image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 12 2016

Энергетика

01.12.2016 10:00 Выбор вариантов схем включения газоперекачивающих агрегатов при выработке газа из отключаемого в ремонт участка газопровода большого диаметра
Газовая промышленность является ведущей отраслью топливно-энергетического комплекса России наряду с нефтяной промышленностью и поэтому в значительной степени ответственна за достижение целей энергосбережения. Неизменной целью энергетической политики России является максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и всего потенциала энергетического сектора для устойчивого роста экономики и качества жизни населения страны и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций. Энергетическая стратегия определяет цели и задачи долгосрочного развития энергетического сектора страны на предстоящий период, приоритеты и ориентиры, а также механизмы государственной энергетической политики на отдельных этапах ее реализации, обеспечивающие достижение намеченных целей. Актуальность данной тематики обусловлена энергетической политикой России, целью которой является эффективное использование природных энергетических ресурсов и энергосбережение. Протяженность магистральных газопроводов (МГ) Единой системы газоснабжения РФ составляет более 160 тыс. км, на которых с шагом 100–150 км расположены 276 линейных компрессорных станций (КС). Соответственно, газопроводы между участками имеют по 3–5 отключаемых участков. Из каждого участка при отключении на ремонт в атмосферу выбрасывается значительное количество газа. С целью сохранения природного газа в работе предложен способ поддержки принятия решения, выбора схемы включения газоперекачивающих агрегатов (ГПА) при выработке газа из отключаемого в ремонт участка МГ, основанный на методе анализа иерархий. Выбор альтернативной схемы включения ГПА при выработке газа производится по функции полезности, полученной с учетом весовых коэффициентов, учитывающих важность рассматриваемых критериев «объем выработки газа», «время выработки», «расход топливного газа за время выработки».
Ключевые слова: компрессорная станция, магистральный газопровод, энергосбережение, выработка газа из участка газопровода, способ поддержки принятия решения.
Ссылка для цитирования: Гадельшина А.Р., Китаев С.В., Галикеев А.Р. Выбор вариантов схем включения газоперекачивающих агрегатов при выработке газа из отключаемого в ремонт участка газопровода большого диаметра // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 12. С. 100–103.
Открыть PDF


Одним из эффективных способов сохранения природного газа при отключении в ремонт смежных с КС участков МГ является выработка газа ГПА [1].

Обычно варианты схем включения ГПА при выработке газа определяются объемом газа, который необходимо выработать из участка, и остаточным давлением газа в трубе.

Учитывая то, что КС могут быть оснащены разнотипными агрегатами, число вариантов схем включения ГПА может быть большим, например на КС-19 «Шаран» МГ «Уренгой – Петровск» установлены разнотипные агрегаты следующих типов:

  • ГПА-10 «Волна» с двигателем ДР59Л и ЦБК 370-18-1 (370-76-1,24) – агрегаты № 21–27;

  • ГПА-16р «Уфа» с двигателем АЛ-31СТ и ЦБК 398-21-1 (СУ-АЛ-31 398-76-1,44) – агрегат № 28.

На рисунке приведена схема выработки газа из отключаемого в ремонт участка МГ 2020,2–2043,3 км протяженностью 23,1 км.

1_1_2.jpg 

Схема выработки газа из отключаемого в ремонт участка МГ: о – открыто; з – закрыто

A gas production scheme from a section of a trunk gas pipeline (TG), which is switchable during a repair: o – open; c – closed


С учетом проведенного анализа возможны следующие схемы включения ГПА при выработке газа:

  1. последовательное включение двух агрегатов ГПА-10 «Волна» по схеме (1x2) – вариант (В1);

  2. последовательное включение двух групп агрегатов ГПА-10 «Волна» по схеме (2x2) – вариант (В2);

  3. выработка одним агрегатом ГПА-16р «Уфа» по схеме (1x1) – вариант (В3);

  4. ГПА-16р «Уфа», включенный в «параллель» с группой (двух) последовательно включенных агрегатов ГПА-10 «Волна» по схеме (1x2, 1x1) – вариант (В4);

  5. последовательное включение трех агрегатов ГПА-10 «Волна» по схеме (1x3) – вариант (В5);

  6. последовательное включение двух групп по три агрегата ГПА-10 «Волна» по схеме (2x3) – вариант (В6).

