Оценка экономической эффективности мероприятий по повышению надежности функционирования газотранспортных систем тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Оценка экономической эффективности мероприятий по повышению надежности функционирования газотранспортных систем"

На правах рукописи

ФЕДОТОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Специальность 08.00.05 -Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями и комплексами промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва - 2011

005001915

Работа выполнена на кафедре финансового менеджмента в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель: доктор экономических наук

профессор Зубарева Валентина Дмитриевна

Официальные оппоненты: доктор экономических наук

профессор Гужновский Лев Петрович

кандидат экономических наук доцент Лоповок Геннадий Борисович

Ведущая организация: ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Защита диссертации состоится 25 октября 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.200.13 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, д. 65, ауд. 1318.

Отзывы на диссертацию и автореферат, заверенные печатью, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. Автореферат разослан 23 сентября 2011 г.

Объявление о защите диссертации и автореферат размещены на официальном сайте РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина http://www.gubkin.ru и направлены на размещение в сети Интернет Министерством образования и науки Российской Федерации по адресу référât vak@mon.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор экономических наук, профессор

(У {Г"'" Зубарева В.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Российская газотранспортная система (ГТС) является основной составляющей ТЭК и имеет важное народнохозяйственное значение. Требования к надежности этого крупнейшего в мире инженерного сооружения весьма высоки, так как его отказы опасны для жизни людей и окружающей среды, а также могут привести к серьёзным экономическим потерям. Обеспечение надежности газотранспортной системы РФ -это организационно и технически сложная задача, решение которой требует привлечение значительных финансовых средств. Магистральные газопроводы пересекают все природно-климатические зоны России, проходят по 35% ее территории, где проживает около 60% населения страны. Значительная часть эксплуатируемых трубопроводов в России проложена в районах с экстремально низкими температурами, в вечной мерзлоте, в заболоченной местности, на подтапливаемых территориях с агрессивными грунтовыми водами, по территориям, подверженным неблагоприятным геологическим процессам. Общая протяженность магистральных газопроводов РФ составляет около 160 тыс. км, причем доминируют газопроводы высокого давления и большого диаметра (1220...1420 мм). Средний возраст магистральных газопроводов, эксплуатируемых на территории России, составляет более 50 % от проектного срока службы - 33 лет.

Необходимыми мероприятиями при обеспечении надежности газотранспортной системы являются мониторинг её технического состояния и периодические комплексные диагностические обследования, которые включают аэрокосмическое зондирование газопроводов, внутритрубное диагностирование с помощью снарядов-дефектоскопов, непосредственное выборочное диагностирование участков и переходов с выездом бригад специалистов на место. Все эти мероприятия являются весьма затратными, поэтому актуальными становятся научные разработки, позволяющие оценить эффективность этих мероприятий с точки зрения обеспечения обоснованного уровня надежности.

Цель работы - разработка методологии планирования диагностических обследований газотранспортных систем, обеспечивающих необходимый уровень надежности с минимальными затратами.

Основные задачи исследования;

анализ проблем и методов управления техническим состоянием газотранспортной системой России;

разработка модели влияния надежности газотранспортных систем на экономические показатели их функционирования;

разработка процедур выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем;

реализация процедур выбора экономически эффективных комплексов диагностических мероприятий на предприятиях трубопроводного транспорта и принятия управленческих решений.

Научная новизна:

- классифицированы отказы газотранспортных систем и сформулирована концепция экономической оценки эффективности диагностических работ на предприятиях трубопроводного транспорта;

- сформулированы два принципиальных подхода к оценке эффективности диагностики и ремонтов и определены сферы применения каждого из подходов;

- разработан алгоритм выбора оптимальной последовательности мероприятий по обеспечению фиксированного уровня надежности газотранспортной системы на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае критических отказов;

- разработан алгоритм выбора оптимальных объемов и графика проведения мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае некритических отказов, который основан на последовательной максимизации разностей между предотвращенным ущербом и затратами на проведения мероприятий.

Теоретико-методологическая база исследования. Работа базируется на исследованиях ведущих отечественных специалистов, занимающихся проблемами экономики трубопроводного транспорта и надежности функционирования трубопроводных систем, а также на положениях теории управления, математической статистики, теории вероятности и методах финансового и экономического анализа.

Базой исследования послужили труды Андреева А.Ф., Вилкаса Э.Й., Воробьева H.H., Гумерова А.Г., Дунаева В.Ф., Захарова М.Н., Иванцова О.М., Райфы Г., Салюкова В.В. Харионовского В.В., Шарыгина A.M. и других.

Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и экономико-математических моделей, а также подтверждается совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся диагностикой и ремонтом магистральных трубопроводов.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана и численно реализована методика расчета, позволяющая оценивать эффективность и выбирать оптимальный объем и набор мероприятий по диагностированию линейной части системы трубопроводного транспорта для случаев катастрофического характера отказов и некритического характера отказов.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований докладывались на кафедре финансового менеджмента РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2010-2011 гг.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех печатных работах, включая одну монографию.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов и предложений, списка литературы из 111 наименований. Работа изложена на 129 страницах, содержит 36 рисунков и 15 таблиц.

