Исследование рационального использования и распределения ресурсов при ремонте магистральных газопроводов

Энергетическая стратегия России предусматривает дальнейший рост доли природного газа в производстве первичных энергетических ресурсов, интенсификацию работ по газификации регионов Российской Федерации, увеличении экспортных поставок в страны СНГ, Балтии и в дальнее зарубежье. По имеющимся прогнозам, к середине нашего столетия доля газа в энергобалансе мира может составить 30%. В России она уже сейчас достигла 50% и к 2010 г. составит 61%. Усиление роли природного газа в экономике страны приводит к ужесточению требований к надежности и безопасности работы Единой системы газоснабжения. Принимая во внимание возрастную структуру магистральных газопроводов ОАО «Газпром» (почти 35% из них эксплуатируется свыше 20 лет, а 15% - более 30 лет) и аварийность (за последние годы количество аварий на 1000 км увеличилось с 0,22 до 0,26), проблема сохранения и повышения работоспособности действующей системы газопроводов остается актуальной.

Существующая в стране газотранспортная сеть развивается и эксплуатируется около 50 лет [9]. Длительная эксплуатация газотранспортных объектов привела к их значительному моральному и физическому старению. Под моральным старением имеется в виду несоответствие технического уровня установленного в свое время оборудования современным (и тем более перспективным) требованиям, например, по единичной мощности и КПД агрегатов, показателям эксплуатационной надежности и пр. Под физическим старением понимается снижение показателей технического состояния газоперекачивающего оборудования и линейной части газопроводов в процессе эксплуатации.

Моральное и физическое старение предопределяет ухудшение технологических показателей транспорта газа, появляются «узкие места», снижается производительность и надежность газопроводов, увеличивается энергоемкость транспорта газа. В конечном счете ухудшаются основные технико-экономические показатели газопроводов — возрастает себестоимость транспорта газа, снижаются фондоотдача и прибыль. Для преодоления этих отрицательных тенденций необходимо проводить реконструкцию в сочетании с капремонтом газопроводов.

Очевидно, что без проведения своевременного и качественного капитального ремонта надежная работа газотранспортной системы невозможна. Однако, в настоящее время физические объемы ремонта снижаются и это вызывает беспокойство. Главной причиной уменьшения объемов ремонта является недофинансирование работ. Поэтому снижение затрат на ремонтно-техническое обслуживание газопроводов — задача первостепенной важности и здесь необходимо комплексное исследование ряда вопросов, одним из которых является состояние материально-технической базы предприятий, выполняющих капитальный ремонт.

Техническая оснащенность предприятий во многом определяет выбор способа ремонта газопровода, а также организацию производства работ, сроки и объемы ремонтных работ.

Расходы на содержание в исправном состоянии парка машин и амортизационные отчисления влияют на стоимость ремонтных работ. Поэтому необходимо знать, насколько рационально используется техника в процессе ремонта, а также соответствие технического оснащения и объемов выполняемых работ.

Предприятия, занятые производством капитального ремонта газопроводов ОАО «Газпром», представляют сегодня достаточно раздробленные, не управляемые из единого или нескольких центров, самостоятельно хозяйствующие субъекты, обладающие своими специфическими особенностями.

В настоящее время в отрасли производством капитального ремонта газопроводов заняты организации различных форм собственности, как самостоятельно хозяйствующие субъекты, так и являющиеся структурными подразделениями в составе газотранспортных предприятий (ГТП).

Численный состав организаций варьируется в широких пределах от 300 («Самаратрансгаз») до 1500 («Уралтрансгаз») человек. Ремонт газопроводов проводится ими в границах одного ГТП, которое и является основным заказчиком ремонтных работ. Форма собственности организации не имеет решающего значения при определении сроков и стоимости ремонта.

Формирование комплексных механизированных колонн или ремонтно-восстановительных потоков (РВП) для производства ремонта газопроводов осуществляется с учетом объективных потребностей. При необходимости в состав колонн включается техника из состава линейно-производственных управлений (ЛПУ) и аварийно-восстановительных поездов (АВП).

Исторически сложилось так, что заказчик (ГТП) и производитель работ — ремонтно-восстановительные потоки (РВП) тесно взаимосвязаны. Последние, как правило, были организованы ГТП из состава аварийно-восстановительного поезда или управления аварийно-восстановительных работ. В свою очередь, при проведении текущего ремонта газопроводов необходимые машины берутся в РВП. Такие отношения позволяют, в определенных пределах, рассматривать организации, участвующие в ремонте газопроводов ГТП, как единый комплекс.

Тесная взаимосвязь ремонтных организаций в рамках ГТП позволяет лучше маневрировать имеющимися материальными ресурсами.

С другой стороны, это приводит к отсутствию нормальной конкуренции, когда подавляющая часть подрядов получается организациями, минуя тендеры (торги), не происходит никакого естественного при совершенной конкуренции выравнивания условий функционирования и требований к подрядчикам.

