Снижение опасностей при нарушении герметичности подводных нефтепроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Идрисова, Карина Робертовна

• Идрисова, Карина Робертовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Идрисова, Карина Робертовна

Введение

1 Анализ литературных данных по аварийности подводных нефтепроводов и средствам локализации и сбора нефти с поверхности водоемов

1.1 Обзор информации об аварийности эксплуатируемых подводных переходов нефтепроводов через водные преграды

1.2 Анализ методов и средств локализации и сбора нефти с поверхности воды

2 Методология оценки риска аварий на подводных переходах магистральных нефтепроводов

2.1 Идентификация опасностей возможных аварий

2.2 Методика расчета объема выхода нефти при авариях на подводных нефтепроводах

3 Экспериментальные исследования всплытия нефти в водном потоке при авариях на подводных трубопроводах

3.1 Исследования распространения нефти в толще речного аллювия и в придонном слое речного потока

3.2 Исследования процесса всплытия нефти от дна реки до поверхности воды в речном потоке

3.3 Экспериментальные исследования локализации нефти в водном потоке на моделях боновых заграждений

3.3.1 Исследования разбегания (распространения) нефти при выходе на поверхность воды

3.3.2 Исследование кинематики поверхностного течения при взаимодействии потока с преградой (боновыми заграждениями).

3.4 Исследование условий взаимодействия двухфазного потока жидкости с плоской преградой

3.4.1 Методика проведения эксперимента

3.4.2 Модель взаимодействия двухфазного безнапорного течения жидкости с плоской преградой

3.5 Загрязнение берегов при распространении нефти на малых реках 4. Исследования условий распространения и параметров всплывающей нефтяной струи в речном потоке при авариях на подводном трубопроводе

4.1 Распространение всплывающей нефтяной струи в сносящем потоке воды 62 4.2. Моделирование распространения струи нефти в сносящем потоке

4. 3. Расчет параметров круглой плавучей струи нефти в сносящем потоке воды

5. Опытно-промышленная отработка методов локализации и сбора разлитой нефти с поверхности воды на водотоках

5.1 .Опыт локализации нефти на водотоках установкой боновых заграждений типа «Уж-2М» 105 5.2. Разработка «Правил аварийного ремонта подводных нефтепроводов и ликвидации последствий аварий» 108 Основные выводы 113 Библиографический список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение опасностей при нарушении герметичности подводных нефтепроводов»

Подводные переходы магистральных нефтепроводов (ППМН) через водные преграды, несмотря на их сравнительно небольшой удельный вес от общей протяженности магистральных нефтепроводов (МН), являются наиболее ответственными сооружениями линейной части. К надежности ППМН как к одному из конструктивных элементов МН предъявляются высокие требования, вызванные, прежде всего, тем, что даже незначительные повреждения подводных нефтепроводов с потерей герметичности могут привести к тяжелым экологическим последствиям.

Обеспечению надежности и безопасности подводных нефтепроводов посвящены известные исследования Бородавкина П.П., Березина B.JL, Быкова Л.И., Шадрина О.Б., Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Забелы К.А., Азметова Х.А., Идрисова Р.Х. и научных и проектных организаций, таких как ВНИИСТ, ИГГГЭР, Гипротрубопровод, Гипроречнефтетранс.

Однако, как показывает практика эксплуатации ППМН, повышенные требования к их проектированию, строительству и эксплуатации не всегда исключают возможность возникновения аварий.

Снижение уровня воздействия аварийных разливов нефти на окружающую природную среду является актуальнейшей задачей. Снижение опасностей во многом зависит от своевременного обнаружения аварийных утечек, определения возможных объемов выхода нефти, принятия оперативных мер по локализации и сбору разлившейся нефти с поверхности воды. Немаловажное значение в решении данной проблемы имеют исследование процессов формирования и распространения нефтяного пятна по поверхности водоема и водотока, прогнозирование его перемещения по течению, взаимодействие двухслойного потока жидкости (нефть - вода) с преградой (боновым заграждением) и выбор рациональных мер по ликвидации аварийных разливов.

Цель диссертационной работы

Исследование условий распространения нефти по поверхности водного объекта и разработка рекомендаций по снижению опасностей при нарушении герметичности подводных нефтепроводов.