Работа имеет следующую структуру:

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

1.1. Методы управления техническим состоянием газотранспортной системы России

1.2. Анализ основных типов дефектов магистральных газопроводов и видов их диагностики

1.3. Подходы к оптимизации объемов диагностических и ремонтных работ

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

2.1. Моделирование влияния надежности газотранспортных систем на экономические показатели их функционирования

2.2. Разработка методов выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС

2.3. Выбор оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС, когда отказы носят катастрофический или критический характер

2.4. Выбор оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС, когда отказы носят некритический характер

3. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

3.1. Пример решения задачи выбора мероприятий по обеспечению надежности участка магистрального газопровода, когда отказы носят катастрофический или критический характер

3.2. Пример решения задачи выбора мероприятий по обеспечению надежности участка магистрального газопровода, когда отказы носят некритический характер

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. На основе анализа статистических данных об отказах и авариях предложена классификация отказов газотранспортных систем, основанная на степени опасности последствий отказов. Данная классификация используется при выборе подходов к оценке эффективности и планирования мероприятий по поддержанию надежности газотранспортной системы.

В работе были рассмотрены методы управления техническим состоянием газотранспортной системы России, проведен анализ основных типов дефектов магистральных газопроводов и видов их диагностики, а также подходы к оптимизации объемов диагностических и ремонтных работ.

Система трубопроводного транспорта России является крупным инженерным сооружением. Протяженность магистралей составляет 208 тыс. км, из них газопроводов 159,5 тыс. км, причем доминируют газопроводы высокого давления и большого диаметра (1220... 1420 мм). Эксплуатируется 279 компрессорных и 521 насосных станций, резервуарные парки объемом более 20 млн м3, подземные хранилища вместимостью 45,6 млрд м3.

Трубопроводы, несмотря на конструктивную внешнюю простоту, принципиально отличаются от других сооружений сложной схемой воздействия силовых факторов, разнообразием нагрузок, неопределенностью напряженно-деформированного состояния, масштабностью. К тому же, подземное расположение затрудняет их диагностику и увеличивает вероятность возникновения отказов. Благодаря централизованному управлению, большой разветвленности и наличию дублирующих маршрутов транспортировки газотранспортная система ОАО «Газпром» обладает существенным запасом прочности и эффективно обеспечивает бесперебойную поставку газа. Повышение надежности функционирования газотранспортной системы ОАО «Газпром» - приоритетная задача компании.

По состоянию на начало 2009 г. срок эксплуатации около 30% газопроводов составил более 30 лет, а к 2015 г. средний возраст всех газопроводов превысит 30 лет (табл. 1). Однако, благодаря проводимым работам по диагностике и капитальному ремонту газопроводов в 2003-2008 гг. сокращена протяженность участков, работающих со сниженным рабочим давлением и влияющих на пропускную способность газотранспортной системы в целом.

Принимаемые меры по диагностическому обследованию, капитальному ремонту и реконструкции объектов ЕСГ позволили обеспечить снижение числа отказов вплоть до 2007 г. включительно (табл. 2). В течение пяти лет аварийность газопроводов, выраженная в частоте отказов на 1000 км в год, была снижена с 0,18 до 0,1 случаев. В 2008 г. отмечено увеличение числа аварий по причинам коррозионного растрескивания под напряжением и наружной коррозии.

Таблица 1

Воз растная структура газопроводов РФ

Возраст трубопровода До 10 лет 10-20 лет 20-30 лет Свыше 30 лет

Процентный состав 10% 26% 36% 28%

Таблица 2

Объемы дефектоскопии, капитального ремонта и число аварий на _ГТС в 2003-2008 годах_

Год Объем дефектоскопии, тыс. км Объем капитального ремонта, км Число аварий Частота отказов, число аварий в год на 1000 км

2003 20,0 1356 27 0,18

2004 16,5 1648 24 0,16

2005 16,3 1985 21 0,14

2006 16,9 2597 18 0,11

2007 17,2 2696 16 0,10

2008 19,2 2744 20 0,13

В настоящее время в ОАО «Газпром» процесс управления техническим состоянием базируется на модели управления «на основании предписаний», что означает проведение предопределенного набора диагностических и профилактических мероприятий в фиксированные сроки. В целях повышения эффективности управления и надежности функционирования ЕСГ Департаментом по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром» инициирована работа по созданию и внедрению комплексной системы управления техническим состоянием и целостностью «на основе анализа рисков» (рис. 1). Ее создание продиктовано необходимостью оптимизации затрат на эксплуатацию газотранспортной системы, концентрации финансовых и материально-технических ресурсов на наиболее ответственных, с точки зрения рисков, участках.

Система диагностики объектов транспорта и хранения газа включает:

• внутритрубную дефектоскопию магистральных газопроводов;

• диагностику компрессорных станций, газораспределительных станций и подводных переходов;

• наземное обследование газопроводов, переходов под автомобильными и железными дорогами, крановых узлов и взаимных пересечений газопроводов.

Рис 1. Схема управления техническим состоянием газотранспортной системы

Кроме того, проводятся обследования с применением авиационной техники. Выполняется диагностика объектов подземного хранения газа и энергетического оборудования.

