Спросить
Войти
УДК 624.953.014.2.004.15+539.3
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.260220.99.615
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАД1ЙНОСТ1 НАФТОВИХ РЕЗЕРВУАР1В У ПЕР1ОД ЕКСПЛУАТАЦИ
СЕМЕНЕЦЬ С. М.1, к. т. н, доц., НАСОНОВА С. С.2, к. т. н, доц., ВОЛЧОК Д. Л.3 , к. т. н., доц., ВЕЛЬМАГША Н. О. 4, к. ф.-м. н., доц.
Анотащя. Постановка проблеми. Зм1ст i перюдичшсть вщновлення нафтових резервуар1в (РВС) у нормативних документах [6] визначет досить орieнтовно, а з позицш економiчноl ефективностi вiдповiднi питання дослщжеш недостатньо. Така ситуацiя, що склалася в практицi ревiзiй технiчного стану РВС, яш перебувають в експлуатаци, внмагае розроблення нових математичних моделей i методiв забезпечення експлуатацшно! надшносп РВС з урахуванням накопиченого статистичного матерiалу про дефекти та пошкодження цих споруд. У статтi техшчний стан резервуара в процесi експлуатаци описуеться в термiнах випадкових функцш корозiйного зносу, що залежать ввд часу як вiд параметра. Сформульовано ймовiрнiснi критери (необхiднi умови) часткового i повного ввдновлення резервуарних конструкцш. Розглянуто завдання рацiонального забезпечення надшносп РВС у перiод експлуатаци з урахуванням ввдновлення. Стосовно типового проекту резервуара об&емом 5 000 м3 дослвджено вплив величини необх1дного рiвня надiйностi на стратеги вiдновлення конструктивних елементiв. Отримано вiдповiднi плани-графiки ввдновлення. Мета до^дження - розробити метод ефективного забезпечення експлуатацшно! надiйностi нафтових резервуарiв на основi перiодичного ввдновлення !х конструктивних елементiв. Висновки. Запропоноваш iмовiрнiснi критери ввдновлення резервуарних конструкцш i вiдповiдна модель забезпечення надшносп можуть бути корисними для обгрунтування стратеги вiдновлення нафтових резервуарiв у перюд експлуатаци. Параметри цих моделей можуть коригуватися за результатами статистично! обробки даних технiчно! дiагностики аналопчних об&ектiв. Отриманi плани-графiки вiдновлення резервуарних конструкцш досить добре узгоджуються з перюдичшстю технiчноl дiагностики, рекомендованою в нормативних документах [6], що тдтверджуе достовiрнiсть отриманих результатiв. У результата розглянутi моделi та алгоритми можуть служити досить ефективним математичним шструментом у дослiдженнi проблем надiйностi нафтових резервуарiв.
Ключовi слова: нафтовий резервуар; забезпечення надiйностi; вiдновлення; ревЫя технiчного стану
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЯНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ
СЕМЕНЕЦ С. Н.1, к. т. н, доц., НАСОНОВА С. С.2, к. т. н, доц., ВОЛЧОК Д. Л.3 , к. т. н, доц., ВЕЛЬМАГИНА Н. А. 4, к. ф.-м. н, доц.
«Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро,
Украина, тел. +38 (067) 639-60-64, e-mail: ssemenets28@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-6359-1069
Аннотация. Постановка проблемы. Содержание и периодичность восстановления нефтяных резервуаров (РВС) в нормативных документах [6] определены весьма ориентировочно, а с позиций экономической эффективности соответствующие вопросы исследованы недостаточно. Такая ситуация, сложившаяся в практике ревизий технического состояния РВС, находящихся в эксплуатации, требует разработки новых математических моделей и методов обеспечения эксплуатационной надежности РВС с учетом накопленного статистического материала о дефектах и повреждениях этих сооружений. В статье техническое состояние резервуара в процессе эксплуатации описывается в терминах случайных функций коррозионного износа, зависящих от времени как от параметра. Сформулированы вероятностные критерии (необходимые условия) частичного и полного восстановления резервуарных конструкций. Рассмотрена задача рационального обеспечения надежности РВС в период эксплуатации с учетом восстановления. Применительно к типовому проекту резервуара объемом
MAINTENANCE OF RELIABILITY OF PETROLEUM RESERVOIRS
IN THE PERIOD OF OPERATION
SEMENETS S.M.1, Cand. Sc.(Tech), Ass. Prof,
NASONOVA S.S.2, Cand. Sc.(Tech.), Ass. Prof.,
VOLCHOK D.L.3 , Cand. Sc.(Tech.), Ass. Prof, VELMAHINA NO. 4, Cand. Sc.(Phys. and Math.), Ass. Prof.
