Разработка метода обнаружения источника аварийного выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Сосновцева, Елена Викторовна

• Сосновцева, Елена Викторовна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сосновцева, Елена Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. Методы обнаружения источников аварийных (несанкционированных) выбросов и контроля регламентных выбросов от нефтегазовых комплексов.

1.1. Характеристика объектов нефтегазовых комплексов как взрывопо-жароопасных объектов.

1.2.Методы контроля за технологическими выбросами в нефтегазовом комплексе.

1.3.Способы оперативного определения места расположения источника аварийного (несанкционированного) выброса аварийно химически и взрывопожароопасных веществ в атмосферу.

1.4.Выводы по главе.

2. Методы математического моделирования прогноза распространения примесей и экспериментальных измерений концентраций примесей в атмосферном воздухе.

2.1.Теория атмосферной диффузии. Закономерности распространения примесей от источников выбросов.

2.2.Определение динамики соотношения концентраций основных компонентов в исследуемом образце, при его разбавлении воздухом, в лабораторных условиях.

2.3.Обоснование применимости теории атмосферной диффузии на практике при проведении регламентных работ на объектах нефтегазовой отрасли.

2.4.Выводы по главе.

3. Разработка метода обнаружения источника аварийного (несанкционированного) источника выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

3.1. Обоснование выбора основных компонентов в облаке выброса для определения соотношений их концентраций.

3.1.1. Анализ статистических данных по аварийности на предприятиях нефтегазовой отрасли и трубопроводного транспорта.

3.1.2. Характеристика территорий и производственных объектов нефтегазовых комплексов.

3.1.3 Выбор контролируемых компонентов выброса с целью определения принадлежности источника аварийного выброса к производственному объекту.

3.2. Алгоритм обнаружения источника аварийного (несанкционированного) выброса.

3.2.1 Формирование базы данных характеризующих производственные объекты как источники выброса аварийно химически и взрывоопасных веществ.

3.2.2. Процедура сбора и анализа информации о состоянии атмосферного воздуха при аварийном (несанкционированном) выбросе.

3.2.3. Определение сектора распространения примесей при аварийном (несанкционированном) выбросе.

3.3. Метод обнаружения источника аварийного (несанкционированного выброса).

3.4. Выводы по главе.

4. Апробация и внедрение метода обнаружения источника аварийного несанкционированного) выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

4.1. Обнаружение источника выброса аварийно химически и взрывопо-жароопасных веществ в атмосферный воздух в результате криминальной врезки в нефтепровод «УКПГ-10 - ГПЗ».

4.2. Основные критерии для оценки эффективности применения метода обнаружения источника аварийного (несанкционированного) выброса аварийно химически и взрывопожароопасных веществ.

4.3. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода обнаружения источника аварийного выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси»

Актуальность проблемы. На территории Российской Федерации расположено множество крупных областей, базовыми отраслями экономики которых являются нефтегазодобывающая и перерабатывающая отрасли. Территории данных областей насыщены объектами нефтяной, газовой, нефтехимической промышленности, в непосредственной близости от которых действуют предприятия машиностроения, металлургии, горнодобывающей отрасли. Такие технологические комплексы идентифицируются как потенциальные источники выделения в атмосферу аварийно химически опасных веществ и являются взрывопожароопасными производствами.

Как правило, объекты добычи, промысловой подготовки, транспорта углеводородов, газохимических комплексов занимают значительные площади. Особенно это характерно для объектов транспорта, представляющих собой сеть промысловых и магистральных трубопроводов.

Большая часть территорий функционирующих газодобывающих и газохимических комплексов густонаселенна. Поэтому актуальной задачей является своевременное обнаружение источника аварийного (несанкционированного) выброса смеси аварийно химически и взрывопожароопасных веществ, произошедшего в результате криминальной врезки в трубопровод, аварии или при проведении нерегламентных операций, включая место расположения и характеристики выбрасываемой смеси. Это позволит своевременно определить потенциальную опасность и избежать человеческих жертв, сократить зоны токсического поражения, снизить материальный ущерб предприятию и ущерб окружающей среде.

