автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Минимизация риска чрезвычайных ситуаций при перевозке нефти и нефтепродуктов железнодорожным транспортом в Дальневосточном регионе

На правах рукописи

Луценко Андрей Николаевич

МИНИМИЗАЦИЯ РИСКА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ

05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ПАР 2015

Москва -2015 005559991

005559991

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС) на кафедре «Техносферная безопасность»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Катин Виктор Дмитриевич

Балалаев Анатолий Николаевич доктор технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения», кафедра «Вагоны», заведующий кафедрой

Сухов Филипп Игоревич

кандидат технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения», кафедра «Химия и инженерная экология», доцент

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

Защита состоится «24» апреля 2015 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.03 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУПС (МИИТ), www.miit.ru.

Автореферат разослан «24» февраля 2015 г.

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета

'XL

Плицына Ольга Витальевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Железнодорожный транспорт (ЖДТ) является ведущим по значимости и объему перевозок в Дальневосточном регионе: на его долю приходится около 90 % грузооборота. В перечень основных грузов, перевозимых железной дорогой (более 30 % от общею объема) входят нефть и нефтепродукты (ННП).

Дальневосточная жмезная дорога (ДВостЖД) занимает лидирующее положение по количеству инцидентов по сети железных дорог Российской Федерации. Свыше 95 % инцидентов с опасными грузами связано с перевозкой ННП. До 40 % происшествий из этого числа связано с эксплуатацией цистерн, имеющих превышение нормативного срока службы. Из-за изношенности парка цистерн и невозможности одновременно вывести из эксплуатации цистерны с продленным сроком службы, сохраняется тенденция к увеличению рисков чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Специфика региона обусловлена наличием большого количества особо охраняемых природных территорий (ООПГ) и сопряжением железной дорога с многочисленными водными объектами. Любой факт попадания нефти и нефтепродуктов в водоохранную зону водных объектов, вызванный аварийным разливом, относится к ЧС. Уникальность территории, через которую проходит железная дорога, и риск необратимых последствий требует особого внимания к задаче обеспечения безопасности перевозок.

В условиях ограниченности материальных ресурсов особенно важной является организация эффективного комплекса мер по предупреждению и ликвидации последствий ЧС.

Актуальность темы диссертационной работы подтверждается тем, что она относится, в соответствии с Указом Президента РФ № 899 от 7 июля 2011 г., к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в РФ и перечню критических технологий РФ (раздел «Технологам предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»).

Степень разработанности темы исследований. Проблемам обеспечения безопасности функционирования железнодорожного транспорта посвящены труды российских ученых Баранова JI.A., Красковского А.Е., Куклева Е.А., Лисенкова В.М., Лисютина A.M., Мартынюка И.В., Медведева В.И., Пономарева ВМ., Тесленко И.О., Феоктистова В.П., Филиппова В.Н., Хохлова A.A., Христолюбова A.B., Чернякова C.B., Шевандина М.А., Шевченко А.И. и др., в которых рассмотрены теоретические основы и практические подходы.

Цель работы заключается в снижении рисков ЧС при перевозке ННП ЖДТ в Дальневосточном регионе путем применения комплекса мероприятий.

Задачи работы:

- выполнить статистический анализ инцидентов с перевозкой ННП на ДВостЖД с выявлением основных причин происшествий и определением возможных путей снижения их количества;

- разработать методику и алгоритмы ранжирования уязвимостей территории влияния железной дороги в Дальневосточном регионе;

- обосновать и разработать технические мероприятия и устройства для предупреждения и ликвидации разливов ННП при перевозке ЖДТ;

- рассмотреть вопрос нормализации эксплуатационных показателей земляного полотна железнодорожного пути применением биологически активных композиций (БАК);

- разработать методику получения эффективных сорбентов в мобильных комплексах для ликвидации ЧС с разливами ННП на ЖДТ;

- разработать методические рекомендации по минимизации рисков ЧС при перевозке ННП железнодорожным транспортом.

Методология исследований основана на применении методов математического и сгашстаческого анализа, экспертных оценок и применении системного подхода в оценке безопасности.

Объектом исследований являются уязвимости, возникающие при перевозке ННП железнодорожным транспортом в Дальневосточном регионе.