Это предопределяет существенные различия в уровнях цен, обязательствах сторон, продолжительности строительства и ряда других факторов. В частности, проведенный анализ на отдельных газотранспортных предприятиях Газпрома показал двух-трех кратную разность удельной стоимости при производстве ремонта газопроводов одного диаметра и примерно в одинаковых климатических условиях.

Отсутствие рынка подрядных работ связано как с рядом объективных причин и условий (в частности, с огромной территорией, сложными транпортными связями, специфическими условиями производства работ в различных регионах страны), так и с рядом субъективных факторов, в числе которых важнейшее значение имеет полная немобильность или ограниченная мобильность подрядчиков и их неспособность участвовать в тендерах на объектах, удаленных от постоянных баз их дислокации, а также неготовность и нежелание многих подрядных структур даже при их существенной недогрузке проникать на новые рынки и эффективно на них воздействовать.

Объективная необходимость ускоренного обновления и реструктуризации основных фондов ремонтных организаций отрасли явно назрела, ибо в противном случае удовлетворить изменившиеся общественные требования к ремонту газопроводов подрядчики не смогут. В числе этих важнейших требований: резкое повышение надежности выполнения принимаемых подрядчиком договорных обязательств, что наряду с рядом других мер требует гораздо более значительных резервов мощностей, чем их имеют сейчас мелкие и средние подрядчики, а также значительно более устойчивых оборотных активовповышение конкурентоспособности подавляющей части ремонтно-строительных подрядчиков, что связано с их способностью участия в торгах в районах, удаленных от мест их постоянной дислокации. Это требует гораздо более полного насыщения парка таких организаций мобильной техникой, специализированным транспортом, подвижными бытовыми помещениями и другими видами техники, необходимой для оснащения мобильных отрядовобеспечение высокого качества сооружаемых объектов, что связано с оснащением подрядных организаций специализированным инструментом и техническими инновациями в средствах механизации производства и труда (машины для подкопа газопроводов, специальными машинами для снятия и нанесения изоляционных покрытий на трубопровод с разъемными рабочими органами, траншеезасыпателями и др.) — применение новых прогрессивных фирменных технологий, резко повышающих качественный уровень ремонта газопроводов, например, технология ПКФ «Промтех — НН», основанная на комплексе специальных технических средств, позволяющих применить комплексную механизацию и поточный метод организации производства работ и минимизировать появление дополнительных напряжений за счет сохранения пространственного положения газопровода в проектном положении.

Надежность газопроводов обеспечивают различными путями, в том числе за счет улучшения противокоррозионной защиты, ужесточения контроля за качеством строительно-монтажных и сварочных работ, усиления охраны трубопроводов, а также проведения своевременного и качественного капитального ремонта. Благодаря этому, аварийность на газопроводах удается удерживать на приемлемом уровне.

Какими должны быть объемы ремонта газопроводов, чтобы сохранить достигнутый уровень надежности. Зарубежные газотранспортные компании ремонтируют в год до 1,5% трубопроводов от общей протяженности. Следовательно, для достижения зарубежного уровня объемы капитального ремонта в ОАО «Газпром» должны быть не менее 2000; 2500 км. Для подземных газопроводов основным источником аварийных ситуаций и отказов, а также причиной необходимости проведения ремонтных работ в больших объемах является недостаточная защищенность от почвенной коррозии. На газопроводах больших диаметров за 30 лет эксплуатации 45% всех отказов связано с коррозией, а на магистралях диаметром 1420 мм этот показатель составил 56%.

В настоящее время, на предприятиях ОАО «Газпром» применяются следующие методы ремонта газопроводов:

•ремонт путем сплошной замены трубы (замена) — •ремонт изоляции (переизоляция) — •выборочный ремонт.

В основном, применяют ремонт способом «замены», на долю которого в последние годы 20 столетия планировалось около 80% объема всех ремонтных работ. Технология производства работ этим способом проработана и не требуется специальных машин. К достоинствам способа следует отнести то, что отремонтированный таким образом трубопровод представляет собой построенный заново, т. е. достаточно надежный. Однако, практика показывает, что это самый дорогостоящий способ ремонта и отремонтировать 2000 — 2500 км газопроводов за год таким методом из-за недостатка финансирования представляется нереальным.

Так как полимерные материалы покрытия стареют и теряют свои первоначальные защитные свойства быстрее, чем стареют трубные стали, остро стоит вопрос переизоляции таких трубопроводов, ибо вполне резонно предотвратить коррозию, а не бороться уже с ее последствиями.

ООО «Оргэнергогаз» с использованием данных газотранспортных предприятий был приведен анализ состояния полимерного ленточного покрытия и определена необходимость ремонта на газопроводах общей протяженностью более 120 тыс. км [8]. Получились неожиданные результаты:

• наибольший объем ремонта (36,5%) был определен на газопроводах, проработавших менее восьми лет;

• основная потребность в ремонте (67,2%) приходится на газопроводы большого диаметра.

Причем особенно нуждаются в переизоляции газопроводы больших диаметров расположенные в северных регионах.

Поскольку стоимость трубы составляет примерно половину затрат на ремонт, целесообразно проводить упреждающий ремонт изоляционных покрытий, до начала процесса коррозии трубопровода. Необходимо значительное увеличение ремонта изоляционных покрытий, объемы которого оцениваются на уровне 1 ООО км в год.