Вместе с тем каждый вариант (Вi), обеспечивая определенный уровень технологических показателей работы системы (объем выработанного газа, количество ГПА при выработке, схема включения), характеризуется определенным уровнем экономической и экологической эффективности.

Количество показателей при выработке газа может быть большим, при этом принятие решения по большому количеству показателей, имеющих различную размерность и качественные характеристики (например, показатели экологичности), осуществить весьма затруднительно.

Для поддержки принятия решения выбора схемы включения ГПА при выработке газа из отключаемого в ремонт участка МГ применим метод анализа иерархий (Analityc hierarchy process – AHP), разработанный в 1970 г.
американским математиком Томасом Саати [4].

В этом случае возможные схемы включения ГПА при выработке газа будут альтернативными вариантами.

В основе AHP вместо таблицы принята иерархия, которую можно представить следующим образом.

Уровень 0: цель – выбрать схему включения ГПА для выработки газа.

Уровень 1: критерии:

  • объем выработанного газа;

  • время выработки;

  • расход топливного газа за время выработки.

Теперь необходимо получить оценки альтернативы по каждому критерию. Для этого определим объективные оценки и произведем их нормирование так, чтобы сумма нормированных значений была равна единице. Объем выработанного газа характеризуется максимальным значением по каждому варианту схемы, для этого случая представим данные в табл. 1.

Рассмотрим 2-й критерий – время выработки. В некоторых случаях время выработки может быть определяющим фактором, однако при увеличении времени выработки расход топливного газа для отдельных схем может возрастать. В этом случае может быть применена процедура парных сравнений [2], а для сравнения пары альтернатив может использоваться шкала следующего типа:

1 – равноценность;

3 – умеренное превосходство;

5 – сильное превосходство;

7 – очень сильное превосходство;

9 – высшее (крайнее) превосходство.

Лицо, принимающее решение (ЛПР), просят попарно сравнить альтернативы. Результаты парных сравнений альтернатив для критерия «время выработки» приведены в табл. 2, в которой вместо приведенной выше шкалы превосходства использовалось понятие «быть лучше в n раз», что также допустимо. Например, на пересечении строки В2 и столбца В1 находится дробь 4/1. Это означает, что время выработки по схе-
ме В2 в 4 раза предпочтительнее, чем по схеме В1. В дальнейшем простые дроби переводятся в десятичные (табл. 3).

Расход топливного газа на ГТУ характеризуется максимальным значением по каждому варианту схемы. При нормировании было учтено, что лучший вариант включения ГПА при выработке соответствует минимальному расходу топливного газа (табл. 4).

Предположим, конкретное ЛПР сравнило попарно критерии с точки зрения их сравнительной важности. Запишем результаты сравнений в виде табл. 5.

Аналогично утверждение типа «объем выработки в 2 раза важнее времени выработки» записывается в виде дроби 2/1. Применяя к данной таблице описанную выше процедуру, получим вес критериев: w1 = 0,46 (объем выработанного газа); w2 = 0,42 (время выработки); w3 = 0,12 (расход топливного газа за время выработки).

Применяя взвешенную сумму, получим интегральные оценки альтернатив (функция полезности) (табл. 6).

Таким образом, учитывая предпочтения данного конкретного ЛПР, процедура АНР рекомендует ему выбрать стратегию В4, т. е. выработку газа по варианту «ГПА-16р «Уфа», включенный «в параллель» с группой (двух) последовательно включенных агрегатов ГПА-10 «Волна», схема 1x2 и 1x1».

Таким образом, в работе предложен способ поддержки принятия решения выбора схемы включения ГПА при выработке газа из отключаемого в ремонт участка МГ, основанный на методе анализа иерархий.

Выбор альтернативной схемы включения ГПА при выработке газа производится по функции полезности, полученной с учетом весовых коэффициентов, учитывающих важность рассматриваемых критериев «объем выработки газа», «время выработки», «расход топливного газа за время выработки».



