WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Здесь P, P давление(напряжение) защитного агента наисходящей ( ) или входящей ( ) i-ой связи z-ойподсистемы СКЗ, Па (В), а P перепад давления(напряжения) в z-ой подсистеме СКЗ, Па (В).

С и с т е м а о г р а ни ч е н и й управляющих параметровфункции (11):

H = ; d = ; S =; (15)

L1 = ; hк = ; Fip=.

Математическая модельоптимизации СКЗ позволяет на базесистемного подхода приводить всеконкурирующие варианты СКЗ к единойструктуре и реализуетсопоставимость конкурирующихСКЗ резервуаров и трубопроводов базхранения СУГ по одинаковости границ иучету всех затрат; количеству агентаGit,подведенного i-ому варианту СКЗ; срокам службысистем и отдельных ее элементов; изменениюрасчетной цены Cizt на i-ыйзащитный агент во временной динамикесогласно (11); надежности и сезонностипоставок.

Минимизация целевойфункции (11) с учетом (12) (15) в общейпостановке затруднительна ввиду большогообъема и разнообразия функциональныхсвязей. Поэтому комплекснаяоптимизация СКЗ резервуаров итрубопроводов баз хранения СУГпредусматривает ряд взаимосвязанныхподзадач, последовательность решениякоторых определяет иерархию построенияматематической модели.

К числу задач, решаемыхна п е р в о м иерархическомуровне, относится обоснование вариантаСКЗ РТ СУГ. Для обоснования варианта СКЗ РТСУГ использоваласьматематическая модель (11) (15) с введениемследующих упрощающих допущений: управляющиепараметры d,H, S, hк,L1 (рисунки 9,10) переведем в разрядисходных данных с их подбором согласноизвестным литературным источникам; сметные показателиСКЗ укрупнены и включают в себястоимостьоборудования и дополнительные капвложенияна его установку; сооружение СКЗосуществляется в течение одного года споследующим выходом объекта на проектнуюмощность при постоянном уровнеэксплуатационных издержек.

Тогда с учётомпринятых допущений целеваяфункция (11) примет вид

Зi =atС iztGizt iz/izt (Fiр)+о кizj (Fiр)[af +t аt·izj]= min; (16)

at =(1 + Е)-t; af= (1+Е); Giz = Gп. iz /iz; кizjp=Кizjp/Fр.

Реализация целевойфункции (16) в такой постановке требуетналичия достоверной информации в частистоимостной оценки составляющих затрат поСКЗ РТ баз хранения. Отсутствиенадежной информации о ценовой динамике, особенно наперспективу, сложность и противоречивостьинфляционных процессов затрудняют применениедетерминированных математических моделейи требуют разработки специальныхметодических подходов к решению задачи.

Характернойособенностью современного этапареформирования отечественной экономикиявляется перевод энергоносителей, в томчисле и при использовании их в качествезащитных агентов, на мировой уровеньцен. Переход на мировые цены – важнейшая задачаотечественной экономики, решение которойявляется предпосылкой широкой интеграцииРоссии в мировое экономическоесообщество.

В этой связи приреализации математической моделистоимостная оценка энергоносителей, в томчисле и при использовании их в качествезащитных агентов, осуществлялась врасчетных ценах, ориентированных намировой уровень (выраженных в долларахСША по курсу 2007 года без учета инфляционнойсоставляющей).

В отличие от стоимостиЗА другие компоненты целевой функции(16), такиекак капитальные вложения иэксплуатационные расходы, не имеют мировыханалогов,поскольку основные составляющие указанныхзатрат, как то: стоимость местныхматериалов, зарплата, транспортные расходыи др., полностью определяютсярегиональными особенностями. Поэтому приисчислении капитальных вложений иэксплуатационных расходов использовалисьотечественные цены (выраженные в долларахСША по курсу 2007 года), индексированные с помощьюкоэффициентов о и t с учетом удорожания ТЭРпри переводе последних на расчетныецены.