Наиболее перспективно применение выборочного ремонта, ибо ремонт проводится не «вслепую», а направлен на устранение заранее определенных дефектов. В настоящее время понятие выборочного ремонта применяют для таких способов, как:

•ремонт изоляционного покрытия на участках трубопровода протяженностью до несколько сотен метров по результатам электрометрии;

•ремонт отдельных дефектов тела трубы по результатам внутритрубной дефектоскопии.

Выгода такого способа ремонта очевидна. Тем не менее выборочный ремонт применяется эпизодически. Этот вид ремонта требует большого числа перебазировок техники, необходимы специальные очистные и изоляционные машины для работы в траншее. Не решена проблема сопряжения старого и нового покрытия.

По настоящему широко не удается применять ремонт отдельных дефектов трубы на основе предварительной внутритрубной дефектоскопии. К сдерживающим факторам следует отнести недоступность большинства газопроводов для такого рода диагностики. Они нуждаются в соответствующей реконструкции.

Использование в более широких масштабах таких способов ремонта, как переизоляция и выборочный ремонт, позволило бы значительно сократить затраты. Следовательно, необходимо изменить структуру ремонтных работ, для чего необходимо:

•провести соответствующее оснащение специальной техникой ремонтных организаций;

•разработать нормативы и технологии для новых способов ремонта- •выполнить необходимую реконструкцию трубопроводов для возможности проведения ВТД.

Решение комплекса этих задач требует значительных материальных средств и затруднительно для отдельных газотранспортных предприятий.

В нынешних экономических условиях важно выявить ресурсы, сконцентрировать их на особо важных направлениях и практически добиться их рационального использования.

Изложенные обстоятельства определяют актуальность исследования данной проблемы.

Цель диссертационной работы заключается в разработке методов математического и имитационного моделирования организации оптимального использования ресурсов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов.

Диссертационная работа выполнена с использованием современных достижений математической теории надежности и теории имитационного моделирования. Методология поиска оптимальных вариантов использования ресурсов представляет собой совокупность основных принципов формирования систем машин: принцип оптимальности, комплексности, иерархичности, декомпозиции и принцип итерационной оптимизации.

В диссертационной работе поставлены и решены следующие основные задачи: анализ организационных процессов и принципов технического оснащения ремонтно-строительных потоков в условиях реализации рыночных условий хозяйствованияразработка методов количественного анализа процессов формирования оптимальных комплектов машин и механизмов для производства строительно-монтажных работ при ремонте магистральных газопроводов;

— разработка методики формирования множества допустимых вариантов плана ремонта линейной части магистральных газопроводов;

— разработка принципов мобильной строительной системы при ремонте магистральных газопроводов;

— разработка задачи сочетаний технологических ресурсов в ремонтностроительном производстверазработка методики регулирования ремонтно-строительного производства по критическим параметрам распределения ресурсов;

— подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований при капитальном ремонте магистральных газопроводов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ современного состояния и использования парка машин ремонтно-восстановительных потоков показал, что применяются при ремонте потоки, в основном, в вариантах непрерывного использования ресурсов или максимально возможного сближения всех работ. Таким образом, происходит применение в вариантах непрерывного выполнения критических работ и, значительно реже, в вариантах непрерывного освоения частных фронтов работ. Это объясняется увеличением объема работ по реконструкции и капитальному ремонту линейной части магистральных газопроводов и тем, что потоки с непрерывным освоением частных фронтов обеспечивают наиболее сжатые сроки ввода каждого отдельного объекта в эксплуатацию.

2. Предложена математическая модель формирования маршрутов движения ремонтно-восстановительных потоков для ремонта магистральных газопроводов. Разработанный алгоритм движения потоков позволяет обеспечить такую их расстановку в каждый момент времени, при которой в наибольшей степени соблюдаются установленные при перспективном и текущем планировании сроки окончания ремонта линейных участков.

3. Доказано, что технологическая взаимосвязь работы технологических ресурсов и вариантность организационных способов при капитальном ремонте заданных линейных участков магистральных газопроводов являются основой формирования множества допустимых вариантов плана ремонта. При этом определено, что вариант плана определяет соответствующую структуру производственных связей между отдельными ремонтно-восстановительными потоками, а также определяет режим использования ресурсов.

4. Определено и обосновано понятие мобильности ремонтно-строительной системы, при котором следует различать два аспекта ее развития — перемещение ресурсов производства в район ремонта и их концентрацию до заданного уровня. Полученные зависимости степени мобильности ремонтно-строительной организации устанавливают зоны минимальной и высокой мобильности для отдельных периодов ремонта линейных участков магистральных газопроводов.

5. Исследование использования ресурсов при различных условиях продолжительности технологических циклов ремонта линейной части магистральных газопроводов позволило определить рациональные размеры ресурса с учетом необходимого резерва и выбытие ресурса в технологические, технические и организационные простои, обеспечивающие, в достаточной мере, выполнение заданной программы ремонтных работ.