Таблица 1. Нормирование значений критерия «объем выработанного газа»
Table 1. The normalization of the criterion values «the volume of produced gas»

А

Q, тыс. м3

Q, thsd m3

N

В1

374,4

0,142

В2

374,4

0,142

В3

374,4

0,142

В4

374,4

0,142

В5

571,0

0,216

В6

571,0

0,216

Сумма

Total

1,00

Примечание: А – альтернативные варианты; Q, тыс. м3 – максимальный объем выработки газа из участка МГ; N – нормированное значение.

Note: A – alternatives; Q, thsd m3 – maximum volume of produced gas from the TG section ; N – normalized value.


Таблица 2. Нормирование значений критерия «время выработки»

Table 2. The normalization of the criterion values «time of the production»

А

В1

В2

В3

В4

В5

В6

В1

1,00

1/4

1/1

1/5

3/1

1/3

В2

4/1

1,00

4/1

1/2

6/1

2/1

В3

1/1

1/4

1,00

1/4

2/1

1/2

В4

5/1

2/1

4/1

1,00

6/1

1/2

В5

1/3

1/6

1/2

1/6

1,00

1/2

В6

3/1

1/2

2/1

2/1

2/1

1,00

Примечание: А – альтернативные варианты; Вi – возможные варианты схем включения ГПА.

Note: A – alternatives; Bi – possible schemes of the launch of gas-compressor units (GCU).


Таблица 3. Нормирование значений критерия «время выработки» в десятичном выражении

Table 3. The normalization of the criterion values «time of the production» in a decimal terms

А

В1

В2

В3

В4

В5

В6

N

В1

1,00

0,25

1,00

0,20

3,00

0,33

0,096

В2

4,00

1,00

4,00

0,50

6,00

2,00

0,292

В3

1,00

0,25

1,00

0,25

2,00

0,50

0,083

В4

5,00

2,00

4,00

1,00

6,00

0,50

0,309

В5

0,33

0,17

0,50

0,17

1,00

0,50

0,044

В6

3,00

0,50

2,00

2,00

2,00

1,00

0,175

Итого

Total

1,00

Примечание: А – альтернативные варианты; Вi – возможные варианты схем включения ГПА; N – нормированная сумма по строке.

Note: A – alternatives; Bi – possible schemes of the launch of gas-compressor units (GCU); N – normalized amount of the line.


Таблица 4. Нормирование значений критерия «расход топливного газа за время выработки»

Table 4. The normalization of criterion values «fuel gas consumption during the process of the production»

А

q, м3

q, m3

N

В1

2103

0,169

В2

2103

0,169

В3

1268,4

0,181

В4

1535

0,177

В5

3307,6

0,151

В6

3307,6

0,151

Сумма

Total

1,00

Примечание: А – альтернативные варианты; q, м3 – расход топливного газа за время выработки газа из участка МГ; N – нормированное значение.

Note: A – alternatives; q, m3 – a fuel gas consumption during the gas production from the TG section; N – normalized value.


Таблица 5. Результаты сравнений критериев с точки зрения их сравнительной важности

Table 5. The results of criteria comparisons from the point of view of its relative importance

Критерий

K1

K2

K3

K1

1/1

2/1

3/1

K2

1/2

1/1

4/1

K3

1/3

1/4

1/1

Примечание: Ki – критерии выбора варианта схемы.

Note: Ki – scheme selection criteria.


Таблица 6. Определение функции полезности с учетом весовых коэффициентов

Table 6. The definition of the utility function with weighting coefficients

А

K1

K2

K3

Ф

F

В1

0,142

0,096

0,169

0,126

В2

0,142

0,292

0,169

0,208

В3

0,142

0,083

0,181

0,122

В4

0,142

0,309

0,177

0,216

В5

0,216

0,044

0,151

0,136

В6

0,216

0,175

0,151

0,191

Примечание: А – альтернативные варианты; Ki – критерии выбора варианта схемы; Ф – функция полезности.

Note: A – alternatives; Ki – scheme selection criteria; F – utility function.



← Назад к списку


im - научные статьи.