Повышение безопасной эксплуатации трубопроводного транспорта углеводородов с применением конструкций из полимерных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Якимова, Ирина Викторовна

• Якимова, Ирина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Якимова, Ирина Викторовна

Введение

Раздел 1. Анализ состояния систем трубопроводного транспорта жидких углеводородов и технологий ликвидации аварий, наводнений и пожаров.

1.1.Анализ аварийности в трубопроводном транспорте жидких углеводородов.

1.2.Существующие способы локализации и сбора аварийно растекающихся жидких углеводородов на воде и суше.

1.3.Аварийные емкости, используемые для временного хранения жидких углеводородов.

1.4.Анализ способов защиты объектов транспорта углеводородов от наводнений и пожаров.

1.5.Выводы по разделу.

Раздел 2. Теоретические исследования для создания защитных конструкций и аварийных емкостей из рукавных полимерных материалов.

2.1 .Аналитические зависимости для расчета пространственной формы оболочек с жидким наполнителем с учетом растяжения материала.

2.2.Методики гидравлического расчета несгораемых защитных ограждений, предназначенных для локализации пожаров, из рукавных полимерных материалов.

2.3.Методики расчета плавучести и стабилизации положения оболочечных несгораемых защитных ограждений (бонов) при воздействии на них потока набегающей воды.

2.4 Методики расчета вместимости одноразовых аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов с учетом удлинения полимерного материала емкостей, под нагрузкой.

2.5.Выводы по разделу.

Раздел 3. Экспериментальные исследования пространственной формы мягких оболочек с жидким наполнителем и относительного удлинения полимерных материалов

3.1.Описание экспериментальной лабораторной установки, методика проведения и результаты экспериментов.

3.2.Расчет погрешностей, допущенных при проведении экспериментов.

3.3.Выводы по разделу. ^

Раздел 4. Разработка новых способов сооружения защитных ограждений и аварийных емкостей, с использованием серийно выпускаемых промышленностью рукавных полимерных материалов

4.Г.Способы локализации аварийно растекающихся горящих углеводородов на суше

4.2.Способы локализации аварийно растекающихся горящих жидких углеводородов на воде.

4.3.Аварийные емкости временного хранения жидких углеводородов.

4.4.Быстровозводимые временные водоподпорные дамбы для защиты объектов трубопроводного транспорта от внезапных наводнений.

4.5.Исследование возможности применения серийно выпускаемых отечественной промышленностью рукавных полимерных материалов при сооружении защитных ограждений и аварийных емкостей.

4.6.Способы герметизации конструкций из рукавных полимерных материалов.

4.7.Выводы по разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение безопасной эксплуатации трубопроводного транспорта углеводородов с применением конструкций из полимерных материалов»

Россия по протяженности трубопроводов для транспортировки нефти и нефтепродуктов занимает одно из первых мест в мире. Однако нет другой страны, где бы эта транспортная магистраль была так изношена, как в России. По оценкам специалистов МЧС в XXI век эти системы жизнеобеспечения страны вошли изношенными на 50-70 % [22]. Утечки из трубопроводной системы приносят стране огромный экономический и экологический ущерб, так как для обнаружения, локализации и сбора разлившегося продукта затрачиваются значительные силы и средства, исчисляемые ежегодно миллиардами рублей.

Существенный вклад в разработку методов безопасной эксплуатации систем трубопроводного транспорта жидких углеводородов внесли Антипьев В.Н., Бородавкин П.П., Березин B.JL, Забела К.А., Земенков, Ю.Д., Иванов В.А., Коршак A.A., Миронов В.В., Сергеев Б.И., Смирнов О.В., Тарасенко A.A., Шаммазов A.A. и другие ученые.

Для повышения безопасной эксплуатации систем трубопроводного транспорта углеводородов, в частности для локализации и временного хранения аварийно растекающихся жидких углеводородов, сегодня в основном применяются дорогостоящие боно-вые заграждения и аварийные емкости многоразового использования, которые требуют очистки от остаточных углеводородов после использования, технического обслуживания и хранения в складских условиях между периодами эксплуатации.

В связи с этим, целью диссертационной работы является разработка методов расчета средств локализации аварийно растекающихся углеводородов и емкостей, временного хранения нефти из полимерных материалов.