Предметом исследований являются средства и способы предупреждения и минимизации последствий ЧС, связанных с перевозкой ННП железнодорожным транспортом в Дальневосточном регионе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- на основе системного анализа определены критерии минимизации ЧС с ННП в Дальневосточном регионе, обоснована необходимость разработки новых технических устройств для реализации поставленной цели;

- доказана возможность «точечного» ранжирования уязвимостей территории влияния железной дороги на основе применения комплексных территориальных коэффициентов и единичных матриц уязвимостей;

- разработан алгоритм кластеризации уязвимостей территории влияния железной дорога с последующим ранжированием и визуализацией по степени уязвимости ячеек матрицы;

- обоснована методика снижения времени принятия решений при ЧС с перевозкой ННП на основе применения комплекса «ГИС - электронная карта уязвимостей».

Теоретическая значимость диссергащюнной работы заключается в совершенствовании метода оценки риска ЧС путем корректировки алгоритма обработки эмпирических данных и введением показателя «комплексный территориальный коэффициент)).

Практическая значимость работы:

- разработаны рекомендации по снижению времени оперативного реагирования на ЧС путем применения комплекса «ГИС - электронная карта уязвимостей»;

- использована в учебном процессе методика ранжирования уязвимостей зоны влияния железной дорога на основе применения единичных матриц уязвимости и кластерного анализа;

- разработан и пред ложен к применению вкладыш в цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, обеспечивающий предотвращение протечек и снижение загрязняющего влияния на окружающую среду,

- разработаны и запатентованы устройства для ликвидации разливов нефти;

- разработана и защищена патентом установка по производству углеродных сорбентов из некондиционного зерна, снижающая себестоимость работ;

- предложены рекомендации по нормализации эксплуатационных показателей земляного полотна железнодорожного пути с применением устройства по нанесению биологически активных композиций (БАК).

Реализация и внедрение результатов работы. Аналитические выводы и методические разработки диссертационной работы использованы в институте дополнительного образования ДВГУПС при повышении квалификации работников ДВостЖД, в обучении бакалавров направления «Техносферная безопасность» ДВГУПС. Приняты к практическому применению разработай по минимизации ЧС при перевозке ННП на ДВостЖД.

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций подтверждается применением апробированных научных методов, согласованностью с результатами научных исследований других авторов. Предлагаемые методические рекомендации и технические решения обоснованы применением фактических статистических данных по количеству инцидентов с опасньми грузами, связанных с перевозками ННП на ДВостЖД. Технические разработки подтверждены патентами РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика повышения эффективности управления и принятия решений в ЧС путем создания комплекса «ГИС - электронная карта уязвимостей территории влияния железной дороги»;

- предупреждение и снижение рисков ЧС при перевозке нефти и нефтепродуктов в зоне влияния железной дороги при помощи новых технических решений в Дальневосточном регионе.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались и получили положительную оценку на Всероссийских научно-практических конференциях «Научно-технические проблемы транспорта» (Хабаровск, 2010,2012 г.г.); «Транспорт-2010» (Ростов-на-Дону, 2010 г.); «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и об-

6

разования» (Хабаровск, 2012 г.); «Наука университета - новации производства» (Хабаровск, 2012 г.); «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, 2013, 2014 г.г.); Международной научно-практической конференции «ТЭБТРАНС-2010», (Санкт-Петербург,

2010 г.); IV Международном геотехническом симпозиуме «Превентивные меры по уменьшению природных и техногенных бедствий», (Хабаровск,

2011 г.); III Международной научно-практической конференции в рамках форума «Безопасность и связь», (Казань, 2014 г.); IV Международной научно-практической конференции «Современные концепции научных исследований», (Москва, 2014 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ: 4 статьи - в журналах, рекомендованных ВАК; 3 патента - в официальных бюллетенях Роспатента; 11 статей - в журналах и сборниках докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Библиографический список включает 145 наименований, общий объем работы составляет 155 страниц машинописного текста, включая 7 таблиц и 29 рисунков.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, анализе и обобщении результатов работы, разработке методик и практических рекомендаций по повышению безопасности перевозок и минимизации последствий ЧС, связанных с перевозкой ННП железнодорожным транспортом, разработке и подаче заявок на патенты РФ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования.