Основные задачи работы:

• Исследование истечения и распространения нефти в водном потоке при потере герметичности подводных нефтепроводов.

• Экспериментальные исследования взаимодействия двухслойного потока жидкости (нефть - вода) с преградой.

• Совершенствование методики расчета объема выхода нефти при авариях на подводных нефтепроводах.

• Разработка технологических схем локализации аварийных разливов нефти при авариях на переходах нефтепроводов через водные преграды.

Методы решения поставленных задач

При решении поставленных задач применялись экспериментальные исследования с использованием моделирования русловых процессов в лабораторных условиях, методы математического анализа и численного моделирования, натурные исследования на стендах и в промышленных условиях.

Научная новизна результатов, полученных в работе

• Разработаны методика и программа расчета объемов выхода нефти через дефектное отверстие на подводных нефтепроводах с учетом противодавления окружающей среды и фазового перехода при достижении критических скоростей истечения.

• На основе экспериментальных данных определена критическая толщина слоя нефти перед преградой.

• Рекомендованы технологические решения и обоснованы параметры по локализации нефтяного потока в потоке воды.

• Предложен расчетный метод определения геометрических и пространственных параметров нефтяной струи при истечении ее из дефектного отверстия и всплытии в водотоке.

Практическая ценность работы

Результаты, полученные в работе, позволяют определить уточненные объемы выхода нефти с учетом фактических условий истечения.

На основе данных лабораторных и экспериментальных исследований возможна оценка загрязнения береговой зоны водного объекта при аварийном разливе нефти.

Результаты научных исследований нашли практическое применение в руководящем документе «Правила аварийного ремонта подводных переходов магистральных нефтепроводов и ликвидации последствий аварий».

Реализация результатов работы

Результаты работы реализованы в 3 нормативно-технических документах и внедрены при техническом обслуживании и ремонте подводных переходов магистральных нефтепроводов на предприятиях магистрального транспорта нефти.

Апробация работы

Полученные результаты докладывались на всероссийских, республиканских и международных конференциях, совещаниях и семинарах, посвященных проблемам обеспечения технологической и экологической безопасности эксплуатации магистральных нефтепроводов, в том числе:

- III конгрессе нефтегазопромышленников России, г. Уфа, 2001 г.;

- научно-технической конференции «Нефть и газ на старте XXI века», г. Уфа, 2002 г.;

- белорусско-российском научно-практическом семинаре «Технологии ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов», г. Новополоцк, 2004 г.

Диссертация заслушана на расширенном заседании методического совета отдела «Безопасность сложных технических систем» ГУЛ «ИПТЭР» и рекомендована к защите.

На защиту выносятся:

- уточненная методика и программа расчета определения объема выхода нефти через дефектное отверстие с учетом противодавления окружающей среды и фазового перехода при достижении критических скоростей истечения;

- результаты экспериментальных исследований взаимодействия двухслойного потока жидкости (нефть - вода) с преградой (боновым заграждением);

- результаты экспериментальных и теоретических исследований распространения нефти при всплытии и растекании по поверхности воды.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Идрисова, Карина Робертовна

Основные выводы

1. Рассмотрена методология анализа риска аварий на подводных переходах магистральных нефтепроводов и предложена уточненная методика определения объема выхода нефти через дефектное отверстие с учетом противодавления окружающей среды и фазового перехода при достижении критических скоростей истечения.

2. На основе экспериментальных исследований распространения нефти в толще речного аллювия, всплытия и распространения нефти при выходе на поверхность воды предложена зависимость для определения объема нефти, загрязняющей береговые участки рек малой и средней ширины.

3. Экспериментальными исследованиями взаимодействия двухслойного потока жидкости (нефть - вода) с преградой (боновыми заграждениями) установлена максимально допустимая толщина локализуемого нефтяного слоя без «подныривания» нефти под преграду.

4. На основе математического моделирования распространения струи нефти в потоке воды определены параметры плавучей струи нефти при ее всплытии и течении в водотоке.