В работе представлены и решены следующие задачи:

1. Разработать новые технические решения по локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов, в том числе горящих, а также конструкции одноразовых аварийных емкостей временного хранения нефти и нефтепродуктов, с применением рукавных полимерных материалов.

2. Получить аналитические зависимости для определения пространственной формы оболочек с жидким наполнителем, выполненных из рукавных полимерных материалов.

3. Разработать методику расчета вместимости рукавных, аварийных емкостей для временного хранения жидких углеводородов.

4. Разработать методику гидравлического расчета несгораемых защитных ограждений из рукавных проницаемых полимерных материалов для локализации аварийно растекающихся горящих жидких углеводородов.

5. Провести экспериментальную проверку новых технических решений и аналитических зависимостей для практического использования.

Поставленные задачи решались методами математического анализа, теории подобия физических процессов, теории напряженного состояния мягких оболочек, эмпирических исследований.

Научная новизна работы:

1. Получены аналитические зависимости для определения пространственной формы рукавных полимерных оболочек с жидким наполнителем.

2. Разработана методика расчета вместимости аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов, с учетом растяжения полимерных материалов рукавных оболочек под действием гидростатического давления наполнителя.

3. Разработана методика гидравлического расчета несгораемых защитных ограждений из проницаемых рукавных полимерных оболочек, заполненных огнетушащим агентом.

Практическая ценность:

1. Разработаны новые способы локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов, в том числе горящих, а также средства защиты от вероятных стихийных бедствий (внезапные наводнения, лесные пожары и др.) на объектах трубопроводного транспорта углеводородов с использованием рукавных полимерных оболочек с жидким наполнителем.

2. Разработаны конструкции, технология изготовления и использования одноразовых, аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов из рукавных полимерных материалов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью, предотвращающих потери углеводородов от испарения при их временном хранении.

Достоверность полученных результатов: эксперименты проведены на модельных установках, созданных с учетом теории подобия физических процессов, и на натурных фрагментах, результаты экспериментов обработаны с применением вычислительной техники и методов математической анализа.

Реализация результатов работы:

Теоретические и практические результаты исследований по использованию рукавных полимерных материалов серийно выпускаемых отечественной промышленностью в конструкциях чрезвычайной защиты объектов различного назначения от техногенных аварий и стихийных бедствий переданы в Главное управление МЧС России по Тюменской области с целью сокращения ущерба, вызванного чрезвычайными ситуациями.

Апробация работы:

1. Результаты работы . докладывались на 4-ой научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г.Тюмень, 2005), VII научно-технической конференции молодежи ОАО «АК «Транснефть» (г.Тюмень, 2006г.), международной научно-технической конференции (г.Тюмень, 2007г.), Всероссийской научно - практической конференции (г.Тюмень, 2007 г.), 2-ой Международной научно-технической конференции (г.Тюмень, 2008 г.), конференции Современные наукоемкие технологии (г. Москва, 2008).

2. Новые технические решения, представленные в работе, являются победителями Всероссийского конкурса русских экологических инноваций (г.Москва, 2006г.). Результаты теоретических и экспериментальных исследований экспонировались на четвертой международной выставке «Оборона и защита 2007», проходившей в г. Нижний Тагил; на XV Международной специализированной выставке сооружений и средств защиты водного и воздушного бассейнов, проходившей в г. Санкт-Петербург в марте 2008 года.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Якимова, Ирина Викторовна

Основные выводы

1. На основании анализа существующих способов и средств ликвидации аварий на трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов выявлены их недостатки и разработаны новые эффективные технические решения по сооружению защитных ограждений различного назначения и аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов.

2. Исследования пространственной формы мягких оболочек с жидким наполнителем позволили получить аналитические зависимости для расчета геометрических и гидравлических параметров оболочечных конструкций боновых заграждений и аварийных емкостей для временного хранения жидких углеводородов.

3. Для локализации аварийно растекающихся горящих углеводородов разработана методика гидравлического расчета несгораемых защитных ограждений из рукавных проницаемых полимерных материалов.

4. Разработана методика расчета вместимости аварийных емкостей временного хранения нефти и нефтепродуктов с учетом растяжения полимерного рукавного материала под действием гидростатического давления находящихся в них углеводородов.

