МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

МЕТОДИ КА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА РД 39-1-62-78

1978

Министерство нефтяной прошшденности ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СБОРУ, ПОДГОТОВКЕ И ТРАНСПОРТУ НВДИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ (ВНИИСПТнефть)

УТВЕРЖДЕНА Первый заместителем Министра нефтяной промышленности В.И.КРЕМНЕВЫМ 18 апреля 1978 г.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

РД 39-1-68-78

1978

Приложение I

ПОЯСНЕНИЕ К ОСНОВНЫМ ТЕРМИНАМ И ПРИШЛЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПЛЛ. Характеристика качества функционирования 9^ есть количественная мера результатов функционирования системы МН в момент времени £ для определенной реализации процесса функционирования.

Характеристика учитывает структуру системы, значения ее параметров, характер воздействия внешних и внутренних случайных факторов, имеет прямую или опосредованную связь с целевым назначением системы МН*

ПЛ.2* Характеристика эффективности функционирования есть количественная мера, оценивающая качество и полноту результатов процесса функционирования в интервале времени Q^£^S. Она характеризует выходной эффект системы МН для определенной реализации процесса функционирования.

ПЛ.З. Показатель качества функционирования Ф (t) есть математическое ожидание характеристики качества функционирования системы МН в момент времени £ • Показатель представляет среднее значение ^ по множеству наблюдений процесса функционирования в момент времени £    .

ПЛ.4. Показатель эффективности функционирования *P[c7_f6] есть математическое ожидание характеристики эффективности функционирования системы МН в интервале времени О ^£ ^6.

Показатель представляет среднее значение Щ36 ^по множеству реализаций процесса функционирования системы МН в исследуемом интервале,

В некоторых частных случаях этот показатель может быть оп-

РД 39-1-62-78 стрЛГ ределен усреднением показателя качества функционирования в исследуемом интервале [о,6]

ПЛ*5. Мгновенный показатель надежности RИ) есть отношение показателя качества функционирования (t) реальной системы МН к показателю качества функционирования ^(i) идеальной системы МН.

ПЛ.6, Интервальный показатель надежности г[о,в] есть отношение показателя эффективности функционирования [а,6] реальной системы МН к показателю эффективности функционирования f [dj6] идеальной системы МН.

Р (t)    "    вероятность системы МН находиться в состоянии L

в момент времени i ;

СО    “    ^паР^аыетР^ы потоков отказов НПС и линейных частей МН,

при % (t}-\<On$t параметр потока отказов равен интенсивности отказов СО fij~^    i

~ среднее время восстановления НПС и линейной части; 2п - эквивалентный параметр потока отказов П -ого участка МН;

-    эквивалентное среднее время восстановления п -ого участка МН;

-    объем п -ого резервуарного парка / м³ /;

-    время выработки п -ого резервуарного парка /час/;

-    производительность П -го участка;

-    количество участков МН;

-    количество НПС на П -ом учаотке;

-    протяженность п -ого участка; _{t п}~ вероятностная доля из-за отказов, накладываемая

предыдущими п-1 участками на п -ый участок

из-за отказов элементов.

Приложение 2

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ Ш ДЛЯ ЗАДАЧИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ НЕФТИ

Рассмотрим систему некоторого условного Ш, состоящего из 3-х участков, показанную на рис Л* Основные характеристики рассматриваемого МН представлены на рисунке. Производительность Qj~ 5255 м³/час соответствует случаю, когда в состоянии отка

за находится одна из станций.

П.2.1. Основной задачей рассматриваемого МН является транспортирование нефти в заданном количестве. Процесс транспортирования осуществляется в условиях воздействия внешних и внутренних случайных возмущений (аварийных - вследствие конструктивных дефектов; технологических - вследствие нарушений принятой технологии; эксплуатационных - вследствие нарушений установленных правил эксплуатации или ограничений по допустимым воздействиям на систему). Возмущения вызывают отказы элементов системы МН. Отказы приводят к спаду функционирования, т.е. ухудшаются характеристики функционирования исследуемого процесса.

