Наводяться основні принципи побудови математичної моделі розрахунку оптимальних параметрів і кількості човникових танкерів для обслуговування російських вуглеводневих родовищ Північного Каспію. На підставі статистичного аналізу 94 танкерів, які підходять за своїми параметрами для експлуатації на Північному Каспії, побудовані графіки залежності основних елементів від дедвейту танкерів виду X = f (DW). На підставі економічних розрахунків проводиться вибір оптимального варіанту транспортування. Наведено загальну блок-схема алгоритму розрахунку оптимальних характеристик човникових танкерів і їх кількості з урахуванням наведених витрат. Бібліогр. 8. Іл. 3.

Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи - Петров Максим Петрович, Лубенка Володимир Миколайович


The basic principles of creating the mathematical model of definition of the optimum parameters and quantity of shuttle tankers for Russian hydrocarbon deposits maintenance in the Northern Caspian Sea are given. On the basis of the statistical analysis of 94 tankers suitable for exploitation in the Northern Caspian Sea the curve of dependence of the main tankers 'elements on their deadweights like X = f (DW) is drawn. Based on the economic calculations the choice of the optimum type of transportation is made. The general block scheme of the calculation algorithm of the optimum characteristics of the shuttle tankers and their quantity in the overhead costs 'criteria is presented.


Область наук:

  • Енергетика і раціональне природокористування

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету. Серія: Морська техніка і технологія


    Наукова стаття на тему 'Математичне моделювання оптимального складу човникових танкерів для транспортування вуглеводнів російських родовищ Каспійського шельфу'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне моделювання оптимального складу човникових танкерів для транспортування вуглеводнів російських родовищ Каспійського шельфу»

    ?УДК 629.123

    М. П. Петров, В. Н. Лубенка

    МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОПТИМАЛЬНОГО СКЛАДУ човниковий танкер для ТРАНСПОРТУВАННЯ ВУГЛЕВОДНІВ РОСІЙСЬКИХ РОДОВИЩ КАСПІЙСЬКОГО ШЕЛЬФУ

    Вступ

    Для вирішення завдання вибору оптимального транспортувального складу морської техніки для обслуговування вуглеводневих родовищ російського шельфу Північного Каспію будується математична модель, яка представляє собою програму чисельного експерименту, що виробляє розрахунок за трьома напрямками. Розраховуються: оптимальні основні характеристики, кількісний склад і економічні витрати на будівництво і експлуатацію флоту човникових танкерів для обслуговування російських вуглеводневих родовищ; оптимальні параметри підводного магістрального трубопроводу; параметри складу несамохідного наливної човникового флоту. Вибір оптимального варіанту проводиться за економічним критерієм приведених витрат.

    Вихідними даними є: середня віддаленість родовищ від порту Астрахань, складова для блоку північних родовищ 200 км; тривалість навігаційного періоду -260 днів для Північного Каспію; інтенсивність нафтовидобутку - 2,3 млн т нафти на рік [1]. Прийнято обмеження по осаді танкера в 5 м, для можливості проходу по Волго-Каспійському каналу.

    Аналіз характеристик танкерів

    В якості змінних варійованих величин виступають вантажопідйомність танкера і його експлуатаційна швидкість. Безліч розраховуються варіантів являє собою сукупність танкерів з діапазоном вантажопідйомності 2 500-11 000 т, з кроком збільшення 500 т і діапазоном середньої експлуатаційної швидкості 9-15 вузлів з кроком збільшення 1 вузол.

    На підставі статистичного аналізу характеристик 94 сучасних танкерів, які підходять за своїми параметрами для експлуатації на півночі Каспію, були побудовані графіки функціональних залежностей основних характеристик танкерів від дедвейту (рис. 1).

