методичка. Поляков методичка по оформлению. Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска
 Скачать 3.37 Mb.
|
|
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» Кафедра проектирования и эксплуатации газонефтепроводов В.А. ПОЛЯКОВ МЕТОДЫ И НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕФТЕПРОВОДОВ. учебное пособие Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019 УДК 67 ББК 33.3 П54 В.А.Поляков . Методы и нормы технологического проектирования нефтепроводов:. Учебное пособие [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.А.Поляков. – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019. – 3,4 Мб – Электрон.дан. - 1 электрон.опт.диск (CD-ROM); 12 см. – Систем.требования: компьютер IBM-PC совместимый; монитор, видеокарта, поддерживающ. разреш.1024x768; привод CD-ROM; программа для чтения pdf-файлов. – Загл.с этикетки диска. Учебное пособие является обязательной составной частью учебной дис-циплины “Методы и нормы проектирования”, включенной в Учебный план магистерской программы 21.04.01.23 “Проектирование и реконструкция объ-ектов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов” по Направлению 21.04.01 “Нефтегазовое дело”. В нем представлено формирование общей тех-нологии проектирования сложных систем в приложении к конкретному (частному) примеру нефтепроводной системы. Учебное пособие будет полезно студентам всех технических специаль-ностей, работникам служб проектирования, строительства, эксплуатации и экспертизы, специалистам, занимающимся разработкой и оценкой техноло-гий проектирования, преподавателям технических средних и высших учеб-ных заведений, слушателям курсов повышения квалификации. Минимальные системные требования: Тип компьютера, процессор, частота: IBM-PC совместимый Видеосистема: монитор, видеокарта, поддерживающая разрешение1024x768 Дополнительное оборудование: привод CD-ROM Дополнительное программное обеспечение: программа для чтения pdf-файлов. © РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 201 9 © В.А.Поляков, 2019 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина В.А. ПОЛЯКОВ МЕТОДЫ И НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ НЕФТЕПРОВОДОВ. Учебное пособие Москва 2019 3 СОДЕРЖАНИЕ. ВВЕДЕНИЕ. …………………………………………………………… 4 ЧАСТЬ 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПОЧКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ………………………………….. 7 1.1. Унифицированная постановка технической задачи. …. 7 1.2. Техническое регулирование и системы нормативных документов. ……………………………………………… 12 1.3. Технологическая цепочка проектирования – Последовательность бизнес-процессов. ………………. 18 ЧАСТЬ 2. ОСНОВНОЙ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ПРОЕКТА И ФУНКЦИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ. ……… 30 2.1. Пропускная способность нефтепровода. ……………… 30 2.2. Варианты основного определяющего количественного показателя. ……………………………………………… 37 2.3. Потеря энергии на преодоление сил вязкого сопротивления. …………………………………………. 42 ЧАСТЬ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ. ……………….. 49 3.1. Суммарные потери напора по длине нефтепровода. …. 49 3.2. Линия гидравлического уклона. ……………………….. 52 3.3. Расчетная длина нефтепровода. ……………………….. 57 ЧАСТЬ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ, ПЕРЕДАВАЕМОЙ НЕФТИ. …………………………………………………. 67 4.1. Определение числа нефтеперекачивающих станций. … 67 4.2. Определение толщины стенки трубы. 78 4.3. Требуемое давление на выходе НПС. …………………. 86 4.4. Определение требуемых характеристик насосных агрегатов. ……………………………………………….. 92 4.5. Регулирование работы насосов. ……………………….. 96 ЧАСТЬ 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЙ. ……………. 100 5.1. Определение требуемой емкости резервуарного парка.. 100 5.2. Способы увеличения пропускной способности МН. …. 104 5.3. Общая последовательность действий Технологического проектирования. …………………… 106 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. ……………………………………….. 109 ЛИТЕРАТУРА. ……………………………………………………….. 110 4 ВВЕДЕНИЕ В Российском государственном университете нефти и газа (националь- ном исследовательском университете) имени И.