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 = Х_ь - Ь + Х₀ - 0 + Х_у- У+ Х_п - п + Х_п - О_н, (1.1.5)

где V — объем резервуарного парка; п — число нефтеперекачивающих станций (НПС); Х₁, Хд, Ху, Х_п, Х₀ — численные коэффициенты.

Для функции (1.1.5) набор определяющих параметров принимает вид

{1,0, У,п, В_н}. (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,О_п} (1.1.10)

функционально взаимосвязаны уравнением баланса напоров, например, в виде

• (1.1.11)
• 0²~^т . у'”

П

АН, + п • Н_ст ⁼ (3 • _п.__т -Ь + Аі_п.

вн

В (1.1.11) АН, — подпор перед первой НПС, Н_ст — дифференциальный напор НПС, Р — постоянная, V — кинематическая вязкость транспортируемой нефти, т — порядок режима, Дг_л — 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+Х_п-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, [%].

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, Н_ст, у,/)_вн, I, А1_п) (1.1.14)

с пространством определяющих параметров

{п, Н_ст, 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, Д_вн, 5_Н, a_lim}. (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 a_lim.

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 Я_вн, 5_Н и ст_Ит условие (1.1.20) ограничивает максимально возможное значение давления условием

р<р_Ут. (1.1.23)

При этом для исключения фазового перехода транспортируемой среды давление должно отвечать условию

Ру<Р, (1.1.24)

где р_у — упругость насыщенных паров нефти.

Таким образом, давление транспортируемой нефти в общем случае должно отвечать условию

р_у<р<р_ит. (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

Р_у<Р⁼Рн^Р_т- (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.