Первая глава посвящена анализу проблемы обеспечения безопасности железнодорожных перевозок в Дальневосточном регионе, вопросам систематики и классификации чрезвычайных ситуаций. На основе изучения состоя-

ния транспортной инфраструктуры на Дальнем Востоке определено, что основными причинами возникновения чрезвычайных ситуаций на ЖДТ в регионе являются недопустимо высокий уровень износа основных производственных фондов, эксплуатационные ошибки, нерациональное размещение железнодорожных линий вблизи крупных населенных пунктов и ООПТ, географические особенности территории.

Сделан вывод, что для минимизации рисков на железнодорожном транспорте необходимо распространить область управляемых объектов и состояний на объекты восприятия аварийных ситуаций - уязвимости. Предложена классификация уязвимостей в контексте риска ЧС при перевозке ННП. На основе анализа модели влияния входных условий на риск ЧС при перевозке нефти и нефтепродуктов (рисунок 1) установлено, что для управления риском необходима не только его оценка, но и разработка технологических мероприятий и технических средств по предупреждению и ликвидации последствий ЧС.

Рисунок 1 - Модель влияния входных условий на риск ЧС при перевозке ННП Адаптирована модель количественной оценки риска для сегмента дороги при перевозке ННП железнодорожным транспортом. Вероятность инцидента на сегменте г:

РЩ = 1 - Р{Лг(£,) = 0} = 1 - ехр(- 2,1,) « 2,1,, (1)

где К{Ц) - число несчастных случаев на сегменте длины I,; 2, - число несчастных случаев участка, разделенного на сегменты /; I, - длина сегмента /.

Для маршрута, включающего п сегментов, выразим вероятность инцидента с перевозкой опасных грузов в цистернах, рассматривая негомогенный

( Л í п \ п

процесс Пуассона: НА) = \~ехр -^2с11 1 -ехр\ -^2,1, ~ ^2,1, (2)

ч 0 У V '=1 У 1=1

С учетом различных сценариев разлива 5, для сегмента /":

Р(4) = Р(М,Л% Р(К\А)а!;;;Р(А,). (3)

Так, последствие С„ определенного сценария 5 на сегменте г:

Сй=Н5У,, (4)

где Н3 - площадь экспозиции разлива, на которой должны быть эвакуированы или защищены люди при реализации сценария разлива У, - средняя популяционная плотность на сегменте г.

В общем виде последствие разлива:

ст = Я«г/4 (5)

где К, - численный показатель, характеризующий уязвимость территории; Н$ - площадь экспозиции разлива, рассматриваемая с учетом статистической модели эмиссии и дисперсии в зависимости от времени таким образом, что время реагирования Т = 1]+12+13+14± где - время от происшествия до принятия сигнала «опасное событие», Г2 - время обработки входящей информации и анализа риска, 13~ время принятия решения, время ликвидации последствий.

Сделан вывод, что одним из определяющих критериев оценки минимизации рисков может бьггь сокращение времени реагирования на ЧС. При рассмотрении вероятности инцидента необходимо учитывать не только влияние опасности на человека, как наиболее важную составляющую территориальной уязвимости, но и на другие территориальные параметры сегмента реализации сценария. Для минимизации риска необходим комплексный подход,

включающий в себя решение вопросов предупреждения, ликвидации последствий ЧС, а так же обучения и непрерывной переподготовки обслуживающего персонала.

Вторая глава посвящена сокращению времени оперативного реагирования на ЧС при перевозке нефти и нефтепродуктов. Для мгновенного определения точного места инцидента предложено использование спутниковой навигационной системы (СНС) с дополнительной установкой на цистерны с ННП трекеров, снабженных информативными датчиками. Установлено, что для сокращения времени анализа информации и принятия решений по реагированию на инцидент необходима интеграция СНС с электронными картами уязвимостей. Алгоритм показан на рисунке 2.

СЗМ передатчик

спутник ГЛОНАСС

\\

И

сервер

меры реагирования

жят

транспортное средство с опасным грузом (цистерна)

Рисунок 2 - Схема мониторинга подвижных объектов

Для формирования электронных карт уязвимостей разработана методика ранжирования территории влияния железной дороги с применением единичных матриц уязвимости и комплексных территориальных коэффициентов. Учитывая недостатки методик, предлагающих категорирование участков железнодорожной линии по рангам опасности, обосновано «точечное» ранжирование территории влияния на основе разбиения на элементарные ячейки при помощи меридианально ориентированной сетки с привязкой к географическим координатам. Рассмотрен вопрос типологии анализируемых ячеек и их последующей кластеризации для ранжирования уязвимостей.

