Автореферат диссертации по медицине на тему Кардиалгии различного генеза у женщин (результаты длительного наблюдения)
На правах рукописи УДК 616.12-009.7-005.2
Гумина Ольга Леонидовна
Кардиалгии различного генеза у женщин (результаты длительного наблюдения)
14.01.05 - Кардиология (мед. науки)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
005532002 ~ 8 АВГ 2013
Москва-2013
005532002
Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России)
Научные руководители:
доктор медицинских наук, профессор МАИЧУК Елена Юрьевна доктор медицинских наук, профессор КУКУШКИН Михаил Львович
Официальные оппоненты:
Стрюк Раиса Ивановна, доктор медицинских наук, профессор (ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова» Минздрава России, заведующая кафедрой внутренних болезней стоматологического факультета).
Барт Борис Яковлевич, доктор медицинских наук, профессор (ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России, заведующий кафедрой поликлинической терапии №1 лечебного факультета).
Ведущее учреждение:
ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов»
Защита состоится «17» сентября 2013г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.041.01, созданного на базе ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России по адресу: 127473, Москва, ул. Делегатская д. 20 стр.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного медико-стоматологического университета имени А.И. Евдокимова (127206, г. Москва, ул. Вучетича, д. 10а).
Автореферат разослан
,// _2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук,
Профессор Лобанова Елена Георгиевна
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы
Боль, несомненно, относится к наиболее частым жалобам, с которыми имеют дело врачи самых разных специальностей в своей повседневной практике. По данным ВОЗ, в развитых странах боль по масштабам своего распространения вполне сопоставима с пандемией [Goldberg D.S. et al., 2011].
Феномен боли весьма субъективен и потому плохо поддается какому-либо универсальному определению. Болевое восприятие обусловлено целым рядом факторов, среди которых важное место отводится полу, возрасту индивидуума, его психологическим особенностям, социальному статусу [Решетняк В.К. и соавт., 2003]. Данные многочисленных исследований, посвященных изучению болевых синдромов, свидетельствуют о том, что болевое восприятие у женщин имеет ряд своих особенностей, обусловленных физиологическими и психологическими причинами [Vallerand А.Н. et al., 2000]. По данным зарубежных исследований, в последние годы все больше возрастает интерес к вопросам особенностей течения, диагностики и лечения хронических болевых синдромов у женщин [Campesi I. et al., 2012].
Боль в области сердца — первый по частоте и значимости субъективный симптом, заставляющий пациента обратиться к врачу, а последнего начать диагностический и терапевтический поиск [Майчук Е.Ю., 1999; Bollimunta A. et al., 2011]. Кардиалгии являются проявлением гетерогенной группы состояний, включающих как функциональные изменения, так и органические поражения как сердечно-сосудистой, так и центральной и периферической нервной, репродуктивной систем (у женщин).
В последнее десятилетие вопросам тендерных различий в течении сердечно-сосудистых заболеваний уделяется особый интерес [Maas А.Н.Е.М. et al., 2010; Dhruva S.S. et al. 2011]. Тем не менее, особенности формирования и течения сердечно-сосудистых заболеваний у женщин, равно как и восприятие пациентками болевого синдрома, на сегодняшний день изучены недостаточно полно.
Отчасти это связано с трудностями диагностики сердечно-сосудистых заболеваний у женщин, что долгие годы не позволяло включать их в исследования, проводившиеся в рамках изучения данной проблемы. Сегодня накоплен достаточный объем данных, свидетельствующих об особенностях клинических и инструментальных проявлений этой группы нозологий в зависимости от пола [Maas А.Н.Е.М. et al, 2010]. Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей причиной заболеваемости и смертности среди женщин, составляя по различным данным от 30% до 55% всех летальных исходов [Pilote L. et al. 2007; Дворецкий Л.И. и соавт., 2011]. Трудности в диагностике этих заболеваний во многом объясняются нетипичными симптомами, в большей степени присущими женщинам, нежели мужчинам [Canto J.G. et al., 2007].
Часто причиной кардиального болевого синдрома у женщин, наряду с ИБС, является климактерическая миокардиодистрофия (КМКД), развивающаяся при формировании естественной или искусственной менопаузы [Гуревич М.А. и соавт., 2006].
К настоящему времени на основании результатов инвазивных и неинвазивных методов исследований, выявляющих степень поражения коронарных сосудов, а также электрофизиологических маркеров ишемии миокарда наиболее изучены клинические и патофизиологические аспекты коронарогенной кардиалгии (стенокардии). Вместе с тем остается открытым вопрос о причинах «нетипичных» кардиалгий при наличии достоверной ишемиче-ской болезни сердца (ИБС) и болей, похожих на стенокардию, при других заболеваниях. Интерпретация так называемых органических и функциональных кардиалгий представляет значительные трудности ввиду сходной клинической картины [Май-чук Е.Ю. и соавт., 2003]. Характеристики болевого синдрома в обоих случаях крайне разнообразны и не могут являться достаточно точным методом диагностики причины кардиалгий вне связи субъективных ощущений с «маркерами поражения миокарда». а также - особенностями болевого восприятия и изменениями со стороны центральной нервной системы.
В доступной литературе отсутствуют данные о динамике кардиального болевого синдрома у пациенток с представленными выше заболеваниями и взаимосвязи характера кардиалгии с динамикой течения болезни.
Цель исследования
Изучение клинических особенностей болевого синдрома, психологического статуса и электрической активности головного мозга у пациенток с длительным анамнезом кардиалгий ишемической и дисгормональной природы.
Задачи исследования
1. Определить особенности болевого восприятия и психологический статус женщин с кардиалгиями, страдающих ишемической болезнью сердца, климактерической миокардиодистрофи-ей, и сравнить полученные данные с данными первичного обследования пациенток;
2. Установить взаимосвязь между особенностями восприятия боли и психологическим статусом пациенток, имеющих длительный анамнез кардиалгий;
3. Изучить особенности электрической активности головного мозга пациенток с длительным анамнезом кардиалгий при ишемической болезни сердца и климактерической миокардиодистрофии;
4. Сопоставить данные электроэнцефалографического исследования с показателями болевого восприятия и психологическим статусом пациенток с кардиалгиями.
