ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
УНИФИЦИРОВАННАЯ ПОСТАНОВКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Функция эффективности. Номенклатура нормируемых показателей. Задачи проектирования и эксплуатации. Техническое состояние и его изменение
Трубопроводная система — коммерческое предприятие, для эффективного управления которым вся трубопроводная система и все составляющие ее объекты (элементы) должны характеризоваться количественными коммерческими показателями. Такими количественными показателями могут быть:
- • стоимость состава сооружений всей трубопроводной системы в целом и составляющих ее отдельных объектов;
- • эксплуатационные расходы по системе в целом и по отдельным составляющим ее объектам;
- • срок окупаемости вложенных в проект финансовых средств;
- • время выполнения проекта;
- • коэффициент полезного действия насоса или компрессора;
- • и так далее.
Основным видом коммерческой деятельности трубопроводной системы является предоставление услуг по транспорту. И в данном аспекте характеризующим количественным показателем трубопроводной системы является количество объема или массы продукта, транспортируемого (доставленного в заданную точку на расстояние Ь) в единицу времени, — соответственно объемный О

или массовый М
(1.1.1)
М= р <2 (1.1.2)
расходы.
В литературе представлены разные формы статистической информации о стоимости нефтепровода 5 в зависимости от расхода:
- • общая стоимость целевых проектов нефтепроводов с соответствующими значениями I и 0. В этом случае стоимость нефтепровода — функция
- 5=5(1, 0). (1.1.3)
Набор определяющих значение функции (1.1.3) параметров —
{?,<»; (М.4)
• раскладка всей стоимости нефтепровода по статьям расхода на составляющие общего состава сооружений магистрального нефтепровода (МН). В этом случае функция 5 зависит от большего числа определяющих параметров, чем в случае (1.1.3).
Результаты математической обработки данных по общей стоимости целевых проектов показали, что (с определенной погрешностью) стоимость МН может быть определена по формуле [1]
Б = Хь - Ь + Х0 - 0 + Ху- У+ Хп - п + Хп - Он, (1.1.5)
где V — объем резервуарного парка; п — число нефтеперекачивающих станций (НПС); Х1, Хд, Ху, Хп, Х0 — численные коэффициенты.
Для функции (1.1.5) набор определяющих параметров принимает вид
{1,0, У,п, Вн}. (1.1.6)
Наборы параметров (1.1.4) и (1.1.6) вместе с диапазонами их возможного изменения представляет собой пространство определяющих значение функции ? параметров.
Пространство (1.1.6) можно представить в виде объединения
{I, 0, к Л, /)н} = {I, 0} и {V, л, /)н}. (1.1.7)
Система (1Л .3) ч- (1.1.4) формирует, прежде всего, экономическую задачу первого уровня (первого этапа принятия решения о самом начале проекта или участии в нем) — сколько стоит нефтепровод длиной Ь с расходом 0. Поэтому пространство (1.1.4) в большинстве проектов (но не всегда) представляет собой точку — набор постоянных значений Ь и 0.
Формула (1.1.5) устанавливает функцию стоимости МН с учетом взаимосвязи с технологическими и конструкционными параметрами, представленными пространством
{С,/7,/)н}. (1.1.8)
Параметры (1.1.8) на стадии проектирования МН имеют переменные значения.
Поэтому разные пространства определяющих параметров (например, (1.1.4) и (1.1.7)) должны использоваться для принятия решения на разных уровнях.
Пространство (1.1.6) можно также представить в виде другого объединения
{I, 0, к П, /)н} = {I, (2, п, /и и {К}, (1.1.9)
в котором параметры пространства
{Ь,0,п,Оп} (1.1.10)
функционально взаимосвязаны уравнением баланса напоров, например, в виде
- (1.1.11)
- 02~т . у'”
П
АН, + п • Нст = (3 • п._т -Ь + Аіп.
вн
В (1.1.11) АН, — подпор перед первой НПС, Нст — дифференциальный напор НПС, Р — постоянная, V — кинематическая вязкость транспортируемой нефти, т — порядок режима, Дгл — высота перевальной точки.