5. Экспериментально проверены полученные аналитические зависимости для расчета геометрических и гидравлических параметров боновых заграждений и аварийных емкостей для временного хранения жидких углеводородов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Якимова, Ирина Викторовна, 2008 год

1. Аварии с разливами нефти на магистральных трубопроводах компании ОАО "АК Транснефть": Г http ://babr.ru/index .php?pt?=news&event=v 1 &ЮЕ=285 521. 18.03.2006.

2. Анализ аварий и несчастных случаев на трубопроводном транспорте России / Под ред. Б.Е. Прусенко, В.Ф. Мартынюка: Учебное пособие. М.: ООО «Анализ опасностей», 2003 - 351 с.

3. Антипьев В.Н., Смирнов А.Ю. Основные требования промышленной безопасности для магистральных трубопроводов / Под редакцией А.И. Владимирова, В.Я. Кершенбаума: Учебное пособие. М.: Национальный институт нефти и газа, 2004 - 128 с.

4. A.c. № 449124 (СССР). Устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды . Бюлл. изобр. № 41, 1974.

5. A.c. № 451640. Способ очистки сточных вод от нефтепродуктов. Бюлл. изобр. № 344, 1974.

6. A.c. № 666136. Сорбент для удаления нефти с поверхности воды. Бюлл. изобр. № 21, 1979.

7. A.c. № 916646. Способ локализации нефтяного пятна на поверхности воды. Бюлл. изобр. № 12, 1982.

8. A.c. № 1062340 (СССР). Способ удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Бюлл. изобр. № 47, 1983.

9. A.c. № 1141156. Боновое заграждение. Бюлл. изобр. № 7,1985.

10. A.c. № 1361244. Боновое заграждение для сбора нефти с поверхности воды. Бюлл. изобр. № 47, 1987.

11. A.c. № 1428810. Боновое заграждение. . Бюлл. изобр. № 37, 1988.

12. A.c. № 1579950. Устройство для локализации и сбора нефти с поверхности воды при волнении. Бюлл. изобр. № 27, 1990.

13. A.c. № 1712314. Способ локализации аварийных разливов нефти на поверхности воды. Бюлл. изобр. № 6, 1992.

14. A.c. № 1783063. Плавучее заграждение для локализации и сбора нефти с поверхности воды. Бюлл. изобр. № 47, 1992.

15. A.c. № 1704817. Боновое заграждение. Бюлл. изобр. № 2,1992.

16. A.c. № 1765291. Боновое заграждение. Бюлл. изобр. № 36, 1992.

17. A.c. № 1807166. Боновое заграждение. Бюлл. изобр. № 13,1993.

18. A.c. № 1253651 (СССР). AI, Кл. А 62 С 3/00, 1986.

19. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии: Учеб. Пособие для химико-технологических вузов. М.: Высш. школа, 1978. - 319 е., ил.

20. Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. Л.: Химия, 1968.-824 с.

21. Бахмат Г.В., Стариков В.А., Старикова Г.В. и др. Транспорт и хранение нефти и газа: экологические проблемы и решения: Учебное пособие. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002, 189 с.

22. Бобылев Л. Как избежать аварий трубопроводов // Нефтегазовая вертикаль. 2001. - № 17, С.79-81.

23. Боровский А.И., Гришин В.Г., Черкасов Н.Д. Защита внутренних водных путей от загрязнения. М.: Транспорт, 1981. -128 с.

24. Бородавкин П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1979. - 425с.

25. В Самарской области ликвидируют последствия крупной аварии на нефтепроводе:http://annews.ru/news/detail.php?ID=38308~l, 14.10.2006.

26. Всероссийский экологический портал электронный ресурс. Режим доступа: http://ecoportal.ru/.

27. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. Для вузов / А.Д. Альтшуль, JI.C. Животовский, Л.П. Иванов. М.: Стройиздат, 1987. - 414 с.

28. Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Борменский, А.Н. Заря: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1981, 295 с.

29. ГОСТ 16338-85. Полиэтилен низкого давления. Технические условия. Введ. 20.12.85.

30. Губин В.Е., Пелевин Л.А., Стоянов Г.И. Промышленное устройство для сбора нефти с поверхности воды при аварийных разливах Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1976, №3, С. 17-19.

31. Доклад о фактическом уровне надежности действующих магистральных нефтепродуктопроводов // Трубопроводный транспорт нефти. — 1999. №6.