Abstract. Problem statement. The content and periodicity of the restoration of petroleum reservoirs (RVS) in the regulatory documents [6] are defined very roughly, and from the standpoint of economic efficiency, the relevant issues are not sufficiently studied. Such a situation that has developed in the practice of revisions of the technical state of the
RVS during operation requires the development of new mathematical models and methods to ensure the operational reliability of the RVS, taking into account the accumulated statistical material on defects and damage of these structures. The article describes the technical state of the tank during operation in terms of random functions of corrosive wear, depending on time as a parameter. Probabilistic criteria (the necessary conditions) for partial and complete restoration of RVS are formulated. The task of rational ensuring the reliability of the RVS during the operation period, taking into account the restoration, is considered. With reference to the standard design of a 5,000 m3 tank, the effect of the required level of reliability on the recovery strategies of structural elements was investigated. The corresponding recovery plans are obtained. Purpose of the article is to develop a method to ensure effectively the operational reliability of petroleum reservoirs based on the periodic restoration of their structural elements. Conclusions. The proposed probabilistic criteria for the restoration of reservoir structures and the corresponding reliability model can be useful in justifying the recovery strategy of RVS during the operation period. The parameters of these models can be adjusted according to the results of statistical processing of data from technical diagnostics of similar objects. The obtained plans for the restoration of reservoir structures are in good agreement with the frequency of technical diagnostics recommended in regulation documents [6], which confirm the reliability of the results obtained. As a result, the considered models and algorithms can serve as a quite effective mathematical tool in the study of problems of reliability of RVS within the framework of the economic approach.
Вступ. Надшшсть сталевих вертикальних резервуарiв наземного типу для довгострокового збер^ання нафти i нафтопродукпв (РВС) в основному залежить вщ надшносп 1х сталевих конструкцш. Ц споруди мають високий ступшь вщповщальносп. Порушення 1х цшсносп, а тим бшьше частковi або повт руйнування спричинюють значт
матерiальнi i моральт збитки, що пов&язано iз втратою нафтопродукту, забрудненням навколишнього середовища i в багатьох випадках iз людськими жертвами. Авари РВС прийнято вщносити до розряду катастроф державного масштабу. У зв&язку з цим забезпечення надшносп нафтових резервуарiв постае головною умовою 1х експлуатацй.
Огляд дослщжень i детальний аналiз сучасного стану проблеми забезпечення експлуатацшно! надшносп нафтових резервуарiв виконано в статтях [1; 2], де, зокрема, вiдмiчаеться, що в бшьшосп дослщжень належним чином не враховуеться вплив фактора вщновлення конструктивних елеменпв на ощнку рiвня надшносп резервуара в цшому, а рiзнi методи розрахунку тако&1 оцшки зазвичай дають рiзнi результати. Для попередження можливих аварш резервуарiв необхщно класифшувати i систематизувати причини 1х виникнення, що вимагае подальшого накопичення статистичного матерiалу про вщмови РВС i передумови 1х настання. Крiм
того, маловивченою залишаеться проблема ощнювання i забезпечення надшносп нафтових резервуарiв на рiзних стадiях 1х життевого циклу. Тому питання, пов&язаш з оцiнюванням i ефективним керуванням експлуатацшною надiйнiстю РВС, досить актуальш [1; 2; 8; 10-12].