    Мал. 1. Функціональні залежності основних характеристик танкерів, отримані на підставі статистичної обробки масиву прототипів

    Аналіз графіків на рис. 1 дає можливість отримати аналітичні залежності основних елементів танкера і дедвейту (ОЩ) виду

    X = / ОЩ. (1)

    Наступні залежності отримані на підставі методу найменших квадратів за допомогою програми 8ШІ8І; ІСА 7.0:

    - довжина між перпендикулярами, м:

    Ьпп = 64,3 • ОЩ029;

    - довжина максимальна, м:

    ширина, м:

    - висота борта, м:

    - осаду, м:

    водотоннажність порожньому, м:

    т = й й • / | 7 2-

    -^ Шах - ^ пп '5 ^ 5

    В = 10,4 • ОЩ ° '25; Н = 2,2 • ОЩ1'61; Т = 3,9 • ОЩ ° '29; О0 = 0,9 • ОЩ0,66;

    - відношення В / Т, м:

    - відношення Н / Т:

    В / Т = 1,9 + 0,023 • 10-3 • ОЩ

    Н / Т = 6,34 • Кбл2 - 3,79 • Кбл + 1,96

    (2)

    (3)

    (4)

    (5)

    (6)

    (7)

    (8) (9)

    щр танків.

    де Кбл - коефіцієнт, що відображає співвідношення між обсягом баластних ЖБЛ і вантажних

    (10)

    Водотоннажність повне Б, тис. Т, визначається за формулою [2, 3]:

    Б = Д, + БЖ.

    Довжина танкера визначається за формулою [4]:

    Ь = КП1 / 3 • в1 / 3,

    (11)

    де Б - повна водотоннажність, т; V - експлуатаційна швидкість танкера, уз; до - коефіцієнт, що залежить від дедвейту.

    Коефіцієнт загальної повноти визначається за формулою [5]:

    5 = 1,106 - 1,68 • БГ,

    де БГ - число Фруда танкера.

    Осадка визначається з рівняння плавучості [2, 3]:

    Т =

    Про

    5-у-к • Ь •

    В 'Т

    (12)

    (13)

    де у - щільність води, т / м3; до - коефіцієнт, що враховує виступаючі частини.

    Ширина В, осаду Т і висота борту Н танкера визначаються з системи рівнянь (1) - (3). Блок-схема розрахунку головних розміреним танкерів на підставі вихідних даних представлена ​​на рис. 2.

    Мал. 2. Блок-схема розрахунків головних розміреним човникових танкерів Залежність кількості рейсів від вантажопідйомності

    За час ведення вантажних операцій на одному танкері інші танкери повинні зробити пробіг в вантажу до базового порту, зробити розвантажувальні операції, зробити пробіг в баласті до родовища, виконати маневри при підході до місця проведення навантажувальних операцій в районі родовища [6].

    Час повного рейсу танкера складає:

    Тр = Тход + Тпогр + Тразг + 2 • ^ порт (14)

    де Тход - ходовий час в прямому і зворотному рейсах, сут; Гп0гр - час проведення навантажувальних операцій; Тразг - час проведення розвантажувальних операцій, сут; Тпорт - час, що витрачається в порту на інші операції. Враховується бункерування, простої, проводка лоцманом і т. Д.

    Тход = Я / (24 • УЕ), (15)

    де Я - відстань між родовищем і базовим портом, км; УЕ - експлуатаційна швидкість танкера, км / год:

    Тпогр Ргр / Qпогр, (16)

    де Ргр - вантажопідйомність танкера, т; 2погр - продуктивність навантажувальних насосів нафтосховища, т / добу:

    Тразг = Ррр / бразг, (17)

    де еразг - продуктивність розвантажувальних насосів танкера, т / добу.

    Число рейсів, що здійснюються танкером за навігацію, визначається за формулою

    Пр = Те / Тр, (18)

    де Те - експлуатаційний період, діб.

    Провозоспособность танкера 2грг ° д визначається за формулою

    бгргод = Ргр • Пр. (19)

    Число танкерів, необхідне для обслуговування родовища, обчислюється за формулою

    пт = е / бгргод, (20)

    де Q - інтенсивність нафтовидобутку на родовищі, т / рік.

