Оптимизация топливного обеспечения автотракторной техники при ремонте магистральных нефтепроводов

УДК 656.064

ОПТИМИЗАЦИЯ ТОПЛИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

А.В. Базанов

В статье представлены результаты исследований в области организации топливного обеспечения автотракторной техники, участвующей в процессах ремонта магистральных нефтепроводов. Выявлены производственно-технологические факторы, влияющие на потребность в топливе и управление его запасом. Разработана математическая модель определения потребности в топливозаправщиках, при ремонте магистральных нефтепроводов.

Ключевые слова: магистральные нефтепроводы, ремонт, планирование потребности, топливо, автотракторная техника, запас, топливозаправщики.

В условиях Западной Сибири значительная доля автотракторной техники (АТТ) работает в отрыве от основных баз, что приводит к повышению затрат на её эксплуатацию. Однако на первый план выходит бесперебойная работа техники, так как потери от простоев основного производства из-за её отсутствия намного выше. Для того, чтобы обеспечивать бесперебойное снабжение автотракторной техники топливом, необходимо знать закономерности процесса его потребления и управлять запасами с учетом производственно-технологических факторов основного производства. Под основным производством понимается главная часть производственного процесса предприятия. В данной работе - это ремонт магистральных нефтепроводов.

Анализируя существующую систему обеспечения топливом на предприятиях нефтепроводного транспорта можно подвести следующие итоги:

- планирование потребности в топливе происходит по принципу «от достигнутого», т.е. с помощью опытно-статистического метода, опираясь на данные за прошлые периоды времени.

- при определении потребности в топливе не учитываются параметры ремонтируемых участков нефтепроводов.

- при планировании расхода топлива не учитывается объем работ по ремонту магистральных нефтепроводов (МН) на предстоящий год.

Проблемы планирования потребности в топливе, оптимизации запасов возникает у различных организаций и является весьма актуальной, т.к. излишки запасов иммобилизуют денежные средства.

Система обеспечения топливом автотракторной техники включает в себя несколько составляющих, такие как:

- планирование потребности в топливе,

- управление запасом,

- доставка топлива до мест работы техники с помощью топливозаправщиков.

В исследованиях, посвященных планированию потребности в топливе [1,2], определяется влияние природно-климатических факторов на норму расхода, а основное производство рассматривается как «черный ящик».

Анализ научных трудов [3,4] позволил сделать вывод, что в основе этих работ заложены принципы, которые применялись еще в советское время, когда основой планирования служили 5-летние планы.

Существующие модели определения числа передвижных средств заправки [5,6] не учитывают специфику ремонтов магистральных нефтепроводов, марку, модель и типоразмер топливозаправщика (ТЗ), затраты на его эксплуатацию.

Однако, в связи с постоянно меняющейся рыночной ситуацией, новациями в правовом регулировании, требуется применение новых подходов при обеспечении топливом автотракторной техники при ремонтах магистральных нефтепроводов, учитывающих комплексное влияние факторов технологии транспортировки нефти, технологии ремонта линейной части нефтепровода, регламентов эксплуатации АТТ, природноклиматических условий и сезонности при производстве работ.

Для определения закономерности формирования потребности в топливе, можно применить системный подход. В соответствии с ним на первом этапе необходимо определить критерий эффективности функционирования изучаемой системы.

В качестве критерия эффективности исследуемой системы можно выбрать минимум суммарных затрат ЕС на эксплуатацию автотракторной техники. При этом целевая функция имеет вид:

2C = Ср + Сдост + Ср + Сим ^ min.

В совокупности ЕС, можно выделить составляющие, зависящие от обеспечения потребности в топливе. Во-первых, это затраты связанные с приобретением Спр, доставкой Сдаст, хранением топлива Схр. Во-вторых, это потери от иммобилизации средств в запасах С^.