М. Губкина на факультете “Проектирование, сооружение и эксплуатация систем трубопроводного транспорта” на кафедре “Проектирование и эксплуатация газонефтепрово- дов” студенты проходят обучение по магистерским Программам 21.04.01.23 “Проектирование и реконструкция объектов магистральных нефте- и нефте- продуктопроводов” и 21.04.01.17 “Трубопроводный транспорт углеводоро- дов”. В Учебный план магистерских Программ 21.04.01.23 “Проектирование и реконструкция объектов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов” и 21.04.01.17 “Трубопроводный транспорт углеводородов” по Направлению 21.04.01 “Нефтегазовое дело” включена дисциплина “Методы и нормы про- ектирования”. Система магистральных нефтепроводов (МН) – элемент общей техноло- гической цепочки нефти и нефтепродуктов и одновременно самостоятельный сложный комплекс разных по своему назначению, конструкции и стоимости, но связанных выполнением единых технологического (трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов) и экономического (система МН – ком- мерческое предприятие) процессов, объектов. Следовательно, нефтепровод- ная система должна количественно характеризоваться широким набором разных и одновременно взаимосвязанных (нормируемых) показателей. При этом в общем случае любая технологическая (и нефтепроводная в том числе) система должна обеспечить заданное (например, в Задании на проектирова- ние) значение части технологических и коммерческих показателей. Поэтому формирование именно целенаправленной взаимосвязи нормируемых (техни- ческих, экономических и других) показателей (нефтепроводной) системы – задача проектирования. Разнообразие технологических систем – широкий набор их количествен- ных характеристик и наличие диапазонов их изменения – требует формиро- вания технологии проектирования. Именно формирование технологии проек- тирования МН – Цель данной учебной дисциплины. Система МН – отдельный (частный) пример сложной технологической системы. “Отдельное не существует иначе как в той связи, которая ведет к общему. Общее существует лишь в отдельном, через отдельное” [9]. Поэтому Задача № 1 (принципиальная идея) данной (университетской) дисциплины и данного учебного пособия – формирование общей технологии проектирова- ния сложных систем в приложении к конкретному (отдельному, частному) примеру нефтепроводной системы. Методической основой формирования технологии является Унифици- рованная постановка технической задачи (§1.1), сформулированная в [12]. Технология проектирования формируется именно как принципиальное реше- ние задач, сформулированных в Унифицированной постановке. Это особен- 5 ность и оригинальная часть данной учебной дисциплины и данного учеб- ного пособия. Унифицированная постановка технической задачи определяет Задачу № 2 данного учебного пособия – формализация общей технологической цепоч- ки проектирования в виде иерархической системы этапов проектирования, уровней принятия решения и управления (§1.1) и выбор этапа проектирова- ния для изучения в рамках учебного пособия: - представлены регулирующие процесс проектирования МН Иерархиче- ская система нормативно-правовых актов, действующих на территории Рос- сии, и Иерархическая система применения нормативных документов ПАО “Транснефть” (§1.2): - процесс проектирования МН представлен в виде технологической це- почки последовательных бизнес-процессов (§1.3); - для изучения выбран этап общей системы проектирования – Техноло- гическое проектирование (§2.2). Следующая из Унифицированной постановки Задача № 3 данного учеб- ного пособия – формирование последовательности вычислений в рамках Технологического проектирования: - выбор основного определяющего количественного показателя проекти- руемого технологического процесса – проектной пропускной способности нефтепровода (§2.1); - математическая формализация функции проектной пропускной спо- собности нефтепровода: выбран исследуемый механический процесс для математической формализации – уравнение баланса напоров – функции пропуск- ной способности нефтепровода (§2.3); определена величина суммарных потерь напора на расчетном участке – правая часть уравнения баланса напоров (Часть 3); определен объем передаваемой нефти энергии – левая часть урав- нения баланса напоров (Часть 4); - формирование общей последовательности вычислений в рамках Тех- нологического проектирования (§4.3). Результат формализации функции пропускной способности и ее решения (уравнения баланса напоров) – формирование набора нормируемых показа- телей (основных показателей МН) и диапазонов их изменения (Задача № 4 данного учебного пособия): определение проектной пропускной способности нефтепровода (§2.1), наружного диаметра (§3.2) и толщины стенки трубы (§4.2), рабочего давления на выходе нефтеперекачивающих станций (НПС) и числа НПС (§4.1), суммарного требуемого дифференциального напора маги- стральных насосов и дифференциального напора одного магистрального насоса (§4.3), требуемых характеристик насосных агрегатов (§4.4), суммар- ный полезный объем резервуарных парков (§5.1). Таким образом, в учебном пособии решается главная задача Технологи- ческого проектирования – определение комбинации значений основных по- казателей МН и допустимых диапазонов их изменения. 