Поскольку влияниеудорожания энергетических ресурсов изащитных агентов на увеличениекапитальных вложений и эксплуатационныхрасходов точно учесть не представляетсявозможным, в расчетах использовались двеграницы затрат:

- нижняя граница, когдаудорожание энергоносителей и защитныхагентов невлияет на стоимостную оценку затрат,поэтому коэффициент индексации принимается равнымсвоему минимальному значению: о =оmin = 1;t = tmin =1;

- верхняя граница, когдазатраты индексируютсяпропорционально удорожанию энергоносителей изащитных агентов, т.е. когда коэффициентиндексации принимается равным своемумаксимальному значению: о =оmax;
t =tmax.

Наличие двух уровнейзатрат обуславливает зонуэкономической неопределенности, впределах которой сравниваемые вариантыСКЗ являются равноэкономичными.

При этом, как показываетдополнительный анализ, максимальная
погрешностьдетерминированного решения задачи прио = (оmin +оmax)/2и
t = (tmin +tmax)/2 не превышает 17,5 %,что вполне достаточно для практическихинженерных расчетов.

Сравнениеконкурирующих вариантов осуществляется сучетом их сопоставимости, и в первуюочередь, по назначению, т.е. по защитеподземного резервуара объемом 10 м3 и трубопроводанаружным диаметром 57 мм от опасныхвоздействий:

вариант № 1 существующая СКЗот коррозии с помощью защитных покрытийвесьма усиленного типа на основебитумно-полимерной мастики толщиной 9,5 мм иустановок катодной защиты; защита отнагрева, механических воздействий,утечек СУГ осуществляется с помощьювторого стального сосуда и защитногокожуха в соответствии с рисунком 7, а;

вариант № 2 предлагаемая СКЗ путем заключения подземных РТ иарматуры в полимерныйфутляр и защитныйтеплоизолированный кожух,заполненные азотом сконтролируемыми параметрами, в соответствии с рисунком 7, б.

Экономическиепоказатели на оборудование принималисьсогласно данным фондовой биржи. Порезультатам расчетов для существующего ипредлагаемого вариантов приудельных затратах вподсистему пассивной защиты 32,5и 05,4 долл./м2, в подсистему активной защиты 154,4и 25,6 долл./м2,в получение защитных агентов 14,2 и 1,15долл./(м2год)соответственно, экономия отприменения СКЗ путем заключения РТ вполимерный футляр, заполненный азотом,составляет 80,7 %.

Резервуары базхранения СУГ являются центральнымзвеном технологической цепочкиснабжения потребителей сжиженнымуглеводородным газом. Большаяматериалоемкость двустенныхрезервуаров, сложность и трудоемкость монтажных работобуславливают высокую стоимостьстроительства. В этой связи обоснованиеоптимальных размеров, конфигурацииполимерного футляра сзаключеннымвнутри него сосудом, способа его установкиявляется важным резервом повышенияэкономичности баз хранения СУГ. Традиционная технология монтажа подземногорезервуара в защитный футляр, укрепленный радиальнымиребрами жесткости с его наружнойстороны,предусматривает полную обратную засыпкукотлована песком с вывозом вынутогогрунта в отвал. В развитие конструкций и способовмонтажа подземных резервуаров разработана альтернативнаятехнология, предусматривающая установку резервуара в полимерный ударопрочный футляр,укрепленный радиальными ребрами жесткостис его внутренней стороны и имеющий гладкую наружнуюповерхность с антифрикционнымисвойствами(патент № 18564 от27.06.2001 г.), и позволяющая осуществлятьобратную засыпку котлованаранее вынутым грунтом без вывоза его вотвал.

В этой связи на вт о р о м иерархическомуровне для обоснованного на первом уровневарианта СКЗ осуществляетсяопределение оптимальной формыосновного ее элемента полимерного футлярас заключенным внутри него сосудом СУГ.Форма полимерного футляра Ф характеризуетсяотношением его длины по эллиптическимднищам H кдиаметру d,т.е. Ф = H / d,откуда H = Фd(рисунок 9).

Согласно общейматематической модели оптимизации (11) (15),полимерный футляр диаметром d и длиной Hвключает в себя цилиндрическую обечайку идва эллиптических днища. Конструктивнообечайка и днища выполняются толщиной S свнутренними поверхностями,укрепленными кольцами жесткоститолщиной t, расположенными через расстояние L1 (рисунок 10).

