И оптимального проектирования трубопроводов

Проектирование магистрального трубопровода представляет комплекс взаимосвязанных проблем, функционально объеди­ненных в системы взаимосвязанных и взаимозависимых объек­тов. Устоявшиеся традиционные методы проектирования не обеспечивали должным образом учет этих взаимосвязей, что в значительной мере позволяло сводить проектирование к на­бору различного рода необходимых, но недостаточных дейст­вий для получения действительно лучших решений как по от­дельным элементам, так и по трубопроводу в целом. Разра­ботка методов оптимального проектирования, основанных на получении оптимальных решений, совмещение задач строитель­ного и технологического проектирования уже на стадии выбора трассы, если еще не полностью, то в значительной мере преобразовали процесс проектирования. Это потребовало реорга­низации сложившихся процессов, нетрадиционной организации проектирования, четкого и последовательного определения функций подразделений проектной организации. Проектирова­ние трубопровода оптимизационными методами характеризу­ется использованием огромного объема исходной информации и вычислительных работ на ЭВМ, что, в свою очередь, ставит проблемы реализуемости задач и достоверности результатов.

Рассмотрим основные этапы оптимального проектирования как систему взаимосвязанных объектов (рис. 3.15). Входом в систему является задание на проведение расчетов, согласно которому определяются основные исходные данные, обеспечи­вающие систему материалами, поступающими в процесс. Эти данные являются результатами процесса систем высших иерар­хий. На основании этих данных принимаются решения и со­ставляются схема транспорта продукта (нефти, газа и т. п.), позволяющая конкретизировать объект оптимизации. Далее определяются параметры трубопровода, а также конструктив­ные решения по технологии транспорта и способам прокладки. Совместная проработка технико-экономических задач техноло­гами, конструкторами, сметчиками и математиками позволяет определить дискретные типы категорий местности и перейти к обработке картографического материала для выбора сети возможного проложения линейных участков газопровода и мест установки КС. Расчет смет на прокладку линейной части в раз­личных условиях строительства опирается на категории мест­ности, формирующие виды и объемы работ. Кроме того, оце­нивается экономическое влияние перекачивающих станций и сопутствующих инженерных сооружений на критерий опти­мальности. Информация о дугах сети возможного проложения трубопровода и экономические показатели по районам перено сятся на магнитные носители ЭВМ. Если в результате выбора трассы на ЭВМ ее протяженность изменилась по сравнению с кратчайшей трассой, то осуществляется возврат (обратная связь) к формированию критерия оптимальности и произво­дится повторный выбор трассы. Анализу подвергаются и ва­рианты, близкие к оптимальному. После уточнения располо­жения перекачивающих станций и согласования технических решений осуществляется окончательное определение технико-экономических параметров и характеристик местности трассы газопровода, которые являются выходом системы и входом в подсистему формирования задания на проведение изыска­тельских работ. Таким образом, поэтапно рассматривается про­цесс нахождения принципиальных решений проблемы.

Предлагаемая система организации работ обеспечивает ка­чественное решение взаимосвязанных задач, координацию и рациональное планирование загрузки отдельных подразделе­ний. Возможность оперативной замены отдельных объектов си­стемы, анализ результатов на каждом этапе, внесение корректив и устранение погрешностей в

результатах процесса обеспе­чивают гибкость и управляемость рас-смотренной системы.

Рекомендации на основе системного подхода, позволяют оп­тимизировать технико-экономические показатели проектных ре­шений, сокращают сроки проектирования и создают условия для эффективного применения вычислительной техники, обес­печивают точность и однозначность решений.

Рассмотрим далее структуру подсистемы выбора оптималь­ной трассы. Эта подсистема является ведущей частью централизованной системы

оптимизации транспорта нефти и газа. Централизованной будем называть систему, в которой некото­рый элемент (в данном случае подсистема выбора оптималь­ных трасс) играет доминирующую роль в функционировании системы. Небольшие изменения ведущей части вызывают су­щественные изменения всей системы. Математические модели подсистемы выбора оптимальных трасс были рассмотрены для основных ситуаций, возникающих при проектировании трасс. При анализе подсистемы уделим внимание информационным потокам и процессам, предшествующим выбору оптимальной трассы на ЭВМ.

