РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА РД 39-30-494-80

1981

ВСЕСОЮНЫЯ НАУЧНО-ИССЛВДОВАТЕПЬСКИ/. ИНСТИТУТ ПО СБОРУ, ПОДГОТОВКЕ И ТРАНСПОРТ!' НИТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ "ВНИИСПТнефть"

УТВЕРЖДЕНА Перьим заместителем Министра нефтяной проюльлвнности 3. И. Крвичегын 23 января 1901 г.

МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА РД 39-Х-494-00

1981

2«1?« Зависимость надежности СМН от величины резерва для структурного резервирования имеет вид

Л*- flRj    -    последовательное соединение ,

R,) - параллельное соединение.

2.16. Зависимость надежности однониточноя СМИ от величины резерва для нагрузочного резервирования имеет вид

2.10.I. Значение коэффициента / находится полуэмпирически логарифмированием уравнения 2.18.

/// со \ 'У«_{С От4} )

irt

2.19. Зависимость надежности одновигочной СМК от ведкчииы резерва для временного резервирования (резервуарные парки) име-ет вид :    r    -    -L    £я„    .

*.-*• '-whs*'**] ■

М^т* ■

2.2С. Зависимость надежности системы от величины резерва времени имеет вид

^{н 1} Л+/л ^е

2.21. Зависимость надежности миогониточной СИН от величины резерва для отруктурного и нагрузочного резервирования (резерв по прочности, число перемычек к линейных задвижек) имеет вид/3 / /

ром d£ .

2.23. За ъисиыость стоимости СКН от величины структурного резерва имеет еид

Д

^СК " ^ОК * Т— C«i

I ■*/    *

2.2^/4. Зависимость стоимости от эеличины временного резерва имеет аКА

2.25.    Зависимость стоимости от величины нагрузочного резерва имеет вид

^СК - ^сок < *».•« ) - arc <5- -    )“

2.26.    Величина нормируемого уровня надскности ( до оптимизации резерва) устанавливается согласно /*»/•

2.27.    Значение <5,_пая ( для условно безотказной ЛЧ СМИ) определяется по формуле

~    ASнорм В_н

^таж~~Вы>2Ь_нор„(А'1)

2.28.    Величина, карактеризувсая уровень кагрузочиого резерва, определяется по формуле

2*31. Проверка соответствия решения задачи требованию 1.12*2. осуцвстгляется со уровню значимости резервирования*

2.Э1Л. Уровень знсчимости резервирования j -го вида определяется .ю формуле

о Rp/trj ~ ^в*т(/-0 ^Konmj

2.31*2. Величина уровня значимости резервирования в неотенией методике принимается равной

³но_Р« - ^10Г* .

2.31.3. Резервирование    у-го    вида не рассматривается,ес

ли выполнялся соотношение ( требование 1.12.2.)

3j < \ври .

2.32.    Выполнение требогания 1.1г.3. означает необходимость корректировки полученное оптимальной величины резерва в соответствии с имеющейся номенклатурой тиа о размеров трус для ЛЧ и нормальными рядами насосов, резервуаров и арматуры*

2.32.1.    Апя резервов, вводчмых в СКН дискретно, требование 1.12.3. эквивалентно требованию цглочислснностк оптимальное величмш: резерва. Корректировка оотимадъной величин!: резерв осуиествляется в сторону уменьшения до ближайшего во номенклатуре типоразмера ( целого значения).

2.33.    Методика позволяет выполнять ресчетн по оптимизации резервов магистрального иефтепровода кек вр>ч»^ю, так и с применением ЭВМ.

2.33.1.    Ручной расчет по оптимизации резервов проиллюстрирован в приложении **.

2.33.2.    Для реализации расчетов по оптимизации резергов нефтепровода с помоцью ЭВМ равработама программа ( приложевие 5 4 0).

3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

3.1.    Выдало конкретное заданно лз проектирование, реконструкцию системы или позьшечие ее надежности в эксплуатации.

3.2.    На стадии ТОО установлен нормируемый уровень надежности ( определены затраты, выделенные на повышение надежности -для стадии эксплуатации).

3.3.    Приняты критерии оптимальности {min О ), ( max Я )_#

3.4.    Определяется гиды резервирования элементов системы.

3.3. Формируется целевая фун/сция для оптимизации резервов

системы.

3.6.    Выбирается алгоритм оптимизации согласно принятому критерию оптимальное!и.