Определены границы территории влияния ЖДТ при ЧС с перевозкой ННП. Предложен алгоритм получения карт уязвимостей территории влияния ЖДТ, основой для которого является присвоение ячейкам весовых единичных коэффициентов. Предложено распределение коэффициентов на основе нормативных документов (в случае отсутствия таковых возможно использование экспертных оценок), к, = к,/х,т<ц), где х,- численное значение /-го частного показателя ячейки матрицы, х,тш~ максимальное значение /-го частного показателя ячейки матрицы, а, - весовой коэффициент, учитывающий значимость /-го частного показателя ячейки матрицы 0,1 <«, <1. Выявлена целесообразность использования комплексного территориального коэффициента (КТК), характеризующего общую степень уязвимости ячейки.

В качестве математического аппарата для ранжирования и визуализации карт уязвимостей территории влияния железной дороги предложено использование кластерного анализа. Решением задачи кластерного анализа являются разбиения, удовлетворяющие заданному критерию оптимальности. В качестве целевой функции взята внутригрупповая сумма квадратов отклоне-

ния:

м ' ~г ' " )

Г - \2

(6)

где X) -измеренияу'-го объекта.

Попадание в один или разные кластеры объектов определяется понятием расстояния между X, и Х] из Ер, где Ер - ^-мерное евклидово пространство. Неотрицательная функция с1(Х„ X) будет являться функцией расстояния (метрикой), при следующих условиях:

а) с!(Х„ Лу >0, для всех X, и Х! из Ер;

б) с1(Х,, Х^ = 0, тогда и только тогда, когда X = X/,

в) с!(Хи Х^ = с1(Х;, Х0-

г) с1(Хь X]) <й(Хи Хь) + с1(Хк, где Хь X) иХк- любые три вектора из Ер.

Значение ¡Л(Х„ Х^) для Х,иХ] является расстоянием между X, и X/ и эквивалентно расстоянию между О, и Gj соответственно выбранным характеристикам (Т7;, /<2, Р'з, ..., Рр).

Для решения задачи категорирования уязвимостей число кластеров т в работе предложено принять априорно. Критерием объединения становится изменение соответствующей функции - суммы квадратов отклонений (6).

Для осуществления процедуры типологии анализируемых ячеек предложен набор параметров, который предполагает: выбор показателей, выбор весовых коэффициентов, выбор метода обработки исходных данных, выбор определяющей последовательности визуализации. Единичные матрицы уязвимостей, составленные на основе численных показателей, являются исходными значениями в построении карт (рисунок 3).

1

2

3

4

а 5

АвсоЕРбн^ьмиорстзтиууухуг

1

2

3

4

б 5

- умеренно уязвимая территория, высоко уязвимая территория, §§ - чрезвычайно уязвимая территория Рисунок 3 - Фрагмент матрицы уязвимостей участка железной дороги (а) и карты ранжированных уязвимостей (б)

На заключительном этапе производится интерпретация кластеров, включающая себя оценку размеров и состава кластеров и их содержательный анализ, необходимый для определения категории и ответных мер по ликвидации последствий ЧС (рисунок 4).

АВСОЕРС^КЬМЫОРСЖЗТиУШХУг

0,3 Ой Ой 06 0,7 0? 0й 0«|07 06 | § X

07 06 0« 06 07 0? V, П.6|0 7 1,4 II

(17 06 06 06 07 о; 0,8 1511,5 03

0.7 0.5 0.6 1.6 1.6 1,7 1.7 0.4 Ш,3 0,3 1 1

0.6 о.в; о.в 0,6 0,8 1,7 0.5 0,4 ¡0,3 0,3 I | !