Актуальность представленного исследования подчеркивается теми обстоятельствами, что обнаружение виновников несанкционированных выбросов аварийно химически опасных веществ и местоположения источника серьезно осложнено принадлежностью близкорасположенных объектов по добыче, транспорту и переработке углеводородного сырья различным хозяйствующим субъектам. Это затрудняет координацию действий аварийных формирований, увеличивает время с момента появления субъективных и объективных данных о загрязнении воздуха до обнаружения его источника, соответственно, увеличивает 4 объемы выброса, размеры зон токсического поражения, что ставит под угрозу безопасность персонала, работающего на объектах добычи, переработки и транспорта углеводородного сырья, и жителей близлежащих населенных пунктов.

Цель работы - повышение уровня пожарной и промышленной безопасности объектов нефтегазовых комплексов путем обнаружения источника аварийного выброса взрывоопасных веществ по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

• систематизация и анализ существующих методов обнаружения источников аварийных (несанкционированных) выбросов на производственных объектах нефтегазовой отрасли, выявление ограничений их применения;

• экспериментальное обоснование применимости положений теории атмосферной диффузии для оценки устойчивости соотношения концентраций основных химически и взрывоопасных веществ в облаке выброса на различных расстояниях от источника с учетом состава выброса и метеоусловий;

• разработка метода обнаружения источника аварийного выброса химически и взрывоопасных веществ в атмосферу с использованием данных инструментальных замеров и информационной базы данных предприятий и метеопараметров;

• анализ эффективности способа обнаружения аварийного (несанкционированного) выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси и его практическая реализация.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: теоретико-экспериментальные методы - инструментальные методы определения метеопараметров и концентраций примесей в атмосферном воздухе; теоретические методы - метод математического моделирования распределения концентраций примесей в атмосферном воздухе.

Научная новизна результатов работы

1. Усовершенствованы методы математического моделирования диффузионного распространения примесей в атмосфере применительно к решению за5 дачи обнаружения источника аварийного выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

2. На основе экспериментальных исследований установлено, что соотношения концентраций основных веществ в облаке выброса устойчивы и не зависят от расстояния, на которое удалено облако выброса от источника выброса.

3. Разработан и обоснован алгоритм обнаружения источника аварийного выброса на основе теории атмосферной диффузии.

4. Разработан метод обнаружения аварийного (несанкционированного) источника выброса по соотношению концентраций основных компонентов в облаке выброса. Определены приемлемые соотношения концентраций веществ в выбросах, характерных для объектов газового комплекса и смежных отраслей.

На защиту выносятся:

1. Полученные расчетным путем соотношения концентраций аварийно химически и взрывопожароопасных веществ в облаке выброса объектов газового комплекса;

2. Результаты натурных исследований, подтверждающие применимость теории атмосферной диффузии для быстропротекающих процессов поступления аварийных выбросов химически и взрывоопасных веществ в атмосферу;

3. Алгоритм обнаружения источника несанкционированного выброса аварийно химически опасных веществ;

4. Метод обнаружения источника аварийного (несанкционированного) выброса химически и взрывопожароопасных веществ в атмосферу, базирующийся на соотношениях концентраций основных компонентов смеси в облаке выброса, с использованием модели атмосферной диффузии примесей в атмосферном воздухе.

Практическая ценность результатов работы

1. Разработан и опробован метод обнаружения источника аварийного выброса химически опасных веществ на территориях с большим количеством опасных производственных объектов, расположенных в непосредственной близости друг от друга и принадлежащих различным хозяйствующим субъектам.

2. Предложенный метод позволяет ускорить принятие организационных решений и мероприятий по управлению аварийной ситуацией, сократить время с момента появления субъективных и объективных данных о загрязнении воздуха до обнаружения его источника, а следовательно, сократить размеры зон токсического поражения, ускорить ликвидацию негативных последствий аварийных выбросов для персонала, населения, имущества предприятий и окружающей природной среды на производственных объектах нефтегазовой отрасли.

3. Разработанный метод обнаружения отличает универсальность и возможность его применения для любых промышленных комплексов, на территориях которых плотно расположены производственные объекты с идентичными аварийно химически опасными веществами.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: IV Молодежной научно-технической конференции с международным участием «Основные проблемы поиска, освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (23-24 сентября 2010 г., г. Оренбург), Ш Общероссийской научной конференции «Актуальные вопросы науки и образования» (11-13 мая 2010 г., г. Москва), Научной конференции «Новые технологии, инновации, изобретения» (5-7 июля 2010 г., г. Иркутск), X международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (25-27 октября 2011 г., г.Оренбург), Молодежной научно-технической конференции с международным участием «Инновационные решения для нефтегазовой отрасли (Опыт и перспективы)» (19-20 апреля 2012 г., г.Оренбург), Научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (22-25 мая 2012г., г.Уфа).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 101 наименование. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 32 рисунка, 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Сосновцева, Елена Викторовна

4.3 Выводы по главе

Таким образом, на экспериментальных моделях и реальных авариях подтверждена неизменность соотношений концентраций в облаке выброса, на различном удалении от источника выброса.