При ремонте магистральных нефтепроводов на первый план выходит бесперебойная работа автотракторной техники, так как потери от простоев основного производства из-за её отсутствия намного выше, чем затраты на эксплуатацию. В таком случае критерий функционирования исследуемой системы состоит в обеспечении автотракторной техники топливом таким образом, чтобы исключить простои из-за его отсутствия.

Стопроцентной гарантии практически не возможно достигнуть, однако можно использовать ограничение, в виде допустимой вероятности безотказной работы автотракторной техники Rd.

P{Qз > 0}> Rà.

где Qз - запас топлива.

Для моделирования закономерности формирования потребности в топливе автотракторной техники можно использовать системный подход. Система «Потребность в топливе - параметры ремонта нефтепровода» структурируется, определяются модели взаимодействия элементов и компонуется модель системы в целом. Структурную схему формирования потребности в топливе можно представить в следующем виде (рис. 1).

Сезонность при проведении ремонтных работ

Потребность в топливе Ї

Наработка

Регламенты по эксплуатации ТТМ

Природно- Технология ремонта Транспортная

климатические нефтепровода ЛЧ МЫ и нфрастру кту ра

условия

Рис. 1. Структурная схема формирования потребности в топливе при проведении ремонтных работ на нефтепроводе

На предстоящий год составляется план-график ремонтов Ирем=(п1, п2, ..., пк) нефтепроводов для каждого территориального Управления магистральных нефтепроводов (УМН). Параметры ремонта нефтепровода щ носят случайный характер, т.е. узнать какие параметры ремонта нефтепровода будут при каждом ремонте в следующем году невозможно. Следовательно объем работ по ремонту нефтепровода щ тоже будет носить случайный характер, который будет зависеть от типа дефекта трубопровода и метода его устранения Мр.

Расход топлива автотракторной техникой при выполнении объема работ по ремонту нефтепровода увеличивается с течением времени.При этом в каждый момент времени реализации расходов топлива отдельными единицами техники случайны. Этот случайный характер обуславливается воздействием различных факторов.

Определяющим фактором природно-климатических условий является температура воздуха, которая характеризуется среднемесячным значением и изменяется в течение года. Тип грунта Г, погодные условия (температура t, осадки Дос), оказывают непосредственное влияние на сезонность проведения работ по ремонту нефтепровода и наработку автотракторной техники:

ь =Ж г, Дос)

Влияние природно-климатических условий на расход ГСМ автотракторной техники в нормативных документах выражается в виде коррек-

тирующего районного коэффициента, зависящего от времени года Т:

D =/(1).

Для ремонта магистральных нефтепроводов применяются различные технологии ремонта, описанные в первой главе. Технология ремонта магистрального нефтепровода зависит от многих факторов: состояния и параметров (диаметр й, толщина стенки Б, длина ремонтируемого участка 1уч) трубы, вида дефекта.

Тр =/ф, Б, 1уч).

В зависимости от технологии ремонта трубопровода Тр меняются состав ремонтной бригады, операции по устранению дефектов, продолжительность и объем работ Q.

б =/(Тр, D, Б, 1уч).

Наработка автотракторной техники Ь зависит от многих факторов, это и природно-климатические условия, и объем работ по ремонту б, и от транспортной инфраструктуры района проведения работ, которая характеризуется расстояниями между элементами ПТБ ЬПТБ, типами дорог Д и скоростью перемещения техники V.

Ь =/(Тр, б, Ьптб, Д V, I Г, Дос).

В общем виде потребность в топливе можно выразить:

бум =/(Ь,Т).

В ходе исследования была выдвинута гипотеза о том, что не все факторы имеют значимую корреляционную связь с потребностью в топливе. Окончательное решение о значимости корреляционных связей можно принять только на основе результатов эксперимента.

По результатам эксперимента проверялась гипотеза о коррелиро-ванности факторов, были построены матрица корреляционных полей и корреляционная таблица. Оценка значимости коэффициентов парной корреляции по критерию Стьюдента показала, что существенную линейную корреляционную связь (0,9.0,99) с расходом топлива на одном ремонте имеют длина ремонтируемого участка и расстояние от производственнотехнической базы до места проведения работ.