щ щ

1

1 |

м

Ранжирование матриц уязвимостей территории влияния ж.д. методом кластерного анализа

у А шф В > С

к. «X ear р. г» а»

ai аг аз bi Ьг Ьз С1 С2 сз

А - выбор параметра, В - картографирование, С - категорирование и интерпретация, aj - определение набора показателей, а2 - определение весовых коэффициентов, а3 - определение метода предпроцессинга, bi - определение элементарных ячеек, Ь2 - графическая интерпретация, Ь3 - фильтрация и расчет статистики, с, - локализация и состав кластеров, с2 - категорирование уязвимостей, с3 - разработка мер реагирования

Рисунок 4 - Алгоритм ранжирования уязвимостей

Для оптимизации процесса ранжирования в диссертационной работе предложено использование программы Hierarchical Clustering Explorer 3,5 (НСЕ), которая позволяет определить естественную группировку с интерактивной визуализацией обратной связи и динамическим управлением запроса. В результате проведенных исследований предложена трехступенчатая интерпретация кластеров, включающая в себя оценку размеров и состава кластеров и их содержательный анализ. На основе численно-цветовых характеристик предложено ранжирование уязвимостей территории влияния железной дороги: умеренно уязвимая, высоко уязвимая, чрезвычайно уязвимая для последующей разработки соответствующего регламента реагирования.

В работе рассмотрен вопрос практического применения предложенной методики ранжирования. С этой целью на основе разработанного алгоритма и имеющихся в открытом доступе исходных данных произведена кластеризация уязвимостей на участке ДВостЖД Хабаровск-Корфовская. Результаты реализации алгоритма с применением программного обеспечения подтвердили наличие предполагаемой структуры в массиве исходных данных. На основе визуализации результатов кластерного анализа уязвимостей получена карта уязвимостей территории влияния железной дороги, позволяющая плани-

ровать меры по предупреждению и ликвидации ЧС при перевозке ННП, оптимизировать реагирование на инцидент. Структурная схема интеграции ранжированной карты уязвимостей в процесс принятия решений представлена на рисунке 5.

Установлено, что одним из преимуществ использования карт единичных уязвимостей является возможность «послойного» анализа каждого типа уязвимости с доступом к объектной базе данных. Такая структура позволяет определить приоритеты в организации мер по ликвидации и предупреждению ЧС, а геоинформационный подход позволяет интегрировать изменяющуюся базу данных в модели механизмов минимизации ЧС с конкретной привязкой к местности. В работе определено, что критериями оптимальности принятия решений по минимизации ЧС являются скорость реагирования и адекватность привлеченных сил и средств.

Аварийный разлив нефти

*

снс

Электронная

карта уязвимостей _

ПЛАРН

! Оценка метода

реагирования

*

Затраты

Оценка последствий

Ущерб

Экологический

Экономический

Принятие решения

Рисунок 5 - Алгоритм принятия решения по реагированию на ЧС с использованием комплекса «ГИС - электронная карта уязвимостей»

Использование комплекса позволяет алгоритмизировать и частично автоматизировать процедуру принятия решений. В случае ЧС с разливами ННП использование ранжированной электронной карты позволяет мгновенно определить параметры реагирования за счет наличия достоверной полной информации о возможных последствиях С„ определенного сценария разлива ННП 5 на сегменте г:

(7)

где N - количество ячеек единичных матриц, характеризующих площадь разлива; л) -весовой коэффициентной единичной матрицы уязвимости.

Наличие карт единичных уязвимостей позволяет провести оперативный анализ и выделить наиболее значимые составляющие, требующие максимального приложения усилий.

В третьей главе обоснована актуальность исследований и представлены авторские разработки по предупреждению и сокращению времени ликвидации последствий ЧС при перевозке ННП. Выявлено, что вопрос оснащенности эффективными средствами сил реагирования на ЧС с разливами ННП на ДВостЖД является актуальным и решен не в полной мере.

Установлено, что средняя концентрация загрязнения железнодорожного полотна и прилегающей территории ННП составляет 1,5 г/кг, что превышает предельно допустимую величину в 1,5 раза. Накопление загрязнений ухудшает эксплуатационные характеристики балластной призмы и оказывает негативное влияние на окружающую природную среду. Выявлены недостатки используемых методик восстановления эксплуатационных свойств балластного слоя.

Для предупреждения накопления загрязнения ННП, продления срока службы и восстановления эколого-технических параметров железнодорожного полотна автором предложена методика использования «экопоезда».

Комплекс состоит из локомотива - силовой установки и специальных цистерн, снабженных компрессорами и оросительной системой. Для очистки основания пути от нефтезагрязнений обосновано применение (БАК) на про-

15

блемных участках. На основе анализа опыта применения биоремедиации, предложено внесение БАК в количестве 1 -5 % концентрации нефтяных углеводородов в загрязненном слое.

