Выбор сетевых структур трубопроводных систем стойких к развитию смешанного повреждения

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.

трубопровод, система, структура, повреждение, сеть, авария, стойкость

1. Barker G. The Engineer’s Guide to Plant Layout and Piping Design for the Oil and Gas Industries. Elsevier Inc., 2018. 510 p.

2. Baron H. The Oil & Gas Engineering Guide: Second Edition. Technip, Paris, 2015. 271 p.

3. Stewart M. Surface Production Operations Facility Piping and Pipeline Systems: Vol. III. Gulf Professional Publishing, Elsevier Inc., 2016. 1108 p.

4. Kleiber M. Process Engineering. Addressing the Gap between Studies and Chemical Industry. Walter de Gruyter GmbH, 2016. 412 p.

5. Ellenberger J.P. Piping and Pipeline Calculations Manual Construction. Design Fabrication and Examination: Second Edition. Butterworth-Heinemann, Elsevier Inc., 2014. 398 p.

6. Mokhatab S, Poe W.A., Speight J.G. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Gulf Professional Publishing, Elsevier Inc., 2006. 636 p.

7. Sambasivan M., Gopal S. Handbook of Oil and Gas Piping. A Practical and Comprehensive Guide. Taylor & Francis Group, 2019. 147 p.

8. 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.

9. Singh R. Pipeline Integrity Handbook. Risk Management and Evaluation. Elsevier Inc., 2014. 308 p.

10. Cheng Y.F. Stress Corrosion Cracking of Pipelines. John Wiley & Sons Inc., 2013. 257 p.

11. Jawad M.H. Stress in ASME pressure vessels, boilers, and nuclear components. The American Society of Mechanical Engineers. John Wiley & Sons, Inc., 2018. 334 p.

12. 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.

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

14. 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.

15. Тарарычкин И.А. Стойкость систем трубопроводного транспорта к повреждениям узловых элементов сетевой структуры // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 6. С. 63–68.

16. Banks J., Carson J.S., Nelson B.L., el al. Discrete-Event System Simulation: 5 edition. Prentice Hall., 2009. 638 p.

17. Bandyopadhyay S., Bhattacharya R. Discrete and Continuous Simulation. Theory and Practice. CRC Press, 2014. 375 p.

18. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета MathCad. М.: Горячая линия, Телеком, 2004. 319 с.

19. Охорзин В.А. Компьютерное моделирование в системе Mathcad: учеб. пособие. М.: Финансы и статистика, 2006. 144 с.

20. Краснов М.Л., Киселев А.И., Макаренко Г.И. и др. Вся высшая математика. Том 1. М.: Едиториал УРСС, 2003. 328 с.