Анализ стоимостных характеристик стальных бесшовных труб

Автор: Великанов Николай Леонидович, Наумов Владимир Аркадьевич, Корягин Сергей Иванович

Журнал: Технико-технологические проблемы сервиса @ttps

Рубрика: Организационно-экономические аспекты сервиса

Статья в выпуске: 2 (64), 2023 года.

Бесплатный доступ

Представлен метод расчета зависимости стоимости стальных бесшовных труб от внутреннего диаметра с учетом толщины стенки трубы. Результаты пригодны для задач оптимизации на стадии проектирования.

Горячедеформируемые трубы, транспортирование нефтепродуктов, стоимостные характеристики, толщина стенки

Короткий адрес: https://sciup.org/148326777

IDR: 148326777

Текст научной статьи Анализ стоимостных характеристик стальных бесшовных труб

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 s . 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 c = f (s, d) 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 D и толщине стенки s .

При решении задач оптимизации необходим внутренний диаметр d , который рассчитывается по формуле:

d = D – 2· s . (1)

На рис. 1 (СБГТ малых диаметров) и рис. 2 (СБГТ средних диаметров) представлены зависимости стоимости труб от толщины стенки для каждой линейки D . Как в первом, так и во втором случае, с ростом D значение c 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 d не пригодна для решения задач оптимизации.

Таблица 1 - Прайс-лист СБГТ по данным [13]

№ пп	d , мм	s , мм	c , руб./м	№ пп	d , мм	s , мм	c , руб./м	№ пп	d , мм	s , мм	c , 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	6^…9	73	19	3570
4	38	5	676	70	76	3,5	977	2^…07	133	30	10752
5	38	6	787					208	140	5	2349
6	38	8	983	8^…1	76	19	3769	221	140	30	11483
7	42	3	480	82	83	4	1225	222	146	6	2924

1^…1	42	8	1115	9^…4	83	20	4392	2^…32	146	30	12109
12	45	3.5	595	95	89	3.5	1152	233	152	5	2558

1^…6	45	8	1213	1^…09	89	24	5428	2^…46	152	36	14532
17	51	3	590	110	93	4	1274	247	159	5	2679

2^…3	57	3	624	1^…20	93	24	5929	2^…62	159	40	16675
				121	102	4	1509	263	168	6	3382
3^…1	57	12	2079
32	60	3	595	1^…33	102	24	6515	2^…76	168	40	17817
				134	108	3	1242	277	180	6	3633
4^…0	60	14	2241
41	63,5	5	1125	1^…49	108	28	7425	2^…93	180	40	18040
				150	114	4	1701	294	194	6	3925
4^…6	63,5	14	2411
47	68	3,5	869	1^…64	114	28	8380	3^…07	194	40	21436
				165	121	5	2018	308	203	6	4667
5^…4	68	14	2630
55	70	6	1478	1^…78	121	28	9061
				179	127	4	1712	319	203	40	22687
6^…0	70	16	3007					320	203	50	26620

Рисунок 2 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от толщины стенки:

1 – D =108 мм, 2 – D =114 мм, 3 – D =127 мм, 4 – D =133 мм, 5 – D =146 мм, 6 – D =159 мм, 7 – D =168 мм, 8 – D =180 мм, 9 – D =194 мм, 10 – D =203 мм

Рисунок 1 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от толщины стенки: 1 - D =38 мм,

2 – D =45 мм, 3 – D =51 мм, 4 – D =57 мм,

5 – D =63,5 мм, 6 – D =68 мм, 7 – D =76 мм,

8 – D =83 мм, 9 – D =89 мм, 10 – D =95 мм

Рисунок 3 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от внутреннего диаметра: 1 – D =38 мм, 2 – D =45 мм, 3 – D =51 мм, 4 – D =57 мм, 5 – D =63,5 мм, 6 – D =68 мм, 7 – D =76 мм, 8 – D =83 мм, 9 – D =89 мм, 10 – D =95 мм

При решении задачи поиска оптимального диаметра технологического трубопровода необходимо сначала определить минимально допустимую толщину стенки s min . Только затем найти функцию c = f ( s min , d ). Величина s min зависит от условий использования СБГТ: чем агрессивнее среда, тем больше должно быть значение s min . Определение s min 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:

m = 0,02466 s ( D – s ), (2) где плотность стали принята равной 7850 кг/м³.