Постановка проблеми. Змiст i перiодичнiсть вщновлення нафтових резервуарiв у нормативних документах [6] визначеш досить орiентовно, а з позицш економiчноi ефективностi вщповщш питання дослiдженi недостатньо. Така ситуащя, що склалася в практицi ревiзiй технiчного стану РВС, якi перебувають в експлуатацй, вимагае розроблення нових математичних моделей i методiв забезпечення експлуатацшно! надiйностi РВС з урахуванням накопиченого статистичного матерiалу про дефекти i пошкодження цих споруд.
У статп технiчний стан резервуара в процес експлуатацй описуеться в термшах випадкових функцiй корозiйного зносу, що залежать вщ часу як вщ параметра. Сформульовано iмовiрнiснi критерп (необхщш умови) часткового i повного вщновлення резервуарних конструкцш.
Поставлено завдання ращонального забезпечення надшносп РВС у перюд експлуатацй з урахуванням вщновлення, сформульоване в термшах нелшшно! задачi математичного програмування з бiнарними змiнними. Для 11 числового розв&язання
розроблено спецiальний алгоритм, заснований на принципах «жадiбних» алгорш^в. Стосовно до типового проекту резервуара об&емом 5 000 м3 дослщжено вплив величини необхiдного рiвня надшносп на стратеги вiдновлення конструктивних елемешив. Отримано вiдповiднi плани-графiки вiдновлення.
Мета 1 завдання дослщження. Мета -розробити метод ефективного забезпечення експлуаташйно&1 надiйностi нафтових резервуарiв на основi перiодичного вiдновлення 1&х конструктивних елементсв.
Вiдповiдно до дано&1 мети ставляться таю завдання:
Основний матер1ал. Вiдповiдно до [7; 8] нафтовий резервуар розглядаеться як складна система, що складаеться з чотирьох лопчно послщовно з&еднаних пщсистем: днища, покрiвлi, цилшдрично&1 стшки i вузла сполучення стiнки з днищем. Загальна схема резервуара показана на рисунку 1.
Покр1вля Верхт пояс и стшки Нижш пояси стшга Уторний вузол Днище
Рис. 1. Загальна схема РВС
Вважаеться, що резервуар виконуе властивi йому функцп з приймання, збершання та вщпуску нафтопродуктiв у нормальних режимах роботи вщповщно до
дiючих нормативних документiв i з проектним рiвнем заливу.
Основним механiзмом вiдмов резервуара вважаеться корозшний знос, який розглядаеться в контекст комбiнованого впливу поверхнево&1 i локально&1 корозп. Технiчний стан резервуара описуеться в термшах випадкових функцiй корозiйного зносу, що залежать вщ часу як вiд параметра. Приймаеться, що усунення незворотного зносу конструктивних елемешив вимагае вщповщного капитального ремонту, а локальнi корозiйнi пошкодження
усуваються на основi поточних ремошив, що проводяться в рамках системи техшчного обслуговування i ремонтiв. Критерiем вiдмови резервуара вважаеться порушення хоча б одше&1 з нормативних вимог ненастання граничних сташв, а також умов герметичность
Згщно з нормами [7; 9] нафтовi резервуари в перюд експлуатаци повинш вiдповiдати вимогам ненастання граничних сташв за умовами мщносп, стшкосп i герметичностi. Ц вимоги можна описати наступною системою нерiвностей [7]: у Я 3 (*) - рг > 0,I = 1п ; у Я 31«) - 6М 0 > 0;
(1) (2) (3)
Тут позначено: * - напрацювання резервуара вщ початку експлуатаци; Яу розрахунковий отр сталi; п - число пояав цилвдрично&1 стшки; 8i (*) , I = 1, п -залишкове (поточне) значення товщини /-го поясу; 3дн (*), 3кр ) - залишковi (поточш) значення товщини, вiдповiдно, днища i настилу покрiвлi; 3дн0,3кр0 -проектнi значення товщини, вiдповiдно, днища i настилу покрiвлi; г - радiус
серединно1 поверхнi резервуара; ус коефiцiент умов роботи (для нижнього поясу ус = 0,6, для шших поясiв цилвдрично!& сгшки ус = 0,9, для уторного вузла ус = 1,2); Р1 -гщростатичний тиск на / -й пояс; < (0, а2 (0 - поточнi значення меридюнальних i кiльцевих напружень, що виникають в стiнцi вiд, вщповщно, поздовжнiх i радiальних зовнiшнiх навантажень; сгсг\\(?), <гсг2() -критичнi значення напружень при стисканш, вiдповiдно, в осьовому i радiальному напрямку; М0 - згинальний момент в зон сполучення сгiнки з днищем.