32. Дума В.М. Как не вылететь в трубу // Трубопроводный транспорт нефти Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.transneft.ru/magazin/num2006 9-shtm.

33. ЗАО «Газтурбо» электронный ресурс. Режим доступа: http ://www. gasturbo.ru/.

34. Зимин A.B., Ливенцев В.В. Охрана окружающей среды на объектах нефтепродуктопроводного транспорта. Проблемы и пути решения // Транспорт и хранение нефтепродуктов. — 1998. №4. — С. 2.

35. Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник/ М.В. Буторина, П.В. Воробъев, А.П. Дмитриева и др.: Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Падина. Н.: Логос, 2003. - 528 с.

36. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Нефтяные сорбенты.- Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2005. 268 с.

37. Карцев A.A., Вагин С.Б. Вода и нефть. М.: Недра, 1977.- С.110.

38. Кирпатовский И.П. Охрна природы: Справочник для работников нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, М.: Химия, 1980. 371 с.

39. Кожухова Н. Нужен ли трубе независимый сервис? // Нефтегазовая вертикаль. 2007. - № 16, С.68-70.

40. Компания Биг-Ав электронный ресурс. Режим доступа: http://www.big-av.ru/index.php.

41. Компания «Транснефть» наращивает темпы. Аварийных разливов.: http://content.mail.rU/arch/12258/1228188.html#l, 25.08.2006.

42. Лебедич С.П., Исмагилов А.Х., Веснин Н.М. и др. Новые огнестойкие боновые заграждения // Трубопроводный транспорт нефти. Приложение. 2000. - № 9. - С. 11-14.

43. Ложь, наглая ложь и статистика.: http://www.magicbaikal.ru/news/06/news020506.htm. , 2.10.2006.

44. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие. М.: Высш. школа, 1982.224 с.

45. Мансуров М.Н., Сурков Г.А., Журавель В.И., Маричев A.B. Ликвидация аварийных разливов нефти в ледовых морях / Под общ. ред. М.Н. Мансурова М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004.

46. Миронов В,В. Научные основы применения геосинтетиков для повышения безопасности систем трубопроводного транспорта углеводородов: Диссертация док. тех. наук: 05.26.03/Уфимский государственный нефтяной технический университет. Уфа, 2004. — 233 с.

47. Миронов В.В., Миронов Д.В., Чикишев В.М., Шаповал А.Ф. Использование мягких геосинтетических оболочечных конструкций в строительстве. Учебное пособие. — М.: Изд-во АСВ, 2005. 64 с.

48. Миронов В.В., Миронов Д.В., Якимов В.В., Якимова И.В. Защита объектов различного назначения от наводнений, а также аварийного разлива жидких углеводородов // Инновации в экологии. Москва, 2006. - 140 с.

49. Мокроусов С. Шельф без опасности. // Нефтегазовая вертикаль. 2006.- № 5, С.60-61.

50. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатом-издат, 1991.- 304с.

51. Оборудование для борьбы с загрязнением нефтью и нефтепродуктами // Защита от коррозии и охрана окружающей среды. 1995.- № 11-12.

52. ООО "НПФ "Аналитическое оборудование" электронный ресурс. Режим доступа: http://www.npfanalit.ru/ecobvn.html.

53. ООО «Скорая экологическая помощь», электронный ресурс. Режим доступа: http://www.sep.debrvansk.rU/p bzol.htm.

54. ООО «Экострой» электронный ресурс. Режим доступа: http://www.ecostroi.com/p-rezervuar.html.

55. Отрасль и экология. // Нефтегазовая вертикаль. — 2004. -№ 3, С.24, 30.

56. Патент СССР № 1806242 АЗ. Способ сбора нефтяных пятен при разливе нефти на водной поверхности. (Азербайджанское нефтяное хозяйство). Бюлл. изобр. № 12, 1983.

57. Патент РФ № 2002889 С1. Способ локализации загрязнений в водоеме. Бюлл. изобр. № 41, 1993.

58. Патент РФ № 2019626. Сорбент для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов. Бюлл. изобр. № 17, 1994.

59. Патент РФ № 2023810. Сорбент для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов. Бюлл. изобр. № 9, 1995.