Научная новизна исследования
Впервые проведена клинико-функциональная оценка состояния женщин, долгое время страдающих различными заболеваниями, проявляющимися кардиалгиями, с учетом сопоставления данных первичного и настоящего обследований, а также комплексный анализ соматического и нейрофизиологического статуса пациенток с болями в области сердца. Установлено, что с увеличением возраста женщин независимо от причины заболевания (ИБС, КМКД) происходит снижение интенсивности болевого синдрома и стирание различий в восприятии боли в группах. Доказано, что с течением времени также снижается выраженность психоэмоционального напряжения в обеих группах. Доказана схожесть изменений ЭЭГ у пациенток с кардиалгиями ишемической и дисгормональной природы, проявляющаяся дисфункциональными нарушениями в работе срединно-стволовых структур головного мозга. Данные изменения ЭЭГ не связаны с возрастом пациенток и обусловлены имеющимися заболеваниями.
Практическая значимость работы
Комплексная оценка болевого восприятия и психо-эмоцио-нальных нарушений у женщин постменопаузального возраста с кардиалгиями при ИБС и КМКД в сочетании с нейрофизиологическим исследованием и общепринятыми лабораторными и инструментальными методами обследования позволяет оценить динамику кардиалгий у пациенток с органическими и функциональными заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Выявленное в ходе исследования снижение всех компонентов болевого восприятия и психопатологических симптомов у данных пациенток может приводить к уменьшению выраженности клинических проявлений заболевания и, соответственно, меньшей приверженности пациенток к обследованию и лечению. Это обстоятельство обуславливает необходимость активной медицинской тактики в отношении пациенток с кардиалгиями в постменопаузальном периоде, включающей своевременное полное обследование с целью диагностики и/или комплексной профилактики коронарной болезни сердца и выбора максимально эффективного метода лечения.
Доказано, что у женщин с кардиалгиями органической и функциональной природы формируются стойкие психоэмоциональные нарушения. Также установлено наличие стойкой взаимосвязи между компонентами болевого восприятия и имеющимися психоэмоциональными нарушениями.
Выявленная у пациенток с кардиалгиями дисфункция средин-но-стволовых структур головного мозга, а также наличие стойких психопатологических изменений в структуре психологического профиля (соматизация и депрессия) обосновывают привлечение неврологов и психотерапевтов к ведению таких пациенток.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Неоднородность клинических характеристик кардиалгии у женщин не позволяет рассматривать их как самостоятельный дифференциально-диагностический критерий, отражающий причину болевого синдрома, и требует обязательного их сопоставления с данными физикального, лабораторного и инструментального обследования.
2. С течением времени динамика болевого восприятия у пациенток с кардиалгиями характеризуется стиранием различий его компонентов независимо от нозологического варианта кардиалгии.
3. У пациенток с ишемической болезнью сердца и климактерической миокардиодистрофией со временем уменьшается выраженность симптомов психоэмоционального напряжения по сравнению с исходными данными.
4. Существует взаимообусловленность болевого восприятия и психоэмоциональных нарушений у женщин постменопаузального возраста с кардиагиями ишемического и дисгормонального генеза.
5. У пациенток с кардиалгиями ишемической и дисгормональ-ной природы наблюдаются схожие изменения ЭЭГ, проявляющиеся дисфункцией в работе срединно-стволовых структур головного мозга. Данные изменения ЭЭГ не связаны с возрастом пациенток и обусловлены имеющимися заболеваниями.
Личное участие автора
Автором самостоятельно проводился подбор пациенток, включенных в исследование, их клиническое обследование, работа с болевыми и психологическими опросниками, интерпретация результатов лабораторного и инструментального обследования. Автором лично проведена систематизация, статистическая обработка и анализ полученных данных.
Внедрение в практику
Результаты диссертационного исследования внедрены в практику работы отделений кардиологического и терапевтического профиля городской клинической больницы №14 им. В.Г.Короленко г. Москвы, используются в учебно-методической работе на кафедре госпитальной терапии №1 ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И.Евдокимова» Минздрава России.
Апробация диссертации
Результаты работы доложены на XXXIV Итоговой научной конференции Общества молодых ученых МГМСУ 14 марта 2012 г. (II премия), XXXV Итоговой научной конференции Общества
молодых ученых МГМСУ 23 апреля 2013 г. (I премия), III Лингвистическом фестивале МГМСУ «Master in medicine» 18 марта 2013 г. (I премия), совместном заседании кафедр госпитальной терапии №1 и клинической функциональной диагностики МГМСУ им. А.И. Евдокимова, неотложных состояний в клинике внутренних болезней ФППОВ Первого МГМУ им. И.М.Сеченова, лабораторий патофизиологии боли и общей патологии нервной системы ФГБУ НИИ Общей патологии и патофизиологии РАМН 29 апреля 2013 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 6 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 176 страницах машинописного текста и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, изложение результатов в четырех главах, клинические примеры, обсуждение результатов, выводы, практические рекомендации и список литературы. Библиография включает 223 источника (69 отечественных и 154 зарубежных). Диссертация иллюстрирована 32 таблицами, 22 рисунками и 4 клиническими примерами.
Содержание работы Материалы и методы
Для участия в исследовании были отобраны 96 женщин с диагнозами ИБС (п=45) и КМКД (п=51), обследовавшихся на кафедре госпитальной терапии №1 в период с 1996 по 1999 гг. по поводу кардиалгий и в последующем наблюдавшихся там же. Проанализированы результаты первичного обследования пациенток. В ходе настоящего исследования из них обследовано 55 пациенток, находящихся в периоде менопаузы согласно гинекологическому анамнезу, из которых 34 пациентки с ИБС, 21 пациентка с КМКД. Контрольную группу составили 15 женщин без болей в области сердца, отягощенного сердечно-сосудистого и гинекологического анамнеза. Возрастные характеристики пациенток представлены в таблице 1.
Таблица 1
Распределение обследованных пациенток по группам
Группа ИБС КМКД Контроль
n B(17) A(17) 21 15
Возраст (M±SD) 66,8±4,1 57,6 (3,6)* 53,1 (7,9)* 55,8 (6,1)*
Возраст менопаузы (M±SD) 48,1 (5,3) 43,9 (6,0) ** 40,7 (8,3)* ** 50,0 (3,5)
Примечание к таблице 1:
* — статистически значимое отличие от подргуппы В (р<0,05), ** — статистически значимое отличие от группы контроля (р<0,05)
Критериями включения в исследование явились: наличие у пациенток диагнозов ИБС или КМКД, установленных при первичном обследовании на кафедре госпитальной терапии №1 в период с 1996 по 1999 гг., а также подписанное информированное согласие на участие в исследовании. К критериямя исключения из исследования относились тяжелые неврологические и психические заболевания, отсутствие диагнозов ИБС или КМКД, установленных при первичном обследовании на кафедре, отказ от участия в исследовании. Все отобранные пациентки наблюдались амбулаторно на кафедре госпитальной терапии №1 ГБОУ ВПО МГМСУ им. А.И. Евдокимова либо в других лечебно-про-филактических учреждениях у терапевта и/или кардиолога.