Капитальные вложенияK2z в установку полимерного футляра1 с сосудом 2 СУГ, расположенного подземно в котловане5, включают в себя стоимостьK21 полимерного футляра1, стоимость K22 расположенного внутри негососуда 2, стоимость K23 отчуждаемой территории 3,капитальные вложения K24в устройство фундаментов 4 под футляры 1,капитальные вложения K25в разработку котлована 5,капитальные вложения K26 и K27 в устройствонаружного ограждения 6 и отсыпки 7 над поверхностьюматерикового грунта вокруг футляров.

а)б)

а – фронтальный вид;б –план

Рисунок 9 Расчетная схема определения оптимальнойформы защитного футляра
при групповом расположенииподземных резервуаров СУГ

Для определенияоптимальной формы полимерного футлярас заключенным внутри него сосудомСУГ использовалась математическая модель(11) (15) с введением следующихупрощающих допущений: системы СКЗосуществляется в течение одного года;параметры, характеризующие конструкциювнутреннего оребрения футляра, переводятся вразряд исходных данных с их подборомсогласноизвестным литературным источникам;сметные показатели СКЗ укрупнены и включают всебя стоимость оборудования идополнительные капвложения на его установку, срокслужбы всех подсистем футляра с сосудомСУГ является одинаковым.

Расчетная схемаопределения оптимальных соотношенийH/d полимерныхфутляров для базы хранения из двухрезервуаров СУГ, расположенных вкотлованеподземно,приведена на рисунке 9.

Выбор оптимальнойконфигурации с учетом вышеуказанныхдопущений сводится к минимизациикапвложений в групповую установку из двухполимерныхфутляров с заключенными внутри нихсосудами СУГ:

K2z(H/d)= min.(17)

Ниже приведеныаналитические зависимости дляопределения капитальныхвложений K2z по всемэлементам групповойустановки из двух полимерных футляров сзаключенными внутри них сосудами СУГ:

К21= 2кп.ф п.ф d2(Ф+0,69)(Рп.фd /2п.ф); =Sу/Sну.(18)

К22= 2км м [d– 2( +Sр)]2 (Ф +0,69) [Рр (d– 2( +Sр))/2р+ Sк].(19)

К23= котч Fотч = котч (2iНк+2d+3)(2iНк+d+2). (20)

К24 =2кф{1,1 Vр+{[d–2( + Sр)]2(Ф+0.69)}вм[d–2( +

+Sр)]2(+0,69){р[d–2( + Sр)]2р+Sк}голкргр п.о (21)

d2(Ф+0,69)(Рп.оd /2п.о) }/б.

К25 = ккНк (Фd+1)(2d+2)+(2iHк+Фd+1)(2iHк+2d+2)]. (22)

K26 = 2 когр(Ф d +2d +3).(23)

K27 = (котсНотс/6)[(2iHк+2d+3) (2iHк+Ф d+0,5+2)+(2iHк+2d+3-2iHотс)

(2iHк+Ф d+0.5 d +2-2iHотс)+(4iHк+4d+6-2iHотс)(4iHк+2Ф d+4-2iHотс)]. (24)

Реализацияэкономико-математической модели (17) (24) позволила выявить оптимальныезначения конфигурации Ф для групповойустановки из двух полимерных футляров сзаключенными внутри них сосудами СУГ.Результаты расчетов по (17) (24)показывают, что минимальные капвложения всооружение полимерныхфутляров с заключенными в них резервуарами СУГдостигаются при оптимальнойконфигурациифутляров, равной 2,2: Фopt =2,2.

Как показываетсравнительный анализ, применение сосудовСУГ, установленных в полимерный ударопрочныйфутляр оптимальной конфигурации,укрепленныйрадиальными ребрами жесткости с еговнутренней стороны и имеющий гладкуюнаружную поверхность сантифрикционными свойствами(патент № 18564), снижаетсметную стоимость строительства СКЗ базхранения в
1,3…1,4 раза. Приэтом исключается потребность впесчаной засыпке; отпадает необходимость вывозагрунта в отвал, учитывая, что объемгрунта,занимаемый футляром 1, полностьюрасходуется на сооружение насыпи 7(рисунок 9).