5. На основе результатов выполненных экспериментальных и опытно-промышленных исследований предложены технологические схемы локализации разлитой нефти и разработан руководящий документ «Правила аварийного ремонта подводных переходов магистральных нефтепроводов и ликвидации последствий аварий» для Республики Казахстан.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Идрисова, Карина Робертовна, 2004 год

1. Самойлов Б.В., Ким Б.И., Зоненко В.И. и др. /Учебное пособие для ВУЗов. М.: Недра, 1995. - 304 е.: ил.

2. Положение о проведении работ по диагностированию магистральных нефтепроводов. М.: АК «Транснефть», ЦТД, 1994. - 37 с.

3. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах: Руководящий документ Минтопэнерго РФ, АК «Транснефть». М.: Транспресс, 1996. - 67 с.

4. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах: Руководящий документ. М.: Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. - 96 с.

5. Правила по предотвращению загрязнения с судов (Конструкция и оборудование) // Речной Регистр РСФСР. М.: Транспорт, 1983. - 54 с.

6. ВСН 010-88. Строительство магистральных трубопроводов. Подводные переходы. М.: ВНИИСТ, 1989. - 103 с.

7. ВСН 011-88. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Очистка полости и испытание. М.: Миннефтегазстрой, 1990. - 98 с.

8. РД 39-0147103-347-89. Инструкция на технологический процесс приборного обследования подводных переходов трубопроводов и кабелей связи. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1991. - 35 с.

9. РД 39-30-1090-84. Методика расчета предельно допустимых давлений в подводных переходах эксплуатируемых нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1985. - 46 с.

10. РД 08-204-98. Порядок уведомления и представления территориальным органам Госгортехнадзора информации об аварийных утечках, авариях и опасных условиях эксплуатации объектов магистрального трубопровода транспорта опасных жидкостей. М., 1999. - 7 с.

11. Гебхарт Б. Свободноконвектирующие течения в технике. (Фримановская лекция) // Теоретические основы инженерных расчетов. 1979. - 101. - №1. - С. 109-142.

12. Гогин В.Е. Ремонт нефтепровода под водой // Нефтепромысловое строительство. 1981. - № 9. - С. 5-7.

13. А.с. 1606608 СССР. Установка для сбора нефтепродуктов с поверхности воды/ В.И. Логиновский, Р.Х. Идрисов, Н.В. Медингер (СССР). Заявлено 27.04.88; Опубл. 15.11.90, Б.И. 42.

14. А.с. 1606609 СССР. Устройство для сбора нефти с поверхности воды / Р.Х. Идрисов и др. (СССР). Заявлено 08.07.88; Опубл. 05.11.90, Б.И. 42.

15. А.с. 1657645 СССР. Устройство для удаления жидкости с поверхности земли / Р.Х. Идрисов и др. (СССР) Заявлено 01.03.89; Опубл. 23.06.91, Б.И. 23.

16. А.с. 1735481 СССР. Устройство для сбора жидкости с поверхности воды / Р.Х. Идрисов и др. (СССР). Заявлено 25.09.89; Опубл. 22.01.92, БИ 19.

17. А.с. 1807166 СССР. Боновое заграждение / Р.Х. Идрисов и др. (СССР). Заявлено 16.08.90; Опубл. 07.04.93, Б.И. 13.

18. Бруяцкий Е.В. Расчет параметров плоской горизонтальной плавучей турбулентной струи // Гидромеханика. 1980. - № 41. - С. 87-95.

19. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. - 400 с.

20. Богданов В.И. Всероссийские учения по ликвидации аварий и их последствий на переходах нефтепроводов через водные преграды // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - № 9. - С. 10-20.

21. ВСН 014-89. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов / Охрана окружающей среды. М.: Миннефтегазстрой, 1989. - 84 с.

22. ВСН 163-83. Учет деформации русел, берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов. М.: Миннефтегазстрой, 1990. - 117 с.

23. СНиП Ш-42-80*. Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ. М.: Минстрой России ГУЛ ЦПП, 1997. - 75 с.

24. СНиП 2.05-06-85*. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат,1997. 59 с.

25. ППБ-01-23. Правила пожарной безопасности в РФ. М.: МВД России,1998.-90 с.

26. Правила охраны магистральных трубопроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1992. - 12 с.

27. Методика расчета напряженного состояния подводного трубопровода при капитальном ремонте методом подсадки. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987. - 26 с.

