CC BY
0
УДК 629.063.6: 621.6
АНАЛИЗ СТОИМОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛЬНЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБ
Н.Л. Великанов1, В.А. Наумов2, С.И. Корягин3
1,2Калининградский государственный технический университет (КГТУ), 236000, Россия, г. Калининград, Советский пр., 1;
3Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. Канта),
236041, Россия, г. Калининград, ул. А. Невского, 14.
Представлен метод расчета зависимости стоимости стальных бесшовных труб от внутреннего диаметра с учетом толщины стенки трубы. Результаты пригодны для задач оптимизации на стадии проектирования.
Ключевые слова: горячедеформируемые трубы, транспортирование нефтепродуктов, стоимостные характеристики, толщина стенки.
COST CHARACTERISTICS ANALYSIS SEAMLESS STEEL PIPES
N. L. Velikanov, V. A. Naumov, S. I. Koryagin
Kaliningrad State Technical University (KSTU), 236000, Kaliningrad, Sovetsky Ave., 1 Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU), 236041, Kaliningrad, st. A. Nevsky, 14
A method for calculating the dependence of the cost of seamless steel pipes on the internal diameter, taking into account the thickness of the pipe wall, is presented. The results are suitable for optimization problems. at the design stage.
Keywords: hot-deformable pipes, transportation of petroleum products, cost characteristics, wall thickness.
Введение
Совершенствование процессов транспортирования нефти по трубам является актуальной задачей [1-3]. Наиболее часто приходится выбирать внутренний диаметр трубы d [4, 5]. Учет экономических показателей вносит существенные корректировки в расчеты [6-8]. Такие задачи, в предположении о ламинарном течении в трубе, представлены в работе [9]. В [10] рассматривались затраты энергии, в [11] - потери энергии в местных гидравлических сопротивлениях.
В [12] были использованы стоимостные характеристики стальных бесшовных горячеде-формируемых труб (СБГТ), рекомендуемых для транспортирования нефтепродуктов. СБГТ относятся к категории дорогих труб, они применяются в условиях агрессивной среды. Их стоимость существенно зависит от толщины стенки 5. Однако, этот фактор, фактически, не принимается во внимание ни в [12], ни в других выше перечисленных публикациях.
Цель данной статьи - разработать метод расчета зависимости стоимости СБГТ от внутреннего диаметра с учетом толщины стенки
трубы с = / (5, А) для задач оптимизации и провести анализ этой зависимости.
Исходные данные и методика расчета Прайс-листы СБГТ компании Сталь-эксперт на апрель 2023 года представлены в [13]. Часть их представлена в табл. 1. В соответствии с ГОСТ 8732-78 СБГТ классифицируются по внешнему диаметру В и толщине стенки 5.
При решении задач оптимизации необходим внутренний диаметр А, который рассчитывается по формуле:
А = В - 2- 5. (1)
На рис. 1 (СБГТ малых диаметров) и рис. 2 (СБГТ средних диаметров) представлены зависимости стоимости труб от толщины стенки для каждой линейки В. Как в первом, так и во втором случае, с ростом В значение с увеличивается. По рис. 3 и 4 видно, что с увеличением внешнего диаметра стоимость труб растет, с увеличением внутреннего диаметра внутри линейки она падает, так как из-за возрастания толщины стенки увеличивается и металлоемкость. В таком виде зависимость стоимости СБГТ от А не пригодна для решения задач оптимизации.
1Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой судостроения, судоремонта и морской техникител. 8 (4012) 56 48 02; e-mail: nikolaj.velikanov@klgtu.ru,;
2Наумов Владимир Аркадьевич - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры техносферной безопасности и природообустройства, тел. 8 (4012) 99 53 37; e-mail: vladimir.naumov@klgtu.ru;
3Корягин Сергей Иванович - доктор технических наук, профессор, профессор образовательно-научного кластера «институт высоких технологий», тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: SKoryagin@kantiana.ru.