Выявление оптимальнойформы полимерного футляра (H/d) с заключенным внутринего сосудом СУГ, укрепленного с внутренней сторонырадиальными ребрами жесткости,позволяет на т р е т ь е м иерархическом уровне решитьзадачу оптимизации егогеометрических параметровS, hк,L1 (рисунок 10).

1 полимерныйфутляр; 2 –резервуар СУГ;

3 – кольца жесткости

Рисунок 10 Расчетнаясхема оптимизации

геометрических параметров

полимерногофутляра

Анализ различных типовполимеров показал, что изимеющихся материалов для корпуса футляра, исходя из назначения, областиприменения, требований подиэлектрическим свойствам, механическойпрочности,влагопроницанию, в наибольшейстепени подходятармированные конструкционныестеклопластики.

Для определенияоптимальныхгеометрических параметровполимерного футляра с заключенным внутринего сосудом СУГ использоваласьматематическая модель (11) (15) с введениемследующих упрощающих допущений: срокслужбы всех подсистем футляра с сосудомСУГ, его фундамента, наружного ограждения, отсыпкигрунта вокруг футляров являетсяодинаковым; цилиндрическая обечайка иэллиптические днища одногои того же внутреннегодиаметра, испытывающие одно и то женаружное давление, рассматриваются какодин элементс толщиной стенок S и длиной L; сметные показатели сооруженияСКЗ укрупнены и включают в себястоимость оборудования и дополнительныекапвложенияна его установку.

В качестве критерияоптимальности целевой функции (11) (15) с учетом вышеуказанныхдопущений примем минимум капвложений вполимерный футляр толщиной S, укрепленныйрадиальными ребрами жесткости высотой hк, расположенными через расстояние L1:

K22р(S,L1,hк) =кп.фп.ф[(d2(H/d+0,69)S+t/4(d2-(d -2hк)2)Int(Н/L1)]= min. (25)

Б а л а н с о в ы еу р а в н е н и я к целевойфункции (25):

1. Балансовоеуравнение, описывающее условие, чтодопускаемое давление [Р], которое можетвыдержать полимерный футляр, должно бытьбольше или равно расчетномунаружному давлению Ргр, оказываемому нанего со стороны грунта:

[Р] Ргр или [2 [] S+2(Ак/L1)[]]/(d+S)/[1+{(2[]S+2(Ак/L1)[]]/(d+S)/

/(20,810-6 Е /kВ1nу) (d / Н) 100 kS/d]2,5}2 гр Нгр /. (26)

2. Балансовое уравнение моментовинерции радиального ребра жесткостиполимерного футляра:

I  Iр или Iк+(L1S3/10,9)+е2[(АкLеS)/(Ак+LеS)](0,1Pd3L1/E)(nу/2,4)k5 (27)

С и с т е м а о г ра н и ч е н и й управляющих параметровцелевой функции будет выглядеть следующимобразом:

Smin S Smax; (28)

L1min L1 L1max;(29)

hк.min hк hк.max.(30)

Определениеоптимальных геометрических параметровцелевой функции (25) осуществлялось путемнаправленного поиска минимума капвложенийкак функциитрех независимых переменных градиентнымметодом:

K2р(S, L1,hк) = min. (31)

Данная задача решеначисленным методом для ряда толщин t радиальногоребра жесткости полимерного футляра. Результатырасчетов показывают, чтооптимальныезначения независимых параметров приt = 20 ммсоставляют:
Sopt = 6мм, L1.opt= 125 мм, hк.opt =27 мм.

По результатампроведенной оптимизации СКЗ разработан
СТО 03321549-001-2008 «Рекомендации по обоснованиютипа системыкомплекснойзащиты и оптимизации полимерногофутлярадля резервуара СУГ» для дальнейшего практическогоиспользования проектно-конструкторскими,монтажными организациями и заводами-изготовителями.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»