Таким образом, в пространстве (1.1.10) независимыми являются три параметра, а при заданном расходе (9 — два. В этом случае функция стоимости (1.1.5) принимает вид
3 = Х1-Ь + ХуУ+Хп-п+Х{о, (1.1.12)
а пространство определяющих ее параметров —
{Ь, У,п). (1.1.13)
Величина Х0 — погрешность.
В табл. № 1.1.1 приведены доли слагаемых функции (1.1.12) в общей сумме стоимости нефтепроводов в США.
Таблица №1.1.1
Доли слагаемых функции (1.1.12) в общей сумме стоимости
нефтепроводов в США, [%].
Слагаемое |
Доля |
61.01 |
|
Хп-п |
24.07 |
Ху V |
4.31 |
^0 |
10.61 |
Итого: |
100 |
Представление функции стоимости в форме (1.1.5) или (1.1.12) позволяет оценить долю того или иного элемента МН в общей стоимости. Но в этом случае принципиальное значение имеет точность
определения функции стоимости и определяющих ее параметров. Так, из табл. № 1.1.1. следует, что доля Н ПС в общей стоимости состава сооружений МН составляет 24.07 [%], однако подругам источникам доля НПС может достигать 30ч-35 [%].
Таким образом, формализация стоимости МН в виде функциональной зависимости (например, (1.1.3), (1.1.5) или (1.1.12)) от определяющих ее параметров (соответственно (1.1.4), (1.1.6) и (1.1.13)) позволяет:
- • определить доли составляющих МН объектов в общей стоимости и, тем самым, определить узкие места в общей технологической цепочке проектирования, сооружения и эксплуатации с точки зрения коммерческого предприятия;
- • унифицировать технологию проектирования, строительства, технического обслуживания и экспертизы по утвержденному пространству определяющих значение функции 5 параметров. В общем случае, унификация (стандартизация) технологии ведет к снижению расходов;
- • определить место в технологической цепочке или стадию принятия решения, где была допущена ошибка;
- • и так далее.
С учетом ограниченности в общем случае значения функции стоимости возникает вопрос о:
- • возможности снижения одного или нескольких слагаемых функции (1.1.5);
- • диапазонах возможного изменения параметров( 1.1.8), а в общем случае и (1.1.7).
Можно ли уменьшить стоимость варьированием значений параметров (1.1.8), например, путем уменьшения числа НПС? Уменьшение числа НПС не только коммерческая задача, но и согласно (1.1.11) технологическая задача. Расход является функцией
0 = 0(п, Нст, у,/)вн, I, А1п) (1.1.14)
с пространством определяющих параметров
{п, Нст, V, /)вн, Ь/, Д?л}. (1.1.15)
Уменьшение числа п при постоянстве правой части уравнения (1.1.11), требует увеличения значения развиваемого НПС напора. Полный напор (мера механической энергии) нефти равен
Н =г +
Р
Р'?

(1.1.16)
где ? — разность высотных отметок между сечением трубопровода и плоскостью отсчета (геометрический напор в сечении трубопровода); g — ускорение свободного падения.
ю
Таким образом, полный напор в свою очередь также является функцией
H = H(z,p,p,v) (1.1.17)
с набором определяющих параметров
{Z,p, р, v}. (1.1.18)
При условной постоянности для НПС значения z и постоянстве параметров технологических режима плотности р и скорости v увеличение развиваемого НПС напора возможно только за счет увеличения давления р.
Но величина давления нефти определяет значение напряжения материала стенки трубы. Так, нормативное кольцевое напряжение
а“ц материала стенки трубы равно [25, 26J
= (1.119)
5Н
Трубопровод в процессе эксплуатации должен сохранять сплошность материала стенки и свою геометрическую форму — соответствовать требованиям прочности и устойчивости. Следовательно, величина напряжения материала стенки трубы должна ограничиваться значениями нормативных сопротивлений [25, 26J, то есть
акц - alinr (1.1.20)
Таким образом, нормативное кольцевое напряжение материала стенки трубы является функцией
°кц Оки CPj 7?вн, ^lim)» (1.1.21)
набор определяющих ее параметров имеет вид
{р, Двн, 5Н, alim}. (1.1.22)
Изменение одного из параметров (1.1.22) — увеличение давления — требует изменения значений других параметров (1.1.22):
^вн
• уменьшения значения отношения —— путем увеличения тол-
SH
щины стенки трубы;
• увеличения значения alim.