Применение метода позволит существенно снизить концентрацию и предотвратить накопление нефтезагрязнений, нормализовать эксплуатационные свойства основания пути на особо уязвимых участках дороги без применения трудоемких и дорогостоящих механических способов замены балласта.

На основе анализа статистических данных выявлено, что количество инцидентов, связанных с перевозкой ННП на ДВостЖД остается стабильно высоким (рисунок 6). В связи с этим актуален вопрос эффективной ликвидации разливов ННП при ЧС. Один из таких методов основан на применении сорбентов. Установлено, что не решен вопрос механизации нанесения и сбора сорбента на площадь разлива и оснащения такими устройствами специализированных формирований по ликвидации разливов.

Рисунок 6 - Динамика инцидентов с опасными грузами на ДВЖД Для решения вопроса разработана мобильная установка (рисунок 7) и предложена методика её использования. Установка, в отличие от существующих, позволяет в одном устройстве объединить устройство для нанесения и сбора сорбента с функцией срезки и снятия верхнего слоя загрязненного грунта, что существенно сокращает время производства работ по реабили-

тации места разлива и повышает эффективность использования оборудования.

3 4 , 5

в атмосферу

Ч , ^•""•ч " .....?-»—

-го

I - базовое транспортное средство, 2 - газотурбинный двигатель, 3 - бункер для сорбента, 4 - сорбент, 5 - сепарирующее устройство, 6 - нагнетающую магистраль, 7, 8 - заслонки, 9 - выдувное сопло, 10 - магистральный рукав,

II - всасывающую магистраль, 12 - всасывающий патрубок, 13 - эжекти-рующий канал

Рисунок 7 - Схема передвижной установки для ликвидации разливов нефти

Преимуществом разработки является мобильность и высокая производительность. Предложено применение данного технического решения в составе специализированных поездов для ликвидации последствий ЧС.

Экспериментально определена возможность использования в такой установке углеродного сорбента, получаемого из некондиционного зерна технических культур.

Для производства сорбента автором разработано и запатентовано мобильное устройство. Определено, что нефтеёмкость получаемого сорбента N > 3 (г/г) (рисунок 8). Его преимуществами являются: простота получения, высокая скорость нефтепоглощения, доступность и возобновляемость исходного сырья, низкая себестоимость, возможность утилизации после использования. Предложены эффективные варианты утилизации.

0 5 30 15 20 25 30 35 4С 45

А1 - график для сорбента из ячменя, 51 - для сорбента из проса Рисунок 8 - Зависимость нефтепоглощения от времени контакта с сорбатом: Аг— нефтепоглощение (г/г), I - время контакта

В результате анализа статистических данных установлено, что в 85 % случаев протечек из цистерн при перевозке ННП причинами являются течи через сливной прибор и вследствии дефектов котла. Подавляющее большинство инцидентов из этого числа связано с эксплуатацией цистерн с продленным сроком службы. При отсутствии или несоблюдении технологии, подтверждающей проверку исправности котла и запорной арматуры, несовершенстве нормативной базы в части распределения ответственности, назрела необходимость разработки специальных технических средств по предотвращению течей в цистернах.

Установлено, что использование доступных в настоящее время способов (гуммирование, магнитная герметизация) отличается высокой стоимостью, сложностью технического решения и большими временными затратами на реализацию.

Для решения задачи, автором предложено использование защищенного патентом устройства - гибкого «самоустанавливающегося» вкладыша в цистерну. Вкладыш изготавливается из инертных пленочных материалов (рисунок 9). Устройство представляет собой гибкую оболочку, размещаемую внутри котла и принимающую его форму за счет наполнения воздухом каркаса из продольных и поперечных воздуховодов.

,воздух

А 7

воздух

1 - оболочка, 2 - горловина, 3 - продольные воздуховоды, 4 - поперечные воздуховоды, 5 - впускная магистраль, 6 - запорный клапан, 7 - дополнительный рукав Рисунок 9 - Гибкий вкладыш в железнодорожные цистерны Применение вкладыша позволяет продлить срок службы цистерн путем исключения контакта перевозимых жидкостей со стенками котла, повысить безопасность перевозок сведением к минимуму возможности протечек через дефекты, снизить затраты на подготовку к повторному использованию цистерны для перевозки ННП. Ориентировочно, согласно проведенным расчетам, экономический эффект от использования разработки достигает 30%.