Клиническое обследование включало выяснение жалоб, детальный сбор анамнеза с уточнением наличия (и длительности) либо отсутствия приема заместительной гормональной терапии, выявления факторов риска сердечно-сосудистых событий; физикаль-ный осмотр, включавший измерение роста, массы тела с вычислением индекса массы тела (ИМТ) по Кетле, окружностей талии (ОТ) и бедер (ОБ) с вычислением их соотношения (ОТ/ОБ), артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС). Проводилось биохимическое исследование крови, включавшее определение уровня общего холестерина (ОХС), холестерина липо-протеинов высокой плотности (ХС-ЛПВП), холестерина липопро-теинов низкой (ХС-ЛПНП) и очень низкой (ХС-ЛПОНП) плотности, триглицеридов (ТГ), глюкозы. Для оценки сосудистой ригидности проводилось измерение скорости пульсовой волны (СПВ) на участке от сонной до бедренной артерии с помощью прибора Pulse Trace PWV (Micro Medical, United Kingdom).
Для уточнения либо исключения ИБС все пациентки до включения в настоящее исследование прошли комплексное обследование, включавшее суточное мониторирование ЭКГ, тест с дозированной физической нагрузкой (тредмил-тест с использованием модифицированного протокола Bruce), эхокардиографию, по показаниям — коронароангиографию. Для исключения у пациенток нейропатической боли использовался опросник нейропатической боли DN-4. Болевое восприятие оценивали с помощью карты опроса больных с приступами болей в области сердца (В .И. Макол-кин, 1995 г.), Мак-Гилловского болевого опросника, шкалы ката-строфизации боли. Психологический статус оценивали при помощи шкалы самооценки депрессии В.Цунга, опросника выраженности психопатологической симптоматики SCL 90-R. Электрическую активность (ЭА) головного мозга изучали посредством электроэнцефалографического исследования (ЭЭГ) с компьютерной системой анализа и топографического картирования ЭА мозга с нейрометрическим банком ЭЭГ-данных «BRAINSYS» (версия 2.0 для Windows) (Россия).
Статистическая обработка полученных результатов проводилась в системе статистического анализа «Statistica 7.0» StatSoft. В зависимости от характера признака и вида распределения признака в группах использовались методы параметрической и непараметрической статистики. Сравнение двух групп по количественным переменным при нормальном распределении данных выполнялась с использованием t-критерия Стьюдента при условии равенства генеральных дисперсий, при множественном сравнении использовался анализ ONE WAY ANOVA с последующим post hoc анализом с помощью критерия Ньюмана-Кеулса. При непараметрическом распределении использовался U-критерий Манна-Уитни для сравнения двух групп и ANO VA Kruskal-Wallis с последующим множественным попарным сравнением групп с помощью непараметрического z'-критерия для множественных сравнений средних рангов. Для сравнения качественных переменных применялся точный метод Фишера для таблиц 2x2. Корреляционный анализ проводился с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Все статистические тесты выполнялись для двустороннего уиовня статистической значимости. Принятый уровень значимости ¿сячавил
Результаты исследования и их обсуждение
Клинические характеристики пациенток и распространенность факторов кардиоваскулярного риска
У всех исследуемых пациенток отмечалось абдоминальное ожирение (ИМТ>24,9 кг/м2, ОТ/ОБ>(),8), атерогенная дислипидемия (ОХС>5,0 ммоль/л, ХС-ЛПНП>3,0 ммоль/л) без статистически значимых различий между группами. Значения медиан исследуемых гемодинамических показателей (АД, ЧСС, СПВ) не превышали референсных значений. Распространенность таких факторов риска сердечно-сосудистых событий, как курение, гиподинамия, отягощенный семейный анамнез, ожирение, артериальная гипер-тензия, повышенная сосудистая ригидность, нарушение углеводного обмена в обеих опытных группах была сопоставимой. Статистически значимые различия между пациентками с ИБС и КМКД наблюдались по частоте встречаемости гипертриглицеридемии (р=0,041), диастолической артериальной гипертензии (р=0,006) и ранней менопаузы (р=0,001), которые чаще встречались у женщин с КМКД.
Таким образом, различия между пациентками с органическими и функциональными кардиалгия ми с точки зрения факторов риска сердечно-сосудистых событий была весьма условной.
Оценка болевого восприятия и психологического статуса пациенток с кардиалгиями
Анализ карты опроса больных с приступами болей в области сердца
Данные первичного обследования свидетельствовали о сходном характере болевого синдрома у женщин с ишемической и дис-гормональной природой кардиалгий. В обеих группах встречались как типичные для стенокардии характеристики боли, так и атипичные кардиалгии. Тем не менее, в группе ИБС по сравнению с группой КМКД статистически значимо чаще отмечалась загру-динная локализация боли (р=0,04), иррадиация боли в левую руку (р=0,04), а также связь болевого синдрома с физической нагру-з-кой (р=0,001), купирование боли на фоне при£ма--нитратов (р<0,0001) либо в покое (р=0,004). .....
Результаты настоящего исследования свидетельствуют о сходной распространенности типичных и атипичных для ИБС болей у пациенток с кардиалгиями различной этиологии. В обеих группах имел место болевой синдром умеренной интенсивности, болевые эпизоды возникали редко (1-3 раза в месяц). Боль носила чаще давящий (28,6% в группе ИБС и 37,5% в группе КМКД) либо ноющий (32,1% и 43,8% соответственно) характер. У большинства пациенток как с ишемической, так и с дисгормональной природой кардиалгий боль локализовалась за грудиной (42,3% и 25% соответственно) либо слева от грудины (42,3% и 62,5% соответственно). Провоцирующими факторами в обеих группах явились как физическая (42,9% в группе ИБС и 31,5% в группе КМКД), так и эмоциональная нагрузка (50% и 62,5% соответственно), а также сочетание условий возникновения кардиалгии без статистически значимых различий по частоте встречаемости указанных характеристик как между группами, так и в рамках каждой из групп. В группе ИБС статистически значимо чаще, чем в группе КМКД, отмечалось купирование болевого синдрома в покое (31,2% и 6,3% соответственно, р=0,04).