Но оба эти требования ведут к увеличению расходов за счет роста стоимости труб. Таким образом, экономическое решение — снижение стоимости нефтепровода за счет снижения числа НПС — требует учета сразу нескольких (пока трех) других по своей физической природе процессов:
- • технологического процесса трубопроводного транспорта (уравнение (1.1.11));
- • работы Н ПС, развивающих напор (1.1.16);
- • прочности и устойчивости трубопровода (условие (1.1.20)).
При постоянных значениях Явн, 5Н и стИт условие (1.1.20) ограничивает максимально возможное значение давления условием
р<рУт. (1.1.23)
При этом для исключения фазового перехода транспортируемой среды давление должно отвечать условию
Ру<Р, (1.1.24)
где ру — упругость насыщенных паров нефти.
Таким образом, давление транспортируемой нефти в общем случае должно отвечать условию
ру<р<рит. (1.1.25)
С учетом того, что заданному объемному расходу соответствуют постоянные значения параметров (1.1.15) и, в частности, рабочее (нормативное) давление
Р=Рн> (1.1.26)
то условие (1.1.25) можно записать в виде
Ру<Р=Рн^Рт- (1.1.27)
Из вышесказанного следует, что нефтепроводная система есть сложный комплекс разных по конструкции и назначению объектов (непосредственно трубопровода, транспортируемого потока, нагнетательных машин, регулировочной аппаратуры и т.д.), но связанных:
- • единой финансовой взаимосвязью, например, функцией (1.1.3) или (1.1.5);
- • выполнением единого технологического процесса трубопроводного транспорта — уравнение (1.1.11);
- • условиями прочности и устойчивости, в частности, (1.1.20) или (1.1.23);
- • условием сохранения фазового состояния транспортируемой нефти (1.1.24);
- • и так далее.
То есть, каждый из объектов трубопроводной системы является одновременно элементом разных процессов и, следовательно, должен иметь свой количественный показатель в рамках каждого из этих процессов и всей трубопроводной системы в целом. При этом каждый количественный показатель в свою очередь сам является функцией с соответствующим пространством определяющих параметров.
Так, аргумент функции стоимости (1.1.5) расход (7 сам является функцией, определяемой из уравнения (1.1.14), а аргумент функции расхода (1.1.14) напор Н является функцией (1.1.17). Аргумент функции напора (1.1.17) давление имеет ограниченный диапазон изменения (1.1.27). Поэтому нельзя устанавливать значения определяющих параметров произвольно, эти значения должны определяться в рамках единой системы.
Следовательно, нужна единая технология определения количественного показателя каждого элемента финансового, технологического и других процессов и его взаимосвязи с количественным показателем всей системы.
Показатель эффективности — количественный показатель требуемого результата для заданного процесса. Поэтому обеспечение эффективности — обеспечение заданного значения выбранного количественного показателя.
Примерами этого количественного показателя — показателя эффективности заданного (установленного, выбранного) процесса — в соответствии с вышесказанным могут и являются:
- • стоимость нефтепровода;
- • расход нефтепровода;
- • дифференциальный напор;
- • давление транспортируемого потока;
- • напряжение материала стенки трубы.
Или другой пример — основным показателем эффективности может служит послеремонтный ресурс подводного перехода магистрального газопровода (МГ), который должен стремиться к значению планируемого срока эксплуатации всего МГ.
Таким образом, нужна унифицированная технология определения эффективности. Формирование этой задачи и ее практическое применение — одна из целей данного курса.