На следующем этапе устанавливались закономерности влияния факторов на потребность в топливе при ремонте нефтепровода и разрабатывались математические модели этих закономерностей.

Исследования расхода топлива АТТ для разных методов ремонта позволили установить для бсум зависимость вида [7]:

бсум =а 0+а1 1 уч + а2  ЬПТБ ,

где а0, ах, а2 - коэффициенты уравнения, принимаемые по таблице 1 в зависимости от метода ремонта нефтепровода (табл. 1.); 1уч - длина ремонтируемого участка трубопровода, м; Ьлпдс - удаленность ПТБ от места проведения ремонтных работ, км.

Зависимость (1) позволяет прогнозировать потребность ремонти-

руемого объекта в дизельном топливе для всех групп техники, с учетом технологии работ и условий района пролегания нефтепровода (табл.1).

Таблица 1

Значение коэффициентов а0, а1} а2 в зависимости от вида ремонта __________________трубопровода и времени года___________________

Период проведения работ Вид ремонта

Замена «катушки» Установка муфты Шлифовка/заварка

ао а1 а2 ао а1 а2 ао а1 а2

Декабрь-март 3716,19 37,48 25,40 870,92 54,55 19,40 567,34 51,48 14,20

Апрель, ноябрь 1942,07 47,65 22,17 911,34 45,10 15,78 598,80 44,53 12,02

Май-октябрь 1359,99 46,70 19,64 564,67 48,28 15,8 392,97 49,59 11,91

Таким образом, суммарная потребность в топливе бсум для N ремонтов различными методами ремонта Мр за период времени t, в общем виде будет выглядеть следующим образом:

мр N

бсум ~ ^ ^

т=1 п=1

Полученная зависимость (2) позволяет прогнозировать общую потребность ремонтируемых объектов в дизельном топливе, как на конкретное количество ремонтов, так и на календарный период времени с учетом технологии работ и условий района пролегания нефтепровода.

Процесс расхода топлива автомобилем носит случайный характер. Следовательно, случайный характер носит и суммарный расход топлива всей автотракторной техникой, задействованной при ремонте МН.

Запас бз - определяется условиями хранения и поставки топлива.

В определенный момент времени производится пополнение запаса до максимального уровня запаса. С течением времени, растет наработка техники и расход топлива, а запас уменьшается. При этом расход топлива зависит от объемов работ по ремонту МН, климатических условий и других факторов, которые являются случайными. Следовательно, и изменение запаса топлива по времени - это стохастический процесс. Поэтому в каждый момент времени, состояние запаса может характеризоваться распределением с математическим ожиданием и быть ограниченным доверительным интервалом.

Для компенсации возможных колебаний расхода топлива и времени выполнения заказа должен быть создан страховой запас. Это позволит исключить простои автотракторной техники из-за отсутствия топлива.

При определении размера страхового запаса необходимо учесть, что процесс потребления топлива является непрерывным, а так же зависящим от сезонной неравномерности объемов работ по ремонту МН.

В ходе проведения аналитических исследований было установлено, что потребность в топливе существенно зависит от климатических и производственно-технологических условий. Следовательно, от этих же условий должны зависеть и параметры системы управления запасом топлива.

Так как пополнение запасов можно осуществлять в любой момент времени, то сначала необходимо установить размер страхового запаса, а затем, с учетом времени на поставку, определить момент поставки. Следовательно, задача сводится к определению момента времени, в который должно производиться пополнение запаса топлива, чтобы с определенным уровнем надежности обеспечить бесперебойную работу автотракторной техники.

Для проведения эксперимента с использованием имитационного моделирования был разработан алгоритм моделирования процесса обеспечения спецтехники горюче-смазочными материалами. Укрупненная блок-схема алгоритма представлена на рис. 2.