Таким образом, с течением времени ни в одной из групп не произошло конкретизации жалоб. Характеристики болевого синдрома по-прежнему остаются крайне разнообразными независимо от этиологии кардиалгии, что не позволяет рассматривать их как самостоятельный дифференциально-диагностический критерий причины болей в области сердца.
Анализ результатов Мак-Гилловского болевого опросника
Результаты Мак-Гилловского болевого опросника представлены в таблице 2.
Статистически значимых различий по показателям болевого восприятия между пациентками с ИБС и КМКД получено не было.
Результаты первичного обследования свидетельствовали о статистически значимо более высоких значениях суммарного индекса боли (р<0,001) и суммарного рангового индекса боли (р<0,001) у пациенток с ИБС, а также более высокие значения показателей сенсорного класса (р<0,001) в этой группе. Таким образом, у пациенток с ишемическими кардиалгиями отмечалось более выраженное болевое восприятие.
Таблица 2
Значения шкал Мак-Гилловского болевого опросника (МРЦ), Ме [25;75 квартили]
Шкалы МР<2 Группы пациенток
ИБС (11=28) КМКД (11=16)
А — суммарное число выбранных дескрипторов 7 [3;12] 6,5 [5;9]
В — суммарное ранговое число выбранных дескрипторов 10[б;19] 9 [5; 14]
С — индекс числа выбранных дескрипторов по сенсорной шкале 3 [1;7] 4 [1;5]
Б — ранговое число выбранных дескрипторов по сенсорной шкале 5 [2; 13] 4[1;9]
Е — индекс числа выбранных дескрипторов по эмоционально— аффективной шкале з [1;5] 2 [0;4]
К — ранговое число выбранных дескрипторов в эмоционально— аффективном классе з [1;7] 3 [0;7]
J — ранговое число выбранных дескрипторов по эвалюативной шкале 2 [1,2] 1 [1;Ч
Динамическое сопоставление результатов первичного и повторного обследований выявило уменьшение выраженности болевого восприятия у всех пациенток независимо от природы кардиалгии (рисунки 1,2).
Таким образом, показатели Мак-Гилловского болевого опросника свидетельствуют о сближении болевого восприятия у женщин с органическими и функциональными кардиалгиями по мере их старения, а также об уменьшении выраженности болевого восприятия с течением времени независимо от этиологии кардиалгии.
Результаты шкалы самооценки депрессии В. Цунга
Значение шкалы самооценки депрессии В. Цунга в обеих группах соответствовало легкой депрессии и составило для пациенток с ИБС составило 55,60 [48,75; 61,88] для пациенток с ИБС и 50,63 [45,0; 61,25] для пациенток с КМКД без статистически значимых
2;> 20 15 10
5 0
■ Г
А В С Г) Е ¥ ]
а 1996 12,15 23,3 6,93 13,42 3,78 5.23 4,72
□ 2012 8,12 13,9 4,36 8,52 2,97 4,03 1,55
Р 0,004 0,0001 0,00" 0,002 0,04 0,03 0,0001
Рис. 1 Динамика показателей Мак-Гилловского болевого опросника пациенток с ИБС, МьЖ, * р< 0,05
20 15
10
5 0
Г
А В С Г) Е ¥ I
а 1996 9,74 18,09 4,84 10,14 3,74 5,01 4,3
□ 2012 6,61 10,89 3,44 5,39 2.44 3,83 1,33
Р 0,0007 0,0001 0,01 0,0001 0,001 0,08 I 0,0001
Рис.2 Динамика показателей Мак-Гилловского болевого опросника у пациенток с КМКД, М±ЗВ, * р< 0,05
различий между группами (р=0,220). Обе группы были сопоставимы по частоте встречаемости депрессии (р=0,343) и выраженности депрессивных изменений (рис. 3,4).
□ нет □ легкие ^умеренные и тяжелые
Рис. 3. Распределение пациенток с ИБС в зависимости от выраженности депрессии (по шкале самооценки депрессии В.Цунга)
Рис. 4. Распределение пациенток с КМКД в зависимости от выраженности депрессии (по шкале самооценки депрессии В.Цунга)
Результаты опросника выраженности психопатологической симптоматики SCL 90-R
Анализ результатов, полученных в настоящем исследовании, показал, что значение медианы индекса общей тяжести состояния GSI в обеих группах не превысило выбранного порогового значения 0,99 балла. Статистически значимых различий между группами по показателю GSI и по распределению пациенток в группах в зависимости от степени тяжести психоэмоциональных нарушений получено не было. В обеих группах отмечались повышенные показатели шкал соматизации, обсессивно-компульсивных расстройств и депрессии (средний балл более 0,99).
Ретроспективный анализ результатов опросника SCL 90-R показал. что при первичном обследовании в обеих группах значение
□ нет И легкие и умеренные Итяжелые
14° О
показателя более 0,99 балла отмечалось по всем шкалам, за исключением фобической тревоги, параноидного мышления и психоти-цизма. Наиболее выраженные изменения также наблюдались по шкале соматизации (2,08±0,43 для пациенток с ИБС и 2,10±0,32 для пациенток с КМКД, р=0,820). Динамическое сопоставление суммарных показателей шкал опросника 8СЬ-9(Ж выявило статистически значимое уменьшение показателей по большинству шкал опросника у пациенток обеих групп (рис. 5,6).
Рис.5. Динамика показателей БСЬ 90-Я V пациенток с ИБС, МьХЦ * р<0,05
-
=
-
I ЯГ- = =
■ IIIIIIIIIIII т ==
0,5 — т ш §Г Ш 1 ш \ ¡¡и ш
L = ш = ш
s vi О-С шт DE р А N X ъ OS РНОВ PAR PSY GS1
| gt)g 2.1 1,15 US 1,63 s ,5 з i 0,82 0.S" 1.75
В 2012 1.46 ! 1 i . i ч; г о 2 1 09 с 0 S i. ,85 0Л • 0,5$ 0,31 0 о Ч
р 0,009 o,s 0,13 0,000 о ог о. 301 0 79 0,61 0,000 0,000
Рис. 6. Динамика показателей БСЬ 90-Я у пациенток с КМКД, А/±£Ц * р< 0,05
Повторное использование опросника БСЬ 90-1?. позволило выявить уменьшение доли пациенток с психоэмоциональными нарушениями среди женщин с кардиалгиями с 80% до 36%. Таким образом, результаты психологического обследования свидетельствуют об уменьшении выраженности психопатологической симптоматики в структуре психологического профиля пациенток с кардиалгиями, а также об уменьшении распространенности психоэмоциональных нарушений среди обследованных пациенток.