3.7.    Определяется оптимальный резерв системы согласно примятым положениям 2.1 - 2.32.

3.6. Определяется последовательность введения резерва в систему.

4. АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ Р£3£РВИ?СВАНИЯ Минимизация приведенных затрет 4#1. Задается нормируемый уровень надежности R Rнорм ^>    .

4.2.    Устанавливаются виды резервирован ил элементов системы. ( о учетом требования 1,12.Г.).

4.3.    Вычисление коэффициентов oij , упорядочение oij по возрастапню.

4.4.    Выбор max oCj .

4.5.    Для j -го вида резерва математическая модель задачи имеет вид 2.12. (непрерывная целевая функция) или 2.13. (дискретная целевая функция).

4.6.    Оптимальная надежность для j -го резерва находится из уравнения ( непрерывная целевая функция)

*РЛ*А - о

CtRj

4.6.1.    Лля дискретной целевой функции вычисляется приведенные затраты для ряда значений кратностей резервирования, затраты сравниваются меаду солон, вычисления продолжится, г.ока не будет достигнут чжтерий опткмальиости - минимум приведенных затрат и вычислен оптимальный показатель надежности, оереход к

а. 4.8.

4.7.    Оптимальный резерв j -го вида находится из уравнения

С_ф„^^тf(Re*n_t) ^п°сле преобразования его подстановкой -/О*,,) » УР«виеи1.е

^т t ) •

4.8.    Проверяется выполнимость для j -го вида резерва требования 1.12.3»

4.6.1.    Ес«и ограничение 4.0» выполняется, то переходим х н.4.6.2*. если нет, то вначенме резерва j -го вида корректируется в соответствие с ограничением 4.6. ( в меньаую сторону)»

4;8.2. Проверяется со от оаеьие

9 ^ з *7    НОрМ,

если GuO выполняется, то резервирование j -го вида не рассматривается м Oj - принимается равной нулю, переход к О.4.Ц.

4.8.3. Запоминается скорректированное значение резерва у -ГО »им    .

4.6.4. Вычисляется надежность и стоимость системы, соответ ствуонис j'_tnm. , т-е. R,_{nmy у} ,    С_т.

^и3 yf® ^мений Rопт, *    )    .    CU_у ^mt(3'_апЯ) )

( иагтример, из уревиения 2.7,, 2.6.).

<1.9. Проверка

/?    <    о

^ опт j    ^а *0/v/ .

4.10.    Если условие 4.9. выполняется, то переходим к п.4«II если нет, то минимальные приведенные затраты найдены на даином заге вычислений (- /? _ИОрм )• переходим к п.4.14.

4.11.    За начальное на следующем ыаге вычислений принимает-

ся значение Л>

4.12. Выбирается следующее ( по убываиию) .

4.13.    Вычисления повторяются с п.4;6. до тех пор, пока -*Ц, нс станет равно R _нори.

4.14.    Конец процедуры. Решением задачи является оптимальный резерв с упорядоченными по эффективности компонентами и минимальные приведенные затраты.

Максимизация надежности

4.15.    Заданы Л С_зад^ R_0j , C_Q .

4.16.    Устанавливайся виды резервирования элементов системы С с учетом требования I.I2.I).

4.17.    Вычисляются коэффициенты чувствительности ft', для всех видов резервирования :

4,17.1. Надежность системы аослс введения резерва находится из уравнения

С * / (R),

получаемого подстановкой R - / (7) в уравнение С - / (J ) (например из уравнения 2.24. после исключения временного резерва подстановкой уравнения 2Л9).

4.18. Сравниваются оС_у и выбирается максимальное из имх ( упорядочение по возрастанию)

4.19. Для /-го вида резерва ( с*у - так ), математическая модель имеет вид 2.12: тал ocj > oct > oct> ..

4.20.1.    Для дискретной целевой фупкции вычисляются приведенные затраты для ряда значений кратностей резервирования, затраты сравниваются меаду собой, вычисления продолжаются, пока не будут достигнуты минимальные приведенные затраты и соответствующий им оптимальный показатель надежности, переход к

Q. «21Л«

4.20.2.    Если    .    < Ry . то ото означает, что вво

дить резерв j -го вида в количестве Jj экономически кепедо-сообра~чо. Значению компоненты резерва Jy присваивается вначе-нме 0. Расчеты продолжаются для следуещего оо порядку коэффициента чувствительности ( а.4.21.). Если все значения &_у рассмотрены, то переходим к п. 4.28.