З урахуванням незворотного корозшного зносу залишкове значення товщини будь-якого конструктивного елемента резервуара в нерiвностях (1)-(7) визначаеться за формулою
де 50 i А^) - вiдповiдно, проектне значення товщини i поточна величина незворотного корозiйного зносу конструктивного елемента.
Данi техшчно!& дiагностики нафтових резервуарiв [3] показують, що корозшний знос днища i покрiвлi характеризуеться спшьним впливом двох складових: поверхнево&1 корозп, що викликае незворотне зменшення товщини
конструктивних елементiв, i локально! корози (корозiйнi виразки, каверни, тттинги та iн.), розвиток яко! пов&язаний з ризиками появи нас^зних пошкоджень. При цьому швидкiсть локально! корози може значно перевищувати швидкють поверхнево&1 корози. Це означае, що ненастання граничних сташв днища i покрiвлi (виконання умов (4) i (5)), взагалi кажучи, ще не забезпечуе герметичносп резервуара в перiод експлуатацй. Тому аналiз технiчного стану днища i покрiвлi, крiм перевiрки нормативних умов (4) i (5), повинен передбачати додаткову перевiрку вимоги недопущення нас^зних
пошкоджень. Цю вимогу можна описати наступною системою нерiвностей:
s» (t )-ÇÔH (t ) >s;H йр (t )(t ) >S(7)
де ÇdH(t),ÇKp (t) - поточш величини
локального корозiйного зносу, вщповщно,
днища i покрiвлi; S-H ,S-p - негативнi
допуски на листовий прокат, який використовуеться для виготовлення, вщповщно, днища i по^вль
Важливо зазначити, що система нерiвностей (1)-(5), (7)-(8) спiльно з (6) описуе змшу технiчного стану РВС внаслщок корозiйного зносу ïx конструктивних елементсв у перiод експлуатацй (до першого капiтального ремонту). При цьому, з огляду на випадковий характер корозп, лiвi частини кожно!.& з перелiчениx нерiвностей потрiбно розглядати як випадковi функци корозiйного зносу, що залежать вщ часу як вiд параметра.
Результати статистично!.& обробки даних товщинометрп сталевих конструкцiй нафтових резервуарiв [3] показують, що ïx корозiйний знос досить добре описуеться нормальним законом розподшу
ймовiрностей. Беручи до уваги дану обставину, а також стввщношення (1)-(8), показники надiйностi РВС можна виразити через шдекси забезпеченостi [8] i функщю нормованого нормального розподшу.
Загальна методика i вщповщш розраxунковi моделi оцiнки ймовiрностей ненастання граничних сташв цилшдрично!.& стiнки i ïï поясiв, вузла сполучення стiнки з днищем, днища i по^вл^ наведен в статтi [8]. Ймовiрностi вщсутносп наскрiзниx ушкоджень днища та покрiвлi протягом напрацювання t можна знайти за такими формулами:
P ( t ) = Р[йдн (t ) -ff* (t ) -S- > 0] =
d f 2 Л u
РГ ( t ) = PS (t )-çKp (t )-s- > 0] =
■ Uk = i exP
f u2 >
Тут jUd, jUk - поточнi значення шдекав забезпеченостi герметичностi,
вiдповiдно, днища i покрiвлi, обчислюють за формулами:
Мм+Ш)
ркр (О+% (*)
де риска i хвиляста лiнiя позначають, вiдповiдно, математичне очшування i середньоквадратичне вiдхилення випадко-вих величин.