Сопоставление результатов психологических опросников в основных группах с результатами контрольной группой выявило наибольшие отличия психологического профиля у пациенток с ИБС, сопоставимых по возрасту с группой контроля (подгруппа А). Следует отметить, что у этих пациенток имела место ранняя менопауза (43,9±6,0 лет). Следовательно, кардиалгии как клиническое проявление ИБС, развившейся у пациенток с ранней менопаузой, сопровождались формированием более значимых психопатологических симптомов в сравнении с иными причинами кардиального болевого синдрома и иными сроками наступления менопаузы. Показатель соматизации был статистически значимо выше у всех пациенток с болями в области сердца независимо от их возраста и этиологии кардиалгии. Важно отметить, что статистически значимые отличия от группы контроля по показателю шкалы самооценки депрессии В. Цунга были достигнуты только для пациенток с ИБС подгруппы А. Тем не менее, абсолютные значения этого показателя превысили пороговое значение 50 баллов во всех группах, что свидетельствует о наличии депрессии у обследованных пациенток независимо от причины кардиалгии (таблица 3).
Результаты первичного обследования выявили статистически значимые различия между пациентками с кардиалгиями и группой контроля по всем шкалам опросника БСЬ 90-11, кроме сенси-тивности и параноидного мышления.
Настоящее обследование выявило уменьшение числа шкал, показатели которых в основных группах статистически значимо превышали показатели в контрольной группе, что еще раз свидетельствует о положительной динамике психоэмоциональных нарушений у пациенток с кардиалгиями. Так, различия по показателям межличностной сенситивности, враждебности, параноидного мышления и психотицизма не достигли заданного уровня статистической значимости. Тем не менее, у всех пациенток с кардиалгиями
Таблица 3
Результаты опросника БСЬЭО-Я, Ме [25;75 квартили]
Шкала ИБС-А (N=16) ИБС-В (n=17) КМКД (n=17) Контроль (n=10)
БОМ 1,61 [0,92;2,21]* 1,25 [1,0;1,58]* 1,33 [0,92; 1,58]* 0,25 [0,25;0,58]
О-С 1,3 [1,0;1,6]* 0,9 [0,3;1,4] 1,2 [0,90,1,20] 0,55 [0,1; 1,0]
ШТ 0,89 [0,78;1,39] 0,78 [0,22;0,89] 0,78 [0,44; 1,22] 0,28 [0,11;1,0]
БЕР 1,12 [0,77;1,54]* 0,77 [0,38,1,46] 1,0 [0,69; 1,31] 0,31 [0,08; 1,23]
А№£ 1,15 [0,65; 1,85]* 0,6 [0,3;1,1] 0,60 [0,60;1,50] 0,35[0,1;0,5]
нов 0,75 [0,59; 1,0] 0,67 [0,33;0,83] 0,67 [0,50;1,17] 0,34 [0;0,83]
РНОВ 0,43 [014;1,35] 0,0 [0;0,14] 0,29 [0,14;0,71] 0,07 [0;0,29]
РАК 0,67 [0,33;1,09] 0,33 [0;0,67] 0,67 [0,33;1,00] 0Д7[0;0,33]
РБУ 0,45 [0,15;0,55] 0,1 [0;0,5] 0,20 [0,10;0,30] 0,05 [0;0,3]
0,97 [0,69; 1,42]* 0,7 [0,39;1,2] 0,78 [0,58;1,08] 0,3 [0,09;0,82]
В.Цунг 57,3 [51,3;64,5]* 53,4 [48,8;61,3] 61,3[55; 65] 42,5 [40,0;46,3]
Примечания к таблице 3:
* — статистически значимые отличия от группы контроля, р<0,05
сохранялся повышенный показатель соматизации, а у большинства женщин — показатели депрессии и обсессивно-компульсивных расстройств. Выявленные изменения свидетельствуют о стойких психопатологических нарушениях, формирующихся у пациенток с длительным анамнезом кардиалгий.
В обеих группах выявлена положительная корреляционная взаимосвязь между показателями Мак-Гилловского болевого опросника и опросника 8СЬ 90-Я (коэффициент корреляции г 0,58 ^ 0,96 для группы ИБС и 0,20,94 для группы КМКД), что подтверждает взаимообусловленность хронического болевого синдрома и психоэмоциональных нарушений.
В процессе длительного наблюдения за пациентками анализ динамики их жалоб в совокупности с физикальными данными, результатами инструментального и лабораторного обследования позволил диагностировать ИБС у 10 женщин с ранее установленным
диагнозом КМКД, при этом учитывались результаты суточного мо-ниторирования ЭКГ, тредмил-теста, в отдельных случаях — корона-роангиографии. Пациентки в этой подгруппе отличалась от женщин с ранее диагностированной ИБС более низкой концентрацией ТГ (0,71[0,57;0,98] в сравнении с 1,18[0,85;1,53], р=0,02) и меньшим значением СПВ (8,6[7,9;15,1] в сравнении с 11,4[9,0;15,0], р=0,04). Различия в показателях болевого восприятия и выраженности психоэмоциональных нарушений у женщин с разной длительностью ИБС не достигли уровня статистической значимости.
Анализ электрической активности головного мозга
Электроэнцефалография была выполнена 40 женщинам: 13 пациенткам с ИБС (средний возраст 58,2±4,0 лет), 12 — с КМКД (средний возраст 53,3±4,7 лет) и 15 женщинам контрольной группы (средний возраст 55,8±6,1 лет).
По результатам визуального анализа у всех пациенток с карди-алгиями отмечались изменения ЭЭГ различной степени выраженности, не наблюдавшиеся в контрольной группе, однако в группе ИБС отличия от пациенток группы контроля наблюдались по большему количеству показателей (таблица 4).