Таблица 1 - Прайс-лист СБГТ по данным [13]
№ пп й, мм 5, мм с, руб./м № пп й, мм 5, мм с, руб./м № пп й, мм 5, мм с, руб./м
1 38 3 430 61 73 4 1063 192 127 30 10127
2 38 3.2 457 193 133 4 1796
3 38 4 556 69 73 19 3570
4 38 5 676 70 76 3,5 977 207 133 30 10752
5 38 6 787 208 140 5 2349
6 38 8 983 81 76 19 3769 221 140 30 11483
7 42 3 480 82 83 4 1225 222 146 6 2924
11 42 8 1115 94 83 20 4392 232 146 30 12109
12 45 3.5 595 95 89 3.5 1152 233 152 5 2558
16 45 8 1213 109 89 24 5428 246 152 36 14532
17 51 3 590 110 93 4 1274 247 159 5 2679
23 57 3 624 120 93 24 5929 262 159 40 16675
121 102 4 1509 263 168 6 3382
31 57 12 2079
32 60 3 595 133 102 24 6515 276 168 40 17817
134 108 3 1242 277 180 6 3633
40 60 14 2241
41 63,5 5 1125 149 108 28 7425 293 180 40 18040
150 114 4 1701 294 194 6 3925
46 63,5 14 2411
47 68 3,5 869 164 114 28 8380 307 194 40 21436
165 121 5 2018 308 203 6 4667
54 68 14 2630
55 70 6 1478 178 121 28 9061
179 127 4 1712 319 203 40 22687
60 70 16 3007 320 203 50 26620
с, тыс.руб./ы
[ □ 0 □ 0
□ 0 0 Л Л
□ 0 > А 'И
1 0 ' Л < 6 « 0 ■ 1 +1 х 2 ♦ 3
А 1 0 1 0 ; 1 А 4 • 5 ■ 6 0 7
; + А 8 о 9 □ 10
2 5 8 11 14 17 2 0 23 1,ыы
Рисунок 1 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от толщины стенки: 1 - Б =38
мм,
2 - Б =45 мм, 3 - Б =51 мм, 4 - Б =57 мм, 5 - Б =63,5 мм, 6 - Б =68 мм, 7 - Б =76 мм, 8 - Б =83 мм, 9 - Б =89 мм, 10 - Б =95 мм
с, тыс.руб./ы
□
□ □ 0 и
0 □ . ' ] А ' 0 ■ 0 ■
I □ 0 0 л 11Й й 0 ^ < : : > ■ +1 х 2 ♦ 3
0, I 4 * * 5 +¥ + А 4 • 5 ■ 6 0 7
И4! и А 8 о 9 □ 10
0|------
2 9 16 23 30 37 44 1,мы
Рисунок 2 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от толщины стенки:
1 - Б =108 мм, 2 - Б =114 мм, 3 - Б =127 мм, 4 -Б =133 мм, 5 - Б =146 мм, 6 - Б =159 мм, 7 - Б =168 мм, 8 - Б =180 мм, 9 - Б =194 мм, 10 - Б =203 мм
Результаты исследований по внедрению интеллектуальных технологий ¡СУ.
с, тыс.руб./ы
□ о о □ □ + 1 х 2 ♦ 3
о Л д д о о □ 4 ♦ 5 ■ 6 О 7
0( > % д д о о □ Д 5 о 9 □ 10
• 1 * ] ■ ■ о о Д о д > Л 0 □ о
X ♦ ♦ * • А ■ о О О 0 д д д □ > п °о °
V Лх хх + чч
20 30 40 50 60 70 80 (I мм
Рисунок 3 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от внутреннего диаметра: 1 - Б
=38 мм, 2 - Б =45 мм, 3 - Б =51 мм, 4 - Б =57 мм, 5 - Б =63,5 мм, 6 - Б =68 мм, 7 - Б =76 мм, 8 - Б =83 мм, 9 - Б =89 мм, 10 - Б =95 мм
При решении задачи поиска оптимального диаметра технологического трубопровода необходимо сначала определить минимально допустимую толщину стенки 5шт. Только затем найти функцию с = /(5шт, О). Величина 5шт зависит от условий использования СБГТ: чем агрессивнее среда, тем больше должно быть значение 5шт. Определение 5шт является отдельной, весьма непростой задачей, которая в данной статье не рассматривается.
Данные табл. 1 были переформированы и дополнены следующим образом: выбирались стоимости всех труб с фиксированной толщиной стенки. Для них рассчитывался внутренний диаметр по формуле (3) и масса одного метра труб по формуле из ГОСТ 8732-
78:
т = 0,02466 5 (Б - 5), (2)
где плотность стали принята равной 7850 кг/м3.