В качестве примера в табл. 2 представлен такой массив для СБГТ с толщиной стенки s = 4 мм, в которой ϴ= c/m – стоимость одного кг труб.

Рисунок 4 - Стоимость БГТ по прайс-листу [13] в зависимости от внутреннего диаметра: 1 – D =108 мм, 2 – D =114 мм, 3 – D =127 мм, 4 – D =133 мм,5 – D =146 мм, 6 – D =159 мм, 7 – D =168 мм, 8 – D =180 мм, 9 – D =194 мм, 10 – D =203 мм

Первичный анализ полученных массивов данных показал, что зависимость стоимости СБГТ от внутреннего диаметра может быть аппроксимирована линейной функцией d :

f ( s , d ) = a ( s ) + b ( s )· d . (3)

Таблица 2 - Массив данных, рассчитанный для СБГТ с s = 4 мм

№ пп	D, мм	d, мм	m, кг/м	c, руб./м	ϴ, 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 a = a ( s ), b ·= b ( s )·так же могут быть аппроксимированы линейными функциями:· a = 0,0471· s + 0,00942, b = 10–3·(3,544· s – 1,019). (4)

Рисунок 5 – Параметры линейной аппроксимации зависимости стоимости СБГТ от внутреннего диаметра и толщины стенки . Точки – поданным [13], линии – по формулам (4)

Рисунок 7 – Зависимость стоимости средних СБГТ от внутреннего диаметра при различных значениях толщины стенки: 1 – s = 10 мм, 2 – s = 12 мм, 3 – s = 14 мм. Точки – по данным [13], линии – по формуле (3)

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 – s = 4 мм, 2 – s = 5 мм, 3 – s = 6 мм. Точки – по данным [13], линии – по формуле (3)

Индекс детерминации модели (3), (4) по всему массиву данных довольно высок ( R 2=0,95). Причем по СБГТ малого диаметра он еще выше – R 2=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 d и толщины стенки s , построенный по формулам (5), (6). Он позволяет определить зависимость c = f ( s min , d ), которую можно использовать при решении оптимизационных задач.

а) б)

Рисунок 8 – Зависимость удельной стоимости массы СБГТ от внешнего диаметра: а – при толщине стенки 5 мм, б – при толщине стенки 6 мм

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.

Список литературы Анализ стоимостных характеристик стальных бесшовных труб

Шайбаков Р. А. Повышение эффективности систем трубопроводного транспорта углеводородов управлением синергетическими рисками // Нефтегазовое дело. 2017. № 3. С. 145-168.
Бархатов А.Ф. Основные проблемы энергосбережения в трубопроводном транспорте и направления их решения // Территория Нефтегаз. 2015. № 6. С. 132-138.
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.
Калицун В.И., Кедров В.С. Гидравлика, водоснабжение и канализация. Москва: Стройздат, 2002. 394 с.
Гришин Б.М., Бикунова М.В., Сафронов М.А. Гидравлика сетей и сооружений водоснабжения и водоотведения: учебное пособие. Пенза: Изд-во ПГУАС, 2019. 112 с.
Genic S., Jacimovic B., Gení V. Economic optimization of pipe diameter for complete turbulence. Energy and Buildings. 2011. Vol. 45, pp. 335-338.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Сталь-эксперт. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные [Электронный ресурс]. URL: https://steel-ex.ru/truby/trubagoryachedeformirovannaya/ (дата обращения 04.04.2023).
Компания «Профильмет». Стальные трубы [Электронный ресурс]. URL: http://price.profilmet.ru/prices/profilmet_truby.htm (дата обращения 04.04.2023).
Компания «Сортамет». Трубы бесшовные горячедеформированные [Электронный ресурс]. URL: https://sortmet.ru/katalog/trubyi-stalnyie-besshovnyiegoryachedeformirovannyie/ (дата обращения 04.04.2023).

Еще

Статья научная