28. РД 39-0147103-370-86. Нормы на проектирование капитального ремонта подводных переходов магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987. - 115 с.

29. РД 39-0147098-005-88. Правила охраны окружающей среды при сборе, подготовке и транспорте нефти. Уфа: ВостНИИТБ, 1988. — 42 с.

30. РД 39-30-692-82. Положение о формуляре подводного перехода магистрального нефтепровода. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1982. - 32 с.

31. РД 39-0147103-91. Положение о взаимодействии министерств и ведомств при эксплуатации подводных переходов магистральных нефтепроводов, пересекающих внутренние водные пути. Уфа: ВНИИСПТнефть, Росречфлот, 1991. -47 с.

32. РД-39-1-80. Руководство по метрологическому обеспечению строительства подводных переходов магистральных нефтепроводов. -М. ВНИИСТ, 1981.-30 с.

33. Аскис А.В. Подводная сварка и резка металлов. Киев: ИЭС им. Патона АН Украины, 1980. - 56 с.

34. Бабин JI.A., Григоренко П.Н., Ярыгин Е.Н. Типовые расчеты при сооружении трубопроводов. М.: Недра, 1979. - 176 с.

35. Бородавкин П.П., Березин B.JL, Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. М: Недра, 1968. - 304 с.

36. Галюк В.Х., Забела К.Н. Ликвидация повреждения подводных переходов магистральных нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1980. -68 с.

37. Баранин И.Е., Кислов А.И., Мелкозеров В.М. Ликвидация нефтезагрязнений с использованием сорбентов // Трубопроводный транспорт нефти. 2002. - № 8. - С. 20-23.

38. Черняев В.Д., Забела К.А. Ликвидация аварий на подводных нефтепроводах // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - № 4. -С. 10-14.

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

40. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследования и испытаний. М.: Стройиздат, 1987. - 42 с.

41. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (Волновые, ледовые и от судов). М.: Минстрой России ГУЛ ЦПП, 1996.-33 с.

42. РД 39-00147105-024-02. Методика расчета напряженного состояния подводных переходов магистральных нефтепроводов при техническом обслуживании и ремонте. Уфа: ТрансТЭК, 2001. - 57 с.

43. РД 153-39-4-074-01. Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на подводных переходах магистральных нефтепродуктопроводов. М.: ОАО АК «Транснефтепродукт», 2001. -70 с.

44. Богомолов Е.Н. Расчет эффективности газовой завесы за перфорированным участком поверхности, омываемой турбулентным потоком // Изв. вузов. Энергетика. 1979. - № 1. - С. 23-89.

45. Бруяцкий Е.В. Основные интегральные соотношения для струи в сносящем потоке // Прикладная механика. 1976. - 12. - № 39. - С. 1421.

46. Вязовский Ю.П., Голубев В.А., Климкин В.Ф. Исследование круглой турбулентной струи в сносящем потоке // Инженерно-физический журнал 1982. - 42. - № 4. - С. 548-554.

47. Колпаков Л.Г. Насосы нефтеперекачивающих станций. Уфа: Изд-во УНИ, 1981.-96 с.

48. Идрисова К.Р., Шараев В.А., Зайнуллин Р.С. Модель взаимодействия двухфазного потока жидкости с плоской преградой // Мониторинг и безопасность трубопроводных систем. 2004. — № 2. - Уфа: ТРАНСТЭК, 2004. - С. 3 - 6.

49. А. с. 1605154 СССР от 08.07.90. Стенд для исследования характеристик устройств для сбора нефти / В.И. Логиновский, Р.Х. Идрисов, Н.С. Минигазимов (СССР). Заявлено 28.09.88; Опубл. 07.11.90, Б.И.41.

50. Бруяцкий Е.В., Приходько В.П. Расчет вертикальных осесимметричных плавучих турбулентных струй интегральным и численным методом // Гидромеханика. 1986. - вып. 54. - С. 48-54.

51. Бруяцкий Е.В., Дин Р.Б. Деформация турбулентной струи в сносящем потоке // Прикладная механика. 1976. - 12. - № 6. - С. 116-122.

