В пищевой и химической промышленности проектирование новых технологических трубопроводов и модернизация действующих трубопроводных систем транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции представляет собой комплексную организационно-техническую задачу, одним из этапов которой является проведение необходимых гидравлических расчетов. Общепринятым в отечественной и зарубежной практиках является гидравлический расчет трубопроводных линий на основании уравнения неразрывности потока и уравнения Бернулли для реальной вязкой жидкости, которое учитывает потери давления на трение и на преодоление местных сопротивлений трубопровода. При таком подходе гидравлический расчет является многовариантной задачей, т.к. существует бесконечное множество сочетаний параметров диаметр трубопровода - перепад давления, неравноценных как с экономической, так и технической позиций. На основании анализа литературных источников в работе показана целесообразность проведения гидравлического расчета трубопроводных линий по технико-экономическим показателям. В качестве критерия технико-экономической оптимизации технологических трубопроводов предложены суммарные годовые затраты на создание и эксплуатацию технологического трубопровода, являющиеся линейной суперпозицией капитальных и эксплуатационных затрат. В работе предложены расчетные соотношения для определения оптимального диаметра технологического трубопровода из условия минимизации суммарных годовых затрат на его создание и эксплуатацию с учетом текущих цен и тарифов на трубопровод и электроэнергию, трассировки трубопровода, условий его работы, а также свойств транспортируемой среды. На примере гидравлической установки для перекачивания патоки проведены вычислительные эксперименты по оценке влияния диаметра трубопровода и массового расхода транспортируемой среды на технико-экономические показатели технологического трубопровода и определены его оптимальные параметры. Для приближенной оценки эффективности оптимизационных мероприятий предложен критерий, позволяющий сопоставить суммарные годовые затраты на создание и эксплуатацию технологических трубопроводов с оптимальными и отличными от них параметрами.

технологический трубопровод, технико-экономическая оптимизация, потери давления, критерий оптимизации, гидравлический расчет

1. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Проектирование и расчет оптимальных систем технологических трубопроводов. М.: Химия. 1991. 368 с.

2. Остриков А.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. СПб.: Гиорд, 2012. 616 с.

3. Mikhalev M.A. Hydraulic calculation of pressure pipes // Magazine of Civil Engineering. 2012. V. 32. № 6. P. 20–28. doi: 10.5862/MCE.32.3

4. Арет В.А., Николаев Б.Л., Николаев Л.К. Физико-механические свойства сырья и готовой продукции. СПб.: Гиорд, 2009. 448 с.

5. Косой В.Д., Виноградов Я.И., Малышев А.Д. Инженерная реология биотехнологических сред. СПб.: ГИОРД, 2005. 648 с.

6. Кутепов А.М., Мешалкин В.П., Панов М.Я., Квасов И.С. Математическое моделирование потокораспределения в транспортных гидравлических системах с переменной структурой // Доклады РАН. 1996. Т. 350. № 5. С. 653–654.

7. Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Объектно-ориентирвоанное моделирование гидравлических цепей // Вестник ИРГТУ. 2012. № 7. С. 170–176.

8. Новицкий Н.Н., Сеннова Е.В., Сухарев М.Г. и др. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 2000. 273 с.

9. Новицкий Н.Н., Сухарев М.Г., Тевяшев А.Д. и др. Трубопроводные системы энергетики: методические и прикладные проблемы математического моделирования. Новосибирск: Наука, 2015. 475 с.

10. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прялов С.Н. Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов: методы, модели и алгоритмы. Москва, Берлин: Директ-Медиа, 2014. 694 с.

11. Мошев Е.Р., Белов В.Д. Системный анализ жизненного цикла трубопроводов нефтехимических предприятий как объекта компьютерного моделирования // Вестник ПНИПУ Химическая технология и биотехнология 2017. № 4. С. 152–168.

12. Колесников С.В., Кудинов И.В., Еремин А.В., Бранфилева А.Н. Использование компьютерных моделей для проектирования сложных трубопроводных систем // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2014. № 5. С. 72–83.

13. Василенко А.И., Федосенко А.А. Технико-экономическая оптимизация воздуховодов // Инженерный вестник Дона. 2018. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/nly2018/4674

14. Hlebnikov A., Siirde A., Paist A. Basics of optimal design of district heating pipelines diameters and design examples of Estonian old non-optimised district heating networks // Doctoral school of energy-and geotechnology. 2007. P. 15–20.

15. Гусев Ю.М., Гафаров Р.Р., Данилин О.Е. Оптимизация работы участка магистрального нефтепровода на основе генетического алгоритма // Вестник УГАТУ. Управление, ВТиИ. 2008. Т. 11 № 1 (28). С. 43–52.

16. Самарин О.Д. Технико-экономическая оптимизация диаметров теплопроводов систем водяного отопления // Новости теплоснабжения. 2011. № 5. С. 42–44.

17. Гагарин В.Г. Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Часть 1 // АВОК. 2009. № 1. С. 10–16.

18. Савастиенок А.Я. Оптимизация трубопроводных инженерных сетей гидравлического расчета // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2006. № 4. С. 67–72.

19. Шабанов В.А., Бондаренко О.В. Целевые функции и критерии оптимизации перекачки нефти по нефтепроводам при частнотно-регулируемом электроприводе магистальных насосов // Нефтегазовое дело. 2012. № 4 С. 10–17.

20. Евлахов С.К. Методические предпосылки исследования задач оптимального управления потоками в сети магистральных нефтепроводов // Нефть, газ и бизнес. 2007. № 1–2. С. 28–30.

21. Гольянов А.И., Михайлов А.В., Нечваль А.М., Гольянов А.А. Выбор рационального режима работы магистрального трубопровода // Транспорт и хренение нефтепродуктов. 1998. № 10. С. 16–18.

22. Зайцев А.В., Логвиненко А.В. Оптимизация Криогенного трубопровода // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». 2014. № 3 (133) С. 164–168.

23. Зайцев А.В., Логвиненко Е.В. Решение задачи оптимизации криогенного трубопровода с помощью метода поиска Парето-оптимального решения // Вестник МАХ. 2015. № 2. С. 55–60.

24. Шаганов А.Ю. Оптимизация материалозатрат на воздуховоды вентиляционных систем методом динамического программирования в системе электронных таблиц // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2013. № 26. С. 128–136.

25. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Клишин Г.С. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем. М: КомКнига, 2005. 327 с.

26. Chen H.J., Shiu H.R., Chen S.L. Process exhaust duct system design using dynamic programming methods // Journal of the Chinese Institute of Engineers. 2003. V. 26. № 2. P. 155–164.

27. Murat J., Smyk A., Laskowski R.M. Selecting optimal pipeline diameters for a district heating network comprising branches and rings, using graph theory and cost minimization // Journal of Power Technologies. 2018. V. 98. № 1. P. 30–44.

28. Иванов А.В., Синюков В.В., Ряжских В.И., Хвостов А.А. и др. Постановка задачи оптимизации трубопроводных сетей средств наземного обслуживания общего применения // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий: сб. тр. X междунар. конф. «ПМТУКТ2017». Воронеж: Научная книга, 2017. С. 180–183.

29. Муратова Е.И., Смолихина П.М. Реология кондитерских масс: монография. Тамбов: ТГТУ, 2013. 187 с.