П.2.2. Для задачи транспортирования нефти основной процесс заключается в совершении транспортной работы, т.е. в перемещении определенного количества нефти Q / ТJ на определенное расстояние L / км /. Для задачи транспортирования характеристикой качества функционирования МН является величина транспортной работы по перемещению нефти в единицу времени

(13)

Стр.14 РД 39-1-62-78

L , здесь - протяженность МН.

Наличие резервуарных парков (HI) на промежуточных нефтеперекачивающих станциях (НПС) позволяет в известных пределах варьировать значением производительности на участках*

П.2#3. В качестве элементов для рассматриваемого МН наделим НПС,линейные участки, РП, т.е. выбор элементов произведен по функциональному признак (под линейным участком МН подразумевается собственно трубопровод между РП), Выбранные элементы для удобства обозначим номерами.

Состояние элементов в любой момент времени Ь может быть описано функцией вида:

С    i

I, если элемент в момент Z находится в работоспособном состоянии;

(14)

О, если элемент в момент t находится в неработоспо-

i

^ собком состоянии.

Для КПС наибольший интерес по степени влияния на уровень функционирования МН имеет полный отказ f    ,    вызван

ный отказом энергоснабжения или вспомогательного оборудования. Отказ линейной части (i)~0j>    , например, из-за наруше

ния герметичности, приводит к остановке участка МН,

Для HI за состояние отказа может быть принята невозможность по техническим причинам принимать или отпускать нефть.

П.2.4, Совокупность возможных состояний системы МН определяем, исходя из выбранной модели поведения элементов, описываемой функцией (14).

С целью выявления надежности собственно системы МН допустим,что промысел безотказен.

РД 39-1-62-78 отр* 15

Получение показателей надежности МЫ произведем по схеме, изложенной в работах / 10, II /♦ Вначале определим характеристики надежности только одного участка* Рассмотрим третий, наиболее сложный по составу оборудования* (Под участком МЫ подразумевается часть Щ между РП).

Третий участок может перейти в состояние полного отказа, если в состоянии отказа находится линейный участок {(Р 6). Нагрузка с остальных элементов третьего участка б этом случав снимается, т*е* принимается, что ненагруженные элементы не отказывают.

Третий участок переходит в состояние частичного отказа (уровень функционирования снижается) в случае отказа НПС (№ IP 2,3,4)* Согласно / 8 / для НПС имеем следующие показатели надежности

Таблица I

Показатели надежности НПС

j Параметры потока j    отказов

ГГ"П<ГП

i I i

Систзма энергоснабжения    0,00125    0,0015    0,002    135

Общестанционные установки, система собственных ну зад, автон.

защита и т.п»    0,0002    0,00035    0,0005    0,5    1,0    1,5

В расчетах примем для НПС %_нпс ^ш 0,0015*/час,    О^/час.

На основании предварительных исследований, считаем, что вероятность отказа одновременно 2-х НПС равна нулю. Следователь^

Сгр*16 РД 39-1-62-78

но, на третьем участке в состоянии отказа может находиться не более одного элемента* Запишем возможные состояния в вектор стро^ ку:

Х₀ « IIII - все элементы исправны;

X_f ^ш ОШ - отказала HOC 1Р 2;    ,    *

Х₂ - ЮН - отказала ШС Ш 3;    "    ^;

* IIGI - отказала ШС № 4;

» 1110 - отказал линейный участок № б*

Количество возможных состояний равно 5.

П.2*5* Определяем количественную меру результатов функционирования    ,    соответствующую    возможным состояниям треть

его участка и запишем их в таблицу 2.

Таблица 2

Характеристики качества функционирования

Xl

Хс

Ь

Хг

Х$

Х_ч

П.2*б* Определяем вероятности пребывания участка системы в возможных состояниях* Для элементов МН интенсивности потоков событий,переводящих элементы из одного состояния в другое состояние, характеризуются показательным законом распределения.