Наиболее существенный прогресс достигнут в области внут-ритрубной дефектоскопии газопроводов. Все используемые на сегодня снаряды-дефектоскопы относятся к классу высокого разрешения и способны с достаточно высокой вероятностью выявлять дефекты и определять их параметры.

Инспекции проводятся с применением полного комплекса дефектоскопического оборудования, выявляющего все виды дефектов, включая дефекты типа трещин поперечной и продольной ориентации. В настоящее время активно внедряются дефектоскопы с байпасными системами, что дает возможность сохранять режимы транспорта газа и не сокращать его поставки. Объем внутритрубных обследований составляет 15-20 тыс. км/год, причем в 80 % обследований применяются стресс-коррозионные снаряды-дефектоскопы. Это позволяет поддерживать удовлетворительный уровень надежности газотранспортной системы.

Необходимо отметить, что в последнее время существенно повысилась эффективность вертолетных обследований, которые направлены на решение следующих задач:

• контроль состояния охранных зон магистральных газопроводов;

выявление участков газопроводов с непроектной глубиной заложения, где при сельскохозяйственных работах возможно повреждение труб, или участков, где владельцами земель организованы необорудованные переезды; обнаружение утечек газа;

• съемку трасс для проектирования капитального ремонта и реконструкции;

• контроль несанкционированных врезок в трубопроводы.

С целью обеспечения проектной защищенности, а также уточнения объемов капитального ремонта трубопроводов и реконструкции систем противокоррозионной защиты, проводятся ежегодные электрометрические обследования. По результатам этих обследований определяются годовые объемы ремонта и замены станций катодной и дренажной защиты, анодных заземлителей, контрольно-измерительных и диагностических пунктов, а также планируются годовые и долгосрочные объемы реконструкции и технического перевооружения систем противокоррозионной защиты газопроводов.

Ежегодно по результатам диагностики устраняется значительное количество критических дефектов, что позволяет предотвратить множество потенциальных аварий на газопроводах. Однако имеются случаи, когда после проведения внутритрубной дефектоскопии различными подрядчиками происходили отказы газопроводов. Следовательно, необходимо дальнейшее совершенствование оборудования и технологии внутритрубной дефектоскопии. В целом благодаря выполнению необходимых объемов диагностических работ и капитального ремонта Газпрому удалось сократить аварийность газопроводов с 0,21 до 0,1 на 1000 км/год.

Вопросы оптимизации работ по поддержанию технического состояния актуальны для всех газотранспортных компаний. Ана-

лиз материалов по данной проблеме показывает, что имеется значительный резерв в части использования показателей риска при анализе технического состояния магистральных газопроводов и планирования на этой основе ремонтных работ.

Под оптимизацией планирования работ понимается совокупность мер, направленных на снижение затрат, необходимых для обеспечения заданного уровня технического состояния газопровода с учетом имеющихся технических, финансово-экономических и организационных ограничений, связанных с выбором объектов для капитального ремонта, времени проведения и методов выполнения ремонтных работ. Технические ограничения определяются совокупностью критериев оценки технического состояния, представленных в нормативной документации. Финансово-экономические ограничения определяются объемом выделяемых материальных и финансовых ресурсов. Кроме того, могут вводиться дополнительные требования, влияющие на экономическую эффективность эксплуатации газопровода. Организационные ограничения обусловлены комплексом факторов, определяющих возможности проведения ремонтов в зависимости от режимов работы газопровода, наличия свободных мощностей ремонтных предприятий и ряда других факторов.

Для реализации оптимизации планирования ремонтных работ необходима минимизация стоимости жизненного цикла газопровода.

Для газопроводов, находящихся в эксплуатации, может быть использован подход, при котором из понятия стоимости жизненного цикла исключают постоянную составляющую, равную уже сделанным ранее затратам на проектирование и строительство.

В этом случае дальнейшему рассмотрению подлежат суммарные расходы на поддержание эксплуатации объекта, т.е. решается задача минимизации объема эксплуатационных расходов. При этом учитывают прямые эксплуатационные расходы и затраты, требуемые для компенсации возможного ущерба от аварий, с учетом недопоставки газа потребителям. По результатам анализа риска должны быть оценены в стоимостном виде последствия

возникновения аварии на каждом из рассмотренных элементарных участков.

Совершенствование системы планирования с учетом рисков позволяет рассмотреть и сравнить между собой различные стратегии проведения диагностических и ремонтных работ. Планированием и выполнением ремонтных и диагностических работ можно и нужно оказывать целенаправленное воздействие на техническое состояние участка МГ таким образом, чтобы обеспечить требуемые значения показателей технического состояния при минимально возможных эксплуатационных затратах.

2. Определена взаимосвязь надежности газотранспортных систем с экономическими показателями их функционирования, а также разработаны методы выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС для случаев катастрофического характера отказов и некритического характера отказов.

