Введение к работе
Актуальность работы. Анализ предаварийных ситуаций и аварий на магистральных нефтепроводах свидетельствует о том, что утечки нефти происходят на наиболее уязвимых участках нефтепроводов, к которым в первую очередь относятся подводные переходы.
Причинами возникновения аварий могут быть различные факторы: внутреннее давление перекачиваемого продукта; изгиб на неровностях рельефа дна; случайные механические воздействия якорей, волокуш, проходящих судов; колебания подводных трубопроводов под воздействием потока воды при размывах дна и т. д. Одни из этих нагрузок носят случайный и кратковременный характер, другие развиваются во времени и действуют в течение длительного периода.
При авариях на подводных переходах магистральных нефтепроводов первоочередной задачей является прекращение дальнейшего распространения нефтяного пятна по водной акватории. Это достигается ограждением нефтяного пятна по всей ширине водоема. Важное значение имеет способность ограждения задерживать весь объем разлившейся нефти, не допуская утечек нефти под ограждением.
При попадании в водную среду нефть оказывает вредное воздействие на многие живые организмы и пагубно влияет на все звенья биологической цепи, что в свою очередь приводит к нарушению экологического равновесия.
Учитывая экологическую опасность, которую влекут за собой аварии на подводных переходах нефтепроводов для флоры и фауны водоема, а также для здоровья человека, разработка мероприятий для решения проблем, связанных с предотвращением распространения нефтяного загрязнения, является актуальной задачей.
Разработанные методы защиты водных объектов от распространения по их поверхности нефтяного загрязнения носят статический характер. Применение комплекса мер, основанного на совместном использовании бонового ограждения и гидравлического потокообразо-вателя, может оказаться эффективным средством предотвращения распространения нефтяных загрязнений в водных объектах.
Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы состоит в разработке технических и технологических решений по активному воздействию на распространение нефтяного загрязнения при авариях на подводных переходах нефтепроводов в летний период, что позволит сохранить экологическое равновесие водных объектов.
ДЛЯ ДОСТИЖеНИЯ пплтяипрмнпй цр.пц сф"р"уПИрОВаНЫ СЛЄДУЮЩИЄ
задачи: | *<> национальная 1
1) Методического характера: І в"блиотеі(а м
' ^
определить проблемную ситуацию в области разработки технических и технологических решений по локализации нефтяного загрязнения на основе морфологического анализа;
произвести классификацию бонових ограждений;
выявить базовую модель-аналог для анализа предмета исследования.
2) Теоретического характера:
определить типы внешних силовых факторов, действующих на боновые ограждения;
разработать методику расчета гидравлического потокообразо-вателя для боновых ограждений на основе теории расчета гидравлических ускорителей на лесосплаве;
произвести расчеты наплавных сооружений.
3) Технологического характера:
разработать конструкцию бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразователем;
сформулировать предложения по установке боновых ограждений.
4) Экспериментального характера:
составить программу проведения экспериментальных исследований;
спроектировать и построить модели исследуемых объектов;
выполнить обработку экспериментальных данных на основе теории планирования эксперимента.
5) Технико-экономического характера:
- произвести оценку экономической эффективности применения
комплекса мер по предотвращению распространения и локализации
нефтяного загрязнения при аварии на подводном переходе.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются средства локализации нефтяных загрязнений на поверхности водных объектов. Предметом исследования является оборудование боновых ограждений средствами гидродинамического регулирования потоков нефтяных загрязнений.
Научная новизна работы. Заключается в разработке нового подхода к защите рек от нефтяного зафязнения средствами гидродинамики, основанными на применении гидравлического потокообразователя, установленного на боновое ограждение, усовершенствованной конструкции. Для этого:
составлена многоуровневая структура морфологического анализа технических решений, относящихся к конструкции бонових ограждений.
разработан активный способ задержания нефтяного загрязнения на основе применения гидравлического потокообразователя;
определено влияние различных факторов на процесс задержания нефтяного загрязнения боновым ограждением, оборудованным гидравлическим потокообразователем;
выявлен фактор, имеющий максимальное влияние на процесс задержания нефтяного загрязнения - угол положения бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразователем, в створе;
предложена конструкция бонового ограждения, разработанная на основе концепции разделения функций элементов устройства;
определен эколого-экономический эффект от использования бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразователем;
Методика исследования. В процессе проведения исследований были использованы теоретические и экспериментальные методы. Проведен морфологический анализ систем локализации нефтяных загрязнений. Применены методы анализа статического состояния плавучих объектов и гидродинамики твердого тела и жидкости. Теоретические методы исследований основывались на использовании уравнений На-вье-Стокса, которые в условиях турбулентного режима и после введения осредненных по времени величин приобретают форму уравнений Рейнольдса. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с теорией подобия и теорией планирования эксперимента на разработанной модели бонового ограждения. Обработка результатов исследования проводилась методами статической обработки экспериментальных данных с использованием прикладных пакетов компьютерных программ Statistica и Microsoft Excel.
Степень обоснованности научных положений, выводов и реко
мендаций. Полученные автором научные результаты обоснованы экс
периментальными закономерностями, установленными с
использованием современных методов исследования и оборудования.
Достоверность выводов подтверждается результатами эксперименталь
ных исследований и согласуются с данными литературных источников.
Результаты исследований, изложенные в работе, не противоречат известным положениям теории гидродинамики и согласуются с известным опытом создания гидравлических устройств с гребным винтом.
Ошибка измерения в результате метрологически обеспеченных экспериментальных исследований находится в пределах 5%, что является допустимым значением для результатов подобного рода опытов.
Практическая ценность работы. Предложенная конструктивная схема бонового офаждения может быть использована при разработке мероприятий по снижению последствий возможной аварий на подводном переходе нефтепроводов производственными организациями, занимающимися эксплуатацией магистральных нефтепроводов, службами МЧС России.
Личный вклад автора.
Составлена многоуровневая структура технических решений, относящихся к конструкции боновых офаждений.
Произведен морфологический анализ устройств для задержания нефтяного загрязнения при авариях на подводных переходах нефтепроводов.
Разработан способ задержания нефтяного зафязнения на основе применения гидравлического потокообразователя.
Составлена методика определения геометрических, энергосиловых и динамических параметров элементов боновых ограждений, оборудованных гидравлическим потокообразователем.
Спроектирована и построена модель бонового офаждения, оборудованного гидравлическим потокообразователем.
Проведены экспериментальные исследования модели бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразователем при изменении угла положения устройства в створе и частоты оборотов двигателя.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научных конференциях МарГТУ (Йошкар-Ола, 2000-2003 г.г.). На работу имеется акт об использовании марийского районного нефтепроводного управления ОАО «Транснефть».
Публикации. Автором опубликовано 5 научных работ по предмету диссертации.
На защиту выносятся следующие положения:
результаты морфологического анализа технических средств по предотвращению распространения нефтяных загрязнений на водотоках;
способ задержания нефтяного загрязнения при авариях на подводных переходах нефтепроводов на основе применения гидравлического потокообразователя;
методика расчета гидравлического потокообразователя, применяемого на боновом ограждении;
экспериментально установленные параметры эксплуатации бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразовате-лем;
оценки эколого-экономического эффекта от использования бонового ограждения, оборудованного гидравлическим потокообразовате-лем.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения; 4 глав, содержащих основные логические обоснования, зависимости и экспериментальный материал; заключения с выводами и рекомендациями; списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 179 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 25 таблиц, библиографию из 112 наименований и приложения на 28 страницах.