Значение количественного показателя эффективности сложного технического комплекса зависит, как это было показано выше, от многих факторов. Поэтому, в общем случае количественный показатель ? — функция.
Есть разные стадии технологической цепочки (проектирование, сооружение, эксплуатация, ремонт) и уровни принятия решения (по их стоимости, времени выполнения и т.д.), поэтому и целевые функции должны быть разные. Но есть и общие для целевых функций условия. В общем случае все эти функции:
- • являются функциями многих аргументов и параметров;
- • являются ограниченными по своему максимальному значению, а иногда, и по минимальному.
Данные условия формализуют задачу оценки эффективности в следующем виде [4]:
iS tS| » X2 , ^ ».», , . . . , x„) ^ il^1
max’
(1.1.28)
где ?тах — установленное максимально допустимое значение целевой функции.
В свою очередь, условие (1.1.28) устанавливает соответствующие диапазоны допустимого изменения аргументов и параметров функции 5
%к тт — — %к тах’ 1} .... Л). (1.1.29)
Изменение значения функции 5 представляет собой изменение — расширение или сужение — набора ее аргументов и параметров и диапазона их изменения. Тогда нормативно установленное условие (1.1.28) формализует набор аргументов и параметров функции 5
{*1
*2» *3’
к’

(1.1.30)
в качестве номенклатуры нормируемых показателей с допустимым диапазоном их изменения (1.1.29).
Условие (1.1.28) устанавливает диапазон возможного изменения значения функции эффективности и, тем самым, определяет критерий оценки эффективности. Повышение и понижение уровня эффективности — изменение:
- • численного значения количественного показателя эффективности — значения левой части (1.28);
- • функциональной зависимости показателя эффективности — левой части условия (1.1.28);
- • номенклатуры нормируемых показателей (1.1.30);
- • диапазонов допустимого изменения нормируемого показателя (1.1.29).
Следовательно, на первом этапе решения основной задачи необходимо установить набор характеризующих параметров — номенклатуру нормируемых показателей. Для этого соответствующий (экономический, технологический, прочностной и т.д.) процесс должен быть формализован в виде функциональной зависимости.
Формирование набора (1.1.30) и формализация условий (1.1.28) и (1.1.29) — преимущественно задача проектирования, включающая в себя разработку нормативной документации, регламента технического обслуживания и так далее. Обеспечение выполнения условия (1.1.29) — преимущественно задача эксплуатации (выполнение регламента технического обслуживания).
Сохранение заданного значения функции эффективности — сохранения комбинации численных значений нормируемых показателей (1.1.30). Отсюда следует необходимость фиксирования комбинации численных значений и обозначения этой комбинации в качестве состояния системы или объекта. Тогда изменение состояния — изменение набора номенклатуры нормируемых показателей или численного значения одного или нескольких нормируемых показателей. Сформулированное на основе задачи (1.1.28)-ЦТ.1.30) определение состояния системы согласуется с [10]. Так, согласно [10] техническое состояние (объекта) — состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект.
Постановка (1.1.28)н-(1.1.30) формирует технологию — унифицированный набор действий — определения и обеспечения заданного значения заданного количественного показателя — показателя эффективности. Обеспечение заданного уровня эффективности — выполнение (решение) следующего обязательного (унифицированного) набора действий (задач):
- • выбор основного определяющего показателя проектируемого (исследуемого, анализируемого) процесса — левая часть условия (1.1.28);
- • определение требуемого значения показателя процесса — правая часть условия (1.28);
- • формализация функции эффективности (формирование набора учитываемых процессов, обеспечивающих и сопровождающих технологический процесс трубопроводного транспорта) — левая часть условия (1.1.28);
- • определение набора контролируемых аргументов и параметров — формирование номенклатуры нормируемых (количественных) показателей (1.1.30);
- • определение соответствующих заданному уровню экономической эффективности допустимых диапазонов изменения нормируемых показателей — условие (1.1.29);
- • обеспечение изменения значений нормируемых показателей в допустимом диапазоне.
Эта технология является унифицированной для разных звеньев технологической цепочки и уровней принятия решения.