Если отказ оборудования ГТС не приводит к катастрофическим или критическим последствиям, то при выборе требований к его надежности основную роль играют экономические соображения. Поддержание уровня надежности оборудования ГТС осуществляется посредством регулярных диагностических обследований и упреждающих ремонтов. Из практики эксплуатации ГТС известно, что затраты на эти мероприятие СР возрастают ускоренными темпами при возрастании поддерживаемого уровня надежности (ВБР). В то же время при возрастании уровня надежности снижается ожидаемый ущерб М11. В этом случае оптимальным, с точки зрения экономической обоснованности, будет уровень надежности Р0, при котором сумма затрат на поддержание надежности и ожидаемого ущерба минимальная (рис. 2.):

^С = СР + Ми —>■ гшп (1)

Затраты, Ожидаемые потери

и

О

РО Рз 1 ВБР

Рис. 2. Зависимость ожидаемых затрат от уровня надежности технических систем

Если отказ оборудования ГТС приводит к катастрофическим или критическим последствиям, то при выборе требований к его надежности основную роль играет обеспечения заданного уровня надежности.

На рис. 3 приведена классификация отказов технических объектов по последствиям, используемая при нормировании показателей надежности. Основной показатель - это вероятность отсутствия отказа Р за период эксплуатации или вероятность появления отказа (}=1-Р.

Наивысшую степень опасности имеют катастрофические отказы, так как их наступление создает угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды. Остальные отказы делят на некритические и критические отказы, последние приводят к срыву выполнения ответственных заданий.

1 1

Катастроф ические отказы (Р—»1; Q—»0) Не катастрофические отказы

|

Критические отказы (P>0,99;Q<0,01) > Некритические отказы

1

| 1

Существенные отказы (Р >0,9; Q< 0,1) Несущественные отказы (Р< 0,9; Q >0,1)

Рис. 3. Классификация отказов технических объектов

Степень опасности отказа определяет жесткость требований к надежности изделия, которая должна обеспечивать практически нулевую вероятность возникновения катастрофических отказов (Q—>0) и максимум 1%-ю вероятность возникновения критических отказов (Q< 0,01). В остальных случаях требования к надежности изделия устанавливаются с учетом экономических соображений.

Таким образом, оценка эффективности мероприятий по поддержанию надежности газотранспортной системы должна производиться на основе двух различных подходов. Первый подход применим к участкам трубопроводных систем, отказ которых приводит к катастрофическим и критическим последствием. В этом случае эффективность мероприятий определяется из условия минимума затрат на их реализацию при обеспечении заданного уровня надежности.

п

*Y_,Cixi -»min

(2)

i^XXp—X,,) = const где С; - стоимость проведения i-ro диагностического мероприятия за километр; х,- - длина трубопроводов диагностированных способом i; F(xi,...xn) - функция, связывающая объем диагно-

стических мероприятий, с уровнем надежности трубопроводной системы.

Второй подход применим для трубопроводов, отказ которых не приводит к катастрофическим последствиям. В этом случае эффективность мероприятий определяется из условия максимума ожидаемой прибыли от их реализации.

п

Р{хх,...хп)-иср —>тах , (3)

;=1

где и - величина среднего ущерба от аварии.

3. Разработана модель описания изменения показателей надежности в процессе эксплуатации газотранспортных систем, учитывающая интенсивность возникновения дефектов, время меяеду моментом возникновения дефекта и отказом, а также график проведения мероприятий по поддержанию надежности газотранспортной системы.

Рассмотрим реализацию этих подходов в практике эксплуатации трубопроводных систем. Набор диагностических мероприятий ограничим двумя принципиально различными видами диагностических обследований - внутритрубной инспекцией и аэрокосмическим зондированием территории трубопроводной системы. Внутритрубная инспекция проводится путем пропуска по трубе снарядов дефектоскопов, позволяющих диагностировать дефекты сплошности металла труб (внешнюю и внутреннюю коррозию, расслоения, инородные включения), вмятины и дефекты сварных швов. Аэрокосмическое зондирование позволяет выявить смещения трубопровода относительно первоначального положения (арочные выброса, всплытие участков, размывы), а также частично проконтролировать состояние изоляционного покрытия.

Анализ аварийности на объектах магистрального трубопроводного транспорта показывает следующее распределение причин их возникновения:

• внешнее механическое воздействие (внешнее силовое воздействие механическими средствами, перемещение грунта, несанкционированные и криминальные действия сторонних лиц с целью хищения транспортируемого продукта) - 3)5%;

• брак строительно-монтажных работ, отступления от проектных решений - 24%;

• наружная и внешняя коррозия труб и запорной и регулирующей арматуры - 22%;

• брак при изготовлении труб, запорной и регулирующей арматуры -14%;

• ошибочные действия персонала и другие причины - 5%. Условно все дефекты можно разделить на три типа:

- тип 1 - смещения трубопровода относительно первоначального положения (арочные выброса, всплытие участков, размывы

и др.);

- тип 2 - дефекты сплошности металла труб (коррозия, расслоения, инородные включения), вмятины, дефекты сварных швов и др.;

- тип 3 - прочие дефекты.

Дефекты типов 1 и 2 могут с большой степенью вероятности выявляться в процессе проведения диагностических мероприятий. При обнаружении эти дефекты ликвидируются с помощью ремонта. Дефекты типа 3 не могут быть обнаружены и ликвидированы. Наличие дефектов данного типа приводит к тому, что в процессе эксплуатации уровень надежности функционирования ГТС даже при своевременной диагностике и ремонтах постепенно снижается.