*•21• Определяется оптимальный резерв j -го вида ( согласно п.4.17.1.)    - _ .

/    *    '    ^onmj / *

4.21Л. Проверяется выполнимость для у -го вида резерва требования 1,12.3.

4,21,2. Если ограничение 4,21.1. выполняется, то переход к п, 4,21.3., если нет, то значение резерва у -го вида корректируется в соответствии с ограничением 4,21.1. ( в меньшую сторо-

4'»21.3'. Проверяется выполнение соотношения

3/ ^ ^норм f

если оно имеет место, то резервирование у -го вида нс рассма'в-ривается, J/ * принимается равным иулю.

4,21.4. Вычисляются стоимость и надежность системы, соответствующие скорректированной величине резерва j -го вида :

С ^ш /(J*    )

^с опт j    ¹    ^ опту J у

^опту * ^ ⁽ ^ опт j ) .

4.22.    Запоминается зиачение оптимального резерва у -го

вида.

4.23.    Вычисляется величина AC'* C_onfrtj - Cj

4.24.    Проверяется AC_3aj — АС'* О ;

если условие выполняется, то оптимальная надежность нс достижима, за остинум принимается значение, соответствующее выделенным средствам 4С._а. переходим к п.4,20., если условие не вы-

ООД ,

полияегся, тс переходим к п.4.25.

4.2*3. Выбирается следующее ( по убыванию) сх_у ,

4.26.    Вычисляется величина АС** ДС_за$ - АС*,

4.27.    Вычисления повторяются с пункта 4.19. до тех ш>р_# вока А (У* не станет равно нулю.

4.26. Конец процедуры. Решением задачи является оптимальный резерв с упорядоченными по вЭДсктивкости компонентами Jj , максимальная ( для заданных затрат) надежность R_gnm. .

Настоящая "Методика" регламентирует способ и порядок расчета оптимальной величины резервов системы магистрального нефтепровода, устанавливает оптимальные стратегии управления резервами (надежностью), характерные для стадий проектирования и эксплуатации нефтепровода, использует системный подход для решения поставленной задачи оптимизации.

•Методика" составлена в лаборатории разработки требований по надежности к предприятиям-изготовмтелям и строителям магистральных нефтепроводов Л.С.Масловым и А.В.Росляковым.

Приложеиие I

Пояснение к основном терминам и определениям

П.Г.1. Надежность - комплексное свойство, определяющееся свойствами безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости /5/.

П.1.2* Нефтеснабаавщая система - совокупность функционально и структурно взаимосвязанных средств технологического обору** дования, транспорта, сооружении и эксплуатирующего персонала, вредназлаченнпя для выполнения регламентированного процесса , транспортирования и хронения нефти в соответствии с требованиями нормативно-технической документация.

Основная задача НСС - обеспечить ироцесс транспортирования и хранения нефти с заданными значениями показателей качества /б/ и ритма /7/ за требуемый интервал времени / ори сохранений регламентированных условия эксплуатации.

Выполнение основной задачи НСС 066006*14вается закладыванием при проектировании и поддержанием в эксплуатации нормируемого уровня ее надежности.

Нормируема уровень надежности НСС достигается ее резервированием.

Для обеспечения высокого качества функционирования С пош-шения качества функционирования ) НСС используются различные способы и средства ее резервирования, а также управление резервами как собственными ( перераспределения резервов мпяду элементами НСС при нарушении процесса функционирования одного из них), так и аредставляеюми другими системами ( при нарушении процесса функционирования НСС, приводящего к значительному народнохозяйствен кому ущербу при иедостатке или отсутствии у нес необходимого резерва ).

РУКОВОДЯЩЙ ДОКУМЕНТ

Методика оптимизации резервирования проектируемого

магистрального нефтепровода

РД 39-30-494-80

Вводится впервые

Приказом Министерство нефтяной промышленности

от 23 января 1981 г. Л 61

Срок введения установлен с I0.02.SI г.

Срок действия до 10.02.86 г.

Настоящая методика предназначена для проектных организаций, занимающихся проектированием (реконструкцией) технологических систем - магистральных нефтепроводов (СМИ).

Методика основывается на сравнении по эффективности всех видов резервирования, имеющих место в практике проектирования СМИ, последовательном наборе и введения таких видов резервирования, на баэе которах достигается экстремум принятого критерии оптимальности.