Оскiльки корозiйний знос - це головний i загальний мехашзм деградаци резервуарних конструкцiй, то 1&х вiдмови е статистично залежними подiями, що робить «неробочим» вщоме правило множення ймовiрностей при визначенш ймовiрностi безвщмовнох роботи всього резервуара. У такш ситуаци ймовiрнiсть безвщмовно&1 роботи РВС протягом заданого напрацювання може бути наближено ощнена на основi моделi «слабшо&1 ланки»
[4; 8]......
Вщповщно до ще&1 моделi, якщо вiдмови елементгв системи з логiчно послiдовним з&еднанням елемештв викликаються однiею i тею ж причиною, першим виходить iз ладу «найслабший» елемент, ймовiрнiсть вщмови якого найбiльша (прикладом може служити руйнування мехашчного ланцюга, якщо прикладене навантаження, яке перевищуе мщнють будь-яко&1 одшех ланки). Стосовно нафтових резервуарiв модель «слабшо&1 ланки» мае такий вигляд [8]:
Ре (*) = штрс (*), Ps(t), Ра (О, Ри (0} (12) Тут Рс (*), РДО- ймовiрностi
безвщмовнох роботи, вiдповiдно,
цилшдричнох стiнки i вузла сполучення стшки з днищем; Р^(*), Ри(*)- ймовiрностi безвщмовнох роботи, вiдповiдно, днища i покрiвлi, що визначаються за формулами:
Ра (* ) = шт{ (*), РГ (*)};
Рк (* ) = шт( Р«(*), РГ (*)},
де (*), Р^ - ймовiрностi ненастання граничного стану, вщповщно, днища i
покрiвлi, РГ (*),РкГ - ймовiрностi збереження герметичностi, вiдповiдно, днища i по^вт.
Зауважимо, що розрахунковi моделi
ощнки ймовiрностей Рс (*), Р^), (*), (*)
наведенi в [8], а ймовiрностi РГ (*), РкГ обчислюються за (9)-(10).
Для пiдтримки надiйностi нафтових резервуарiв, що перебувають в експлуатаци, перюдично проводяться ревiзii 1&х технiчного стану. Пщ ревiзiею розумiеться комплекс дiагностичних i ремонтних заходiв, спрямованих на вщновлення резервуарних конструкцiй. Ревiзiю, пов&язану з каттальним ремонтом, будемо називати повним вщновленням, а ревiзiю, вироблену на основi поточного ремонту, - частковим вщновленням.
Поставимо наступну задачу
ращонального забезпечення надшносп РВС. Розглядаеться сталевий резервуар для зберiгання товарних нафтопродуктiв, що перебувае в експлуатаци. Вiдомi проектш параметри й iншi паспортнi характеристики резервуара, а також умови i режими його експлуатаци. Потрiбно при заданому термш служби Т визначити економiчно рацiональнi перiодичностi вiдновлення конструктивних елемешив резервуара, що дозволяють забезпечити необхщний рiвень надiйностi споруди на часовому iнтервалi [*0, *0 + Т ] його експлуатаци.
Для запису математично! моделi щс! задачi введемо наступнi основнi припущення.
виготовлений, змонтований i правильно експлуатуеться.
