автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение безопасной эксплуатации трубопроводного транспорта углеводородов с применением конструкций из полимерных материалов

003454966 На правах рукописи

ЯКИМОВА ИРИНА ВИКТОРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА УГЛЕВОДОРОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовая отрасль)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

о 5 ДЕК 200В

Тюмень 2008

003454966

Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» федерального агентства по образованию на кафедре «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

»

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Иванов Вадим Андреевич доктор технических наук, профессор Смирнов Олег Владимирович; кандидат технических наук Большаков Юрий Николаевич ОАО «Сибнефтепровод», г. Тюмень

Защита диссертации состоится 19 декабря 2008 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д212.273.02 при Тюменском государственном, нефтегазовом университете, по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38, зал им. Косухина.

С диссертацией можно ознакомиться в бйблиотечно-информационном центре Тюменского государственного нефтегазового университета, по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72.

Автореферат разослан 18 ноября 2008 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета

С.В. Воробьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы:

Россия по протяженности трубопроводов для транспортировки нефти и нефтепродуктов занимает одно из первых мест в мирю. 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 %. 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.

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

Повышение безопасной эксплуатации систем трубопроводного транспорта жидких углеводородов, путем разработки недорогих, эффективных технических решений и методов расчета средств локализации разливов нефти и нефтепродуктов, в том числе горящих, а также использование аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов, выполненных из полимерных рукавных материалов, преимущественно одноразового применения, являются актуальными и своевременными.

Цель диссертационной работы - разработка методов расчета средств локализации аварийно растекающихся углеводородов и емкостей временного хранения нефти из полимерных материалов.

Основные задачи исследований:

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.

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.

Реализация результатов работы:

Результаты исследований переданы в Главное управление МЧС России по Тюменской области для практического использования.

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 математического анализа.

На защиту выносятся:

1. Новые технические решения по сооружению боновых заграждений и аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов с применением рукавных полимерных материалов.

2. Аналитические зависимости для расчета геометрических и гидравлических параметров рукавных оболочечных конструкций с жидким наполнителем.

б

3. Методика расчета вместимости аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов, с учетом растяжения полимерных материалов рукавных оболочек под действием гидростатического давления жидкого наполнителя.

4. Методика гидравлического расчета несгораемых защитных ограждений из проницаемых рукавных, полимерных оболочек, заполненных огнетушащим агентом.

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.

Публикации:

По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 4 патента РФ на изобретения и 1 статья в издании, рекомендованном ВАК России.

Объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка литературы из 89 наименований. Объем диссертации составляет 133 страницы, включающего 15 таблиц, 40 иллюстраций и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна, практическая ценность, результаты апробации работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел носит характер аналитического литературного обзора, из которого следует, что существенный вклад в разработку методов повышения безопасности 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.

В обзоре проведен анализ аварийности в трубопроводном транспорте жидких углеводородов. Из которого следует, что среди множества причин, приводящих к разгерметизации трубопроводов, значительную часть составляют случайные, предусмотреть которые заранее не представляется возможным.

Рассмотрены существующие способы повышения безопасной эксплуатации систем трубопроводного транспорта жидких углеводородов, в частности, средства локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов на воде и суше и средства временного хранения нефти и нефтепродуктов.

Выполнен патентный и литературный анализ существующих отечественных и зарубежных технических решений для локализации

аварийно растекающихся жидких углеводородов. Установлено, что отсутствует оптимальное соотношение цены и качества технических решений, представленных отечественной и зарубежной практикой. Показано, что имеет смысл средства локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов, в том числе несгораемые, и аварийные емкости изготавливать одноразового действия, которые не требуют очистки от остаточных отложений после их использования, технического обслуживания и долгосрочного складского хранения между периодами эксплуатации.

Одновременно с этим рассмотрены существующие способы защиты объектов трубопроводного транспорта углеводородов от внезапных наводнений и пожаров, применяемые в настоящее время в России и за рубежом.

В заключение изложены выводы по аналитическому обзору, на основе которых сформулированы цели и задачи исследований.

Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям и разработке методов расчета средств локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов на суше и воде, а также одноразовых, аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов из рукавных полимерных материалов. Используя скорректированную для случая заполнения рукавных полимерных оболочек однородной жидкостью известную математическую модель пространственной формы мягких напряженных оболочек, а также теорию подобия физических процессов применительно к рукавным оболочкам с жидким наполнителем, была установлена функциональная зависимость в безразмерном виде между основными геометрическими и гидравлическими параметрами поперечного сечения оболочек, из которых состоят средства локализации и аварийные емкости временного хранения жидких углеводородов (Рис. 1).

Рис. 1. Форма поперечного сечения некруглой рукавной оболочки с однородным жидким наполнителем где Н - высота оболочки, м; L - периметр оболочки, м; А - ширина опорной поверхности, м; В - максимальная поперечная ширина, м; h -пьезометрический напор в оболочке, м; га - площадь поперечного сечения оболочки, м2.

Проведенный регрессионный анализ с использованием программного продукта «МАТНСAD-PROFESSIONAL» показал, что безразмерные зависимости между основными геометрическими и гидравлическими параметрами поперечного сечения мягких рукавных оболочек с однородным жидким наполнителем имеют следующий вид:

- = 0,318-

L

4,659 + 100,287 • Hj^Ji

(1)

1346-^-^-45,198 L

£ Ь

= 0,309 + 0,025

(4)

Область изменения аргумента в полученных аналитических

В разделе представлен гидравлический расчет несгораемых боновых заграждений круглого и некруглого поперечного сечения. В основу гидравлического расчета несгораемых боновых заграждений положена известная методика гидравлического расчета трубопроводов с равномерным путевым отбором жидкости по длине и полученные в работе аналитические зависимости, характеризующие пространственную форму напряженных мягких оболочек с жидким наполнителем с учетом их растяжения под нагрузкой.

Разбивая всю длину бонов, предназначенных для локализации растекающихся горящих углеводородов по суше, на секции длиной / и пошагово решая совместно систему уравнений (5-10) с использованием программного продукта «МАТНСАО-РКОРЕББГС^АЬ», можно определить пьезометрический напор в любой точке по всей длине бонов, изменение расхода огнетушащего агента и формы поперечного сечения оболочек по их длине, и общую длину несгораемых боновых заграждений в зависимости от начального расхода воды на входе в оболочки бонов.

ТТ I ^

зависимостях (1-4) находится в диапазоне 0,13<-<1,1.

= £• 0,08--—-

1346-11^-45,198

Ь

А = Ь

3,503-

Я + Л

0,318 —

4,659 + 100,287

0,066 + 0,085-

Я + й

Я + й £ }

-0,686

0,11-

А = А -8•/•-

А, +136-лг-/?-у

4-л

0,25

М)2

Q^=Qн-Я■l Ь„-Л I 2 Г

(6)

(7)

(8) (9)

(10)

где Л — гидравлический радиус поперечного сечения рассматриваемой секции бона, м; Ин — пьезометрический напор в начале участка бона длиной I, м; ()н — объемный расход воды в начале рассматриваемой секции бона, м3/с; Qт — транзитный расход, м3/с; ц — объемный расход воды, равномерно отбираемый по длине секции бона, м3/с: Л3 — абсолютная эквивалентная шероховатость внутренней поверхности материала бонов, м; / — длина секции бона, м; V — кинематическая вязкость воды, м2/с; ё — ускорение свободного падения, м/с2; к — эмпирический коэффициент, учитывающий свойства полимерного материала оболочек, Н"1; Ь„ — начальный периметр оболочки до растяжения, м,Ь — периметр оболочки после растяжения, м.

Гидравлический расчет несгораемых бонов, предназначенных для локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов по водной поверхности, производится совместным решением системы уравнений (11-13) с учетом нахождения внутри проницаемой оболочки круглого

поперечного сечения цилиндрической рукавной оболочки, обеспечивающей положительную плавучесть всей конструкции.

10,25

0,11

А = А „--

- +

34 я-{Р + с1)-у

{р-й) а+ег

М2

(11)

(12) (13)

где Д, — начальный диаметр оболочки до растяжения, м; В — диаметр оболочки после растяжения, м.