Устройства, разработанные автором, позволят минимизировать риск ЧС путем повышения безопасности перевозок ННП и эффективности производства работ, а так же снижением времени ликвидации аварийных разливов. В общем случае, применение предложенных автором технических средств распределяется по рангам уязвимости следующим образом (таблица 1).

Таблица 1 — Распределение авторских технических средств для ликвидации последствий ЧС по рангам уязвимости

ранг —-д§£ритории разработка умеренно уязвимая высоко уязвимая чрезвычайно уязвимая

гибкий вкладыш в цистерну рекомендовано рекомендовано рекомендовано

зкопоезд не рекомендовано ... в зависимости ст местных условий рекомендовано

универсальная установка по ликвидации разливов нефти рекомендовано рекомендовано рекомендовано

установка по производству сорбента .. а зависимости . от местных условий рекомендовано ~ рекомендовано

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и на основе выполненного анализа и проведенных исследований разработан комплекс научно-обоснованных технических и методических решений, позволяющих минимизировать риски ЧС при перевозке ННП железнодорожным транспортом в Дальневосточном регионе.

1. На основе статистического анализа дана оценка состояния безопасности перевозок ННП в Дальневосточном регионе, позволившая определить вектор усилий в задачах по реализации поставленной цели.

2. Предложена методика ранжирования территории влияния железной дороги, основанная на использовании матриц уязвимостей и применении кластерного анализа, позволяющая оптимизировать принятие решений с учетом рационального размещения средств реагирования на ЧС при перевозке ННП.

3. С целью оптимизации процесса принятия решений по минимизации рисков в Дальневосточном регионе предложены методические рекомендации по применению комплекса «ГИС - электронная карта уязвимостей».

4. Впервые решена техническая задача совмещения функций нанесения и сбора отработанных сорбентов в одном устройстве, позволяющем эффективно производить работы по ликвидации последствий ЧС, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов.

5. Для эффективной организации процесса ликвидации аварийных

разливов ННП разработана и запатентована установка, позволяющая оперативно получать экономичные и экологичные сорбенты из некондиционного зерна.

6. Разработана методика использования предложенного устройства для цистерн, позволяющего снизить риски протечек и продлить срок службы цистерн, снизить до 30 % затраты на подготовку цистерн к повторному использованию при перевозке нефти и нефтепродуктов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Луценко, А.Н. О применении инновационных сорбентов и устройств для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. - 2012. -№ 3 (43). - С. 1-8. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2012-3.

2. Луценко, А.Н. Пути снижения загрязнения железнодорожного полотна в Дальневосточном регионе [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Вестник ВСГУТУ. - 2013. - № 3 (42). _ с. 187-192.

3. Луценко, А.Н. Влияние железнодорожного транспорта на природную среду и пути его снижения на Дальневосточной железной дороге [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин, Ал. Н. Луценко // Безопасность в техносфере. -2013.-№2(41).-С. 56-61.

4. Катин, В.Д. Эффективные устройства для повышения безопасности перевозок опасных грузов на железнодорожном транспорте [Текст] / В.Д. Катин, А.Н. Луценко // Безопасность жизнедеятельности. - 2013. - № 5 (149). -С. 10-12.

Патенты

5. Патент 104197 Российская Федерация, МПК Е01Н 1/08 (2006.01). Передвижная установка для очистки рабочих поверхностей от разливов неф-тесодержащих жидкостей и сбора сыпучих мелкокусковых материалов [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин; Хабаровск, ДВГУПС.(Яи); № 2010144258/21; заявл. 28.10.2010; опубл. 10.05.2011,Бюл.№ 13.

6. Патент 118273 Российская Федерация, МПК Е01Р 1/08 (2006.01). Гибкий вкладыш для перевозки грузов в железнодорожных вагонах-

21

цистернах [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин; Хабаровск, ДВГУПС.; (Щ); заявл. 08.04.2011; опубл. 20.07.2012, Бюл. №20.

