Оптимальне проектування нафтових резервуарів за економічними критеріями з урахуванням надійності

Abstract

UK: Постановка проблеми.Згідно з державними нормами, основним методом забезпечення надійності сталевих вертикальних резервуарів наземного типу для довгострокового зберігання нафти і нафтопродуктів (РВС)є метод граничних станів. Із застосуванням цього методу забезпечується надійність резервуарів в умовах і режимах роботи, які передбачені відповідними нормами. Однак питання, пов'язані із забезпеченням надійності резервуарів, термін служби яких перевищує нормативний, а також питання економічної ефективності проектних рішень вимагають подальшого наукового опрацювання.Устатті відповідно до нормативних документів, які регламентують проектування нафтових резервуарів, розглядається загальна методика оптимального проектування РВС за критерієм мінімуму повних очікуваних витрат при забезпеченні необхідного рівня надійності протягом заданого терміну експлуатації. У рамках даної методики сформульованомодель оптимального проектування РВС та запропонованоалгоритм її чисельної реалізації. Наведеноотримані результати чисельних експериментів за цією моделлю. Дослідженозалежність раціональних значень товщини конструктивних елементів резервуара об'ємом 5000м3від необхідного рівня надійності. Мета дослідження–з урахуванням діючих норм проектування розробити метод прийняття економічно обґрунтованих проектних рішень, які забезпечують необхідний рівень надійності нафтових резервуарів протягом заданого терміну експлуатації. Висновки.У статті запропонованомодель оптимального проектування нафтових резервуарів, яка сформульована в термінах нелінійної задачі математичного програмування зцілочисловимизмінними. За цією моделлю можна приймати раціональні проектні рішення за критерієм мінімуму повних очікуваних витрат при забезпеченні необхідного рівня надійності протягом заданого терміну експлуатації. Складовими даної моделі є розрахункові моделі оцінки надійності РВС, параметри яких визначаються за наявними результатами статистичної обробки даних натурних обстежень аналогічних об'єктів. Для чисельної реалізації запропонованої моделі оптимального проектування розробленоспеціальний «жадібний» алгоритм. Отримані результати показують, зокрема, що забезпечення надійності РВС пов'язане, головним чином, із забезпеченням міцності двох нижніх поясів стінки і герметичності днища. При цьому ключову роль відіграє міцність 1-го поясу. Все це добреузгоджується з наявними даними натурних обстежень і статистикою капітальних ремонтів РВС, що підтверджує достовірність отриманих результатів.

EN: Problem statement. According to state regulations, the main method of ensuring the reliability of steel vertical above-ground tanks for long-term storage of oil and petroleum products is the limit states method. This method ensures the reliability of tanksunder the conditions and modes of operation envisaged by the relevant standards. However, issues relating to the reliability of tanks whose service life exceeds the normative one, as well as the economic efficiency of project decisions, require further scientific study. In this article, in accordance with the normative documents regulating the oil tanks design, the general method of oil storage tanks optimal design according to the criterion of minimum total expected costs while ensuring the required reliability level during a specified operation period is considered. Within the framework of this methodology, a model of optimal tanks design is formulated and an algorithm for its numerical realization is proposed. The results of numerical experiments using this model are given. The dependence of the rational values of the structural elements thickness for the tank with a volume of 5 000 cubic meters on the required level of reliability is investigated. The purpose of the article is to develop a method of making economically justified design decisions that ensure the required reliability level of oil tanks during a specified operation period, taking into account the current design standards. Conclusions. This article proposes an optimal oil tank design model formulated in terms of a non-linear mathematical programming problem with integer variables. With this model, rational design decisions can be made based on the criterion of the minimum total expected costs while ensuring the required reliability level during a specified operation period. The components of this model are the calculation models for assessing the reliability of the tanks, the parameters of which are determined based on the available results of statistical data processing from field surveys of similar objects. A special “greedy” algorithm was developed for the numerical realization of the proposed optimal design model. The obtained results show, in particular, that ensuring the oil tanks reliability is mainly related to ensuring the strength of the two lower wall belts and the tightness of the bottom. At the same time, the strength of the 1st belt has a key role. All this is in good agreement with the available data of fieldsurveys and statistics of oil tanks capital repairs, which confirms the reliability of the obtained results.