Методом регрессионного анализа были получены зависимости размера поставки qopt¡ (л) и размера запаса ГСМ Узап,(л)от количества выполняемых ремонтов за год Ирем:

qopt = -0,0515М2рет + 98,758^ + 4900 ,

Гзап = -0,0455М2р1т + 90,455+ 7500 .

Адекватность моделей определялась по критерию Фишера и значению средней ошибки аппроксимации. Для всех моделей Е<15% и выполняется неравенство Г<Га;р;к-

С Начало )

/ Ввод исходных / данных

г—

Расчет потребности в топливе

— Г

Генерация

поступления заявок

4_________

Расчет продолжительности простоев__________

Проведение

обслуживания

Конец )

Рис. 2. Укрупненная блок-схема определения рационального

запаса топлива

На основе полученных моделей закономерностей была создана методика определения планирования потребности в топливе и управления его запасом. Методика реализована в программном пакете «Модель планирования потребности в топливе и управления его запасами» в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера, ответственного за топливное обеспечение. Программный пакет создан с использованием системы программирования Visual Basic Application. Результаты моделирования представлены на рис. 3, 4.

Рис. 3. Результаты моделирования расхода топлива

Рис. 4. Результаты моделирования процесса управления запасами

топлива

Применение разработанной методики планирования потребности и управления запасами позволяет точнее определить потребность в топливе, снизить затраты на хранение и приобретение топлива при обеспечении заданного уровня надежности системы обеспечения.

Бесперебойное снабжение транспортно-технологических машин, задействованных при ремонте магистральных нефтепроводов, топливом и качественное проведение заправочных работ в значительной мере определяют высокопроизводительную работу машин и их долговечность. Поэтому число средств заправки должно быть таким, чтобы полностью удовлетворить потребность парка, и, в то же время, число средств заправки не должно быть излишним, чтобы не вызвать увеличения затрат на эксплуатацию машин.

Поэтому при выборе рациональной структуры парка топливозаправщиков необходимо стремится к минимизации затрат на их эксплуатацию:

Zi = А + 3Пм + Сгсм + СТОиР + Снал  Ш1П ,

где Zi - суммарные затраты на эксплуатацию топливозаправщиков i-го ти-

поразмера, руб.; А - амортизационные отчисления, руб.; ЗПм - заработная плата водителей, руб.; Сгсм - затраты на горюче-смазочные материалы, руб.; СТОиР - затраты на проведение ТО и ремонта, руб.; Снал - налог на владельцев транспортных средств, руб.

При этом должно выполняться условие:

Т,п £ Тфр,  NT3,

где Тзп - время заправки всей техники, ч; Тфвр. - фонд времени работы то-

пливозаправщика, ч; NT3 - количество топливозаправщиков.

В результате исследований [8] была разработана модель определения необходимого количества передвижных средств заправки для автотракторной техники, используемой при ремонтах магистральных нефтепроводов.

Возможны два варианта определения рационального количества топливозаправщиков при ремонте магистральных нефтепроводов.

1 вариант: определение потребности в топливозаправщиках в зависимости от их типоразмера, количества одновременно выполняемых ремонтов и расстояний от ТПЗ до места проведения работ по ремонту нефтепровода с помощью рассчитанных нормативов. Результаты расчетов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Нормативы потребности в передвижных средствах заправки

Средства заправки Число с зедств заправки при Ьгзп, км

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

5 ремонтов

Топливозаправщик стью 4,9 м вместимо- 1 1 1 1 1 1 2 3 4 - - -

Топливозаправщик стью 6,5 м3 вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 3 -

Топливозаправщик стью 7,5 м3 вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 4

Топливозаправщик стью 10 м вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2

Топливозаправщик стью 12 м вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2

Топливозаправщик стью 15 м3 вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Топливозаправщик стью 20 м вместимо- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Окончание табл. 2