Таблица 4
Распределение обследованных пациенток в зависимости от характера изменений ЭЭГ по данным визуального анализа, %
Изменения ЭЭГ ИБС (п=13) КМКД (п=12) Контроль (11=15)
Легкие 38,4 33,3 26,7
Умеренные 30,8* 41,7* 0
Выраженные 30,8* 25 0
Снижение порога судорожной готовности 30,7* 25 0
Снижение устойчивости к функциональным нагрузкам 46,2* 58,3* 0
Снижение восходящих активирующих влияний ретикулярной формации 38,4* ** 0 0
Усиление восходящих активирующих влияний ретикулярной формации 7,7 16,7 0
Примечания к таблице 4:
* — статистически значимое отличие от группы контроля, р<0,05; **— статистически значимое отличие от группы КМКД, р<0,05
По результатам нейрофизиологического анализа общими для обеих групп явились изменения показателя частоты пика мощности (ЧПМ) в диапазоне альфа-ритма, то есть базового ритма, определяющего уровень бодрствования, внимание и эмоции. Однако эти изменения в группах ИБС и КМКД носили разнонаправленный характер. Так, в группе ИБС снижение ЧПМ в сравнении с контролем наблюдалось только низкочастотном альфа-поддиапазоне (8-9 Гц), тогда как у пациенток с КМКД отмечалось снижение данного показателя в дельта- (3-4 Гц) и тета- (4-5 и 7-8 Гц) диапазонах частот и увеличение его в высокочастоном альфа-поддиапазоне (11-12 Гц) сравнении с контролем. Иными словами, у пациенток с КМКД отмечались более выраженные изменения ритмической активности, чем у женщин с ИБС.
Во всех группах отмечалась межполушарная асимметрия ЧПМ. При этом в контрольной группе асимметрия была выявлена только в центральновисочных отделах в высокочастотном альфа-поддиапазоне (11-12 Гц), что соответствует литературным данным о существовании в норме множественных генераторов альфа-активности. У пациенток с КМКД асимметрия ЧПМ наблюдалась в те-та-диапазоне (7-8 Гц) и высокочастотном поддиапазоне альфа-активности (12-13 Гц). В группе ИБС межполушарная асимметрия ЧПМ была выявлена в дельта- (2-3 и 3-4 Гц) и тета- (6-7 Гц) диапазонах частот, а также в низкочастотном альфа-поддиапазоне (8-9 Гц), что свидетельствует о более выраженной межполушарной асимметрии у пациенток с ишемическими кардиалгиями по сравнению с женщинами с КМКД.
Таким образом, анализ ЭЭГ у обследованных больных позволил выявить особенности ЭА головного мозга у пациенток с кардиалгиями при ИБС и КМКД, в целом проявляющихся дисфункцией срединно-стволовых структур, обусловленной имеющимися заболеваниями.
Выводы
1. Боли в области сердца у женщин носят разнообразный характер; вариабельность клинических характеристик кардиалгий не зависит от длительности течения заболевания, являющегося причиной болевого синдрома.
2. По мере старения пациенток и увеличения продолжительности заболевания, являющегося причиной кардиального болевого синдрома, происходит уменьшение всех компонентов болевого восприятия независимо от нозологической причины кардиалгии.
3. У пациенток с длительным анамнезом кардиалгий формируются устойчивые психопатологические изменения, проявляющиеся соматизацией и депрессией.
4. С течением времени у пациенток с длительным анамнезом кардиалгий происходит уменьшение выраженности психопатологических проявлений независимо от нозологического варианта кардиалгии.
5. У пациенток с кардиалгиями ишемической и дисгормональ-ной природы имеет место дисфункция срединно-стволовых структур головного мозга, формирующаяся в условиях длительно существующих кардиалгий в отсутствие значимой взаимосвязи с выраженностью болевого восприятия и психоэмоциональных нарушений.
Практические рекомендации
1. Женщины постменопаузального возраста, страдающие кар-диальным болевым синдромом, нуждаются в тщательном обследовании для выявления у них возможного ишемического поражения миокарда ввиду схожести жалоб, данных физи-кального обследования, общности факторов риска сердечнососудистых заболеваний.
2. Клиницистам следует более внимательно относиться к пациенткам постменопаузального возраста с кардиалгиями и более активно обследовать их для выявления коронарной болезни сердца, учитывая уменьшение выраженности болевого восприятия с возрастом, а также разнообразие клинических характеристик кардиалгий.
3. Целесообразно комплексное обследование женщин постменопаузального возраста с кардиалгиями с использованием ва-лидизированных опросников и участием неврологов и психотерапевтов, учитывая наличие у этих пациенток стойких психоэмоциональных нарушений и дисфункции центральной нервной системы.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Сапунова Д.А., Гумина O.JI. Тендерные особенности сосудистой ригидности // Профилактическая и клиническая медицина. - 2010. - Специальный выпуск. - С. 278-284
2. Майчук Е.Ю., Моисеенко C.B., Гумина O.JI. Особенности характеристик кардиального болевого синдрома у пациенток с хирургической менопаузой // Материалы научно-практической конференции врачей учреждения здравоохранения Московской железной дороги. -Москва, 2011 г. С.76-77.
3. Майчук Е.Ю., Гумина О.Л., Воеводина И.В., Моисеенко C.B., Сапунова Д.А. Особенности кардиалгии у женщин среднего возраста // Проблемы женского здоровья. - 2011. - №3 (Том 6). - С. 50-54.
4. Майчук Е.Ю., Гумина O.JI. Особенности психологического статуса пациенток с длительным анамнезом кардиалгии в постменопаузаль-ном периоде // Материалы VI Всероссийской конференции «Проблемы женского здоровья и пути их решения». Проблемы женского здоровья. - 2011. - № 4 (Том 6). - С. 72-73.
5. Майчук Е.Ю., Гумина O.JI. Особенности кардиалгического синдрома и психологического статуса пациенток в постменопаузальном периоде // Российский журнал боли. - 2012. - №1 (34). - С. 65-66.
6. Майчук Е.Ю., Гумина O.JI. Особенности кардиалгии у женщин в перименопаузальном периоде // Российский журнал боли. - 2012. -№2 (35). - С.37-41
7. Гумина O.JI., Майчук Е.Ю., Крупина H.A., Кукушкин M.JI. Оценка болевого восприятия, психологического статуса и электрической активности мозга v пациенток с кардиалгиями // Российский журнал боли. - 2013. - №1. - С. 65-66.
8. Майчук Е.Ю., Гумина O.JI. Болевое восприятие и психологический статус пациенток с кардиалгиями различного генеза // Материалы VII Всероссийской конференции «Проблемы женского здоровья и пути их решения» 7-8 февраля 2013 г. С.45-46.
Гумина Ольга Леонидовна Кардиалгии различного генеза у женщин (результаты длительного наблюдения)
ООО «Новик»
Подписано в печать 01.07.2013 г. Формат 90x60 Vi6- Гарнитура «Тайме». Объем 0,75 усл. печ. листа Тираж 100 экз. Бумага офсетная №1. Печать цифровая электрографическая Отпечатано — ООО «Новик», Москва, Планетная, 11.