Операционное описание подсистемы, приведенное на блок-схеме организации обработки информации о сети (рис. 3.16), представляет собой исчерпывающую и последовательно связан­ную совокупность процессов подготовки данных для расчета на ЭВМ, обеспечивающих достаточность и безошибочность инфор­мации для процесса оптимизации. Поскольку процесс подго­товки информации осуществляется специалистами различного профиля, важное место в подсистеме занимает анализ специа­лизации объектов подсистемы. Информационные позиции блок-схемы (пп. /, 2) — «Задание на проведение расчетов» и «Схема транспортировки газа» — отнесем к выходным позициям подси­стемы выбора трасс, осуществляющим связь с системой. Кроме того, к выходным компонентам подсистемы относятся значения диаметров трубопроводов, данные об экономических районах. Информация дискретной формы представляется документами. На основании задания определяются зона перспективного раз­вития трассы газопровода, приемлемый масштаб сети. Выбор масштаба определяется степенью неоднородности условий мест­ности и допустимым уровнем погрешности при съеме инфор­мации. Между заданными точками на картографическом мате­риале наносится максимальное число принципиально возмож­ных вариантов трасс, образующих сеть, или упорядоченная сеть. На этом этапе работы проводятся совместно инжене­рами-геодезистами, геологами. На сформированной сети инже­нерами-технологами определяются области приложения трасс для различных диаметров труб газопроводов. Экономисты оп­ределяют границы стоимости районов на сети во всей зоне пер­спективного развития трассы. С учетом определенных стоимост­ных районов и областей проложения трасс для различных диа­метров труб производится нумерация узлов сети. Следующий этап работ (пп. 9 — 17) позволяет определить кратчайший путь между заданными точками на сети. Эти данные являются вход­ными в систему оптимизации транспорта нефти или газа. При выполнении этого этапа производится сбор и запись информа­ции о сети по длинам дуг. Информация о номерах узлов каж­дой дуги и ее длине записывается, а затем перфорируется на перфоносители. Далее информация, оформленная в виде перфокарточного файла, вводится в ЭВМ и записывается на на­копители на магнитных дисках. Система хранения информа­ции на магнитных дисках позволяет оперативно записывать, считывать, дополнять, исключать и корректировать информа­цию, сохранять записи длительное время. Последующие опера­ции на данном этапе осуществляются с использованием инфор­мации, хранящейся на магнитных дисках. Логический конт­роль на ЭВМ (п. 14) осуществляется программно при задании соответствующего режима работы программы. Сеть проверя­ется на формальное описание. Некорректные записи программно исключаются, ошибки распечатываются на широкую печать. При необходимости проводится корректировка инфор­мации о сети, хранящейся на магнитных дисках, затем произ­водится расчет кратчайшей трассы между заданными точками. Для этого достаточно задаться единичными стоимостными по­казателями по категориям местности. Выбранная таким обра­зом трасса будет оптимальна по металлоемкости. Если же поставлена задача оптимизации по другому критерию оптималь­ности, то переходим к п. 18. Для проведения дальнейших рас­четов можно использовать часть уже имеющейся информации. Для сбора информации о сети по категориям местности необ­ходимо подготовить бланки с выписанными номерами узлов дуг, для чего используется откорректированная информация о сети. В случае, если проводится серия расчетов для различ­ных способов прокладки газопроводов на той же сети, бланки следует размножить. Такой подход с предварительной провер­кой информации и подготовкой списка номеров узлов дуг поз­воляет значительно уменьшить возможность появления оши­бочной информации о конфигурации сети.