    Визначення собівартості будівництва танкера

    На першій стадії проектування, як правило, завод-будівельник ще не відомий, технічні характеристики нового судна визначені наближеними методами. Тому в цей період вартість судна доцільно оцінювати за рівняннями регресії, в яких в якості факторів виступають основні характеристики судна.

    Рівень ціни нового судна визначається за формулою [7]:

    Ц = СД1 + Рс) КВР, (21)

    де С7 - собівартість 7-го серійно освоєного судна; Рс - норматив відносини рентабельності до собівартості судна; КВР - коефіцієнт, що враховує підвищення вартості будівництва суден в перспективний період.

    Індивідуальна собівартість будь-якого судна до серійно освоєного визначається комбінованим методом:

    З = [20Смг + 20СІ- + тан | ґ (1 + ^ н.р)] ^ Спец, (22)

    де смі - витрати на матеріали, покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати і послуги підприємств, тис. руб .; Скі - витрати на контрагентські поставки і роботи, тис. Руб .; Ті - трудомісткість побудови судна, тис. Люд.-год; кн - коефіцієнт виконання норм виробітку; ґ - середня годинна тарифна ставка, руб .; кнр - коефіцієнт обліку накладних витрат; кспец коефіцієнт, що враховує величину витрат за статтею «Знос інструментів і пристосувань

    цільового призначення та інші спеціальні витрати ».

    Для танкерів См7, СК7, Т7 розраховуються за формулами:

    Сж = 109,7 + 289,0Д> + 65,3Д>/ 7 + 156,95е; (23)

    Сі = 177,5 + 364,6Д> + 153,4Д) / 7 + 130,1 ^ 8 + 2597,15: - 1701,552 + 1360,0 5з; (24)

    Т = 18,8 + 119,9Д) + 411,1 / 7 - 3 5 9,1 52 - 5 09,1 53, (25)

    де О0 - водотоннажність порожньому, тис. т; i - порядковий номер серійно освоєного судна; 51, 52, 53 - коефіцієнти, що залежать від знаку автоматизації судна і його водотоннажності; - сумарна продуктивність вантажних насосів, тис. М3 / год.

    Аналіз експлуатаційних доходів

    Експлуатаційні витрати З складаються з трьох основних складових: так званих постійних витрат С1, підраховуваних відразу за весь навігаційний період, і витрат на паливо і мастильні матеріали на ходу С2 і на стоянці в портах С3, що визначаються за кожен кругової рейс [8]:

    С = Сі + (С2 + Сз) тощо, (26)

    де пр - кількість рейсів за навігацію.

    Розрахунок річних постійних витрат здійснюється наступним чином:

    Сі = 5 + 5 + 5з, (27)

    де 51 - утримання екіпажу (з накладними витратами), руб .; 52 - амортизаційні відрахування, витрати на поточний ремонт і постачання; 53 - навігаційні витрати на прісну воду, дегазацію, дератизацію, дезінфекцію, технічний огляд судна і т. П.

    Сумарні наведені витрати по танкерах для обслуговування родовищ розраховуються наступним чином:

    З = пт - (З + Е1 - Ц), (28)

    де пт - необхідну кількість танкерів для обслуговування родовищ; С - річні експлуатаційні витрати по танкеру; Ц - будівельна вартість танкера; Е1 - галузевий нормативний коефіцієнт. Прийнято вважати, що Е1 = 0,15 [4].

    Відповідно до наведеного алгоритмом була створена комп'ютерна програма на мові БеірЬі для визначення необхідного числа танкерів, основних елементів проектованого танкера і необхідних витрат на будівництво і експлуатацію танкерів для обслуговування родовищ Каспію. Блок-схема даної програми приведена на рис. 3.