Текст научной работы по медицине, диссертация 2013 года, Гумина, Ольга Леонидовна
Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности»
На правах рукописи
04201361157
Коршунов Сергей Александрович
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ УТЕЧЕК ГАЗА В ЛИНЕЙНЫХ ЧАСТЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: д.т.н., профессор Казак А.С.
Москва-2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................6
Глава 1 Обзор существующих методов обнаружения и статистики возникновения утечек в газопроводах............................................................16
1.1 Технические способы обнаружения утечек, преимущества и недостатки......................................................................................................16
1.2 Алгоритмические методы обнаружения утечек в газопроводе.......20
1.2.1 Краткий обзор научных исследований в области динамики однофазного потока газа в трубопроводе...............................................31
1.3 Обоснование необходимости развития алгоритмических методов обнаружения утечек газа в линей ной части магистрального газопровода высокого давления........................................................................................37
1.3.1 Сравнительный анализ общих и линеаризованных уравнений газовой динамики......................................................................................37
1.3.2 Анализ статистических данных об утечках в существующих газопроводах..............................................................................................42
1.3.3 Влияние вероятных размеров утечек на диапазон применимости алгоритмических методов определения их параметров.......................50
1.4 Выводы к первой главе.........................................................................51
Глава 2 Разработка физико-математической модели однофазного потока газа в линейной части магистрального газопровода высокого давления... 53
2.1 Система общих одномерных дифференциальных уравнений газовой динамики........................................................................................................53
2.1.1 Постановка задачи для стационарной системы уравнений........54
2.1.2 Постановка задачи для нестационарной системы уравнений.... 56
2.2 Обоснование выбора уравнения состояния газа................................60
2.3 Построение разностной схемы для общей системы уравнений газовой динамики..........................................................................................70
2.3.1 Разностная схема для стационарной неизотермической системы
уравнений...................................................................................................71
2.3.2 Разностная схема для нестационарной неизотермической системы уравнений....................................................................................72
2.4 Алгоритм расчета параметров потока в линейной части магистрального газопровода при установившемся неизотермическом режиме работы...............................................................................................78
2.5 Алгоритм расчета параметров потока в линейной части магистрального газопровода при неустановившемся неизотермическом режиме работы...............................................................................................82
Глава 3 Анализ применимости разработанной модели для расчета параметров однофазного потока газа в линейной части магистрального газопровода высокого давления.......................................................................93
3.1 Расчет коэффициента гидравлического сопротивления...................93
3.2 Идентификация параметров сформированной модели однофазного потока газа......................................................................................................99
3.2.1 Математическая модель параметрической идентификации.....100
3.2.2 Постановка задачи идентификации для установившихся режимов....................................................................................................103
3.2.3 Постановка задачи идентификации для неустановившихся режимов....................................................................................................105
3.2.4 Алгоритм решения задачи идентификации параметров сформированной модели однофазного потока газа.............................108
3.3 Оценка диапазона применимости по давлению и температуре для разработанной модели однофазного потока в линейной части газопровода высокого давления.................................................................113
3.4 Оценка диапазона применимости уравнений газовой динамики по скорости изменения граничных условий..................................................114
3.5 Оценка адекватности разработанной физико-математической модели потока газа применительно к магистральным газопроводам высокого давления.......................................................................................121
3
3.5.1 Проверка адекватности для стационарного режима работы.... 123
3.5.2 Проверка адекватности для неустановившегося неизотермического режима работы......................................................126
Глава 4 Построение метода идентификации утечки газа в линейной части магистрального газопровода высокого давления..............................134
4.1 Обобщение разработанной модели потока газа для случая наличия утечки в линейной части магистрального газопровода высокого давления.......................................................................................................134
4.2 Задача определения места и величины утечки в линейной части газопровода высокого давления................................................................136
4.2.1 Математическая постановка задачи идентификации утечки в ЛЧМГ......................................................................................................137
4.2.2 Алгоритм решения задачи идентификации утечки в ЛЧ МГ ..141
4.3 Экспериментальная оценка работоспособности предложенного метода обнаружения утечки......................................................................145
Глава 5 Описание^ программных реализаций модели расчета параметров потока и метода идентификации утечки газа в линейной части газопровода......................................................................................................149
5.1 Описание программного модуля по расчету параметров однофазного потока газа в линейной части газопровода.......................149
5.2 Описание программного модуля по идентификации коэффициента эквивалентной шероховатости и коэффициента теплопередачи от газа в окружающую среду для линейной части газопровода............................156
5.3 Описание программного модуля по идентификации параметров утечки в линейной части газопровода......................................................157
5.4 Иерархия классов, сформированных в рамках программных реализаций методов расчета параметров и идентификации утечки в линейной части газопровода......................................................................159
Глава 6 Анализ результатов численного моделирования и определения местоположения и величины утечки в линейной части магистрального
газопровода высокого давления....................................................................161
6.1 Анализ результатов расчета параметров потока в линейной части магистрального газопровода высокого давления с утечкой...................161
6.1.1 Случай установившихся граничных условий............................161
6.1.2 Случай неустановившихся граничных условий........................170
6.2 Анализ результатов определения параметров утечки газа в линейной части магистрального газопровода высокого давления........174
6.3 Анализ влияния погрешностей измерений на точность идентификации параметров утечки..........................................................179
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................184
ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................................................................186
Приложение А.............................................................................................186
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................200
ВВЕДЕНИЕ
Трубопроводный транспорт имеет особое значение для газовой отрасли Российской Федерации. В настоящее время протяженность магистральных газопроводов (МГ) России составляет более 160 тысяч километров и непрерывно возрастает [1]. Рабочие давления МГ увеличиваются, газопроводы прокладываются во все более сложных климатических и инженерно-геологических условиях. На стадиях разработки и эксплуатации находятся такие крупные проекты, как «Голубой поток», «Южный поток», «Северный поток», «Бованенково - Ухта», «Сахалин - Хабаровск -Владивосток» и др. Реализация подобных проектов подразумевает как строительство новых МГ высокого давления, так и непрерывный контроль состояния уже существующих МГ.
По данным Ростехнадзора на линейных частях (ЛЧ) магистральных газопроводов ежегодно происходят десятки инцидентов и аварий. Подавляющее большинство из этих аварий происходит вследствие утечек газа, возникающих по разным причинам [2]. Последствия таких утечек представляют серьезную опасность для человека, оборудования и окружающей среды, а также могут повлечь значительные финансово-экономические потери в виде недопоставок газа потребителям и штрафных санкций [3,4].