Наиболее ответственным и трудоемким является процесс сбора информации о сети по категориям местности и условиям прокладки трубопровода. Здесь необходимо участие специали­стов различного профиля — инженеров-конструкторов, геодези­стов, геологов. Снимаемая информация заносится в подготов­ленные бланки. При этом проводится сверка сумм длин участ­ков различных категорий по дуге с ранее собранной информацией о сети по длинам дуг. При несравнении ошибки выявля­ются и корректируются. Полученная информация переносится на перфоноситель, вводится в ЭВМ и записывается на магнит­ный диск. После логического контроля на ЭВМ и корректи­ровки вся информация о сети распечатывается и перед выпол­нением оптимизационных расчетов визуально проверяется.

Таким образом, применение принципов системного анализа позволяет рассмотреть структуру подготовки информации в це­лом во взаимосвязи отдельных объектов. Разработанная схема организации обработки информации о сети эффективно исполь­зовалась при подготовке информации для оптимизации ряда реальных трасс. Однако ввиду того что обработка большого объема информации при участии многих исполнителей — спе­циалистов различного профиля — сопровождается искажением информации ошибками различного вида, следует отдельно ос­тановиться на проблеме повышения уровня достоверности рас­четов. По источникам возникновения ошибки в исходной ин формации можно классифицировать на три группы. Первую группу составляют ошибки, связанные с неточностью измере­ний длин отрезков дуг и неправильным определением катего­рий местности. Их наличие определяется масштабом карт, от­сутствием дополнительной информации о местности и зависит от тщательности обработки материала и уровня квалификации исполнителей. Эффективным, но не исчерпывающим способом устранения грубых ошибок этой группы является проверка сумм длин участков различных категорий местности (техниче­ских решений по прокладке) по дуге с длиной всей дуги.

Вторая группа ошибок зависит от способа задания исход­ной информации. Существующие программы и инструктивные материалы к ним обладают довольно сложной системой подго­товки исходных данных. Упрощение процесса кодировки ин­формации, минимизация условностей и «правил» заполнения бланков, отказ от строгой нумерации полос и строгой последо­вательности дуг, отсутствие ограничений на число дуг и узлов, способы произвольного представления цифровой информации о сети — эти меры приводят к значительному улучшению каче­ства исходного материала и, что не менее важно, к сокращению времени подготовки информации. Использование сети произ­вольной конфигурации позволило реализовать ряд изложенных требований. Система подготовки данных такова, что дуги сети задаются путем записи номера узла начала дуги, номера узла конца дуги и соответствующему данной дуге набору длин от­резков и категорий местности. Нумерация узлов сети, вид пред­ставления чисел, их число, последовательность чередования дуг — произвольные. Эти факторы облегчают процесс снятия информации о сети, позволяют работать нескольким исполни­телям одновременно и не требуют разработки специальных бланков.

Ошибки третьей группы возникают при некорректном опи­сании сети, пропуске дуг или узлов, наличии повторных запи­сей, нарушении граничных условий. К ним необходимо отнести и ошибки, возникающие при подготовке исходного материала на нерфоносителях. Алгоритмы поиска кратчайшего пути на графе, по которым разработаны математические модели под­системы выбора трасс, предъявляют жесткие требования к ин­формации о сети. Сеть должна быть замкнутой, не иметь пе­тель, смежных дуг. В случае ориентированного графа узлы (за исключением начального), в которые не входит ни одна дуга, или узлы (за исключением последнего), из которых не выхо­дит ни одна дуга, должны быть исключены из рассмотрения или заменены. Кроме того, на информацию налагаются усло­вия ограничения на номер категории местности, условие чет­ности количества чисел, относящихся к дуге и др.

Таким образом, условия построения исходной сети доста­точно формализованы, что позволяет, в свою очередь, строго формализовать поиск некорректной информации. Перечислен­ные условия позволяют диагностировать искажения информа­ции о сети, которые являются следствием ошибочных записей. Анализ информации после ввода в ЭВМ позволяет выявить некорректности исходного материала, исключить ошибочные узлы и дуги из рассмотрения с последующим сообщением о но­мере дуги и виде ошибки. Наличие диагностических текстов

позволяет принимать решение о переходе к выбору оптималь­ной трассы или к корректировке информации о сети. Кроме того, систематизация и наглядность распечатки исходных дан­ных позволяет визуально определить ошибочные записи.

Глава 4