52. Bradshaw P. The analogy between streamline curvature and buoyancy in turbulent shear flow. Ibid. 1969. 36. - pt 1. - P. 117-191.

53. Адлер Д., Барон А. Расчет трехмерного течения круглой струи в поперечном потоке // Ракетная техника и космонавтика. 1979. - 17. -№ 2.- С. 53-60.

54. Богомолов Е.Н. Искривление плоской струи в ограниченном сносящем потоке при наличии застойной зоны // Изв. вузов. Авиационная техника. 1978. - № 1. - С. 22-30.

55. Грудницкий Г.В., Жданов Ф.А. Опыт использования подводной сварки при ремонте подводных газопроводов // Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных нефтегазопроводов и нефтебаз. 1989. - № 2. - С. 21-25.

56. Джалурия И. Естественная конвекция. Тепло- и массообмен. М.: Мир, 1983. - 400 с.

57. Зельдович Я.Б. Предельные законы свободно-восходящих конвективных потоков // Журнал экспериментальной и технической физики. 1937. - 7. - № 12. - С. 1463-1465.

58. Идрисов Р.Х. Эффекты плавучести нефти в воде. Состояние вопроса // Башкирский экологический вестник. 2000. - №1 (8). - С. 64-68.

59. Идрисов Р.Х., Целищев В.А. Структура стратифицированных течений плавучих вертикальных струй // Вестник УАГТУ «Аэрокосмическая техника». 2001. - № 9. - С. 27-33.

60. Идрисов Р.Х., Целищев В.А. Структура стратифицированных вертикальных плавучих струй нефти // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. науч. тр. -Уфа, 2000. вып. 59. - С. 152-164.

61. Ламли Дж.Л., Пановский Г.А. Структура атмосферной турбулентности. М.: Мир, 1966. - 264 с.

62. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Физматгиз, 1962. -480 с.

63. Монин А.С., Обухов A.M. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы // Тр.ин-та / Геофиз. ин-т АН СССР. 1954. - № 24. - С. 163-187.

64. Munk W.H., Anderson E.R. Notes on the theory of the thermoline // J. Mar. Res. 1948.- 1.-276 p.

65. Процессы переноса в турбулентных течениях со сдвигом // Теплофизика. Таллин, 1973. -103 с.

66. Струминский В.В. Трехмерный пограничный слой на произвольной поверхности // Вестник АН СССР. 1956. - № 4. - С. 595-598.

67. Голубев В.А., Климкин В.Ф., Макаров И.С. Траектория одиночных струй различной плотности, распространяющихся в сносящем потоке // Инженерно-физический журнал. 1978. - 34. - № 4. - С. 594-599.

68. Гиршович Т.А. Теоретическое и экспериментальное исследование плоской турбулентной струи в сносящем потоке // Изв. АН СССР Серия «Механика жидкости и газа». 1966. - № 5. - С. 121-126.

69. Войтович Л.П., Гиршович Т.А., Коржов Н.П. Экспериментальное исследование начального участка круглой турбулентной струи в поперечном потоке // Изв. АН СССР. Серия «Механика жидкости и газа». 1978.-№5.-С. 151-155.

70. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Госком СССР по делам стр-ва, 1986. - 35 с.

71. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. М.: Госстрой СССР, 1988. - 35 с.

72. Fortmann Е. Uber turbulente Strahlausbreitung // Ing. Arch. 1934. — 5. -Nl.-S. 42-54.

73. Гогиш Л.В., Степанов Г.Ю. Турбулентные отрывные течения. М.: Наука, 1979. - 368 с.

74. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. -715 с.

75. Иванов Ю.В. Некоторые закономерности свободной круглой струи, развивающейся во внешнем поперечном потоке // Изв. АН СССР-Серия «Отделение техн. наук». 1954. - № 8. - С. 37-54.

76. Сообщение ЦКТИ. Л., 1936. - С. 10-21.

77. Keffer J.F., Baines W.D. The round turbulent jet in a cross-wind // J. Fluid Mech.- 1963.- 15:pt4.-P. 481-496.

78. РД 39-065-03 Правила аварийного ремонта подводных переходов магистральных нефтепроводов и ликвидации последствий аварий. -Уфа: ГУЛ «ИПТЭР», 2003. 107 с.