Исследование работы пневматических барьеров при локализации аварийных разливов нефти на поверхностных водных объектах нефтяных промыслов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Куликова, Ирина Сергеевна

• Куликова, Ирина Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куликова, Ирина Сергеевна

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ ВО ВНУТРЕННИХ АКВАТОРИЯХ НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ.

1.1. Подводные переходы нефтепроводов как основной источник разливов нефти во внутренних акваториях промыслов.

1.2. Методы локализации разливов нефти и нефтепродуктов в акваториях.

1.3. Анализ методов локализации разливов нефти при разрушении подводных переходов нефтепроводов.

1.4. Локализация разлива до прибытия сил и средств АСФ.

1.4.1. Локализация с помощью всплывающих боновых заграждений.

1.4.2. Локализация с помощью пневматического барьера.

1.4.3. Сравнительный анализ применимости дистанционных методов локализации

1.5. Анализ опыта применения пневматического барьера.

1.5.1. Обзор литературы, посвященной опыту применения пневматического барьера.

1.5.2. Обзор литературы, посвященной основным расчетным зависимостям для пневматического барьера.

1.6. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА НА ОСНОВЕ СИТУАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.

2.1. Выбор объектов ситуационного моделирования и определение их основных характеристик.

2.2. Локализация в условиях открытой воды.

2.3. Локализация в условиях битого льда.

2.4. Локализация в условиях сплошного льда.

2.5. Сравнение различных сценариев затрат времени на локализацию разливов нефти на выбранных источниках.

2.6. Комплексный метод локализации на основе пневматического барьера и сорбентов.

2.7. Комплексный метод локализации на основе пневматического барьера и контролируемого сжигания.

2.8. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПРИРОДНО - КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

3.1. Формирование поверхностного течения водогазовой смесью.

3.2. Истечение газа через отверстие.

3.3. Гидравлический расчет газового трубопровода.

3.4. Математическая модель работы пневматического барьера.

3.5. Исследование основных закономерностей при работе пневматического барьера.

3.5.1. Влияние отношения давлений и суммарной площади отверстий на величину скорости производимого течения. Универсальные характеристики.

3.5.2. Влияние диаметра перфорированного трубопровода на эффективность пневматического барьера.

3.5.2.1. Влияние длины перфорированного трубопровода.

3.5.2.2. Влияние давления до отверстия.

3.5.2.3. Влияние особенностей распространения нефтяного пятна.

3.5.3. Особенности изменения параметров пневматического барьера при разноуровневом профиле дна.

3.5.4. Определение коэффициента полезного действия системы.

3.6. Результаты натурных испытаний.

3.6.1. Проверка адекватности математической модели.

3.6.2. Влияние расстояния между отверстиями на создание непрерывной линии ограждения.

3.7. Схема расстановки оборудования при комплексном методе на основе ПБ и сорбентов.

3.8. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПОДБОРА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА НА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

4.1. Общие положения.

4.2. Этапы подбора оборудования.

4.3. Этап 1 - Прогнозирование разлива на выбранном объекте.

4.4. Этап 2 - Обоснование необходимости применения пневматического барьера

4.5. Этап 3 - Определение рубежа реагирования.

4.6. Этап 4 - Определение метода.

4.7. Этап 5 - Определение геометрических и физических характеристик пневматического барьера, состава оборудования.

4.8. Этап 6 - Экономическое обоснование выбранной конструкции.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование работы пневматических барьеров при локализации аварийных разливов нефти на поверхностных водных объектах нефтяных промыслов»

Несмотря на развитие технологий и техники для добычи нефти, ее транспортировки, хранения и подготовки, аварийные разливы нефти (далее разливы нефти) на промыслах неизбежны.

Одним из наиболее вероятных источников таких разливов нефти являются промысловые нефтепроводы. Согласно данным [15] в год происходит порядка 50 -60 тыс. случаев, обусловленных разливами нефти из поврежденных трубопроводов.

Особую опасность представляют разливы из водных переходов нефтепроводов. В этом случае распространение пятна нефти происходит с большой скоростью, и загрязняются значительные площади. Согласно данным наблюдений, приведенным в [54], 1 м3 попавшей на поверхность водного объекта нефти при штилевых условиях растекается за 10 мин на площади 1800 м2.

Своевременно и грамотно проведенные операции по локализации разливов нефти и нефтепродуктов во многом обеспечивают успех всех мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций, обусловленных разливами нефти (ЧС(Н)).

В настоящее время в России на вооружении аварийно-спасательных формирований (АСФ) находятся такие методы локализации, которые могут быть применены только при непосредственном их присутствии на месте ЧС(Н). Это механическое ограждение, сорбентные технологии, контролируемое сжигание.

Однако зачастую значительная удаленность объектов ЧС(Н) от мест базирования сил и средств АСФ не позволяет оперативно провести меры по локализации разливов. В итоге упускается время, и загрязняются большие площади акваторий и прилежащих к ним берегов. Особую опасность представляют собой подобные разливы, происходящие вблизи водозаборов, рекреационных зон, заповедников и др. зон особой значимости и районов приоритетной защиты.

Современное законодательство предъявляет жесткие требования к локализации таких разливов. Согласно Постановлению Правительства РФ от 21.08.2000 г. №613 время на локализацию не должно превышать 4 часов.

