Повышение безопасности и эффективности газопроводных систем ТЭК с использованием методов прямого численного моделирования

• Автор: Селезнев, Вадим Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.26.03, 05.14.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 303 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ, ЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ СЛОЖНЫХ ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ТЭК МЕТОДАМИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1. Общая характеристика подхода

1.2. Принципы построения или выбора математических моделей

1.3. Используемые численные методы

1.4. Верификация подхода

1.5. Выводы по материалам первой главы

ГЛАВА
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И РАССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ГАЗОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1. Общие замечания
2.2. Анализ работоспособности и эффективности внутритрубных магнитных снарядов-дефектоскопов численными методами
2.2.1. Постановка задачи
2.2.2. Выбор математической модели и метода ее численного анализа
2.2.3. Результаты численного анализа работы снарядов-дефектоскопов
2.3. Анализ параметров транспорта газов по системе длинных разветвленных трубопроводов ТЭК численными методами
2.4. Нелинейный анализ прочности дефектных участков трубопроводов ТЭК
2.5. Анализ вредных воздействий поражающих факторов аварий на газопроводах ТЭК численными методами
2.5.1. Осколочное поражение
2.5.2. Газовая опасность
2.6. Структура технологии
2.7. Выводы по материалам второй главы
ГЛАВА
ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ СИМУЛЯТОРОВ И АНАЛИЗА РЕЖИМОВ ТРАНСПОРТА ГАЗОВ ПО МАГИСТРАЛЬНЫМ ГАЗОПРОВОДАМ ТЭК И МЕТОД ИХ
ОПТИМИЗАЦИИ
3.1. Критический анализ существующих российских и зарубежных методов численного анализа и управления транспортом газов по трубопроводам
3.2. Краткое описание объекта исследования
3.3. Постановка задачи о разработке компьютерного газодинамического симулятора трубопроводных сетей
3.4. Структура компьютерного газодинамического симулятора
3.5. Способ построения компьютерных газодинамических симуляторов
3.6. Численное моделирование транспорта газовых смесей по длинным трубопроводам
3.7. Численное моделирование транспорта газов через компрессорный цех и компрессорную станцию
3.8. Оптимизация безопасных режимов транспорта газа через компрессорные станции с использованием компьютерного газодинамического симулятора
3.9. Гибридный метод снижения затрат на безопасный транспорт газов по магистральным газопроводам ТЭК
3.9.1. Постановка задачи
3.9.2. Нелинейная оптимизация газотранспортной сети
3.9.3. Применение методов динамического программирования для оптимизации режимов транспорта газа по газотранспортной сети

3.9.4. Гибридный метод оптимизации сети компрессорных станций
3.10. Компьютерная реализация математических моделей транспорта газов по сложным трубопроводным сетям
3.11. Верификация и практическое применение компьютерных газодинамических симуляторов
3.11.1. Анализ точности моделирования ЛЧМГ компании «SPP-DSTG»
3.11.2.Анализ точности моделирования КСОЗ и КС04 компании «SPP-DSTG»
3.12. Практическое применение газодинамического симулятора
3.13. Выводы по материалам третьей главы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Копия справки о промышленном внедрении комплексной компьютерной аналитической
системы «AMADEUS» в международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» от 12.12.2
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Пример интерфейсной оболочки программно-математического комплекса «AMADEUS» для высокоточного моделирования переходных и аварийных процессов в ЛЧМГ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Пример сравнения результатов расчета с применением программно-математического комплекса «AMADEUS» и результатов исследования аналитической модели
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Примеры сравнения результатов численного моделирования и натурных измерений при эксплуатации программно-математических комплексов «CorNet» и «AMADEUS» на реальных газопроводах

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является важнейшей отраслью промышленности, обеспечивающей энергетическую безопасность и экономическую самостоятельность промышленно развитой страны. В то же время, с точки зрения экологии, ТЭК выступает как один из главных загрязнителей окружающей среды [1-5]. Поэтому, вопросы повышения безопасности и эффективности объектов ТЭК являются ключевыми для экономического развития государства и снижения вредных воздействий на людей и окружающую среду [1,6].
Одним из основных компонентов ТЭК являются системы газопроводов высокого давления. Помимо газовой промышленности, газопроводы широко применяются на предприятиях тепловой сети (ПТС), нефтехимических производствах, в химической промышленности и т.д.
В последнее время в мире отмечается снижение надежности работы трубопроводов ТЭК и увеличение вредной нагрузки на окружающую среду при их работе [7,8]. По данным Госгортехнадзора России [9], только в период с 1991 по 1994 годы на объектах трубопроводного транспорта ТЭК страны произошло 138 крупных аварий. С октября 2001 года по февраль 2002 года на предприятиях ТЭК зарегистрированы 5 разрывов газопроводов высокого давления [10,11]. Из них 4 аварии сопровождались возгоранием транспортируемого газа. Здесь следует отметить, что по статистике аварий на магистральных газопроводах (МГ), свыше 50% разрывов МГ сопровождаются интенсивными пожарами [10-16].

На третьем этапе происходит соответствующее перераспределение массы, импульса и энергии по пространству, что позволяет определить новое распределение газодинамических параметров на «старой» эйлеровой сетке, полученной возвращением лагранжевого объёма в исходное положение. Счет фактически ведется в локальных лагранжевых координатах с последующим пересчетом (интерполяцией) на эйлерову расчетную сетку.
1.4. ВЕРИФИКАЦИЯ ПОДХОДА
Процесс верификации методов, технологий и программноматематических комплексов, предназначенных для численного моделирование газопроводных сетей ТЭК, можно условно разделить на следующие стадии:
• теоретическое обоснование и численные эксперименты;
• лабораторные и полигонные испытания;
• практика работы на реальных объектах ТЭК.
Одним из основных требований к доказательству корректности математических моделей является теоретическое обоснование их адекватности моделируемому реальному процессу (или объекту), полноты постановки задачи, существования решения этой задачи, сходимости методов численного анализа и т.д.
Следует отметить, что математические модели, применяемые для исследования трубопроводных систем являются в основном нелинейными. Существующая в настоящее время математическая теория нелинейных уравнений в частных производных пока еще не адекватна: нет строгого исследования устойчивости, строгих оценок погрешностей и доказательств сходимости [103,113]. Аналогичная