Эссе на тему: "Практическое применение результатов математического моделирования в процессе проектирования и эксплуатации систем транспорта и хранения углеводородов"

«Практическое применение результатов математического моделирования в процессе проектирования и эксплуатации систем транспорта и хранения углеводородов»
Основной объём российской нефти в настоящее время добывается в Западной Сибири, в удалении от основных потребителей нефти и нефтепродуктов. Поэтому конкурентоспособность российской нефтяной промышленности во многом зависит от эффективности доставки нефти и продуктов ее переработки покупателю.
Себестоимость транспорта существенно возрастает в сложных климатических условиях севера. Это определяется рядом факторов, основными из которых являются низкие температуры и наличие вечной мерзлоты. При низких температурах большинство нефтей и многие нефтепродукты становятся высоковязкими жидкостями с явно выраженными неньютоновскими свойствами.
Трубопроводный транспорт был и остается на сегодняшний день наиболее распространенным видом транспорта нефти и нефтепродуктов. Наиболее серьезные технологические осложнения связаны с транспортом высоковязких и застывающих нефтей. Наибольшее распространение получил транспорт нефти с предварительным подогревом.
В основе расчетов трубопроводов лежит получение гидравлической характеристики трубопровода. Гидравлические режимы газопроводов и трубопроводов вязких нефтей во многом зависят от тепловых режимов. Тепловые режимы, в свою очередь, определяются гидравлическим состоянием потока. Поэтому тепловой расчет трубопровода является неотъемлемой частью проектирования. Существующие модели трубопроводов часто не отражают достаточно точно состояние реальных трубопроводов. К примеру, анализ фактических данных эксплуатации нефтепровода «Ухта-Приводино-Ярославль» показывает, что погрешность расчетной модели достигает 35 %
Известно, что на температуру нефти при транспортировке оказывает существенное влияние сила трения. В расчетах нефтепроводов это учитывается из представления о том, что тепло от силы трения идет на нагрев нефти . При расчете газопроводов принято считать, что трение газа о стенки трубы не влияет на температуру продукта, т.к. необратимые потери работы на трение в трубопроводе компенсируются внутренним теплообменом. Иначе говоря, энергия газа, потраченная на преодоление силы трения, восполняется теплотой при выполнении работы против этой силы трения.
Исследования по нагреву жидкостей за счет трения показывают, что экспериментальные данные не совпадают с расчетами. Т.е. применение математических моделей на практике заяасиую не оправдывается, и требуются постоянные корректировки на этапах проектирования, производства и эксплуатации.
Опыт эксплуатации внутрипромысловых трубопроводов для транспортировки мультифазных флюидов нефти и газа от скважин до пунктов первичной подготовки на месторождениях нефти и газа показывает, что основным фактором, негативно влияющим на эксплуатационную надёжность промыслового трубопровода, является внутритрубная коррозия и соответственно коррозионные повреждения объектов внутрипромыслового трубопроводного транспорта. Научно-исследовательская работа и последующее внедрение трубопроводов из композитных материалов в Северной Америке было ответом индустрии трубопроводного транспорта на решение проблемы отказов трубопроводов, связанных с коррозией внутренней полости трубы. В процессе разработки также было уделено внимание пониженной шероховатости внутренней поверхности трубопроводов из композитов, что снижает потери давления потока, связанных с трением флюида о стенку трубы, и что в свою очередь увеличивает мощность (пропускную способность) трубопровода.
Прогнозирование состояния грунта вблизи трубопровода имеет особое значение для условий севера, это всегда учитывается при создании математической модели. В этих условиях не всегда возможна традиционная подземная прокладка трубопровода. Следует отметить, что для многих сортов нефти и нефтепродуктов температура грунта на глубине залегания трубопровода выше температуры застывания. Для надземных участков трубопроводов положение противоположное. Для многих сортов нефти и нефтепродуктов минимальная температура воздуха ниже температуры застывания. Поэтому вопросы обеспечения надежности транспорта нефти в зимнее время приобретают особое значение. В частности, при надземной прокладке трубопроводов в большинстве случаев требуется тепловая изоляция, заранее рассчитанная для данного климата.
Но модели необходимы не только при проектировании оборудования транспорта, но и для создания систем контроля. Использование комплексных показателей конструктивной надежности систем или показателей безотказности для количественной оценки надежности в инженерной практике получило широкое распространение. Однако с увеличением продолжительности эксплуатации объектов особое значение принимает обеспечение функциональной надежности системы, которая выражается в сохранении на заданном уровне рабочих параметров, регламентируемых правилами технической эксплуатации и рядом других нормативных документов.
Таким образом, возникает необходимость учета факторов, влияющих не только на потерю работоспособности единиц оборудования и их систем, но и на устойчивость параметров ее функционирования.
Необходима разработка моделей, позволяющих осуществлять оценку показателей надежности в безразмерных единицах, например с областью определения функции от 0 до 1. Кроме того, отсутствуют такие показатели надежности, по которым возможно было бы оценить функциональную надежность (и безопасность, в частности) элемента в заданный момент времени по реальным данным с учетом особенностей исследуемой системы.
Существуют различные модели для оценки надежности технических объектов: экспериментальные модели; «параметр - поле допуска»; «нагрузка - прочность»; «нагрузка - несущая способность»; коэффициентные модели. Коэффициентные методы широко и эффективно используются в теории физико-химических процессов, электротехнике, радиоэлектронике, для оценки показателей надежности деталей машин. Достоверность результатов оценки показателей надежности подтверждается достоверностью данных о коэффициентах влияния и объективностью составленной модели.
Несомненно, коэффициентные модели являются особенно эффективными универсальными методами для применения в условиях длительной эксплуатации оборудования, условиях неопределенности и недостатка информации, т.к. представляют собой упрощенную совокупность сложных частных моделей.
В настоящее время в мировой практике достаточно эффективной признана технология мониторинга MРC (multivariable predictive control - многофакторный контроль, оценка, прогнозирование), отвечающая современным экономическим, производственным требованиям и требованиям безопасности, основана на непрерывном особом контроле количественных и переменных величин множества показателей: контролируемых, регулируемых (уставок) и показателей производительности.
Такии образом, при проектировании всех систем храния и транспорта углеводов используются и имеют немалое значение результаты математического моделирования. Создание моделей позволяет существенно сократить затраты на создание систем, помогает установить примерную очередность технического обслуживания и определить надёжность систем.