В разделе описаны также расчет плавучести боновых заграждений и расчет их устойчивого равновесия при воздействии водного потока. Расчеты позволяют определить высоту надводной части несгораемых боновых заграждений, снабженных подводным экраном, и их угол отклонения от вертикали, при котором обеспечивается устойчивое равновесие конструкций при воздействии на них гидродинамического давления потока воды.

Разработана также методика расчета вместимости одноразовых рукавных аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов, основанная на полученных аналитических зависимостях пространственной формы оболочек. Совместное решение системы уравнений (1-4) с учетом уравнения растяжения полимерного материала емкостей под нагрузкой жидкого наполнителя (10) позволяет вычислить вместимость рукавных емкостей и их геометрические параметры.

В третьем разделе изложен метод экспериментального определения относительного удлинения полимерных материалов рукавных оболочек

под действием растягивающей нагрузки и экспериментально проверена достоверность полученных в работе аналитических зависимостей для расчета пространственной формы рукавных оболочек.

Метод определения относительного удлинения полимерных рукавных материалов и созданная для этого экспериментальная установка позволили моделировать двухосное напряженное состояние полимерных материалов в реальных конструкциях из оболочек и определить относительное удлинение материалов под влиянием жидкого наполнителя.

Принципиальная схема установки для определения относительного удлинения полимерных материалов под действием растягивающих нагрузок и проверки аналитических зависимостей, характеризующих пространственную форму рукавных оболочек, представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Экспериментальная установка по определению пространственной формы мягких рукавных оболочек и относительного удлинения полимерного материала оболочек при растягивающих нагрузках 1 - мягкая рукавная оболочка; 2 -вода; 3 - измерительная рамка; 4 - патрубок; 5 - запорная арматура; 6 - подающий воду прозрачный полиэтиленовый шланг, выполняющий функцию пьезометра.

Последовательность действий и измерений при проведении экспериментов для определения относительного удлинения полимерных материалов рукавных оболочек и проверки аналитических зависимостей пространственной формы оболочек - следующая. Рукавная полимерная оболочка накачивалась водой до достижения параметров Н„ /г,,, Ь, А„ В,. Далее оболочка выдерживалась в течение времени, достаточного для стабилизации материала под растягивающей нагрузкой, обусловленной

наличием заданного гидростатического давления воды внутри оболочки. По истечении этого времени измерялись все выше перечисленные параметры. Затем снова закачивалась вода в оболочку, что соответствует ее новым размерам А,+/„ £,+/, А,+/, Б,+1. Вся процедура повторялась через определенный временной интервал десять раз. Всего было исследовано три абсолютно одинаковых мягких рукавных полимерных оболочки с начальным периметром. Полученные экспериментальные данные обрабатывались статистическими методами с использованием регрессионного анализа.

В качестве примера на рисунке 3 представлены результаты экспериментов по определению относительного удлинения полимерного материала «Стабилен» под действием растягивающей нагрузки жидкого наполнителя в рукавной оболочке.

Т,Н/м

Рис.3. График зависимости поперечного относительного удлинения

М „

материала — от растягивающей силы Т

На основании эксперимента получено уравнение регрессии для расчета поперечного относительного удлинения полимерного материала «Стабилен» под растягивающей нагрузкой:

«1,163-КГ4-Г, (14)

А)

где, Ь„ - начальный периметр оболочки, м; АЬ — абсолютное удлинение материала, м; Т- растягивающая сила, Н/м.

Сравнение экспериментальных данных, характеризующих пространственную форму рукавных оболочек с жидким наполнителем, с расчетными показало удовлетворительную их сходимость. Относительная погрешность между экспериментальными и расчетными данными для всех безразмерных функций не превышает 10 % во всем диапазоне изменения

н+и

аргумента —-—. В качестве примера на рисунке 4 приведен график

а+н

зависимости высоты оболочек от аргумента ——, подтверждающий приведенную величину погрешности.

(Н+Ь)Л.