РД 39-1-62-78 стр.17

Возможным состоянием П -ого участка с т станциями соответствует граф состояний (рис.2)*

Перехода медду состояниями изображены при помощи стрелок. Против каждой стрелки отмечены интенсивности потока событий, переводящие систему из одного состояния в другое.

Рис. 2. Схема состояний участка MIL На рис.2 Л/-Д? ~^т-/\нпс )    ~^Рт ~рнпс - интенсивности потоков отказов и восстановлений линейной части и НПС. Физический смысл данного траста состояний следующий: если произошел отказ НПО или линейного участка,то аварийно-ремонтная бригада восстанавливает отказавший элемент. Для данного графа состояний система дифференциальных уравнений записывается следующим образом;

я (£Ь~ъяа)-й_гР_г ft)-... -д, р_п а) pj. +jj_n p_{n (}^) Q'fihWhjtMt)

шьшу-дгяа)    ^<i6>

Rn    Я ft)~MmPmft)

Ж^) ~^nP₀ (t) -Ji_n P_n(t)

Настоящая "Методика” разработана авторским коллективом в составе:

В. Т. Агишева, А.Н.Левенцова (рук.теш), Н.М.Никаноровой,

К.Е«Ращепкина (рук.темы), Н«Ж«Хадезовой.

Рабочая программа по расчету показателей надежности магистрального нефтепровода для ЭВМ ЕС-1020 на языке "Фортран” разработана авторским коллективом ВЦ ВНИИСПТ нефти в составе; Л.Г«Арслановой, Р.Х.Ахтямовой.

. _ X__I___2___1___3___!___4___!___5

10    2,4    .    Ю"⁵    3,42    .    10“⁵

Независимо от категорийности участка* толщины стенки и свойств стали    определяют    по формуле

tsnv - 12,2 + 0,0395 Дн /час/ав /,    (26)

где Дн подставляют в мм 529 ^ Дн ^ 1220

Формула (26) подучена обобщением статистических данных о времени простоя МН по различным диаметрам трубопровода»

J? _ МГ    г

Для третьего участка А_м ~ А_т    =    0,000142    /час,

- 50 час;    j[^    » 0,02¹/час.

По формулам (23*24,26) для третьего участка получаем

Р₀ ^я ш 0,9712 ;    /Г - 0,00728; р* - 0,00689

П.2,7, Определяем показатель качества функционирования для третьего участка

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДШОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА РД 39-1-62-78

Приказом Министерства нефтяной промышленности от 17*05.78 # 249

Срок введения с 1.07.78.

Срок действия по 301 Об Вводится впервые

Настоящая методика предназначена для определения показателей надежности системы магистрального нефтепровода на стадиях проектирования и эксплуатации. Методика распространяется на магистральные нефтепроводы (нефтепродуктопроводы), т.е. на системы, которые могут частично или полностью снижать эффективность функционирования вследствие отказов элементов, составляющих систем/.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1*1. Магистральный нефтепровод (МН) рассматривается как сложная многофункциональная техническая система, процесс функционирования которой представляет одновременное и последовательное решение стоящих перед системой задач (прием нефти, перекачка нефти, сдача нефти, управление техническим состоянием и т.д*).

1.2. Показателями надежности системы МН служат относитель -ные показатели качества и эффективности функционирования отдельно по каждой задаче, решаемой системой МН.

1.2Л* На этапе проектирования значение показателя надежности рекомендуется подучить не менее 0,9600, что соответствует нормам технологического проектирования.

Стр.4 РД 39-1-62-78

1.3.    Показатели надежности определяются в соответствии со схемно-конструктивным и технологическим решением системы, с учетом случайных факторов, влияющих на качество и эффективность функционирования,

1.4.    Методика устанавливает единый способ определения показателей надежности МН на стадиях проектирования и эксплуатации,

1.5.    Методика позволяет учесть надежность элементов, составляющих си с те цу МН.