В качестве примера в табл. 2 представлен такой массив для СБГТ с толщиной стенки
5 = 4 мм, в которой 0= с/т - стоимость одного кг труб.
с, тыс.руй./м
□ + 1 х 2 ♦ 3
и о □ □ 4 • 5 ■ 6 О 7
[ О О ■ Д о 0 □ □ Д 8 О 9 □ 10
* /о ■ О ■ ■ д д о о о о □ „ □
X + +- X X.. < * • д о о о с □ □
^ ч • ч * <> Ч о \ и о
40 60 80 100 120 140 160 180 с!.
Рисунок 4 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от внутреннего диаметра: 1 - Б
= 108 мм, 2 - Б =114 мм, 3 - Б =127 мм, 4 - Б = 133 мм,5 - Б =146 мм, 6 - Б =159 мм, 7 - Б =168 мм, 8 - Б =180 мм, 9 - Б =194 мм, 10 - Б =203 мм
Первичный анализ полученных массивов данных показал, что зависимость стоимости СБГТ от внутреннего диаметра может быть аппроксимирована линейной функцией
/ (5, а) = Ф) + ь(5ус1. (3)
Таблица 2 - Массив данных, рассчитанный для СБГТ с « = 4 мм
№ пп Б, мм 4 мм ш, кг/м с, руб./м 0, руб./кг
1 38 30 3,354 556 165,78
2 42 34 3,748 621 165,67
3 45 37 4,044 671 165,91
4 51 43 4,436 771 166,30
5 57 49 5,228 816 156,08
6 68 60 6,313 985 156,03
7 73 65 6,806 1063 156,18
8 76 68 7,102 1108 156,01
9 83 75 7,793 1225 157,20
10 89 81 8,384 1308 156,00
11 102 96 9,667 1509 156,10
12 108 100 10,259 1653 161,13
13 114 106 10,850 1701 156,771
14 127 119 12,133 1712 141,11
15 133 125 12,725 1796 141,14
По рис. 5 видно, что эмпирические зависимости а = 0(5), Ъ'= Ь(5^так же могут быть аппроксимированы линейными функциями: • а = 0,0471 -я + 0,00942, Ь = 10-3-(3,544\у - 1,019). (4)
Рисунок 5 - Параметры линейной аппроксимации зависимости стоимости СБГТ от внутреннего диаметра и толщины стенки. Точки - поданным [13], линии - по формулам (4)
Результаты и их обсуждение
Результаты расчетов по формуле (3) сравнивались с данными из прайс-листа [13]. По рис.6 и 7 видно, что согласие вполне удовлетворительное, как для труб малого, так и для труб среднего диаметра.
Рисунок 6 - Зависимость стоимости малых СБГТ от внутреннего диаметра при различных значениях толщины стенки: 1 - 5 = 4 мм, 2 - 5 = 5 мм, 3 - 5 = 6 мм. Точки - по данным [13], линии - по формуле (3)
с.руб./ъ
1
i,/
ь»
у
*
20
40
60
80
100 120 140 160 d,
Рисунок 7 - Зависимость стоимости средних СБГТ от внутреннего диаметра при различных значениях толщины стенки: 1 - 5 = 10 мм, 2 - 5 =
12 мм, 3 - 5 = 14 мм. Точки - по данным [13], линии - по формуле (3)
Индекс детерминации модели (3), (4) по всему массиву данных довольно высок (Л2=0,95). Причем по СБГТ малого диаметра он еще выше - Л2=0,98. Следовательно, предложенную модель можно использовать в задачах поиска оптимального диаметра трубопровода с СБГТ.
По рис. 8 прослеживается тенденция уменьшения удельной стоимости СБГТ с увеличением внешнего диаметра.
На рис. 9 представлен контурный график зависимости стоимости СБГТ от внутреннего диаметра й и толщины стенки 5, построенный по формулам (5), (6). Он позволяет определить зависимость с = /(5шт, й), которую можно использовать при решении оптимизационных задач.