125

Предложенный метод обнаружения, использующий информационную базу данных, позволяет определить принадлежность источника к тому или иному объекту и состав выброшенной углеводородной смеси, а также сектор расположения источника возможного аварийного выброса. Обнаружение источника аварийного (несанкционированного) выброса с использованием предложенного метода позволит сократить время поиска на протяженных территориях нефтегазовых комплексов и (или) количество выезжающих на осмотр территории патрульно-поисковых брига. Информация о принадлежности источника аварийного выброса и о выбрасываемой смеси, позволяет в зависимости от состава истекаемой смеси укомплектовать аварийную бригаду средствами индивидуальной защиты.

Определены основные критерии эффективности метода обнаружения:

- сокращение времени поиска места аварии и как следствие сокращение размеров зон токсического поражения и негативных последствий для персонала, населения, имущества предприятий и окружающей природной среды;

- сокращение затрат на поиск места аварии, за счет возможного сокращения количества выезжающих патрульно-поисковых бригад и размеров территории поиска.

Экономическая эффективность от применения предложенного метода заключается в снижении экологического, материального ущербов, ущерба здоровью, возникающих при аварийном (несанкционированном) выбросе химически и взрывопожароопасных веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРТИЗЫ

21) Заявка № 2011128951/28(042 793) (22) Дата подачи заявки 12.07.2011

24) Дата начала отсчета срока действия патента 12.07.2011 (85) Дата начала рассмотрения международной заявки на национальной фазе

ПРИОРИТЕТ УСТАНОВЛЕН ПО ДАТЕ [х] (22) подачи заявки 12.07.2011 [ ] (23) поступления дополнительных материалов от к ранее поданной заявке № ОТ

С1 (62) [ ] приоритета изобретения по первоначальной заявке № от из которой данная заявка выделена [ ] подачи первоначальной заявки № ОТ из которой данная заявка выделена Е ] (66) подачи ранее поданной заявки № ОТ (30) подачи первой(ых) заявки(ок) в государстве-участнике Парижской конвенции

31) Номер первой(ых) заявки(ок) (32) Дата подачи первой(ых) заявки(ок) (33) Код страны

1. (86) Заявка № РСТ/ [] (96) Заявка № ЕА ] (87) Номер публикации и дата публикации заявки РСТ

72) Автор(ы) Гендель Г.Л., Сосновцева Е.В., Клейменова И.Е., Клейменов A.B., RU

73) Патентообладатель(и) Общество с ограниченной ответственностью "Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа" (ООО "ВолгоУралНИПИгаз"), RU

54) Название изобретения Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу

01 см. на обороте)

282807

ВНИМАНИЕ! С целью исключения ошибок просьба проверить сведения, приведенные в заключении, пик они без изменения будут внесены в Государственный реестр изобретений Российской Федерации, и незамедлительно сообщить об обнаруженных ошибках.

Форма № Ola

21)2011128951/28

51) МПК

G01W1/00 (2006.01)

57)

Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу, включающий создание информационной базы источников загрязнения атмосферы (ИЗА), замер концентраций вредных веществ (ВВ) несанкционированного выброса, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, выявление местоположения ИЗА с несанкционированным уровнем выбросов ВВ в атмосферу, отличающийся тем, что информационная база ИЗА дополнительно содержит соотношение концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного ИЗА, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса осуществляют по концентрациям двух основных компонентов ВВ в облаке выброса без возгорания, или по концентрациям трех основных компонентов ВВ в облаке выброса с возгоранием с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы, сравнивают соотношение концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций компонентов ВВ из информационной базы ИЗА, расположенных в расчетном секторе рассеивания и выявляют совпадение соотношений концентраций компонентов ВВ с конкретным ИЗА из информационной базы.

56)

RU 2213361 С1, 27.09.2003; RU 2380729 С1, 27.01.2010; RU 2161321 С2, 27.12.2000; US 0007114388 В1, 03.10.2006; US 20050247120 Al, 10.11.2005.

При публикации сведений о выдаче патента будет использовано описание в первоначальной редакции заявителя.