Будем считать, что моменты времени возникновения дефектов образуют пуассоновские потоки с известными интенсивностями Я,, ¡=1,2,3 - тип дефекта. Время между возникновениями дефектов будет случайной величиной с экспоненциальным распределением. В этом случае вероятность возникновения дефекта типа 1 в течение периода времени 1 можно определить по формуле:

Рд(0 = 1-ехр(-}ч0. (4)

Если возникновение дефектов разных типов происходит независимо, то вероятность возникновения дефекта в течение периода времени I РД(Х) можно определить по формуле:

Рд0)=1-(1-Рд1а))(1-Рд2(1))(1-Рдз0))=1-ехр(-(^1+Х2+ХзЮ. (5)

Между моментом времени возникновения дефекта типа \ и моментом отказа проходит некоторый случайный период времени, который является случайной величиной с известной плотностью распределения вероятности ^¡(Х) (¡=1,2,3). Периоды времени между моментом времени возникновения дефекта и моментом отказа будем считать экспоненциально распределенными величинами с параметрами ¡1, (1=1,2,3). Величина \!щ определяет среднее время между моментом возникновения дефекта типа 1 и отказом.

Вероятность возникновения отказа типа 1 в течение периода времени I можно определить по формуле:

=1+(?чехр(-^)-^ехр(-?ч1))/(нА). (6)

Характер зависимости вероятность возникновения отказа от времени определяется параметром При малых р.;, когда дефекты не приводят к отказам в течение длительного времени, вероятность отказа близка к 0. При больших когда дефекты приводят к отказам через небольшой период времени, вероятность отказа практически полностью определяется параметром А,.

Вероятность возникновения отказа в течение периода времени I можно определить по формуле:

д(0=1-(1-д,(1))(1-(Н1))(1-дз(0). (7)

Если не проводить диагностические мероприятия и не ликвидировать дефекты, то вероятность безотказной работы в течение периода времени I будет минимальной - Ртп0) = 1 - СК1). (8)

Если непрерывно проводить диагностические мероприятия и ликвидировать все обнаруженные дефекты, то вероятность безотказной работы в течение периода времени I будет максимальной

"Ртах^ 1-<Ъ0). (9)

Так как практически невозможно мгновенно обнаружить и ликвидировать все дефекты типов 1 и 2, то вероятность безотказной работы для любого набора диагностических мероприятий будет

находиться внутри области между кривыми Ртах(0 и Ртт0) (рис. 4). Пунктирная линия на рис. 4 соответствует некоторому набору диагностических мероприятий, который может быть реализован на практике.

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I—гп—|

О 10 20 30 40 50

»

Рис. 4. Вероятность безотказной работы Вероятность безотказной работы в течение периода времени I при условии проведения диагностических мероприятий и устранения дефектов типов 1 и 2 в моменты времени 11 и 12 соответственно можно определить по формуле

Р(У,,12)=Р,(М1)Р2(М2)Рз(1), 1Ь12<1, (10)

где

Р£) = 1-(3,(0 = (>цСхр(-^)-ц1ехр(->4))/(ц,->-,)- (11) 4. Разработан алгоритм выбора оптимальной последовательности мероприятий по обеспечению заданного уровня минимально допустимой вероятности безотказной работы газотранспортной системы на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае критических отказов, который основан на поиске по дереву решений.

Рассмотрим процедуру выбора набора мероприятий по обеспечению надежности, когда последствия носят катастрофический или критический характер. В этом случае задана максимальная допустимая вероятность отказа ГТС, приводящего к катастрофическим или критическим последствиям 1-Ро- Задача состоит в определении набора мероприятий, при котором не будет превышена вероятность 1-Р0, а текущая стоимость затрат на осуществления этих мероприятий будет минимальной.

Можно показать, что для минимизации текущей стоимости затрат на осуществление мероприятий по обеспечению заданного уровня надежности необходимо проводить данные мероприятия в наиболее поздние моменты времени, т.е. при достижении минимально допустимой вероятности безотказной работы Р0.

В общем случае схема определения моментов проведения диагностических мероприятий и (к=1,2,..) представлена на рис 5.

Рис. 5. Схема определения моментов проведения диагностических мероприятий (набор {1,2})

Если в начальный момент времени 1=0 вероятность безотказной работы равна 1, то момент времени когда вероятность безотказной работы в первый раз достигнет уровня Р0 можно определить путем решения уравнения: Р(15|,0,0)=Ро- (12)

Как видно из рис. 5 со временем для поддержания заданного уровня надежности необходимо все чаще и чаще проводить диагностические обследования. И в определенный период времени будет более целесообразно строительство нового трубопровода. Поэтому оптимальную последовательность диагностических мероприятий в процессе эксплуатации трубопровода определим из условия минимизации суммарных дисконтированных затрат на диагностику, ремонт и строительство нового трубопровода: ктах

■^ктах Скехр(-115к)+С11ехр(-115(ктах+1)), (13)

к=1

где Ск - затраты на проведение диагностики дефектов и ремонта на шаге к, С„ - затраты на строительство нового трубопровода, ктах - число диагностических мероприятий в процессе эксплуатации, г - норма дисконта.

