Прогнозирование количества аварий На участках магистральных газопроводов с опасными дефектами

 

 

Газопровод Уренгой-Челябинск, классификация аварий,

Время эксплуатации, прогнозирование дефектных секций

Gas pipeline Urengoi-Chelyabinsk, emergencies classification, operation time, defective sections prediction

UDC 622.691:620

Prediction of quantity of emergences in the trunk gas pipeline sections with critical defects. Malyushin N.A., Minyailo I.V.

The results of diagnostic survey of the trunk gas pipeline Urengoi-Chelyabinsk are presented. A formula was obtained for determination of defective sections of linear runs of pipelines. A comparison of actual and predicted data showed a good convergence of results. The error was only 0.2%. The formula obtained makes it possible to predict with high accuracy a presence of defective sections preventing the emergency situations.Fig. 1,Table 1.

Р

езультаты диагностического обследования линейных участков магистрального газопровода Уренгой-Челябинск позволяют оценить их техническое состояние и определить безопасные режимы перекачки газа или установить очередность ликвидации опасных дефектов, одновременно спрогнозировав остаточный ресурс сооружения.

Анализ результатов обследования ряда нефте- и газопроводов показывает, что за последние 20 лет основными видами дефектов и аварий являются коррозионные повреждения металла труб. Встречаются так же механические повреждения, связанные с работой ремонтной техники на трассах. Брак строительно-монтажных работ в основном выявлен в интервале начальных 10-ти лет эксплуатации. Классификация аварий линейной части осуществляется по различным признакам. При построении модели выделяют две группы причин: внешние и внутренние. Внешние причины включают условия прокладки, свойства транспортируемой среды, режимы перекачки и т.п., то есть причины, являющиеся постоянными при эксплуатации, а внутренние – причины, зависящие от времени эксплуатации. При такой классификации дефектов можно использовать для анализа динамики отказов секций трубопроводов вероятностную модель отказов. Принимаем, что все секции находятся в одинаковых условиях эксплуатации, что позволяет использовать аппарат формально-кинетического анализа и представить функцию отказов в виде следующего дифференциального уравнения:

,                                   (1)

где  – число работоспособных секций трубопровода;  – коэффициент, учитывающий влияние на отказ секций трубопроводов причин первой группы (условия прокладки, режимы работы и т.п.);  – коэффициент, учитывающий влияние второй группы (коррозийные повреждения металла труб), зависящие от времени эксплуатации. Следовательно, коэффициент  будет отражать увеличение вероятности отказов, связанных с изменением свойств материала, а в качестве основного принимаются коррозионные повреждения. Коэффициент , исходя из предложенных моделей коррозионного повреждения, можно представить в виде

,                                                     (2)

где и  – эмпирические коэффициенты. Сопоставление уравнений (1) и (2) позволяют преобразовать уравнение (1) и представить его в виде

.                                        (3)

Для начала эксплуатации  тогда – число секций рассматриваемого участка газопровода, шт. Тогда

,                         (4)

то есть закон изменения отказов секций газопровода, так же как и коррозионные повреждения, оказывается экспоненциальным. В этом случае основной задачей является определение эмпирических коэффициентов предложенной модели. Они могут быть определены следующим образом с введением обозначений:

  (a)  ,                (б) .

Эту функцию можно разложить в ряд Тэйлора:

.                          (5)

Исходя из анализа рассмотренного ряда и учитывая, что , можно ограничиться тремя членами ряда, тогда

.                                 (6)

Коэффициенты в уравнении (6) можно определить, располагая данными о количестве отказов труб в фиксированные отрезки времени от начала эксплуатации. Это позволяет записать для их определения систему нелинейных уравнений:

;

  ;

……………………………………..                                      (7)

.

В этом случае и   - фактические данные по количеству отказов секций труб (их замене) в интервале времени . Обозначим , .

Запишем для расчета эмпирических коэффициентов условную функцию вида

.                                         (8)

Получим

.   (9)

Минимумы функций позволяют определить требуемые коэффициенты из следующих уравнений:

,                         (10а)

.                           (10б)

 

Преобразуем полученные уравнения (10а) и (10б):

,                                (а)

.                               (б)

На основании теоремы Крамера, решая полученные уравнения, имеем следующее:

= ,

= ,

= .

Окончательно получаем уравнения для расчета эмпирических коэффициентов:

 

,                             (11)

.                             (12)

 

Вычисление коэффициентов n u p осуществляется по известным значениям числа отказов для фиксированных значений времени , в качестве которых принимаем интервалы времени эксплуатации от начала ее до момента двух последовательных диагностических обследований. В качестве расчетных значений принимаем интервалы времени = 19лет и = 23года (время проведения диагностических обследований).

Получим уравнение по расчету числа поврежденных секций с течением времени, что позволяет рассчитать число поврежденных секций при последующей эксплуатации и заранее резервировать необходимое их число для капитального ремонта, а также позволяет поддерживать надежность линейной части на проектном уровне (рис. 1).

Решение полученного уравнения имеет вид

  .                           (13)

Количество секций

Время эксплуатации

 

 

Приведено сопоставление фактических и расчетных значений числа секций с прогнозом их повреждений до 50 лет эксплуатации (таблица).