6 Изменение же величины расхода нефтепровода (§5.2) – изменение диа- пазонов изменения основных показателей магистрального нефтепровода. На основе Унифицированной постановки представлен принцип решения отдельной самостоятельной задачи – определение отличия той или иной технологии проектирования (§2.2). Представленная в учебном пособии методика формирования технологии проектирования технологического процесса – обеспечение изменения коли- чественного показателя в установленном диапазоне – применима к любым приложениям (технологическим процессам и техническим объектам). Поэто- му в формировании данной технологии на примере конкретного технологи- ческого процесса общетехническая ценность данного учебного пособия. Как показано в данном учебном пособии Технологическое проектирова- ние является обязательной частью общей технологической цепочки проекти- рования, поэтому Технологическое проектирование является обязательной составной частью учебной дисциплины “Методы и нормы проектирова- ния”. В целом технология проектирования МН требует применения более широкого набора показателей, к определению которых может и должна быть применена представленная в работе методика формирования технологии проектирования. Формирование общей технологии проектирования технологических процессов и технических объектов является целью и оригинальной особен- ностью работы. Поэтому ознакомление с данной работой будет полезно: - не только студентам, обучающимся по указанному выше Учебному плану магистерских Программ “Проектирование и реконструкция объектов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов” и “Трубопроводный транспорт углеводородов”, но и студентам всех технических специальностей; - работникам служб проектирования, строительства, эксплуатации и экс- пертизы; - специалистам, занимающимся разработкой и оценкой технологий про- ектирования; - преподавателям технических средних и высших учебных заведений; - слушателям курсов повышения квалификации. 7 ЧАСТЬ 1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПОЧКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ. 1.1.Унифицированная постановка технической задачи. Унифицированная постановка технической задачи определения и обес- печения заданного значения показателя эффективности. Показатель эффек- тивности. Обеспечение эффективности. Номенклатура нормируемых показа- телей. Повышение и понижение уровня эффективности. Иерархическая си- стема этапов проектирования, уровней принятия решения и управления. Тех- нологическая цепочка проектирования. Задача проектирования. Задача экс- плуатации. Состояние системы. Техническое состояние объекта. Проект. Надежность. Техническое обслуживание. Отличие технических объектов и технологических процессов. Отличие технологии проектирования и системы технического обслуживания. Классификация технического объекта и техно- логического процесса. Первый обязательный этап проектирования – математическая формали- зация технологической цепочки проектирования. Формирование общей технологии проектирования трубопроводной си- стемы проведем в соответствии с унифицированной постановкой техниче- ской задачи определения и обеспечения заданного значения показателя эффективности [12]. Показатель эффективности – количественный по- казатель требуемого результата для заданного процесса или объекта. Поэто- му обеспечение заданного уровня эффективности – обеспечение заданного значения выбранного количественного показателя. Обеспечение заданного уровня эффективности системы в целом или от- дельного составляющего ее объекта – выполнение (решение) следующего обязательного (унифицированного) набора действий (задач) [12]: 1.Выбор основного определяющего количественного показателя S про- ектируемого (исследуемого, анализируемого) процесса или объекта – стои- мость проекта, срок окупаемости вложенных средств, эксплуатационные расходы, время выполнения проекта, заданный расход (объем транспортиру- емой по трубопроводу среды за единицу времени) и так далее. 2.Определение требуемого значения показателя (уровня эффективности) процесса или объекта – диапазона его возможного изменения S min ≤ S S max , (1.1.1) где S min , S max – соответственно установленные (нормативными документами, договорными обязательствами, заданием на проектирование и так далее) ми- нимальное и максимальное допустимые значения определяющего показателя. 3.Формализация функции эффективности S – формирование набора учи- тываемых при проектировании процессов, обеспечивающих и сопровожда- ющих технологический процесс трубопроводного транспорта, и их количе- ственных показателей х k S min ≤ S = S(х 1 ,х 2 ,х 3 ,…,х k ,…,х n ) S max . (1.1.2) 8 4.Определение набора контролируемых аргументов и параметров функ- ции S (1.1.2) – {х 1 ,х 2 ,х 3 ,…,х k ,…,х n }. (1.1.3) 5.