Прогнозирование состояния трубопроводов тепловых сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.03, кандидат технических наук Кононова, Марина Сергеевна

• Кононова, Марина Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кононова, Марина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Состояние исследований в области прогнозирования инженерных систем.

1.2. Постановка задач исследований и методика их проведения.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

2.1. Область применения и возможности вероятностного метода исследований.

2.2. Постановка задачи вероятностной оценки состояния теплопроводов.

2.3. Оценка эффективности прогнозирования состояния тепловых сетей.

2.4. Выводы.

3. ЭМПИРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

3.1. Методика обработки статистической информации.

3.2. Эмпирическая оценка среднего времени жизни, функции отказа и функции надежности трубопроводов тепловых сетей.

3.3. Эмпирическая оценка плотности вероятности отказа трубопроводов системы теплоснабжения.

3.4. Эмпирическая оценка интенсивности отказов трубопроводов тепловых сетей.

3.5. Выводы.

- 3

4. РЕАЛИЗАЦИЯ НА ЭВМ МЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ.

4.1. Разработка алгоритма прогнозирования.

4.2. разработка программного обеспечения, реализующего на ЭВМ предложенный алгоритм прогнозирования.

4.3. Определение ожидаемого экономического эффекта.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование состояния трубопроводов тепловых сетей»

Актуальность темы. Протяженность тепловых сетей в целом по России составляет более 200 тыс. км, из них 70 тыс. км в системе жилищно-коммунального хозяйства. Ежегодный износ теплотрасс составляет 15%. При огромной протяженности сетей централизованного теплоснабжения и ежегодном недоремонте потребность восстановления теплопрово-^ дов непрерывно возрастает. Ликвидация аварий требует гораздо больших материальных затрат, чем их предупреждение, поэтому важное значение имеет своевременное обнаружение опасных в аварийном отношении участков и замена их в ходе профилактических ремонтов. В связи с этим необходимо прогнозирование фактического состояния отдельных элементов и системы транспортировки тепла в целом для последующего принятия решения о ее эксплуатационной надежности.

Вопросы прогнозирования состояния инженерных сетей, в том числе и тепловых, нашли достаточно широкое отражение в отечественной и зарубежной литературе, однако из-за невозможности учета и аналитического описания множества факторов, влияющих на процесс износа теплопроводов, в настоящее время задача прогнозирования не имеет простого и точного решения. Поэтому разработка методов оценки состояния трубопроводов тепловых сетей является весьма актуальной.

Исследования выполнены в рамках научно-технической программы ''Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования"', раздел "Научно-методические проблемы строительства и привлечения инвестиций в целях укрепления матери

- 5 ально-технической базы системы образования''.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка метода прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей на основе ретроспективного анализа существующего опыта эксплуатации теплопроводов, а также реализация этого метода в программном виде.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать факторы, воздействующие на режим работы тепловой сети, выделить из них важнейшие по влиянию на процесс разрушения металла теплопроводов и выбрать модель причинных отношений кинетики коррозии;

- разработать методику обработки статистической информации о повреждаемости теплопроводов;

- произвести эмпирическую оценку основных характеристик надежности тепловых сетей в различных условиях эксплуатации;

- разработать алгоритм вероятностного прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей;

- разработать программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования;

- произвести оценку экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций.

Научная новизна. Обоснована необходимость создания автоматизированной системы регистрации информации в организациях, эксплуатирующих тепловые сети. Проведена обработка статистических данных по эксплуатации тепловых сетей и выделены стандартные функции и распределения, наиболее точно описывающие основные характеристики надежности теплопроводов, находящихся в различных условиях. На

- 6 ~ основании выбранной много-однозначной модели процесса разрушения металла теплопроводов разработана методика обработки статистической информации о повреждаемости трубопроводов тепловых сетей. Предложен способ вероятностного прогнозирования, базирующийся на статистической обработке данных по эксплуатации теплопроводов.

На защиту выносится:

- методика обработки статистических данных по эксплуатации трубопроводов тепловых сетей;

- результаты эмпирической оценки основных характеристик надежности теплопроводов;

- алгоритм вероятностного прогнозирования состояния теплопроводов и описание его реализации в программном виде; результаты оценки экономической эффективности предложенного метода прогнозирования.

Практическая ценность работы. Разработано на базе Microsoft Access программное обеспечение системы, реализующей предложенный алгоритм вероятностного прогнозирования и выполняющей функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости тепловых сетей, Внедрение в организациях, эксплуатирующих тепловые сети разработанного программного продукта позволит более эффективно использовать имеющуюся информацию об эксплуатации тепловых сетей при решении текущих задач (планировании профилактических ремонтов, принятии решения о реконструкции теплопроводов и так далее).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ВГАСА 1997 — 2000 гг.; междуна

- 7 родной научно-практической конференции ''Строительство -99", Ростов-на-Дону, 1999 г.; VI международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза", Иваново, 1999 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 88 наименований и 3 приложений. Объем работы - 145 страниц, в том числе 114 страниц машинописного текста, 49 иллюстраций и 11 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», Кононова, Марина Сергеевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обосновано применение вероятностного метода исследований в задаче прогнозирования состояния трубопроводов тепловых сетей.

2. Проведен анализ факторов, влияющих на режим работы теплопровода. В качестве основных выбраны стационарные параметры (тип грунта, конструкция прокладки, материал тепловой изоляции, глубина заложения, диаметр трубопровода, уровень грунтовых вод), определяющие тепловлаж-ностный режим работы тепловой сети.

3. Выбрана модель причинных отношений износа металла теплопровода в виде "черного ящика", входными параметрами в которой являются условия эксплуатации тепловой сети, а выходными - время выхода из строя.

3. Разработана методика обработки статистических данных по отказам трубопроводов тепловых сетей, на основе которой проведена эмпирическая оценка характеристик надежности теплопроводов.

5. Разработан алгоритм вероятностного прогнозирования состояния тепловых сетей на основе статистической обработки опытных данных.

6. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм прогнозирования и совмещающее функции регистрации, систематизации, обобщения и анализа данных по повреждаемости линейной части тепловых сетей.

7. Проведена оценка экономического эффекта прогнозирования аварийных ситуаций, который составляет от 20 до 700 руб. на замену одного погонного метра в зависимости от диаметра трубопровода.

8. Эксплуатация разработанной программы в МП "Воронежтеплосеть" показала совпадение прогнозируемого состояния тепловых сетей с их фактическим состоянием в

88 % случаев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кононова, Марина Сергеевна, 2000 год

1. Колмогоров А.H. Интерполирование и экстраполирование стационарных последовательностей. - М. : Изв. АН СССР, серия математ., т.5, 1941. - С. 3-14.

2. Wiener N. Extrapolation, interpolation and smoothing of stationary time series. New Jork, 1950.

3. Автоматизация производства и промышленная электроника. Энциклопедия современной техники. М. : Советская эниклопедия, т.З, I960. С. 62-63.

4. Яглом A.M. Введение в теорию стационарных случайных функций. М.: Изд. АН СССР, серия "Успехи математических наук", т.7, вып.5 (51), 1952. С. 3-168.

5. Зиневич A.M. Прогнозирование скорости старения покрытий подземных металлических трубопроводов. М. : ЦНТИ Мингазпрома, 1966. С. 64-72.

6. Цикерман Л.Я., Штурман Я.П. Математический метод оценки коррозионной устойчивости подземных трубопроводов.// Строительство трубопроводов. 1966. - № 9. - С. 14-19.

7. Цикерман Л.Я. и др. Инженерные расчеты опасности коррозии стальных подземных сооружений. М. : ВНИИ экономки, организации и технико-экономической информации, 1968. - 64 с.

8. Цикерман Л.Я. Долгосрочный прогноз опасности грунтовой коррозии металлов. М.: Недра, 1966. - 232 с.

9. Aziz P.M. Corrosion, 1953, v, 9, N 3, p, 85-90.

10. Champion F. Metal Industry, v. 74, N 1, 1949, p. 7-9, p. 13.

11. Metkalfe G.I. Jornal of the Institute of Metals,- 114 v. 81, pt. 6, 1953, p. 269-278.

12. Liddiard A.G., Whittaker В .A. Jornal of the Institute of Metals, 1961, v. 89, N 11, p. 423-428.

13. Martin E.B. East prov. Soc., Engr., 1962-1963, p. 42-51.

14. Drumm G.F. Corrosion Engineering, September,1964.

15. Godart H. The Canadian Journal jf Chemikal Engineering, Oktkber, 1960, p. 167-173.

16. Фархадов A.A. Коррозия металлоклнструкций в море. Баку: Азнефтеиздат, 1954. - 186 с.

17. Голубев А.И., Кадыров М.Х. Прогнозирование коррозии металлов в атмосферных условиях. М.: ГОСИНТИ, 1967.- 316 с.

18. Берукштис Г.К., Кларк Г.Б. Коррозия металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1963. 198 с.

19. Цикерман Л.Я. Научно-технические принципы диагностики коррозии подземных металлических соружений. // Сбборник докладов Всесоюзного научно-технического семинара. М. : ВДНХ СССР, 1967. С. 52-68.

20. Шрейбер Г.К., Саакиян J1.C. Методика исследования процесса коррозии нефтепромыслового оборудования. // Коррозия изащита металлов. 1971. - № 2. - С. 16-23.