Одним из путей решения проблемы, связанной со своевременной локализацией разлива, является применение дистанционного метода локализации, т.е. локализации с помощью автоматической системы, еще до прибытия сил и средств АСФ. Это метод локализации с помощью пневматического барьера.

Несмотря на то, что за рубежом данный метод довольно широко известен и успешно применяется [113, 114, 115], в литературе не встречается сведений об его использовании на территории РФ. Анализ литературы показывает также отсутствие в России методик расчета и подбора оборудования для создания подобных установок.

Все это обуславливает актуальность проведения исследований, направленных на решение следующей научной задачи: на основе анализа особенностей локализации разливов с помощью пневматического барьера на поверхностных водных объектах нефтяных промыслов разработать методику подбора оборудования установки пневматического барьера.

Цель и задачи диссертационной работы

Цель работы состоит в уменьшении времени реагирования на чрезвычайные ситуации, обусловленные разливами нефти и нефтепродуктов (ЧС(Н)) во внутренних акваториях нефтяных промыслов путем совершенствования технологии локализации разливов нефти и нефтепродуктов на основе пневматического барьера.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

• исследовать, как влияют особенности распространения нефтяного пятна на поверхностных водных объектах в условиях открытой воды, битого и сплошного льда на обустройство рубежей локализации с помощью пневматического барьера;

• разработать математическую модель, учитывающую режим течения газа в трубопроводе, и проверить ее адекватность;

• исследовать на основе математического моделирования влияние гидрометеорологических и гидрологических условий водного объекта на конструктивные особенности и физические параметры установки пневматического барьера;

• разработать методику подбора оборудования для локализации разливов нефти и нефтепродуктов с использованием пневматического барьера на поверхностных водных объектах.

Научная новизна

Разработана математическая модель работы пневматического барьера, учитывающая угол наклона и режим течения газа в перфорированном трубопроводе, с помощью которой проведено исследование влияния на скорость производимого течения геометрических и режимных параметров пневматического барьера.

Разработана методика подбора оборудования для локализации разливов нефти и нефтепродуктов с использованием пневматического барьера на поверхностных водных объектах, учитывающая их гидрологические условия, природно-климатические условия их размещения, физико-химические свойства нефти.

На основании математического моделирования выявлено влияние диаметра перфорированного трубопровода на создание непрерывной линии ограждения на водной поверхности в конкретных природно-климатических и гидрологических условиях.

Практическая значимость

Разработанная математическая модель, реализованная в виде программы для ЭВМ, а также результаты проведенных исследований позволяют проводить оценку влияния геометрических и режимных параметров пневматического барьера на его эффективность, что позволяет обоснованно принимать решения о применимости данной технологии в конкретных природно-климатических и гидрологических условиях.

Разработанная методика подбора оборудования для локализации разливов нефти и нефтепродуктов с использованием пневматического барьера на поверхностных водных объектах позволяет подобрать оборудование, обеспечивающее максимальную эффективность локализации, в широком диапазоне природно-климатических и гидрологических условий.

Теоретическая значимость

Разработанная математическая модель и методика могут послужить основой для развития новых научных направлений в области создания пневматических барьеров, в том числе при совместном применении с сорбентами.

Методы исследования

Поставленные задачи решены с использованием методов: проектного метода, определившего целостность исследования, стадии и порядок его разработки, абстрактно-логического метода, использованного для построения ситуационных моделей с использованием операции аналогии, метода математического моделирования, эмпирического метода, связанного с постановкой экспериментальной проверки адекватности математической модели.

Положения, выносимые на защиту

Математическая модель работы пневматического барьера, учитывающая угол наклона и режим течения газа в перфорированном трубопроводе.

Методика подбора оборудования для локализации разливов нефти и нефтепродуктов с использованием пневматического барьера на поверхностных водных объектах.

Типовые схемы локализации разливов нефти с помощью пневматического барьера, учитывающие особенности локализации в условиях открытой воды, битого и сплошного льда, а также тип водного объекта и физико-химические свойства разлитой нефти.

Степень достоверности результатов и выводов

Достоверность научных результатов подтверждена результатами собственных экспериментов и результатами работ других авторов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно - практической конференции «OGE/ Техника и технологии ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, средства пожаротушения объектов», (г. Москва, 2008, 2009); VIII и IX Всероссийской научно-технической конференции. «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, соответственно 2010, 2012 гг.); научно - технической конференции в рамках международного салона «Комплексная безопасность» «Техника и технологии предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов» (г. Москва, 2011 г.); научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО «РИТЭК», посвященная 20-ти летию ОАО

РИТЭК» (г. Москва, 2012 г.); 61-ой, 62-ой, 63-ой Студенческой научной конференции «Нефть и газ» (г. Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, соответственно 2007, 2008, 2009 гг.).

Реализация результатов работы

Разработанная методика вошла в состав методических рекомендаций, утвержденных учебно-научным центром повышения квалификации и переподготовки руководителей и специалистов по проблемам предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, обусловленных разливами нефти и нефтепродуктов (МЧС России и РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина).

Результаты работы включены в состав справочника «Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов»: Справ./И.А. Мерициди, В.Н. Ивановский, А.Н. Прохоров, И.В. Ботвинко, Дубинова И.С. и др. Под ред. И.А. Мерициди. СПб. НПО «Профессионал». 2008. - 824 с.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (129 наименований) и приложений. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 20 таблиц.