Оптимальную последовательность диагностических мероприятий в процессе эксплуатации трубопровода можно определить путем анализа всех возможных последовательностей диагностических мероприятий. При определении оптимальной последовательности диагностических мероприятий в качестве правила завершения будем использовать следующее: если суммарные дисконтированные затраты на диагностику, ремонт и строительство нового трубопровода на данном шаге будут меньше, чем на следующем шаге, то необходимо осуществление строительства нового трубопровода; иначе осуществляется решение о выполнении соответствующего набора диагностических мероприятий.

5. Разработан алгоритм выбора оптимальных объемов и графика проведения мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае некритических отказов, который основан на последовательной максимизации разностей между предотвращенным ущербом и затратами на проведения мероприятий по обеспечению надежности.

Рассмотрим процедуру выбора набора мероприятий по обеспечению надежности и графика их проведения, когда последствия отказов носят некритический характер. В этом случае оптимальный набор мероприятий определяется исходя из условия минимума ожидаемых затрат, в которые включаются как затраты на осуществление мероприятий по обеспечению надежной работы ГТС, так и ожидаемый ущерб от отказов:

kmax+l k max

^ кшах I Uk+ 2-й Ckexp(-rtsk)+CHexp(-rts(kmax+1)), (14) к=1 к=1

где ик - ущерб от отказов из-за дефектов при условии проведения диагностических мероприятий и ремонтов по устранению дефектов на шаге к, Ск - затраты на проведение диагностики дефектов и ремонта на шаге к, С„ - затраты на строительство нового трубопровода, ктах - число диагностических мероприятий в процессе эксплуатации, г - норма дисконта.

Для выбора оптимальных моментов проведения диагностических мероприятий целесообразно перейти от критерия минимума затрат к критерию максимума прибыли, под которой в данном случае понимается разность между предотвращенным ущербом и затратами на проведение диагностики дефектов и их ремонта. Зафиксируем момент времени строительства нового трубопровода Тн и сравним два варианта:

1) эксплуатация трубопровода без проведения диагностических мероприятий и ремонтов по устранению дефектов;

2) эксплуатация трубопровода с проведением диагностических мероприятий и ремонтов по устранению дефектов.

Вычитая из затрат по первому варианту затраты второго варианта, можно прейти от задачи минимизации затрат к задаче максимизации прибыли:

2 mi max

£ [Uin(tsik,T„)-Cikexp(-rtsik)], (15)

M k= 1

где Uin(tSi(k.i),tSik,T„) - предотвращенный ущерб от отказов, которые могли бы возникнуть на интервале времени [tsik,TH] из-за де-

фектов типа ¡, возникших в течение периода времени [Цц),^] и выявленных на шаге к в результате диагностических мероприятий.

На Рис. 6 показана схема определения оптимальных моментов времени проведения диагностических мероприятий

Оптимальное число шагов проведения диагностических мероприятий гп1тах определяется из условия положительности выражения ПШХ [и1п(^(Ы)Д5(к,Ти)-СЛехр(-г^к)], где максимум опреде-'¡¡к

Рис. 6. Определение оптимальных моментов времени проведения диагностических мероприятий

Зная оптимальные моменты времени проведения диагностических мероприятий ^ при выбранном произвольно сроке эксплуатации трубопровода Тн, можно рассчитать значение Ьи2. Для выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности по критерию минимума ожидаемых затрат нужно выбрать такое значение Тп<Тнтах, при котором Ь"2 будет минимальным.

Выбор Т„ с учетом обеспечения сопоставимости продолжительности жизненного цикла трубопровода осуществляется исходя из минимума аннуитированных ожидаемых затрат.

6. Проведен анализ влияния на показатели эффективности и оптимальный график проведения диагностических мероприятий таких параметров, как интенсивность возникновения дефектов, среднее время мевду моментом возникновения дефекта и отказом, минимально допустимой вероятности безотказной работы, среднего ущерба от отказа.

В работе рассмотрены примеры решения задач выбора мероприятий по обеспечению надежности магистрального трубопровода протяженностью 1000 км, проходящего по территории Восточной Сибири, для случаев катастрофического характера отказов и некритического характера отказов.

Для оценки эффективности различных наборов мероприятий были использованы исходные данные об отказах и авариях за последние 15 лет и оценки экспертов (табл/ 3).

Когда отказы носят катастрофический или критический характер, расчеты оптимальных моментов проведения мероприятий и показателей эффективности для наборов 1, 2, {1,2} и оптимальной последовательности мероприятий показывают, что наименьшими аннуитированными затратами характеризуется последовательность мероприятий [2, 1,2,2,2,2, 1, {1,2}, н] (табл. 4).