Методика устанавливает зависимость оптимально! надежности системы от оптимальной величины я последовательности введения резервов, а такие оиособов управления ими.

Методика применима для управления резервами в условиях эксплуатации СМИ.

Методика может быть иоподьэоваив при проектировании я эксплуатации око тем шгиотральи»х и эфте продукт опроаодов (СМЯЛ).

ОЮХ П0Л0а£Н11Я

1.1.    Ь качестве критерия эффективности резервирования СМН принимается коэффициент чувствительности, предстзвпявщий собой отношение прирацеиия надежности системы к прираознио ее стоимости ( для каждого вида резервирования).

1.2.    Прирассние надежности (стоимости) определяется как разность ме*ду значениями надеиюсти (стоимости) условной базовой системы и той *е системы при изменении уровня ее резервирования введением условно принимаемся единицы резерва у -го вида.

1.2.1. В качестве условной базовой систем» в зависимости от поставленной задачи оптимизации резервирования принимается либо нерезервированный нефтепровод ( задача минимизации затрат), либо нефтепровод с известным уровнем резервирования, обусловленным существующий нормами проектирования ( задача максимизации надежности).

1.3.    Обвей (основной) задачей резервирования СНН является определение экстремума целевой функции, связываюадй затраты с уровнем резервирования при заданных (известных) ограничениях. Критерием оптимальности является минимум народнохозяйственного усерба.

1.4.    Для стадии проектирования основной задачей оптимизации резервирования СМН является обеспечение нормируемого (расчетного или директивного) уровня надежности системы минимизацией затрат на ее резервирование.

Критерий оптимальности задачи - минимум приведенных затрат.

1.5.    Длл стадии реконструкции основная задача оптимизации резервировании СМН формулируется аналогично 1.4.

1.6.    На стадии эксплуатации основная задача резервирования - максимально повысить надежность СМН при заданных (известных) затрат из резервирование.

Критерий оптимальности залечи - максимум надежности (директивные требования).

Х.7. Методике позволяет на базе управления резервами (резервированием) регулировать надежность СМИ.

1.8.    Методика позволяет за счет использования оптимального резервирования снизить стоимость строительства СМИ на стадии проектирования.

1.9.    На стадии проектирования (окончательный вариант) устанавливается оптимальная структуре систем и оптимальная функциональная взаимосвязь ее злеиентов ( оптимальная величина все* видов резервирования), которые обеспечивает нормируема уровеиь надежности.

1.10.    На стадии поэтапного ввода системы в эксплуатацию устанавливается порядок введения (последовательность) видов резервирования, который обеспечивает наиболее быстрое достижение нормируемого уровня надежности.

Х.П. Не стадии эксплуатации выбираются вида и величины резерва для обеспечения минимума народнохозяйственного ущербе при нарушениях процесса нормального функционирования системы (старение м износ элементов СМИ, внезапные отказы, обусловленные случайными воздействиями) м поддержания нормируемого уровня Надежности.

I.X2. В методике предусматривается в процессе решения задачи оптимизации резервирования проверка соответствия полученных результатов требованиям норм проектирования.

1.12.1.    Резервирование j -го вида должно быть фактически осуществимо (имеются в наличии материальные и экономические средства для резервирования у-го вида) •

1.13.2.    Резервирование каждого вида долямо давать су явственный ( не ниже заданного) выигрыш в надежности.

I*12.3* Оптимальная величина каждого вида резерва должна обеспечиваться (ограничиваться )су чествуют а номенклатурой его ткзсразмсров.

1.13.    Химизация резервирования СМИ может ограничиваться нескользким видами (самими эффективными), которые определяется ио уровне значимости резервирования.

При этом эхетреьум критерия оптимальности может не достигаться ( квази оптимальнее резервирование).

1.14.    Оценка экономического эффекта от оптимизации резервов может быть получена сравнением затрат на оптимизированный, согласно настоящей методике, резерв нефте про вода с затратами на резервирование ранее спроектированных нефтепроводов, эквивалентных ао своим конструктивном и гидравлическим характеристикам.

2.    ОПТИМИЗАЦИИ    РЕЗЕРВИРОВАНИЯ    МАГИСТРАЛЬНОГО

НЕШПРОЗОМ

2.1.    Оптимизация резервирования осуществляется аналитически, методом наискорейпего спуска или перебором и сравнением вариантов резервирования.