На додаток до введених припущень далi будемо враховувати, що загальна вартють грошових вкладень, необхiдних для пщтримки надiйностi РВС, повинна визначатися з урахуванням рiзночасностi витрат. Це пояснюеться тим, що сталевi резервуари для збер^ання товарних нафтопродуктiв перебувають в експлуатацй десятки роюв, що означае рiзночасовi вкладення капiталу, необхщт для забезпечення iх надшно! роботи. Для коректного економiчного зiставлення рiзночасових витрат, що мають мiсце протягом заданого штервалу часу t0 + Т],
цi витрати повинш бути дисконтованi (приведенi до единого моменту часу, наприклад, до стартово! точки
Вартiсть грошових вкладень, зроблених у момент часу t, приведену до початкового моменту часу t0 = 0, можна визначити таким чином [5]:
де - витрати, необхiднi для проведення ревiзii технiчного стану РВС в момент часу t; 70 - т ж витрати, але приведет до
початкового моменту часу С параметр дисконтування, обчислюеться за формулою с = 1п(1 + сср); Сср - середня
банювська вщсоткова ставка з катталу.
Слiд зазначити, що дисконтування витрат враховуе точку зору власника катталу, який вважае, що будь-яю засоби повинн приносити прибуток.
Дисконтування «здешевлюе» майбутнi витрати i змушуе бшьше дорожити миттевими витратами, нiж перспективними доходами i витратами.
Розiб&емо часовий iнтервал експлуатацй резервуара [t0, ^ + Т] на деяке число N
елементарних iнтервалiв ti ], I = 1, N
довжиною At = T / N. Моменти часу tj,t2,K tN будемо називати контрольними.
Контрольт точки - це потенцшт моменти ревiзiй теxнiчного стану резервуара в перюд експлуатацiï&.
Для формалiзацiï& процесу перiодичного вiдновлення РВС iз множини можливих варiантiв прийняття рiшення в контрольних точках приймемо до розгляду таю варiанти, вважаючи ïx для спрощення альтернативними:
За кожним iз перелiчениx семи варiантiв прийняття ршення далi закршимо код, який визначаеться вщповщним порядковим номером. Позначимо через
Xj (i = 1, N, j = 1,7) бшарну змшну, яка
дорiвнюе 1, якщо в контрольнш точщ ti приймаеться j -й варiант проведення ревiзiï, i дорiвнюе 0 - в шшому випадку.
Вектор виду X (i) = ( xi1, xi2,..., xi7 ) назвемо вектором ревiзiй теxнiчного стану РВС у контрольны точцi tt. Даний вектор визначае той або шший варiант прийняття рiшення в момент часу ti. Наприклад, якщо X (i) = (1,0,0,0,0,0,0), в контрольнш точщ ti тяю перевiрки не проводяться, якщо X (i) = (0,1,0,0,0,0,0), то в момент tt
проводиться поточний ремонт покрiвлi i т. д. Оскшьки наведенi вище варiанти прийняття рiшення вважаються альтернативними, очевидно, що тшьки одна з координат
вектора peBÏ3rn x(i) може бути вiдмiнна вiд 0 i дорiвнюe 1.
Матрицею вщновлень резервуара в контрольний момент часу ti назвемо
матричну функцiю розмiрнiстю i х 7, рядками яко&1 е вектори ревiзiй у вщповщних контрольних точках:
Дана матриця визначае тип, черговiсть i термiни вiдновлень резервуара протягом напрацювання ti.
Повне уявлення про систему вщновлень резервуара, вироблених за весь перюд експлуатаци, дае наступна матриця вщновлень:
X (T ) =
VXN1 XN2
Розглянемо багатокроковий процес прийняття рiшень. На кожному i -му крощ цього процесу визначаеться вектор x(i), що iдентифiкуе змiст ревiзiï техшчного стану РВС, виробленоï в контрольний момент часу ti. Потрiбно за N кроюв побудувати таку матрицю вiдновлень X(T), яка дозволяе забезпечити необхщний рiвень надiйностi РВС на розглянутому iнтервалi експлуатаци при найменших сумарних експлуатацiйних витратах.