Данная работа посвящена практическим вопросам моделирования и определения параметров утечек газа в ЛЧ газопроводов. Отличительной особенностью работы является разработка физико-математической модели однофазного потока газа, а также алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки газа применительно к современным МГ высокого давления (до 30 МП а).
В настоящее время на ЛЧ газопроводов активно применяются различные технические способы предотвращения утечек и диагностики состояния труб. К ним относятся гладкостные покрытия внутренней поверхности
трубопроводов [5, 6, 7], закрепляемые измерительные приборы (геодезические рейки, обычные тензометры и волоконно-оптические приборы), приборы дистанционного измерения (радиолокационные установки (РЛС), устройства для определения чувствительности на намагничивание и гидроакустические системы), дефектоскопы различного типа и т.д. Однако статистика разгерметизаций на ЛЧМГ демонстрирует, что, несмотря на современные системы контроля состояния труб, полностью исключить возможность возникновения утечек газа не представляется возможным [2]. Кроме того, из-за специфики российских МГ (большая протяженность и существенное количество труднодоступных участков ЛЧ, сложный рельеф трассы ЛЧ) использование технических способов обнаружения утечек в таких газопроводах часто представляется весьма затруднительным или вовсе невозможным [8].
Помимо технических способов поиска утечек в газопроводах, основанных на использовании специализированного оборудования, существует ряд алгоритмических методов, в основе которых лежит термодинамическая теория течения газа в трубопроводе. Эти методы позволяют рассчитывать параметры потока газа в ЛЧ МГ при возникновении утечки в реальном времени, а также определять местоположение и значение объема утечки. С точки зрения универсальности применения такие методы представляются более простыми в реализации по сравнению со многими техническими способами идентификации утечек в виду меньшей трудоемкости и бесконтактности. Кроме того, применение большинства технических способов обнаружения утечек газа носит периодический характер, в то время как алгоритмические методы используются в автоматизированных системах диагностики газопровода, позволяющих осуществлять непрерывный контроль его внутреннего состояния и предусматривающих реагирование на возникновение утечки в автоматическом режиме. Следует отметить, что существующие алгоритмические методы идентификации утечек также имеют ряд
недостатков. Некоторые алгоритмические методы позволяют идентифицировать лишь местоположение утечки, без определения ее величины, другие алгоритмы идентификации утечек применимы лишь для стационарных режимов работы газопровода. Методы, основанные на физико-математическом моделировании потока газа в трубопроводе с утечкой, следует признать наиболее точными и перспективными на данный момент [9]. Однако многие из них основываются на линеаризованных (упрощенных) уравнениях движения газа в трубопроводе и не учитывают всех физических явлений, имеющих место на практике [10]. Вследствие этого, рассматриваемые методы идентификации могут недостаточно точно определять местоположение утечки, в особенности, в морских ЛЧ МГ высокого давления при существенно нестационарных (переходных) режимах работы.
В связи с вышесказанным актуальность приобретает задача разработки алгоритмического метода определения параметров утечки в ЛЧ МГ высокого давления, а также моделирования неустановившихся неизотермических режимов течения газа по ЛЧ МГ высокого давления при возникновении утечки. Исследованию использования общих одномерных уравнений газодинамики в разработке метода идентификации утечек газа в современных ЛЧ МГ высокого давления и посвящена данная работа.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки природного газа в ЛЧ газопровода, применимого для современных МГ высокого давления (до 30 МПа) для повышения безопасности трубопроводного транспорта газа.
Основные задачи исследований данной работы
На основе анализа теории нестационарного неизотермического течения газа применительно к МГ высокого давления, а также существующих методов и средств обнаружения утечек из газопроводов определена область исследований и основные задачи диссертационной работы:
1. Разработка физико-математической модели однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления.
2. Разработка численного решения системы уравнений газодинамики, описывающих однофазный поток газа в трубопроводе, в случае неустановившегося неизотермического режима работы.
3. Оценка адекватности разработанной модели применительно к МГ высокого давления, в том числе, в случае неустановившихся неизотермических режимов их работы.
4. Разработка алгоритмического метода определения местоположения и величины утечки газа в ЛЧ МГ высокого давления.
5. Оценка применимости разработанного метода определения местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода для МГ высокого давления, в том числе, в случае неустановившихся неизотермических режимов их работы.
6. Реализация разработанного метода определения местоположения и величины утечки в виде программного модуля для ЭВМ.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решались путем теоретических и практических исследований. При решении задач использовались методы математического моделирования, математического анализа, математической физики и численные методы.
Научная новизна
1. Сформирована физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ МГ высокого давления, адекватность применения которой впервые была подтверждена на экспериментальных данных неустановившихся режимов работы реальных современных МГ высокого давления.
2. В работе обоснован выбор формулы для расчета коэффициента гидравлического сопротивления при моделировании однофазного потока газа в ЛЧ газопровода, применимость которого впервые была
подтверждена на экспериментальных данных режимов работы реальных современных МГ высокого давления.
3. На основе экспериментальных данных режимов работы реальных современных МГ высокого давления в работе впервые обосновано использование общих одномерных уравнений газодинамики для расчета параметров однофазного потока газа в ЛЧМГ высокого давления в случае существенно нестационарных режимов работы.
4. На основе построенной в работе модели однофазного потока сформирован метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода, для которого дополнительно на основе теоретических исследований подтверждена его применимость для современных МГ высокого давления, в том числе, при неустановившихся неизотермических режимах работы.
5. Разработан программный модуль для ЭВМ, в котором в первые реализован сформированный метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ высокого давления.
На защиту выносятся результаты теоретических исследований, имеющих практическую и научную ценность, а именно:
1. Физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ высокого давления.
2. Алгоритм численного решения системы уравнений газодинамики, описывающих однофазный поток газа в трубопроводе, в случае неустановившегося неизотермического режима работы, реализованный в виде программного модуля для ЭВМ.
3. Результаты исследования диапазонов применимости сформированной физико-математической модели однофазного потока газа в ЛЧ газопровода.
4. Алгоритмический метод идентификации местоположения и величины утечки газа в ЛЧ газопровода применительно к МГ
высокого давления, реализованный в виде программного модуля для ЭВМ.
Практическая значимость реализации работы
Сформированная в работе физико-математическая модель однофазного потока газа в ЛЧ газопровода была успешно использована для расчета различных режимов работы магистральных газопроводов высокого давления «Голубой поток» и «Северный поток» и показала хорошую согласованность с экспериментальными данными. Указанная выше модель однофазного по