Средства заправки Число средств заправки при Цгзп, км

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

10 ремонтов

Топливозаправщик стью 4,9 м вместимо- 1 2 2 3 5

Топливозаправщик стью 6,5 м3 вместимо- 1 2 2 2 3 4

Топливозаправщик стью 7,5 м3 вместимо- 1 2 2 2 3 3 5 - - - - -

Топливозаправщик стью 10 м вместимо- 1 1 1 2 2 3 3 3 6 - - -

Топливозаправщик стью 12 м вместимо- 1 1 1 2 2 2 3 3 3 5 - -

Топливозаправщик стью 15 м3 вместимо- 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 -

Топливозаправщик стью 20 м вместимо- 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3

2 вариант: реализация с помощью модели определения рационального количества топливозаправщиков. Для этой цели разработано программное обеспечение «Модель определения оптимального количества топливозаправщиков». Программный продукт разработан с помощью среды программирования Microsoft Visual Basic 6.0

Экономический эффект от использования результатов исследований достигается путем снижения суммарных затрат за счет повышения точности планирования потребности в топливе, снижении затрат на содержание и управление запасом, а так же транспортировку топлива с помощью передвижных средств заправки.

Потери от иммобилизации средств в запасах - это косвенные затраты, связанные с отвлечением и замораживанием финансовых средств, вложенных в запасы. По результатам расчета предприятие недополучает доход 15187,4 руб., не рационально используя запасы топлива.

Расчет экономического эффекта от использования методики определения рационального количества топливозаправщиков проводился на примере одного из Управлений Магистральных Нефтепроводов Тюменской области и составил 159078,80 руб. в год.

Список литературы

1. Захаров Н.С. Влияние сезонных условий на процессы изменения качества автомобилей. Дис. ... докт. тех. наук. Тюмень. 2000. 559 с.

2. Першин Ю. М. Влияние сезонных условий на процесс потребления топлива специальными автомобилями. Дис. ... канд. тех. наук. Тю-

мень. 2000. 166 с.

3. Бренц А.Д. Экономика транспорта и хранения нефти и газа [Текст]: учебник для студентов газонефтепромысловых специальностей вузов / А. Д. Бренц [и др.]. М.: Недра, 1989. 287 с.

4. Организация, планирование и управление нефтегазодобывающими предприятиями: Учебник для вузов/Е.С. Сыромятников, Н.Н. Победоносцева, В. Д. Зубарева, В. А. Шпаков. М.: Недра, 1987. 279 с.

5. Яговкин А.И. Организация производства технического обслуживания и ремонта машин: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Яговкин. М. : Издательский центр «Академия», 2006. 400 с.

6. Чирсков В.Г., Николаев С.Н. Организация ремонта и технического обслуживания машин при сооружении магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1984. 291 с.

7. Базанов А.В., Бауэр В.И., Козин Е.С., Терехов А.С. Методика определения потребности в топливе для автотракторной техники при ремонте магистральных нефтепроводов. // Отраслевой ежемесячный научнопроизводственный журнал «Автотранспортное предприятие» №8 2012 г. Москва: НПП Транснавигация, 2012. 49-53 с.

8. Базанов А.В., Бауэр В.И., Козин Е.С., Якубовский Ю.Е. Определение потребности в топливозаправщиках для машин, используемых при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов. // Научнотехнический вестник Поволжья. №5 2012г. Казань: Научно-технический вестник Поволжья, 2012. 93-97 с.

Базанов Артём Владимирович, ассистент, Россия, Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университе

OPTIMIZA TION OF FUEL SUPPLY FOR SPECIAL MACHINES IN THE REPAIRING

OF OIL PIPELINES

A.V. Bazanov

The paper presents the results of research in the field offuel supply special machines in the repairing of main oil pipelines. Identified industrial and technological factors affecting the demand for fuel and stockpile management. A mathematical model for determining the need for tankers, the repair of main pipelines was developed.

Key words: oil pipelines, repair, requirements planning, fuel, special machines, supply, tanker truck.

Bazanov Artem Vladimirovitch, Assistant of department «Service of cars and technological machines», Russia, Tyumen, Tyumen State Oil and Gas University