Сумарш експлуатацiйнi витрати на утримання РВС будемо розглядати як суму витрат на проведення ревiзiй Zx i гшотетичних збиткiв Zy вiд вщмов за
аналiзований перiод експлуатаци. Беручи до уваги формулу (14), витрати на проведення ревiзiй техшчного стану РВС з урахуванням дисконтування визначаються так:
Zx=ЕЕ cjxj exp(-® t),
де cij - вартiсть j-го виду ревiзiï в
контрольны точцi ti, яка наближено
розраховуеться, виходячи з припущення, що вартють часткового вiдновлення (поточний ремонт) конструктивних елемешив пропорцiйна 1&х початковiй вартостi i величинi незворотного корозiйного зносу. При цьому вартють повного вiдновлення елементiв (капiтальний ремонт) приймаеться рiвною 1&х початково&1 вартостт
Гiпотетичнi збитки вiд вiдмови РВС за аналiзований перiод експлуатаци вщповщно до [5] визначимо так:
Zy = У - Prz (t )]dt
де у - усереднена величина збитюв вГд гiпотетичноï вщмови резервуара, що визначаеться виходячи з апрюрного аналiзу можливих наслiдкiв; P rez(t) - ймовГршсть безвщмовно! роботи резервуара протягом напрацювання t, обумовлена з урахуванням вщновлення.
З огляду на вищевикладене, математична модель задачi забезпечення надiйностi РВС за критерiем мГнГмуму сумарних експлуатацшних витрат мае такий вигляд:
ЕЕ cjxj exp(-® ti)+
у - Prz (t ]dt ^ min
Prez(ti) >P*, ti g[0,T];
Е x^ = 1, i = 1N ;
(16) (17)
ЕCjXj < c * i =1, N. (18)
Тут P - необхщний рiвень надшносп * ..... резервуара; ci - гранична варисть ревiЗil в
i-й контрольнГй точцГ, що вiдображае
ФГвднсовГ можливостГ нафтобази з
технiчного обслуговування РВС у момент
часу ti, i визначаеться виходячи з норми
щорiчних амортизацiиних вщрахувань, якi становлять 5 % кошторисно! вартост резервуара.
На 0CH0Bi моделi (15)—(18) визначаеться така система вщновлень резервуарних констpукцiИ (матрицяX(T)), яка дозволяе забезпечити необхiдниИ piвень нaдiИностi РВС при найменших сумарних експлуaтaцiИних витратах.
Модель (15)—(18) сформульована в теpмiнaх зaдaчi нелшшного математичного програмування з бiнapними змшними. Для наближеного числового виpiшення ще! зaдaчi був розроблений модифiковaниИ «жaдiбний» алгоритм, якиИ передбачае поетапне будування локально оптимальних пеpiодичностеИ вщновлення окремих конструктивних елементiв (днища, по^вл^ нижнього поясу цилшдрично! стiнки i вузла сполучення стiнки з днищем). Ршення про необхiднiсть вiдновлення резервуара в поточниИ момент часу ti приИмалося за
такими кpитеpiями:
Будь-яке вщновлення не потpiбне:
Prez (ti ) > P A Prez (ti+l) > P*. (19)
Часткове вiдновлення покpiвлi: Prz (ti ) > P* A P (ti+l) < P*. (20)
Часткове вщновлення днища i вузла сполучення:
Prez (ti) > P A Pd (ti +1) < P .
Повне вщновлення покpiвлi Prez (ti) > P* A Pq (ti +1) < P* . (22)
Повне вщновлення днища i вузла сполучення:
Prez (ti) > P* A Pq (ti +1) < P* . (23)
Повне вщновлення вузла сполучення:
Prez (ti) > P A ( Ps (ti+1) < P V
pq (ti+1) < p*). (24)
Повне вщновлення 1-го поясу:
* * . Prez (ti) > P A P1(ti+1) < P . (25)
Числовi розрахунки проводилися
стосовно типового проекту РВР-5000 при
наступних вихщних даних: Ry = 230 МПа;
r = 1046см; n = 10; T = 40 роюв; At = 1 pk;
ю = 0,03; у = $ 10 000. Висота i дiаметр стiнки, вiдповiдно, 1 490 i 2 092см. Проектна товщина поясiв стiнки, починаючи з нижнього, вщповщно, 10, 7, 7, 6, 5, 5, 4, 4, 4, 4 мм. Проектна товщина днища i по^вл^ вщповщно, 5 мм i 3 мм. Висота затоки приймалася рiвною 1 420 см. Щшьшсть
нафтопродукту - 0,0009 кг/см , надлишковий тиск у газовому просторi -2,0 кПа, вакуум - 0,25 кПа, кшьюсть циклiв навантаження в рiк - 60, вартють одше&1 тонни металопрокату - $ 300. Проектна вартють окремого конструктивного елемента вважалася рiвною потроенш вартостi металопркату, необхiдного на його виготовлення.