♦ Экспериментальные точки —График, построенный по регрессионному уравнению

Рис.4. График зависимости от

В четвертом разделе описаны разработанные автором способы сооружения средств локализации аварийно растекающихся жидких углеводородов, аварийных емкостей временного хранения нефти и нефтепродуктов, а также защитных ограждений объектов трубопроводного

транспорта от внезапных наводнений и пожаров, с использованием серийно выпускаемых промышленностью рукавных полимерных материалов.

Несгораемость боновых заграждений обеспечивается непрерывным смачиванием их водой, которая, испаряясь под действием высоких температур, охлаждает поверхность бонов и делает ее несгораемой. Равномерная раздача воды по длине боновых заграждений обеспечивается использованием малопроницаемого рукавного полимерного материала с переменным коэффициентом фильтрации материала оболочек по длине, либо наличием отверстий переменного диаметра по длине бонов (в непроницаемых оболочках, покрытых проницаемым полимерным материалом).

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.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Якимова И.В. Гидравлический расчет несгораемых боновых заграждений круглого поперечного сечения // Известия вузов. Нефть и газ. - Тюмень: изд-во ТюмГНГУ, 2008.- №2. - С.78-80.

2. Патент РФ № 2270709. Способ предотвращения распространения пожара. Бюлл. изобр. № 6, 2006. Зарегистрирован 27.02.2006. Миронов Д.В., Миронов В.В., Якимова И.В. (Миронова)

3. Патент РФ 2292415. Способ сооружения защитных водоподпорных дамб. Зарегистрирован 27.01.2007. Миронов В.В., Миронов Д.В., Якимова И.В. (Миронова).

4. Патент РФ 2298062. Способ защиты объектов различного назначения от наводнений. Зарегистрирован 27.04.2007. Миронов В.В., Миронов Д.В., Якимова И.В. (Миронова), Чикишев В.М.

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

В других изданиях и журналах:

6. Якимова И.В. (Миронова), Якимов В. В. Локализация аварийно растекающихся горящих жидких углеводородов на местности вблизи водоема с использованием геосинтетических оболочек // Новые

технологии - нефтегазовому региону. Материалы 4-ой науч.-практ. конф. студ., аспирантов и молодых ученых. - Тюмень: Издательство «Вектор Бук», 2005. - С. 156.

7. Якимова И.В. Расчет гидравлических параметров несгораемых ограждений для локализации на суше аварийно растекающихся горящих углеводородов // Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли: Материалы Межд. науч.-техн. конф. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. - С. 422 .

8. Якимова И.В., Миронов В.В. // Расчет плавучести и устойчивости оболочечных несгораемых бонов для защиты акваторий водохозяйственного назначения от загрязнений углеводородами. Вода: Проблемы и решения. Сб. науч. тр. ТюмГАСУ, вып 3. - Тюмень: Сити пресс, 2006 г. - С. 74 .

9. 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.

10. Якимова И.В., Иванов B.A. Экстренная защита объектов трубопроводного транспорта от наводнений и аварийных разливов жидких углеводородов с применением оболочек одноразового действия из полимерных материалов с жидким наполнителем // Проблемы эксплуатации систем транспорта: Труды всероссийской науч.- практ. конф. 7 ноября 2007 г./Отв. Редакторы Ю.Е. Якубовский - Тюмень: ТюмГНГУ, 2007.-С. 170.

11. Якимова И.В., Иванов В.А, Миронов В.В. Технология использования одноразовых средств защиты от аварийных разливов жидких углеводородов с применением серийно выпускаемых отечественной промышленностью рукавных полимерных материалов И «Нефтегазовый терминал» выпуск 2 / Гл. редактор, профессор, д.т.н., зав. каф.

«Проектирование и эксплуатация нефтегазопроводов и хранилищ» Ю. Д. Земенков - Тюмень: ТюмГНГУ, 2008. - С. 83-85.

12. Миронов В.В., Якимова И.В. Расчет вместимости одноразовых аварийных емкостей временного хранения жидких углеводородов // Современные наукоемкие технологии, выпуск №4. - Москва: Издательство «Академия естествознания», 2008 - С. 84 - 85.

подписано к печати -/¡/. //. 2008г. Бум. писч. №1

Заказ № ¥JS Уч. -изд. л. 1,00

Формат 60x841/16 Усл. печ. л. 1,00

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52

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.

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.

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.

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.