Таблица 3

Исходные данные для оценки эффективности мероприятий по обес-

печению надежности нефтепровода

Показатель Единица измерения Значение

Интенсивность потока дефектов типа 1Д] 1/год 0,002

Интенсивность потока дефектов типа 2,Х2 1/год 0,007

Интенсивность потока дефектов типа 3 Д3 1/год 0,001

Среднее время между моментом возникновения дефекта типа 1 и отказом, 1/(1) год 10

Среднее время между моментом возникновения дефекта типа 2 и отказом, 1/ц2 год 10

Среднее время между моментом возникновения дефекта типа 3 и отказом, 1/цэ год 10

Минимально допустимая вероятность безотказной работы Р0 доли ед. 0,95

Затраты на проведение диагностики дефектов типа 1, Ся1 млн руб. 1

Средние затраты на проведение ремонта одного дефекта типа 1, Сы млн руб. 4

Затраты на проведение диагностики дефектов типа 2, Сд2 млн руб. 2

Средние затраты на проведение ремонта одного дефекта типа 2, С„2 млн руб. 1

Затраты на строительство нового трубопровода млн руб. 50

Средний ущерб от отказа, и млн руб. 2000

Норма дисконта, г % 10

На рис.7 показаны графики вероятности безотказной работы при различных значениях минимально допустимой вероятности безотказной работы, из которых видно, что с увеличением минимально допустимой вероятности безотказной работы сокращаются время между проведением мероприятий по обеспечению надежности и срок эксплуатации трубопровода, а также увеличивается число диагностических мероприятий.

Таблица 4

Показатели эффективности_

Показатель Набор мероприятий

в 1 2 ЯД} оптимальная последовательность (критерий -минимум Ьк) оптимальная последовательность (критерий - минимум Ьак)

Оптимальный срок эксплуатации трубопровода ^кт„+1), год 12,24 13,98 26,11 46,42 49,88 50,95

Максимально допустимый срок эксплуатации трубопровода Т„„ год 12,24 14,03 26,43 61,32 61,32 61,32

Дисконтированные затраты Ьк., млн руб. 14,700 12,661 4,725 1,883 1,454 1,454

Аннуитированные дисконтированные затраты Ьак, млн руб. 20,822 16,814 5,099 1,883 1,464 1,463

Зависимость показателя аннуитированных ожидаемых затрат от срока эксплуатации трубопровода в случае некритических отказов показывает, что минимум затрат достигается при сроке эксплуатации трубопровода равном 23,8 года.

Расчеты оптимальных моментов проведения диагностических мероприятий и ремонтов, затрат на их реализацию и ожидаемых потерь от отказов для оптимального срока эксплуатации трубопровода показывают, что для обеспечения надежности целесообразно проведение большего числа диагностических мероприятий типа 2 по сравнению с мероприятиями типа 1, так как интенсивность возникновения дефектов типа 2 выше чем типа 1 (табл.5). Кроме того, после осуществления диагностических мероприятий типа 2 вероятность безотказной работы увеличивается больше чем после мероприятий типа 1 (рис. 8).

Таблица 5

Оптимальные моменты проведения диагностических мероприятий и ремонтов, затраты на их реализацию и ожидаемые потери от отказов

ния диагностических мероприятий

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Оценка экономической эффективности мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем // Проблемы экономики и управление нефтегазовым комплексом. - 2010. - № 12. (8 с. - в соавторстве, лично автором - 3 е.), с. 20-27.

2. Планирование графика проведения мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем в случае некритических отказов // Нефть, газ и бизнес,- 2011. - № 2. (5 с. - в соавторстве, лично автором - 2 е.), с. 31-35.

3. Оценка экономической эффективности мероприятий по повышению надежности функционирования газотранспортных систем. - М.: «Нефть и газ», 2011. (104 с. - в соавторстве, лично автором - 37 е.).

Подписано в печать 21.09.2011. Бумага офсетная Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16. Усл. п.л. Заказ № 356

Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел.: 8(499)233-95-44

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Федотов, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ.".

1.1. Методы управления техническим состоянием газотранспортной системы России

1.2. Анализ основных типов дефектов магистральных газопроводов и видов их диагностики

1.3. Подходы к оптимизации объемов диагностических и ремонтных работ

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ.

2.1. Моделирование влияния надежности газотранспортных систем на экономические показатели их функционирования

2.2. Разработка методов выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС

2.3. Выбор оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС, когда отказы носят катастрофический или критический характер

2.4. Выбор оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности ГТС, когда отказы носят некритический характер

3. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ.

3.1. Пример решения задачи выбора мероприятий по обеспечению надежности участка магистрального газопровода, когда отказы носят катастрофический или критический характер

3.2. Пример решения задачи выбора мероприятий по обеспечению надежности участка магистрального газопровода, когда отказы носят некритический характер

Диссертация: введение по экономике, на тему "Оценка экономической эффективности мероприятий по повышению надежности функционирования газотранспортных систем"

Актуальность проблемы. Российская газотранспортная система (ГТС) является основной составляющей ТЭК и имеет важное народнохозяйственное значение. Требования к надежности этого крупнейшего в мире инженерного сооружения весьма высоки, так как его отказы опасны для жизни людей и окружающей среды, а также могут привести к серьёзным экономическим потерям. Обеспечение надежности газотранспортной системы РФ -это организационно и технически сложная задача, решение которой требует привлечение значительных финансовых средств. Магистральные газопроводы пересекают все природно-климатические зоны России, проходят по 35% ее территории, где проживает около 60% населения страны. Значительная часть эксплуатируемых трубопроводов в России проложена в районах с экстремально низкими температурами, в вечной мерзлоте, в заболоченной местности, на подтапливаемых территориях с агрессивными грунтовыми водами, по территориям, подверженным неблагоприятным геологическим процессам. Общая протяженность магистральных газопроводов РФ составляет около 160 тыс. км, причем доминируют газопроводы высокого давления и большого диаметра (1220.1420 мм) . Средний возраст магистральных газопроводов, эксплуатируемых на территории России, составляет более 50 % от проектного срока службы - 33 лет.