1.6.    В приложении 2 дается расчет показателей надежности для некоторого условного МН, при решении им задачи транспортирования нефти. Сделанные допущения достаточно обоснованы, и подучаемая погрешность не превышает погрешности обычных инженерных расчетов. Подученные зависимости могут быть рекомендованы при расчете показателей надежности неразветвленкых МН,

1.7.    В приложении 3 дается программа расчета показателей надежности магистрального нефтепровода для ЭВМ "Напри" на языке "ап".

В приложении 5 дается рабочая программа по расчету показателей надежности магистрального нефтепровода для ЭВМ ЕС-1020 на языке "Фортран", разработанная ВЦ ВНИИСПТ нефть.

1.8.    Задача определения показателей надежности рассмотрена для случая внезапных отказов. При постепенных отказах рассматриваемый метод сохраняет основные положения.

1.9.    Термины и определения, принятые в методике, соответствуют ГОСТам 13377-75, 18322-73 и другим НТД в области надежности.

Отраслевые термины и определения, применяемые э методике,со-

РД 39-1-62-78 стр*5 ответствуют ОСТу "Магистральный нефтепровод. Составные части* Термины и определения"•

2. ПОРЯДОК ОПРПЦЩЕНЙЯ ПОКАЗАТЕЛИ!

НАДЕЖНОСТИ МАГООТАЛШОГО НЕФТЕПРОВОДА, РАССМТРЙВАКМОГО В ЦЕЛОМ

2.1* Определяются основные задачи, решаемые системой МН. Задачи нумеруются.

2*2. Для каздой задачи определяется количественная мера результатов функционирования - характеристика качества функционирования    Здесь    J    -    номер задачи.

2.3.    Система МН представляется как совокупность взаимосвязанных, совместно функционирующих элементов.

2.3Л* Степень дробления системы МН на элементы зависит от цели исследования, методов исследования и т.п.

2.4.    Определяются основные физические состояния L - 1*2,., *.», А/ системы МН, с учетом возникновения возможных отказов элементов.

2.4.1. В простейшем случае состояния могут быть определены методом непосредственного перебора физических состояний системы МН.

2.5. Определяются значения характеристик качества функционирования It J_c , соответствующие основным физическим состояниям.

2.5.1. Значения характеристик качества функционирования могут быть рассчитаны аналитически для проектируемого нефтепровода или цутем непосредственных замеров на исследуемом магистраль-

Стр. 6 РД 39-1-62-78* ном нефтепроводе*

2*6* Определяются вероятности Q? (tj пребывания системы МН в основных физических состояниях в момент времени t .

2.6.1* Зёдача определения вероятностей состояний системы может быть определена аналитически или методом статистического моделирования.

2*7. Определяется показатель качества функционирования системы МН как математическое ожидание характеристики качества функционирования Ф"¹ в момент времени Ь .

(I)

2.8. Определяется показатель качества функционирования для идеального МН

2.8.1. Показатель качества функционирования для идеальной системы МН определяется при условии, что рассматриваемые элементы МН являются абсолютно безотказными. Для случая, когда потребность к выполнению j -ой задачи на данном уровне функционирования постоянна для всех интервалов исследования, показатель качества функционирования идеальной системы

(2)

2*9. Определяется мгновенный показатель надежности как относительный показатель качества функционирования реальной и идеальной систем

(3)

РД 39-1-62-78 стр.9

где Cj весовые коэффициенты по задачам, решаемым системой МН. Числовые показатели надежности наиболее приемлемы при сравнении различных вариантов проектируемых МН, а также систем, предназначенных для выполнения аналогичных функций.

2Л5.1. Весовые коэффициенты Cj имеют численные значения в зависимости от целевого назначения системы и степени важности задач, решаемых данной системой МП. Оценка весовых коэффициентов производится экспортно.