2.2.    Магистральный нефтепровод представляет собой сложную транспортную технологическую систему и является элементом нефхе-снабжаюьяй системы (НСС) страны ( приложение I).

2.3.    В качестве объекта исследования НСС выбираем СМИ.

2.4.    Нерезервированная СКН имеет минимальную структуру .принимаемую как исходное условие при введении резерва (нулевая базовая точка расчета).

2.4.1. Насосные станции (ННС) не имеет резервных агрегатов и к ним; агрегаты не имеют резерва моиюсти; резервуарный парк на станции имеет лишь технолохмчсский минимум; системы

технологического обслуживания и ремонта (СТОР), автоматики, телемеханики и КИП отсутствуют.

2.4.2.    Перекачка па многониточн-х нефтепроводах ведется по каждому нефтепроводу отдельными насосными перехен квасам ми станциями, состроен ними на совмещенных площадках,

2.4.3.    Пикейная часть (ЛЧ) - участки между насосными станциями - представляет собой трубу в едкониточной (многсяитсчкэм) исполнении без линейных эадьиаек (линейных задвижек м перемычек) о толщиной стенки $_mift , определяемой г.о формуле

г- _в _Ррд€ Я*

^тЫ 2(%*i+Pp*§) *

2.4.4.    В СМИ имеют место резервные элементы, классифицированные на безе минимизированной структуры (приложение 2).

2.4.5.    Расшифровка обозначений, применяемых в методике, приведена в приложении 3.

2.4.6.    Нефтепровод имеет толщину стенки труб, запроектированную по длине, согласно условию

S-f[P_P*6 (L)J.

2.5.    Линейные участки нефтепровода между станциями имеют примерно равную длину.

2.6.    Поток отказов в СМН пуассоновский, распределение отказе» по длине нефтепровода равновероятно.

2^6.1. Интенсивность отказов элементов СЫН во времени постоянна

A(t) ^л А • const.

2.6.2. Параметр потока отказов элементов определяется нз

выражения

co(t)~ А - const .

2.6.3. Парметр потока отказоз является аддитивной (слагаемой) величиной

2.7. Расчетная модель для зависимости стойкости СЫН ст ее надежности на стадии проектирования имеет вид

2.7.2. Модель 2.7. применима для видов резервирования, зада заеных или аппрокекруекьх непрерывной функцией стоимости и надежности.

2.8. Лля видов резервирования, задаваемых дискретной функцией стоимости и надежности ( поэлементное резервирование), расчетная модель стоимости от надежности системы па стадии проектирова-hv« имеет вид

2.9. Расчетная модель для зависимости затрат на эксолуата-

пип от надениости СЫН имеет вид

^ £jj^- L (?°jj * у/У 2.9.1# Модель 2^9. применима для видов резервирования, за-

да веемых или аппрохсимкруешх непрерывной функцией стоимости м надежности.

2*10. Для видов резервирования, задаваема* дискретной функцией стоимости и надежности, расчетная модель отоимости от надежности на стадии эксплуатации система имеет вид:

mr

^сэ * 22 (C₀,jл; + Уj) .

/•/ '

2.II* Из практики эксплуатации систем получено соотноше

ние

* OftfoKj

2vI2. Расчетная модель для приведенных затрат СМИ при выполнении условие 2.7.2., 2.9.1. имеет вид:

^C"$^C*i^E«j *Zc_tj -l[c~j    ^J*    c_0ij

2.12.I. Модель 2.12. используется при оптимизации резерва линейной части системы.

2.13. Расчетная модель для привела иных затрат при выполнении условий 2.6., 2.10. имеет вод

С - Z ^с«; £hj * I O.J -f_t [ П, с E_Hj С_вК/ * C._tJ ) *■ yj].

2.13,1. Модель 2.13. применяется ори оптимизации резерва насосных станций системы иди количества задвижек.

2.I¹*. 7верб от отказов системы вычисляется оогдаоно / 2/ по формуле

У, - [ (Ь * Ун +y₄)/*j*+y. *o.ja_t+A,jt_a]0’K_i)t.

2.15.    Величина ущерба 7_Q от одного отказа вычисляетоя ос формуле ( для отруктурного резерва)

У, ^m*t* Ун* .

2.16.    Для структурного резерва (линейные задвижки) yj вычисляется по формуле