Необходимыми мероприятиями при обеспечении надежности газотранспортной системы являются мониторинг её технического состояния и периодические комплексные диагностические обследования, которые включают аэрокосмическое зондирование газопроводов, внутритрубное диагностирование с помощью снарядов-дефектоскопов, непосредственное выборочное диагностирование участков и переходов с выездом бригад специалистов на место. Все эти мероприятия являются весьма затратными, поэтому актуальными становятся научные разработки, позволяющие оценить эффективность этих мероприятий с точки зрения обеспечения обоснованного уровня надежности .

Цель работы - разработка методологии планирования диагностических обследований газотранспортных систем, обеспечивающих необходимый уровень надежности с минимальными затратами.

Основные задачи исследования:

• анализ проблем и методов управления техническим состоянием газотранспортной системой России;

• разработка модели влияния надежности газотранспортных систем на экономические показатели их функционирования;

• разработка процедур выбора оптимального набора мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем;

• реализация процедур выбора экономически эффективных комплексов диагностических мероприятий на предприятиях трубопроводного транспорта и принятия управленческих решений.

Научная новизна:

• классифицированы отказы газотранспортных систем и сформулирована концепция экономической оценки эффективности диагностических работ на предприятиях трубопроводного транспорта;

• сформулированы два принципиальных подхода к оценке эффективности диагностики и ремонтов и определены сферы применения каждого из подходов;

• разработан алгоритм выбора оптимальной последовательности мероприятий по обеспечению фиксированного уровня надежности газотранспортной системы на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае критических отказов;

• разработан алгоритм выбора оптимальных объемов и графика проведения мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае некритических отказов, который основан на последовательной максимизации разностей между предотвращенным ущербом и затратами на проведения мероприятий.

Теоретико-методологическая база исследования. Работа базируется на исследованиях ведущих отечественных специалистов, занимающихся проблемами экономики трубопроводного транспорта и надежности функционирования трубопроводных систем, а также на положениях теории управления, математической статистики, теории вероятности и методах финансового и экономического анализа.

Базой исследования послужили труды Андреева А.Ф., Вилкаса Э.Й., Воробьева H.H., Гумерова А. Г., Дунаева В.Ф., Захарова М.Н., Иванцова О.М., Райфы Г., Салюкова В.В. Харионовского В.В., Шарыгина A.M. и других.

Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и экономико-математических моделей, а также подтверждается совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся диагностикой и ремонтом магистральных трубопроводов.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана и численно реализована методика расчета, позволяющая оценивать эффективность и выбирать оптимальный объем и набор мероприятий по диагностированию линейной части системы трубопроводного транспорта для случаев катастрофического характера отказов и некритического характера отказов.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований докладывались на кафедре финансового менеджмента РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2010-2011 гг.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех печатных работах, включая одну монографию .

Диссертация: заключение по теме "Экономика и управление народным хозяйством: теория управления экономическими системами; макроэкономика; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами; управление инновациями; региональная экономика; логистика; экономика труда", Федотов, Сергей Николаевич

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 1. На основе анализа статистических данных об отказах и авариях Предложена классификация отказов газотранспортных систем, основанная на степени опасности последствий отказов. Данная классификация используется при выборе подходов к оценке эффективности и планирования мероприятий по поддержанию надежности газотранспортной системы должна производиться на основе двух различных подходов.

2. Разработана модель описания изменения показателей надежности в процессе эксплуатации газотранспортных систем, учитывающая интенсивность возникновения дефектов, время между моментом возникновения дефекта и отказом, а также график проведения мероприятий по поддержанию надежности газотранспортной системы.

3. Разработан алгоритм выбора оптимальной последовательности мероприятий по обеспечению заданного уровня минимально допустимой вероятности безотказной работы газотранспортной системы на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае критических отказов, который основан на поиске по дереву решений.

4. Разработан алгоритм выбора оптимальных объемов и графика проведения мероприятий по обеспечению надежности газотранспортных систем на основе критерия минимума ожидаемых затрат в случае некритических отказов, который основан на последовательной максимизации разностей между предотвращенным ущербом и затратами на проведения мероприятий по обеспечению надежности .

5. Проведен анализ влияния на показатели эффективности и оптимальный график проведения диагностических мероприятий таких параметров, как интенсивность возникновения дефектов, среднее время между моментом возникновения дефекта и отказом, минимально допустимой вероятности безотказной работы, среднего ущерба от отказа.