    Вбод вихідних даних

    | ~

    Визначення оснобнах елементоб танкероб

    | ~

    розрахунок кількісних&а танкероб на лінії

    | ~

    Розрахунок будівельної вартості танкероб

    1 ~

    Розрахунок експлуатаційних расходоб танкероб

    1 ~

    Розрахунок сумарних приведених витрат

    I ~

    Вибір оптимального состаба танкероб

    | ~

    Уточнений розрахунок характеристик оптимального складу танкероб

    Мал. 3. Блок-схема підпрограми розрахунку оптимальних характеристик і складу човникових танкерів для обслуговування родовищ Північного Каспію

    висновок

    На підставі розрахунків з вищевикладеного алгоритму, виконаних підпрограмою, встановлено, що для обслуговування російських родовищ північного блоку шельфу Каспію оптимальним буде використання одного човникового танкера вантажопідйомністю

    7 500 т з експлуатаційною швидкістю 13 вузлів. Основні характеристики оптимального танкера: довжина максимальна L = 145 м, ширина B = 17 м, висота борту H = 7,5 м, осадка T = 5 м, потужність СЕУ N = 4 000 кВт. Сумарні наведені витрати будівництва та експлуатації судна 240 млн руб. Для транспортування нафти по танкерного варіанту необхідно також обладнання точкового рейдового причалу і плавучого нафтосховища в районі родовища. Така мала кількість танкерів пояснюється тим, що в розрахунках в якості вихідних даних були прийняті офіційні відомості про очікувані обсяги нафтовидобутку з родовищ Північного Каспію, облаштованих і вводяться в дію найближчим часом. З ростом видобутку нафти на морських родовищах, розробкою нових місць видобутку і видаленням їх від базового порту очікується зростання числа човникових танкерів і їх вантажопідйомності.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Лукойл представляє результати геологорозвідки в акваторії Північного Каспію // Прес-реліз ВАТ «ЛУКОЙЛ», 2004.

    2. Ашик В. В. Проектування судів. - Л .: Суднобудування, 1985. - 320 с.

    3. Бронников А. В. Проектування судів. - Л .: Суднобудування, 1991. - 321 с.

    4. Бронников А. В. Розробка основних техніко-експлуатаційних вимог на проектування морського судна. - СПб .: СПбГМТУ, 1997. - 38 с.

    5. Ногід Л. М. Проектування морських суден - Л .: Суднобудування, 1976. - 286 с.

    6. Марковський Р. Р. Технологія морських перевезень наливних вантажів. - СПб .: Вибір, 2002. - 42 с.

    7. Гінзбург А. І. Економічне обгрунтування проекту судна - Л .: ЛКИ, 1982. - 54 с.

    8. Векслер А. А. Деякі питання проектування танкерів. - Л .: Суднобудування, 1967. - 260 с.

    Стаття надійшла до редакції 20.11.2010

    MATHEMATICAL MODELING OF THE OPTIMAL STRUCTURE OF SHUTTLE TANKERS FOR TRANSPORTATION OF RUSSIAN CASPIAN SEA DEPOSITS HYDROCARBONS

    M. P. Petrov, V. N. Lubenko

    The basic principles of creating the mathematical model of definition of the optimum parameters and quantity of shuttle tankers for Russian hydrocarbon deposits maintenance in the Northern Caspian Sea are given. On the basis of the statistical analysis of 94 tankers suitable for exploitation in the Northern Caspian Sea the curve of dependence of the main tankers 'elements on their deadweights like X = f (DW) is drawn. Based on the economic calculations the choice of the optimum type of transportation is made. The general block scheme of the calculation algorithm of the optimum characteristics of the shuttle tankers and their quantity in the overhead costs 'criteria is presented.

    Key words: ship design, shuttle tanker, marine oil transportation, Caspian Sea shelf, mathematical modeling.


    Ключові слова: ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН /ЧОВНИКОВИЙ ТАНКЕР /МОРСЬКА ТРАНСПОРТУВАННЯ НАФТИ /ШЕЛЬФ КАСПІЙСЬКОГО МОРЯ /МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ /SHIP DESIGN /SHUTTLE TANKER /MARINE OIL TRANSPORTATION /CASPIAN SEA SHELF /MATHEMATICAL MODELING

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити