Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Саров: ООО"НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ", 2004. — 204 с.
05.26.03. - Пожарная и промышленная безопасность
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Селезнев В.Е. Целью работы являлись разработка и реализация новых научно обоснованных методов повышения точности и эффективности компьютерных симуляторов транспорта газов и жидкостей по разветвленным многониточным линейным частям трубопроводных систем. Эти методы предназначены для анализа промышленной и пожарной безопасности производственных объектов ТЭК и снижения их вредных воздействий на окружающую среду. Научная новизна работы состоит в следующем:
- Разработан и научно обоснован новый метод компьютерной оценки параметров неизотермических нестационарных процессов транспорта гомогенных химически инертных вязких газовых смесей по протяженным разветвленным многониточным линейным частям промышленных трубопроводов, предназначенный для подробного анализа режимов транспорта газов в энергетических системах и комплексах при нормальных и аварийных условиях эксплуатации. Он предусматривает адаптацию полной системы уравнений газовой динамики к описанию течений по длинным разветвленным трубам с учетом работы запорно-вентильной арматуры и возможных образований течей и гильотинных разрывов труб [1,11,18,107,108]. При анализе процессов течения в зоне разветвления трубопроводов используется универсальная геометрическая модель сочленения длинных трубопроводов, позволяющая с минимальными упрощениями перейти от реального сочленения к его расчетной схеме. Такой подход обеспечивает в зоне сочленения трубопроводов аппроксимацию трех основных законов сохранения (массы, импульса и энергии) [1,13,24]. При расчетах параметров транспорта газов по линейным частям трубопроводов для повышения надежности расчетов применяются несколько разностных схем, построенных на основе интегрального метода и метода контрольного объема [110].
- Предложен новый метод повышения точности оценки количества газовых смесей и сопутствующих жидких фракций, выбрасываемых в окружающую среду при разрывах промышленных газопроводов ТЭК, с использованием компьютерных симуляторов транспорта газов и жидкостей по многониточным линейным частям трубопроводных систем. Он предназначен для анализа последствий аварийных ситуаций на промышленных энергообъекгах, включая пожары. В процессе эксплуатации компьютерный симулятор в режиме реального времени получает от SCADA-системы данные о параметрах транспорта газовых и жидкостных смесей [20]. По результатам работы симулятора с высокой (с точки зрения практического применения) точностью численно определяется временная табличная функция изменения массовых расходов транспортируемых продуктов в зоне разрыва трубопровода. Интегрирование данной функции по времени позволяет описать зависимость изменения количества выброшенного в окружающую среду продукта в процессе аварии.
- Впервые разработана и научно обоснована новая компьютерная технология анализа нестационарных режимов транспорта газа через газотранспортную систему промышленного энергообъекта в результате постановки и решения вспомогательной задачи математической идентификации, предназначенная для предупреждения и исследования механизмов аварий на газопроводах ТЭК. Технология предполагает организацию итеративной процедуры, при которой физические условия сопряжения на границах соседних сегментов трубопроводной сети на каждом временном шаге численного анализа выступают в качестве управляемых переменных вспомогательной задачи математической идентификации численной газодинамической модели реальному процессу транспорта газа по промышленной трубопроводной системе. Решение вспомогательной идентификационной задачи считается найденным, если модуль разности расчетных оценок давлений газа справа и слева от зоны сопряжения газодинамических моделей сегментов трубопроводной сети становится меньше некоторой наперед заданной малой константы.
- С помощью разработанных методов и компьютерной технологии получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о функционировании, возможностях реконструкции энергообъектов, причинах возникновения и механизмах протекания аварий в трубопроводных системах. К новым результатам относятся: расчетные оценки параметров безопасных динамических режимов транспорта природного газа по сетям газотранспортных предприятий и горячей воды по тепловым сетям ТЭС и энергообъекгов; расчетные сценарии реальных аварий на магистральных газопроводах для установления причин их возникновения. Практическая ценность работы. Выносимые на защиту методы и компьютерная технология реализованы в виде программно-математических комплексов «CorNet» и «AMADEUS», предназначенных для повышения безопасности и эффективности трубопроводных систем ТЭК [21-33]. Эти комплексы активно используются для решения практических задач, возникающих при проектировании, эксплуатации и реконструкции трубопроводов энергетических систем и комплексов, как в России, так и за рубежом. Так, например, на их базе разработана комплексная компьютерная аналитическая система «AMADEUS», которая в декабре 2002 года была сдана в производственную эксплуатацию в международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия) в качестве инструмента для обеспечения требований безопасности, экономической эффективности и экологии на данном предприятии [10,11,13] (см. Приложение 6).
05.26.03. - Пожарная и промышленная безопасность
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Селезнев В.Е. Целью работы являлись разработка и реализация новых научно обоснованных методов повышения точности и эффективности компьютерных симуляторов транспорта газов и жидкостей по разветвленным многониточным линейным частям трубопроводных систем. Эти методы предназначены для анализа промышленной и пожарной безопасности производственных объектов ТЭК и снижения их вредных воздействий на окружающую среду. Научная новизна работы состоит в следующем:
- Разработан и научно обоснован новый метод компьютерной оценки параметров неизотермических нестационарных процессов транспорта гомогенных химически инертных вязких газовых смесей по протяженным разветвленным многониточным линейным частям промышленных трубопроводов, предназначенный для подробного анализа режимов транспорта газов в энергетических системах и комплексах при нормальных и аварийных условиях эксплуатации. Он предусматривает адаптацию полной системы уравнений газовой динамики к описанию течений по длинным разветвленным трубам с учетом работы запорно-вентильной арматуры и возможных образований течей и гильотинных разрывов труб [1,11,18,107,108]. При анализе процессов течения в зоне разветвления трубопроводов используется универсальная геометрическая модель сочленения длинных трубопроводов, позволяющая с минимальными упрощениями перейти от реального сочленения к его расчетной схеме. Такой подход обеспечивает в зоне сочленения трубопроводов аппроксимацию трех основных законов сохранения (массы, импульса и энергии) [1,13,24]. При расчетах параметров транспорта газов по линейным частям трубопроводов для повышения надежности расчетов применяются несколько разностных схем, построенных на основе интегрального метода и метода контрольного объема [110].
- Предложен новый метод повышения точности оценки количества газовых смесей и сопутствующих жидких фракций, выбрасываемых в окружающую среду при разрывах промышленных газопроводов ТЭК, с использованием компьютерных симуляторов транспорта газов и жидкостей по многониточным линейным частям трубопроводных систем. Он предназначен для анализа последствий аварийных ситуаций на промышленных энергообъекгах, включая пожары. В процессе эксплуатации компьютерный симулятор в режиме реального времени получает от SCADA-системы данные о параметрах транспорта газовых и жидкостных смесей [20]. По результатам работы симулятора с высокой (с точки зрения практического применения) точностью численно определяется временная табличная функция изменения массовых расходов транспортируемых продуктов в зоне разрыва трубопровода. Интегрирование данной функции по времени позволяет описать зависимость изменения количества выброшенного в окружающую среду продукта в процессе аварии.
- Впервые разработана и научно обоснована новая компьютерная технология анализа нестационарных режимов транспорта газа через газотранспортную систему промышленного энергообъекта в результате постановки и решения вспомогательной задачи математической идентификации, предназначенная для предупреждения и исследования механизмов аварий на газопроводах ТЭК. Технология предполагает организацию итеративной процедуры, при которой физические условия сопряжения на границах соседних сегментов трубопроводной сети на каждом временном шаге численного анализа выступают в качестве управляемых переменных вспомогательной задачи математической идентификации численной газодинамической модели реальному процессу транспорта газа по промышленной трубопроводной системе. Решение вспомогательной идентификационной задачи считается найденным, если модуль разности расчетных оценок давлений газа справа и слева от зоны сопряжения газодинамических моделей сегментов трубопроводной сети становится меньше некоторой наперед заданной малой константы.
- С помощью разработанных методов и компьютерной технологии получены новые результаты, расширяющие и углубляющие представления о функционировании, возможностях реконструкции энергообъектов, причинах возникновения и механизмах протекания аварий в трубопроводных системах. К новым результатам относятся: расчетные оценки параметров безопасных динамических режимов транспорта природного газа по сетям газотранспортных предприятий и горячей воды по тепловым сетям ТЭС и энергообъекгов; расчетные сценарии реальных аварий на магистральных газопроводах для установления причин их возникновения. Практическая ценность работы. Выносимые на защиту методы и компьютерная технология реализованы в виде программно-математических комплексов «CorNet» и «AMADEUS», предназначенных для повышения безопасности и эффективности трубопроводных систем ТЭК [21-33]. Эти комплексы активно используются для решения практических задач, возникающих при проектировании, эксплуатации и реконструкции трубопроводов энергетических систем и комплексов, как в России, так и за рубежом. Так, например, на их базе разработана комплексная компьютерная аналитическая система «AMADEUS», которая в декабре 2002 года была сдана в производственную эксплуатацию в международной газотранспортной компании «SPP-DSTG» (Словакия) в качестве инструмента для обеспечения требований безопасности, экономической эффективности и экологии на данном предприятии [10,11,13] (см. Приложение 6).