Ковалко М.П.

Методы и средства повышения эффективности функционирования систем трубопроводного транспорта газа. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы. - Институт общей энергетики НАН Украины, г. Киев, 1999.

     Диссертация посвящена решению проблемы повышения эффективности функционирования систем управления магистральными газопроводами (МГ) и их общей эффективности путем при-менения новейших достижений научно-технического прогресса.

     В первой главе выполнен анализ системы газоснабжения (СГС) как объекта управления и раз-вития, формирования и структуры СГС, исследованы существующие методы и средства расчета режимов функционирования МГ. Показано, что одним из основных направлений повышения эф-фективности функционирования систем трубопроводного транспорта газа (СТТГ) является вне-дрение в их оперативно-диспетчерском управлении современных математических методов и программно-информационных средств для анализа, оптимизации и управления режимами их функционирования в нормальных и нештатных ситуациях.

     Сделан вывод о том, что в СТТГ существует сложная и важная проблема повышения эффек-тивности их функционирования, которая сводится к одновременному решению сложных классов научно-технических задач: создание эффективных моделей, методов и средств анализа и управле-ния нестационарными режимами газотранспортных систем (ГТС) для оперативно-диспетчерского управления ими; создание эффективных методов и средств анализа и оптимизации установивших-ся режимов ГТС; внедрение достижений научно-технического прогресса и организационно-технических мероприятий в СТТГ с целью повышения их энергоэффективности.

     Во второй главе выполнены анализ, разработка и исследование математических моделей объ-ектов и систем трубопроводного транспорта газа. Для анализа и оптимизации установившихся и нестационарных режимов МГ предложено использовать точные (без применяемых другими авто-рами упрощений) модели газовой динамики в трубопроводах.

     Разработана и исследована модель компрессорной станции (КС), которая отличается от из-вестных тем, что в ней детально и корректно учтены все основные объекты: газоперекачивающие агрегаты (ГПА), аппараты воздушного охлаждения (АПО), обвязки ГПА и АПО, входные и вы-ходные шлейфы КС. Предложенная модель КС является наиболее точной и детальной из всех ра-нее известных.

     Разработана методология формирования системных моделей МГ и ГТС на основе системати-ческого использования предложенных моделей трубопроводов, КС и узлов, которые также отли-чаются высокой детализацией и точностью.

     В третьей главе применительно к уравнениям газовой динамики в трубопроводах впервые ис-следован метод конечных элементов. Выполнен анализ прямоугольных и треугольных симплекс-элементов и показано, что аппроксимация пространственно-временной области прямоугольными элементами является более предпочтительной, поскольку она обеспечивает абсолютную устойчи-вость и повышенную точность. Исследован также метод конечных элементов применительно к стационарным режимам трубопроводов.

На базе этих методов построены системы нелинейных алгебраических уравнений, которые были использованы для расчетов режимов трубопроводов, а совместно с моделями КС - для расче-тов установившихся и нестационарных режимов МГ и ГТС.

     Показано, что в случае необходимости точность вычислений с применением прямоугольных симплекс-элементов может быть повышена путем использования сирендиповых симплекс-элементов.

В четвертой главе показано, что для численного решения систем нелинейных алгебраических уравнений, которыми описываются установившиеся и переходные процессы МГ и ГТС, наиболее целесообразно использовать алгоритмы из класса модифицированных методов Ньютона. Выпол-нена разработка элементов вычислительных схем-невязок и матриц Якоби для всех объектов ГТС. При решении полученных систем линеаризованных уравнений использован метод факторизации с предварительной имитацией исключения, что позволило многократно сократить время расчетов.

     Практика использования разработанных вычислительных схем показала их высокую скорость сходимости (3-5 итераций) и высокую точность.

     В пятой главе изложены основные результаты применения разработанных методов и средств для анализа и управления режимами работы СТТГ.

     Разработано несколько модификаций программно-информационного комплекса (ПИК) для промышленного использования в системах оперативно-диспетчерского управления МГ. ПИК дает возможность рассчитывать установившиеся и нестационарные режимы очень сложных и больших ГТС. Обеспечиваются большие периоды расчета (несколько суток), большие шаги по времени (до нескольких часов) и необходимая точность.

     Описаны результаты применения разработанного ПИК для расчетов режимов одно-, двух- и трехниточного газопроводов со сложными возмущениями.

     В шестой главе разработана методология энергоэкономического анализа энергетической эф-фективности использования энергосберегающих мероприятий и технологий. На ее основе при не-посредственном участии автора разработана Комплексная государственная программа энергосбе-режения Украины, которая была одобрена Кабинетом Министров Украины и является основным документом в деятельности государственных органов по повышению энергетической эффективно-сти отечественного производства.

     Выполнено исследование объемов реального потенциала энергосбережения в МГ Украины, который составляет 2,71 млн т у.т. За счет работ по анализу и оптимизации нормальных режимов МГ экономия составляет 253,6 тыс. т у.т., а по анализу и управлению режимами МГ в нештатных ситуациях - 160 тыс. т у.т.

Результаты работы получили внедрение в Объединенном диспетчерском управлении АО “Укргазпром”, управлениях магистральными газопроводами “Львовтрансгаз”, “Черкассытранс-газ”, “Киевтрансгаз”, в ОАО “ИПП “ВНИПИТРАНСГАЗ” и КС ГП “Шебелинкагазпром” с годовым экономическим эффектом свыше 10 млн грн.

     Ключевые слова: математическая модель, вычислительный метод, трубопровод, компрессорная станция, режим работы, энергетическая эффективность, анализ, оптимизация.