0, bv6./K:
1—_— —
+Н-+
^ + -Н-++
170 165 160 155 150 145 140
0, руб./к:
+Н) н-
+ +
20 60 100 140 Дмм 20 50 80 110 140 170 Дм»
а) б)
Рисунок 8 - Зависимость удельной стоимости массы СБГТ от внешнего диаметра: а - при толщине стенки 5 мм, б - при толщине стенки 6 мм
90
СПбГЭУ
Результаты исследований по внедрению интеллектуальных технологий ICV.
Рисунок 9 - Контурный график зависимости стоимости СБГТ (тыс. руб./м) от внутреннего диаметра d и толщины стенки s
Заметим, что данные прайс-листов других производителей и продавцов СБГТ (например, [14, 15]) несколько отличаются количественно от [13], но общие тенденции сохраняются. Поэтому предложенный метод расчета может быть использован для обработки данных других производителей СБГТ.
Заключение
Приведенная методика позволяет учесть наряду с материалом, способом изготовления, геометрическими характеристиками еще и стоимостные характеристики труб. Построенные математические модели позволяют решать оптимизационные задачи на стадии проектирования трубопроводных систем.
Литература
1. Шайбаков Р. А. Повышение эффективности систем трубопроводного транспорта углеводородов управлением синергетическими рисками // Нефтегазовое дело. 2017. № 3. С. 145-168.
2. Бархатов А.Ф. Основные проблемы энергосбережения в трубопроводном транспорте и направления их решения // Территория Нефтегаз. 2015. № 6. С. 132-138.
3. Ganat T. Pumping system of heavy oil production. In: Processing of Heavy Crude Oils - Challenges and Opportunities. Ed. Gounder R.M. Knowledge Unlatched. 2019. DOI: 10.5772/intechopen.74912.
4. Калицун В.И., Кедров В.С. Гидравлика, водоснабжение и канализация. Москва: Стройздат, 2002. 394
с.
5. Гришин Б.М., Бикунова М.В., Сафронов М. А. Гидравлика сетей и сооружений водоснабжения и водо-отведения: учебное пособие. Пенза: Изд-во ПГУАС, 2019. 112 с.
6. Genic S., Jacimovic B., Geni V. Economic optimization of pipe diameter for complete turbulence. Energy and Buildings. 2011. Vol. 45, pp. 335-338.
7. Berisha X., Krsniqi K., Krasniqi V. The optimization of pipes diameter depending on optimal criteria for velocity and mechanical energy losses for thermal network. International Journal of Recent Advancement in Engineering & Research. 2018. Vol. 4, Iss. 1, pp. 29-38.
8. Наумов В.А. Определение оптимального диаметра трубопровода локальной системы водоснабжения с учетом нагрузочных характеристик и затрат на центробежный насос // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 2(47). С. 153-160.
9. Sarchet B.R., Colburn A.P. Economic pipe size in the transportation of viscous and nonviscous fluids. Industrial and Engineering Chemistry. 1940. Vol. 32, pp. 1249-1252.
10. Голованчиков А.Б., Дулькин Т.А., Прохоренко Н.А., Меренцов Н.А. Оптимизация технологических параметров и диаметра трубопровода с учетом энерго- и ресурсосбережения // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2020. Том 26. № 1. С. 91-99.
11. Оптимизация параметров технологического трубопровода по технико-экономическим показателям / А.А. Хвостов, М.Г. Магомедов, А.А. Журавлев [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82, № 1. С. 34-46.
12. Великанов Н.Л., Наумов В.А. Экономико-математическая модель выбора параметров трубопроводных систем снабжения мазутом // Технико-технологические проблемы сервиса. 2022. № 3(61). С. 29-35.
13. Сталь-эксперт. Трубы стальные бесшовные горя-чедеформированные [Электронный ресурс]. URL: https ://steel-ex. ru/truby/truba-
goryachedeformirovannaya/ (дата обращения 04.04.2023).
14. Компания «Профильмет». Стальные трубы [Электронный ресурс]. URL: http://price.profilmet.ru/prices/profilmet_truby.htm (дата обращения 04.04.2023).
15. Компания «Сортамет». Трубы бесшовные горя-чедеформированные [Электронный ресурс]. URL: https://sortmet.ru/katalog/trubyi-stalnyie-besshovnyie-goryachedeformirovannyie/ (дата обращения 04.04.2023).