Определение соответствующих заданному уровню эффективности (условие (1.1.2)) допустимых диапазонов изменения набора параметров (1.1.3) х k min х k х k max , (k = 1,…,n). (1.1.4) 6.Обеспечение изменения значений параметров (1.1.3) в допустимом диапазоне (1.1.4). Нормативно установленное (соответствующими нормативными доку- ментами или условиями договора) условие (1.1.2) формализует набор (1.1.3) аргументов и параметров функции S в качестве номенклатуры нормируе- мых показателей с допустимым диапазоном их изменения (1.1.4). Условие (1.1.2) устанавливает диапазон возможного изменения значения функции эффективности и, тем самым, определяет критерий оценки эффек- тивности. Повышение и понижение уровня эффективности – изменение: - численного значения количественного показателя эффективности (1.1.1); - функциональной зависимости показателя эффективности (1.1.2); - номенклатуры нормируемых показателей (1.1.3); - диапазонов допустимого изменения нормируемого показателя (1.1.4). Следовательно, на первом этапе решения задачи проектирования необ- ходимо установить набор характеризующих параметров – номенклатуру нормируемых показателей. Для этого соответствующий (экономический, технологический и т.д.) процесс должен быть формализован в виде функцио- нальной зависимости. В общем случае нормируемый параметр х k номенклатуры (1.1.3) – аргу- мент или параметр функции эффективности S (1.1.2) – сам является функци- ей х k = х k (х k 1 ,х k 2 ,х k 3 ,…,х k i ,…,х k m ) (1.1.5) m аргументов и параметров {х k 1 ,х k 2 ,х k 3 ,…,х k i ,…,х k m }. (1.1.6) Условие (1.1.4) для значения функции (1.1.5) в свою очередь формирует условия, аналогичные (1.1.4), уже для аргументов и параметров функции (1.1.5) х k i min х k i х k i max , (i = 1,…,m). (1.1.7) Таким образом, повторяем ранее сказанную (для показателя S фразу) – нор- мативно установленное (соответствующими нормативными документами или условиями договора) условие (1.1.4) формализует набор (1.1.6) аргументов и параметров функции х k в качестве номенклатуры нормируемых показате- лей с допустимым диапазоном их изменения (1.1.7). При проектировании сложных систем задачу, аналогичную (1.1.5) (1.1.7), возможно необходимо будет сформулировать уже для пара- метра х k i из номенклатуры (1.1.6). И этот процесс – последовательного фор- 9 мирования задач, аналогичных (1.1.5) (1.1.7), – может иметь много этапов. Таким образом, задача (1.1.5) (1.1.7) является унифицированной последова- тельной задачей, следующего более низкого этапа проектирования по срав- нению с задачей (1.1.1) (1.1.4), но более высокого по сравнению с задачей для параметра х k i . Указанная взаимосвязанная последовательность унифици- рованных задач (1.1.2) (1.1.4), (1.1.5) (1.1.7) и так далее формирует иерар- хическую систему этапов проектирования, уровней принятия решения и управления (рис.№ 1.1.1) – технологическую цепочку проектирования. S min ≤ S S max S min ≤ S = S(х 1 ,х 2 ,х 3 ,…,х k ,…,х n ) S max {х 1 ,х 2 ,х 3 ,…,х k ,…,х n } х k min х k х k max , (k = 1,…,n) х k = х k (х k 1 ,х k 2 ,х k 3 ,…,х k i ,…,х k m ) Первый этап: - проектирования; - принятия решения; - управления. {х k 1 ,х k 2 ,х k 3 ,…,х k i ,…,х k m } х k i min х k i х k i max , (i = 1,…,m) Второй этап: - проектирования; - принятия решения; - управления. Третий этап … … Этап № N … Рис.№ 1.1.1.Система этапов проектирования, уровней принятия 10 решения и управления. Постановка задачи (1.1.1) (1.1.7) является унифицированной, так как формализует общую технологическую цепочку проектирования. Так, если рассматривать ее конкретное приложение, например, проект “Личная карье- ра”, то приведенная на рис.№ 1.1.1 последовательность этапов проектирова- ния, уровней принятия решения и управления обозначает также уровень уча- стия конкретного работника в технологическом (производственном) процессе – уровень его достижения в проекте “Личная карьера”. Формирование набора (1.1.3) и формализация условий (1.1.2) и (1.1.4) с дальнейшей конкретизацией (1.1.5) (1.1.7) и так далее – преимущественно задача проектирования, включающая в себя разработку нормативной доку- ментации, регламента технического обслуживания и так далее. Обеспечение выполнения условия (1.1.4), (1.1.7) и так далее – преимущественно задача эксплуатации (выполнение регламента технического обслуживания). Сохранение заданного значения функции эффективности – сохранения комбинации численных значений нормируемых показателей (1.1.3). Отсюда следует необходимость фиксирования комбинации численных значений и обозначения этой комбинации в некотором качестве и, следовательно, назва- нии (собственном имени). В зависимости от решаемой задачи комбинация численных значений нормируемых показателей (1.1.3) может иметь разные названия. Она может быть обозначена, например, как: - состояние системы или объекта. Тогда изменение состояния – изме- нение набора номенклатуры нормируемых показателей или численного зна- чения одного или нескольких нормируемых показателей. Сформулированное на основе задачи (1.1.1)÷(1.1.4) определение состояния системы согласуется с [5,7]. Так, согласно [5,7] техническое состояние (объекта) – состояние, ко- торое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных техниче- ской документацией на объект; - проект – комбинация количественных характеристик элементов си- стемы, обеспечивающая заданное (установленное) значение выбранного ко- личественного показателя системы в целом. С учетом разницы этапов проек- тирования (рис.№ 1.1.1) – разницы решаемых задач – в литературе (и в бесе- дах со специалистами, решающими задачи конкретного уровня) можно встретить разное определение проекта – разный набор показателей (1.1.1), (1.1.3), (1.1.6) и диапазонов их изменения (1.1.2), (1.1.4), (1.1.7). Так, автор в начале своей непосредственной производственной карьеры работал в Кон- структорском отделении, являвшимся подразделением крупной организации. И в рамках Конструкторского отделения – этапа проектирования № N (рис.№ 1.1.1) – под понятием “Проект” понимался набор конструкторской докумен- тации, прежде всего, набор чертежей. Унифицированная постановка технической задачи (1.1.1) (1.1.4) согла- суется и с определениями: 11 - надежности. Согласно [3] надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах (например, (1.1.4)) значения всех па- раметров (номенклатуры (1.1.3)), характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, техниче- ского обслуживания, хранения и транспортировки; - технического обслуживания. Согласно [4] техническое обслуживание – комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хране- нии и транспортировки. Техническое обслуживание магистрального нефтепровода(нефтепродуктопровода) [7] – комплекс мероприятий по под- держанию работоспособности и исправности объектов магистрального нефтепровода (нефтепродуктопровода). В количественном аспекте это озна- чает выполнение условия (1.1.2) для функции эффективности и условий (1.1.4) для номенклатуры ее нормируемых показателей (1.1.3). В соответствии с постановкой (1.1.1) (1.1.4) отличие технических объ- ектов и выполняемых ими технологических процессов – отличие набора нормируемых показателей (1.1.3) и диапазонов их изменения (1.1.4). Именно отличие набора нормируемых показателей (1.1.3) и диапазонов их изменения (1.1.4) и формализует необходимость определения конкретного элемента технологической цепочки или конструкции в качестве отдельного объекта. Отличие же значений показателя (1.1.1) и его функциональной зависимости (1.1.2) – отличие технологии проектирования и системы технического обслуживания (эксплуатации). Формализация технического состояния объекта и технологического про- цесса в качестве системы (1.1.1) (1.1.4) позволяет также определить: - классификацию технического объекта и технологического процесса (по набору показателей (1.1.3) и диапазонам их изменения (1.1.4)); - разницу между проектным (сформированным по нормативным доку- ментам) и фактическим состоянием объекта (по разнице значений показате- лей (1.1.3)); - причину отличия фактических условий эксплуатации от проектных (например, в приложении к объекту магистрального трубопровода – подвод- ному переходу через естественное препятствие [13]); - направление и дать количественную оценку совершенствования техни- ческого объекта (или технологического процесса, например, [13,15,16]); - качество (провести экспертизу) проектных решений и выполнения, например, строительных или ремонтных работ. В том числе, качество норма- тивных документов и приводимых в них определений. Согласно [14] проектирование конкретного технологического процесса и обеспечивающего его комплекса технологического оборудования в соответ- ствии с Унифицированной постановкой технической задачи (1.1.1) (1.1.4) позволило повысить производительность труда в 3 4 раза при снижении се- бестоимости в 7 8 раз. 12 Принцип и последовательность формирования номенклатуры нормируе- мых показателей (1.1.3) – основных показателей магистрального нефтепро- вода при проектировании [18,19] – для функции (1.1.2) расхода нефтепровода приведены в [17]. Технология обеспечения условия (1.1.4) для нормируемого показателя – продольной составляющей напряжения материала стенки трубы на участке подводного перехода трубопровода – представлена в [13]. На основании вышесказанного сформулируем основной результат §1.1 следующим образом. Первый обязательный этап проектирования – ма- |