21. Герцбах И.Б., Кородонский Х.Б. Модели отказов.- М.: Советское радио, 1966. 262 с.

22. Цикерман Л.Я. Диагностика коррозии трубопроводов с применением ЭВМ. М.: Недра, 1972. 240 с.

23. Цикерман Л.Я., Штурман Я.П. Прогноз опасности грунтовой коррозии для стальных сооружений.// Защита металлов. 1967. - № 2. - с, 35-40.- 115

24. Легезин Н.Е. Прогнозирование углекислотной коррозии оборудования на газовых и газоконденсатных месторождениях. // Сборник ВНИИОЭНГ, №6 "Коррозия и защита в нефтедобывающей промышленности" М. : ВНИИОЭНГ. - 1968. -С. 68-76.

25. Кошелев Г.Г., Розенфельд И. Л. Коррозионная устойчивость малоуглеродистых низколегированных сталей в морской воде. // Тр. ИФХ АН СССР, вып. VIII. М. : Изд. АН СССР . - 1960. - С. 38-46.

26. Никитенко Е.А. Зависимость коррозии стального газопровода от изменения грунтовых условий на трассе. // Защита металлов. 1965, -№1. - С. 28-35,

27. Пик М.М. Исследования изоляционных конструкций и внешней коррозии подземных теплопроводов в действующих установках. // Наладочные и экспериментальные работы ОРГРЭС, Вып. V. М.: Госэнергоиздат, 1952. - 158 с.

28. Зеликсон Н.М., Шпеер М.Г. Тепловая изоляция трубопроводов тепловых сетей. М. : Госэнергоиздат, 1962,- 128 с.

29. Громов H.К. Городские теплофикационные системы.- М.: Энергия, 1974. 288 с.

30. Стрижевский И.В., Сурис М.А. Защита подземных теплопроводов от коррозии. М.: Энергоатомиздат, 1983. -344 с.

31. Скворцов A.A. Внедрение, совершенствование и опыт эксплуатации бесканальных тепловых сетей. Обзор. -М.: Информэнерго, 1979. 48 с.

32. Балтер И.В. Анализ коррозионного состояния подземных прокладок тепловых сетей. // Теплоэнергетика. -1976. №7. - С. 56-60.- 116

33. Ярославский Н.Е. Исследование теплопроводов в битумоперлитной изоляции. // Теплоэнергетика. 1975. -№8. - С. 76-81.

34. Витальев В. П. Бесканальные прокладки тепловых сетей. М.: Энергия, 1971. - 288 с.

35. Воронкова H.A., Сафонов А.П. Опыт эксплуатации теплопроводов в канале JI.: БТИ ОРГРЭС, 1964. - 56 с.

36. Евлеева К,А. Опыт эксплуатации бесканальных прокладок теплопроводов в монолитной теплоизоляции в теплосети Ленэнерго. -Л.: БТИ ОРГРЭС, 1964. 48 с.

37. Сурис М.А., Финкельштейн Э.Б., Погосян B.C. Теоретический анализ влияния процессов переноса на скорость коррозии стали в контакте с влажной теплоизоляцией. // Научные труды АКХ ОНТИ, вып. 125. М.: АКХ ОНТИ, - 1976. - С. 3-18.

38. Сурис М.А., Витальев В.П. Вопросы повышения надежности и долговечности подземных теплопроводов. // Теплоэнергетика. 1982. - №8. - С. 34-38.

39. Сутоцкий Г.П. и др. О причинах коррозии тепловых сетей. // Промышленная энергетика'. 1995. - №3. - С. 45-49.

40. Балабан-Ирменин Ю.В. и др. К оценк влияния состава воды на локальную коррозию в теплосети. // Энергетик. 1994. - №4. - С. 34-39.

41. Глюза А.Т., Яковлев Б.В. и др. Прогнозирование повреждаемости подземных тепловых сетей.// Теплоэнергетика, 1989. № 6. - С. 18-21.

42. Меламед Б.М., Адегов A.B., Розкин М.Я. Методика прогнозирования аврийности тепловых сетей. // Промышленное строительство и инженерные сооружения, 1989, №4.- 117 1. С. 26.

43. Недосекин А.О., Смирнов A.B. Вероятностный анализ живучести системы теплоснабжения. // Энергетичесоке строительство, 1992. №11. - С. 24-28.

44. Попырин Л.С., Дильман М.Д. Исследование живучести систем теплоснабжения. // Теплоэнергетика, 1999. -№4. С. 25-28.

45. Практическая методика количественной оценки надежности тепловых сетей при проектировании и в условиях эксплуатации. // Теплоэнергетика, 1997. №5. - С. 30-35.

46. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования. М. : Статистика, 1979. 352 с.

47. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1998. - 57 6 с.

48. Кононова М.С. К вопросу диагностирования трубопроводов инженерных систем. // Материалы юбилейной международной научно-практической конференции "Строительство 99", Тезисы докладов. - Ростов - н/Д: РГСУ. - 1999. -С. 23.

49. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.

50. Тарасов Л.В. Мир, построенный на вероятности. -М.: Прсвещение, 1984. 191 с.

51. Вентцель Е.С., Овчаров Л. А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М. : Наука. 1991. - 384 с.

52. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982. - 488 с.

53. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965.- 118 - 524 с.

54. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергия, 1982. 360 с.

55. Ионин A.A. Критерии для оценки и расчета надежности тепловых сетей. // Водоснабжение и санитарная техника. 197 9. - №12. - С. 9-10.

56. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности. М.: Советское радио, 197 5. - 471 с.

57. Соломатин В.П. Статистические характеристики надежности линейной части тепловых сетей. // Телоснабже-ние и вентиляция / МИСИ им. В.В.Куйбышева. М., 1977. -№144. - С. 149-156.

58. Ионин A.A. Надежность систем тепловых сетей. -М. : Стройиздат, 1989. 268 с.

59. Сазонов Э.В., Кононова М.С. К вопросу диагностирования инженерных систем. // Изв. вузов. Строительство, 1999. №6. - С. 93-95.

60. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Оценка эффективности прогнозирования состояния инженерных систем. // Изв. вузов. Строительство, 1999. №12. - С. 64-66.

61. Кононова М.С. О возможности прогнозирования состояния тепловых сетей на основе обобщения опыта их эксплуатации. // Межвузовский сборник научно-технических трудов. Часть I. Воронеж: ВВАИИ. - 2000. - С. 183-184.

62. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Определение эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №2-3. - С. 62-64.

63. Зенкевич О., Мочан К. Конечные элементы и аппроксимация. М. : Мир, 1986. - 318 с.

64. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М.: Физматгиз, 1961. -524 с.

65. Лоран П.-Ж, Аппроксимация и оптимизация. М. : Мир, 1975. - 496 с.

66. Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1986. - 584 с.

67. Турчак Л.И. Основы численных методов. М. : Наука, 1987. - 341 с.

68. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах./ Под ред. А.В.Петрова. М.: Высш. шк., 1984. - 320 с.

69. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Сравнительный анализ эмпирических функций распределения отказов городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №78.

70. Богомолов В.П., Моисеев Б.В., Чикишев В.М., Ша-повал А.Ф. Повышение надежности и эффективности системы теплоснабжения в Западной Сибири. М. : ОАО "Издательство "Недра", 1999. - 175 с.

71. Сазонов Э.В., Кононова М.С. Алгоритм оценки состояния городских теплопроводов. // Изв. вузов. Строительство, 2000. №9.

72. Кауфельд Д. Access 97 для Windows.: Пер. с англ. К.; М.; Спб: Диалектика, 1998. - 272 с.

73. Access 7.0 для Windows 95 К.: Торгово-издательское бюро BHV, 1996. - 296 с.

74. Вейскас Д. Эффективная работа с Microsoft Access 7.0.: Пер. с англ. Спб.: Питер, 1997. - 318 с.

75. Microsoft Visual Basic 6.0 для профессионалов. Шаг за шагом: Практ. пособие / Пер. с англ. М. : Издательство ЭКОМ, 1999. - 720 с.

76. СНиП IV-5-82. Приложение. Указание по применению единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1982. - 32 с.

77. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 24. Теплоснабжение и газопроводы наружные- 121 сети. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. - 24 с.

78. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 26. Теплоизоляционные работы. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. - 16 с.

79. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 24. Теплоснабжение и газопроводы наружные сети. / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 24 с.

80. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборник средних районных сметных цен на материалы, изделия и конструкции. Ч. III. Материалы и изделия для санитарно-технических работ. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982» - 144 с.

81. СНиП IV-5-82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 1. Земляные работы. / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1982. - 26 с.

82. Индексы цен в строительстве / Ежемесячный информационный бюллетень Центра по ценообразованию в строительстве Администрации Воронежской области. Воронеж, 2000. - 16 с.

83. СНиП 4.07-91. Сборник сметных норм дополнительных затрат при производстве строительно-монтажных работ в зимнее время (НДЗ 91) / Госстрой СССР. - М. : Стройиздат, 1991. - 56 с.

84. Иоффе Ф.Я. Некоторые вопросы экономической оценки народнохозяйственного ущерба от перерыва теплоснабжения промышленных потребителей. // Промышленная энергетика, 1990. №3. - С. 10-11.- 122