7. Патент 128630 Российская Федерация: МПК Е01Р 1/08 (2006.01). Универсальная передвижная установка для очистки рабочих поверхностей от разливов нефтесодержащих жидкостей, сбора сыпучих и мелкокусковых материалов [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин; Хабаровск, ДВГУПС. (Щ); заявл. 12.11.2012; опубл. 25.07.2013, Бюл. № 25.

Публикации в других научных изданиях

8. Луценко, А.Н. К вопросу повышения безопасности перевозок опасных грузов железнодорожным транспортом и влияния на окружающую среду [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: тр. Всерос. науч.-практ. конф. (Хабаровск, 21-23 апр. 2010). - Хабаровск: ДВГУПС, 2010. - Т. 6. - С. 42-45.

9. Луценко, А.Н. К проблеме обеспечения безопасности перевозок опасных грузов железнодорожным транспортом [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Транспорт - 2010: тр. Всерос. науч.-практ. конф. - Р.н/Д, 2010.-С. 214-215.

10. Катин, В.Д. К проблеме повышения экологической безопасности перевозок нефти и нефтепродуктов железнодорожным транспортом [Текст] / В.Д. Катин, А.Н. Луценко // Тэбтранс 2010: материалы междунар. науч.- пракг. конф. (Санкт-Петербург, 21-23 апр. 2010). - СПб.: ПГУПС, 2010. - С. 169-171.

11. Луценко, А.Н. Инновационные технические решения по ликвидации разливов нефти [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Превентивные геотехнические меры по уменьшению природных и техногенных бедствий: сб. тр. IV Междунар. геотехц. симп. (Хабаровск, 26-29 июля 2011). - Хабаровск: ДВГУПС, 2011.-С. 405-408.

12. Луценко, А.Н. Обеспечение безопасности перевозок опасных наливных грузов железнодорожным транспортом [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: тр. Всерос. молодеж. науч.-практ. конф. (Хабаровск, 10-13 апр. 2012). - Хабаровск: ДВГУПС, 2012. - Т.2. - С. 298-304.

13. Луценко, А.Н. Инновационные технические решения по ликвидации разливов нефти на железнодорожном транспорте [Текст] / А.Н. Луценко,

B.Д. Катин // Наука университета - новации производства: тр. Всерос. науч,-практ. конф. учен, транспорт, вузов, инженер, работников и представителей академии, науки (Хабаровск, 10-12 окт. 2012). - Хабаровск: ДВГУПС, 2012. -

C. 109-112.

14. Луценко, А.Н. Новые технические средства по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов при перевозке железнодорожным транспортом [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: тр. Всерос. молодеж. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Хабаровск, 23-25 апр. 2013). - Хабаровск: ДВГУПС, 2013. - Т. 1. - С. 265-268.

15. Луценко, А.Н. Обеспечение оперативного реагирования на ЧС на железнодорожном транспорте с применением ГИС ГЛОНАСС [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). -2013.-№3,- С. 118-124.

16. Луценко, А.Н. ГИС ГЛОНАСС в обеспечении предупреждения и оперативной ликвидации ЧС на железнодорожном транспорте [Текст] / А.Н. Луценко, В.Д. Катин //Современные проблемы безопасности жизнедеятельности: настоящее и будущее: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. в рамках форума «Безопасность и связь» (Казань, 27-28 февраля 2014 г.) - Казань: ГБУ «Научный центр безопасности жизнедеятельности», -2014.-Ч. I.-C. 664-668.

17. Луценко, А.Н. К вопросу применения территориальных экологических коэффициентов в оценке ущерба при ЧС на железнодорожном транспорте в Дальневосточном регионе [Текст] // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: тр. Всерос. науч.-практ. конф. творч. молодежи с междунар. участием.(Хабаровск, 23-25 апр. 2014). -Хабаровск: ДВГУПС, 2014. - С. 305-309.

18. Катин, В.Д. Ранжирование территории влияния железной дороги в минимизации рисков чрезвычайных ситуаций [Текст] / В.Д. Катин, А.Н. Луценко // Евразийский союз ученых (ЕСУ). - 2014. - № 4. - С. 109-111.

Луценко Андрей Николаевич

МИНИМИЗАЦИЯ РИСКА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ

05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (транспорт)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать Заказ № /<з<?;2. Формат бумаги 60x90 1/16

Объем 1,5 усл. п.л. Тираж 80 экз.

127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УПЦ ГИ МИИТ