МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЕШЕНИЯ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ

METHODS USED FOR MATHEMATICAL MODELING OF THE OPERATION OF PUMPING EQUIPMENT OF OIL AND GAS PROCESSING IN ORDER TO INCREASE ITS EFFICIENCY

Elena Smekalova

student, Department of Technological Informatics and Information Systems, Pacific National University

Russia, Khabarovsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются методы математического моделирования работы насосного оборудования в нефтегазовой сфере промышленности. Приводятся примеры методов, используемых для моделирования различных параметров оборудования. Рассматриваются действия, используемые для повышения эффективности работы насосного оборудования, исходя из результатов моделирования.

ABSTRACT

This article discusses the methods of mathematical modeling of pumping equipment in the oil and gas industry. Examples of methods used to model various parameters of equipment are given. The actions used to improve the efficiency of pumping equipment are considered, based on the simulation results.

Ключевые слова: математическое моделирование, насосное оборудование, потери энергии, компьютерное моделирование, повышение эффективности.

Keywords: mathematical modeling, pumping equipment, energy losses, computer modeling, efficiency improvement.

Использование насосного оборудования в нефтегазовой промышленности происходит в условиях агрессивной среды, что повышает риск возникновения аварийных ситуаций. Поэтому важно обеспечить надежность и безопасность технологических установок.

Работа насосных станций напрямую влияет на производительность всей технологической цепи нефтегазопереработки. Большинство аварий происходят из-за позднего обнаружения дефектов и отказов, поэтому необходимо разработать новые методы прогнозирования и контроля работы насосных установок на всех этапах их жизненного цикла.

Для улучшения технического обслуживания насосных установок необходимо изучать изменения параметров технического состояния со временем.

Существует множество подходов к математическому моделированию насосного оборудования, включая моделирование гидравлических потоков, теплопередачи и механических вибраций.

Рассмотрим некоторые методы, которые используются для моделирования работы насосов.

Методы моделирования могут включать в себя математические модели гидравлических потоков, теплопередачи и механических вибраций, которые помогают определить оптимальные параметры работы насосов. Это позволяет повысить эффективность работы установок и снизить затраты на их обслуживание и ремонт.

Одним из наиболее популярных методов моделирования является компьютерное моделирование, которое позволяет создавать точные трехмерные модели насосных установок и анализировать их работу в различных условиях. Это позволяет оптимизировать параметры работы насосов и предотвращать возможные поломки.

Также используются методы диагностики, которые позволяют выявлять неисправности и проблемы на ранних стадиях. Это позволяет проводить ремонт и замену деталей до того, как они приведут к серьезным проблемам и поломкам.

Одним из используемых математических методов является использование уравнения Навье-Стокса для описания гидравлических потоков. Эти уравнения описывают движение жидкости внутри насоса и позволяют определить такие параметры потока, как скорость, давление и объемный расход.

Компьютерное моделирование гидравлических потоков - это использование специальных программ, таких как ANSYS CFX или Fluent, для создания трехмерных моделей насосов и расчета гидравлических потоков внутри них. Эти расчеты могут помочь определить наилучшие параметры насоса, которые позволят улучшить его производительность.

Метод Марковского анализа надежности может быть использован для моделирования технического состояния и процессов эксплуатации насосного оборудования. Этот метод математического вероятностного моделирования может помочь оценить и проанализировать вероятностные характеристики технических систем во время эксплуатации. Он позволяет оценить надежность систем с функционально сложной структурой, учитывая зависимость отказов и восстановлений отдельных компонентов, которые характеризуют состояние технологической системы в целом.

Также можно использовать методы оптимизации, такие как генетические алгоритмы или методы искусственного интеллекта, для определения оптимальных параметров насоса на основе имеющихся данных о его характеристиках и условиях эксплуатации. Эти методы могут помочь найти оптимальные параметры насоса для достижения максимальной производительности.

Метод конечных элементов: этот метод используется для создания численной модели насоса, которая позволяет определить распределение скорости и давления внутри насоса. Это позволяет определить места, где происходят потери энергии, и помогает оптимизировать конструкцию насоса.

Метод вычислительной гидродинамики: этот метод используется для моделирования потока жидкости внутри насоса. Он позволяет определить влияние различных параметров, таких как форма лопастей насоса, на эффективность его работы.

Методы экспериментальной гидродинамики: эти методы включают испытания насоса в реальных условиях, таких как испытания на полном масштабе или испытания в модельных условиях. Они позволяют получить данные о реальных потерях энергии в насосе и использовать эти данные для улучшения его конструкции.

Чтобы повысить эффективность работы насоса, исходя из данных математического моделирования, можно предпринять следующие действия:

1. Оптимизировать конструкцию насоса, учитывая данные, полученные из моделирования. Например, можно изменить форму лопастей насоса, чтобы уменьшить потери энергии.

2. Изменить режим работы насоса в соответствии с данными моделирования. Например, можно изменить скорость вращения насоса или установить дополнительные насосы, чтобы уменьшить потери энергии.

3. Использовать новые материалы и технологии, которые позволят уменьшить потери энергии в насосе. Например, можно использовать материалы с более низким коэффициентом трения или установить системы смазки, чтобы уменьшить износ насоса и повысить его эффективность.

Также возможно произвести гидравлический расчет потерь на трение для насоса без использования сложных вычислений. Обычно, для этого используются уравнения Бернулли и Дарси-Вейсбаха, которые позволяют определить потери давления в трубопроводе и насосе.

Также можно использовать эмпирические данные и таблицы для определения коэффициентов потерь на трение в зависимости от типа материала трубопровода и скорости потока.

В любом случае, для точного расчета работы насоса рекомендуется обратиться к специалистам в области гидравлики или механики жидкостей, которые смогут произвести более точный и подробный анализ.

Таким образом, математическое моделирование может быть использовано для оптимизации процессов добычи нефти и газа, что может привести к увеличению добычи и сокращению затрат. В целом, математическое моделирование насосного оборудования является незаменимым инструментом для повышения эффективности и экономической эффективности нефтегазовой отрасли.

Список литературы:

1. Агафонов Е. Д. Алгоритмическое и программно-техническое обеспечение систем мониторинга и прогноза динамических распределенных процессов в магистральном нефтепроводе: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.11.13 / Агафонов Евгений Дмитриевич; [Место защиты: Сибирский федеральный университет]. - Красноярск, 2019. - 34 с.
2. Брякин А. Л. и др. Оборудование и методика определения плотности жидких нефтепродуктов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2017. № 1 (21). С. 85-95
3. Думболов Д.У., Тюнин С.В., Ганин В.С. Метод обеспечения устойчивой работы технологического оборудования средств заправки (перекачки) высоковязких нефтепродуктов // Евразийский Союз Ученых. 2020. № 7-1 (76). С. 24-33.
4. Ляпкина Т. П. Анализ технологических процессов нефтепереработки матричными моделями // Роль математики в становлении специалиста. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. Уфа, 2016. С. 60-63.
5.  Петровский Э.А., Гагина М.В. Применение методов Марковских процессов для моделирования надежности и риска оборудования нефтегазового комплекса // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2015. Т. 2. С. 312-313.
6. Сагдатуллин А.М. Разработка математической модели системы автоматизации электропривода штанговой скважинной насосной установки // Территория Нефтегаз. 2014. № 4. С. 28-35.