Ймовiрностi безвщмовно&1 роботи конструктивних елемешив резервуару з урахуванням вщновлення обчислювалися за формулами (9)-(13) i розрахунковими моделями, наведеними в [8], на основi перерахунку вiдповiдних шдекав забезпеченостi конструктивних елементiв пiсля кожно&1 ревiзii.
Величини незворотного i локального корозшного зносу резервуарних
конструкцiй при заданому напрацюванш визначалися на основi спрощених формул:
АО)« ucpt; д(?) * ^, де иСр, vcp - середнi швидкостi, вiдповiдно,
поверхнево&1 i локально&1 корозп, якi розглядалися як випадковi величини, розподiленi за нормальним законом. У розрахунках використовувалися статистичш характеристики швидкостей корозп конструктивних елемешив резервуарiв для зберiгання св^лих нафтопродуктiв (бензин, гас, дизельне паливо). 1х значення приймалися за [3].
На рисунках 2-5 показано плани-графши вiдновлення резервуарних конструкцiй (П - повне, Ч - часткове вщновлення), отримаш на основi оптимiзацiйноi моделi (15)—(18).
р. Тривал1стъ евсплуатацп, роки
Рис. 2. Плани-графгки вгдновлення покргвлг залежно вгд необхгдного ргвня надшностг
р. Тривалгсть експлуатаци. роки
Рис. 3. Плани-графгки вгдновлення днища залежно вгд необхгдного ргвня надтностг
р. Тривалгсть експлуатаци. роки
Рис. 4. Плани-графгки вгдновлення вузла сполучення стгнки з днищем залежно вгд необхгдного
ргвня надшностг
р* Тривал1сть експлуатаци, роки
Рис. 5. Плани-графгки вгдновлення 1-го поясу залежно вгд необхгдного ргвня надтностг
Аналiз цих перюдичностей зокрема показуе, що при значеннях Р * < 0,99 обмеження на ймовiрнiсть безвiдмовноi роботи Рге2 ) > Р* е пасивним. Це означае, що оптимальна перюдичшсть вщновлень визначаеться, головним чином, величиною гшотетичних збитюв у i не залежить вщ
Р*. Якщо ж Р* > 0,99, то обмеження Ргег ) > Р* стае активним, що спричинюе рiзке збшьшення обсягу ремонтно-вiдновлювальних заходiв. Крiм того, отриманi плани-графiки досить добре узгоджуються з перюдичнютю технiчноi дiагностики нафтових резервуарiв, рекомендованими в [6].
Висновки. Запропоноваш критери (необхiднi умови) вщновлення (20)-(25) i вiдповiдна модель забезпечення надшносп
(15)—(18) можуть бути корисними для обгрунтування стратегш вiдновлення нафтових резервуарiв у перюд експлуатаци. Параметри цих моделей можуть коригуватися за результатами статистичнох обробки даних технiчноi дiагностики аналопчних об&ектiв. Побудованi плани-графiки вщновлення резервуарних конструкцш досить добре узгоджуються з перюдичнютю технiчноi дiагностики РВС, рекомендованою в нормативних документах [6], що пщтверджуе достовiрнiсть отриманих результатiв. У результатi розглянутi моделi та алгоритми можуть служити досить ефективним математичним шструментом для дослщження проблем надiйностi нафтових резервуарiв у рамках економiчного пiдходу.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
REFERENCES
Hagmm.na go pega^n : 26.12.2019.
