 35-39.

10. Тарарычкин, И.А. Имитационное моделирование процесса повреждения сетевых трубопроводных структур [Текст] / И.А. Тарарычкин, С.П. Блинов // Мир транспорта. – 2017. – Том 15. – № 2. – С. 6-19.

11. Татт, У. Теория графов [Текст] / У. Татт; пер. с англ. Гаврилова Г.П. – М.: Мир, 1988. – 423 с.

12. Тарарычкин, И.А. Обеспечение стойкости трубопроводных систем к повреждениям элементов сетевой структуры [Текст] / И.А. Тарарычкин // Надежность. – 2018. – Т 18. – №1. – С. 26-31.