60. Патент РФ № 2056879. С1, Кл. А 62 С 3/02, 1996.

61. Патент РФ № 2270709 зарегистрирован в гос. реестре изобретений 27.02.2006. Способ предотвращения распространения пожара / Миронов Д.В., Миронов В.В., Миронова (Якимова) И.В.

62. Патент РФ № 2292415 зарегистрирован в гос. реестре изобретений 27.01.2007. Способ сооружения защитных водоподпор-ных дамб / Миронов В.В., Миронов Д.В., Миронова (Якимова) И.В.

63. Патент РФ 2298062 зарегистрирован в гос. реестре изобретений 27.04.2007. Способ защиты объектов различного назначения от наводнений / Миронов В.В., Миронов Д.В., Миронова (Якимова) И.В., Чикишев В.М.

64. Патент РФ 2310710 зарегистрирован в гос. реестре изобретений 20.11.2007. Способы экстренной защиты объектов различного назначения от наводнений / Миронов В.В., Миронов Д.В. Якимова И.В. Якимов В.В.

65. Попов Ю.В., Смоляр Р.И., Пелипенко C.B. Опыт работы «Черномортранснефти» по ликвидации аварийных разливов нефти. // Трубопроводный транспорт нефти. 2001. - №8, С. 29-31.

66. Прокофьев В.В., Богатенков Ю.В., Фомичев С.И., Красков В.А. Ликвидация аварийных разливов нефти в условиях болот и переувлажненной местности // Трубопроводный транспорт нефти.- 2000. №5. - С.33.

67. Резник Л.Г. Введение в научное исследование: учебное пособие — Тюмень: ТюмГНГУ, 1997.-66 с.

68. Росляков А.Д., Бурлий В.В. Экология магистральных трубопроводов // Транспорт и хранение нефтепродуктов. — 2006. №8.- С.15.

69. Русстрой электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.rustroy.net/news/index.php?id=1555.

70. Саутин С.Н., Пунин А.Е. Теоретические основы планирования экспериментальных исследований: Учебноё пособие Ленинград: Ленинградский технологический институт им. Ленсовета, 1978.- 63 с.

71. Сергеев Б.И. и др. Мягкие конструкции в гидротехническом строительстве / Б.И. Сергеев, П.М. Степанов, Б.Б. Шумаков.- М.: Колос, 1984.- 101с.

72. Солтанганов В., Щегорцов В. Рвется там, где тонко // Нефть России. 2003. - №1, С. 37.

73. Уотпгем Т. Дж., Паррамоу К. Количественные методы в финансах: Учеб пособие для вузов / Пер. с англ. Под ред. М.Р. Ефимовой. М.: Финансы ЮНИТИ, 1999. - 527 с.

74. Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Тюменской области электронный ресурс.- Режим доступа: http://www.rtn72.ru/deyat6.shtml.

75. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору Госгортехнадзор электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru/ggtn/info/infodeath.htm

76. Химический сервер электронный ресурс. Режим доступа: http://www.himhelp.ru .

77. Хроника происшествий, обусловленных нарушениями требований промышленной и экологической безопасности, в России и за ее пределами: http://www.nadzor.vorkuta.ru/nov-nega.htmll, 29.04.2007.

78. Черняев К.В. Мониторинг технического состояния нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. — 2000. № 9.

79. Шищенко Р.И. и др. Гидравлика промывочных жидкостей / Р.И. Шищенко, Б.И. Есьман, П.И. Кондратенко. М.: Недра, 1974.- 294с.

80. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 640 с.

81. Экологический профиль Сургутнефтегаза. // Нефтегазовая вертикаль. 2007. - № 14, С. 120-126.

82. Якимова И.В. Гидравлический расчет несгораемых боно-вых заграждений круглого поперечного сечения. Журнал нефть и газ. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ // ТюмГНГУ. 2008.-№2. - С. 78-80.

83. Mironov V.V., Yakimova I.V. Research of an opportunity of use polymeric materials in disposable construction of various protective barriers. Europian journal of natural history, №6, 2007. ASIE, London.

84. Flood Control America электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.floodcontrolam.com/works.php.

85. Walz М/ Second Phase Evaluation of a Protocol for Testing a Fire Resistant Oil Spill Containment Boom/ USCG R&D Report CG-D-15-99.USCG.Groton. 1999.