Введение к работе
Актуальность работы. Система действующих магистральных нефтепроводов (МН) в настоящее время составляет 64 тис. км, значительная часть которых отработала срок амортизации или приближается к этому рубежу. В среднем, за год эксплуатации МН происходит более 300 аварий, из них около 10 % относятся к первой категории, для которых характерны большие потери продукта (до 90 м3 и более), время ликвидации (до трех и более суток), экологический ущерб и другие. Это свидетельствует о чрезк.гпйной актуальности оокрищв-нм« 'гасла апарий, ускоренной ликвидации их и их последствий на МН.
Вопросам надежности, созданию технических средств и технологий, совершенствованию технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) МН посвящены известные работы Анучкина М.П., Андреева Г.С, Березина В.Л., Бородавкина П.П., Галеева В.Б., Гумерова А.Г., Рас-щепкина К.Е., Самойлова Б.В., Халлыева Н.Х,, Яочна Э.М. и др.
Апплиг, существующих концепций и споте-!.- ликвидации л пари (1 и их последствий на WH показал:
наиболее полно разработаны лишь попроси организации ТО и Р;
техника и технология развивались исходи из двух диаметралв-но противоположной хонг.оі'иіий. а именно, система ТО и Р б"-з останови!', перекачки и система ТО и Р с полны4 опорожнением от продукта, что привело к резкому возрастанию сроков соадаиия » уд^рс-я-і;-ї . техники ;і т^мзлггчй (ТО и I' бе", остановки nej пізчіги'', ytv.jin-Чопиіи ііристоев мгі и загрязнений компонентов природных комплексов (ТО и Р с опорожнением продукта);
г;.-:::ді.??;.;" ;л r.'ii, оенс-ганн".'! нч конпепци.і '! н і с сет&Ноькой пе-р~:"ї"";і, п<: без c::rro- 4 положение между двумя упомянутыми выше концепциями. В этих условиях, одной из первоочередных задач трубопроводного транспорта является создание теоретических основ технических и конструкторско-технологических решений ТО и Р МН без опорожнения от продукта, позволяющих в комплексе решить проблему ликвидации аварий и их последствий, в частности, проблему кардинального снижения выбросов нефти на рельеф, эффективного и оперативного сбора разлитой нефти . Цель работы - создание научно-технической Лазы комплексной г'отемы ликвидации аварий и их последствий на магистральных нефтепроводах без опорожнения от продукта. Основные задачи исследования: разработка теоретических положений системы ликвидации аварий и их последствий на МН без опорожнения от продукта, включающей обеспечение безопасности работ, ускоренное герметичное перекрытие сечения трубопровода на заданном месте трассы, получение монтажкых "окошек" в теле труб, центровки и правки концов труб и катушек, сбора разлитой нефти с поверхности почвы, болот и воды; экспериментальное обоснование теоретических положений и предложенных научно-технических решений по ликвидации аварий и их последствий на МН без опорожнения от продукта; конструирование новых и совершенствование существующих технических средств качественного выполнения технологических операций ТО и Р без опорожнения от продукта; разработка технической документации на изготовление и внедрение -технических средств в производстве. *' Здесь и далее под термином нефть будем понимать нефть и др. жидкие углеводороды, а МН соответственно трубопроводы, транспортирующие их. Наряду с основными поставлены и решены следующие задачи: разработка методик расчета технологических и конструктивных параметров создаваемой техники и технологии; создание лабораторных и промышленных стендов и полигона длят испытаний и исследований характеристик технических средств получении "окошек", правки-центровки труб, перекрытия сечения трубопроводов, сбора разлитой нефти о поверхности природных объектов. Научная новизна работы: предложен и обоснован новый безопасный и экономичный способ оперативного полугэгсм отверстия, - скобка з тале трубопровода без опорожнения от продукта. Получены аналитические зависимости, связываюгцие энергию вырубки с геометрическими размерами, прочностными характеристиками и трещиностойкостью металла труб магистрали, отвода и сварных швов; доказана возможность перекрытия трубопровода, находящегося под ст&тичвеким давлением специальным телескопическим шибером "осткоА конструкции, позволяющим существенно расширить диапазон отношений диаметров магистрали и отвода без применения усилительного тройника. Получены аналитические зависимости д.чя си;.оделенкл размеров и количества телескопических элементов перекрывающего ус-трпйгтпя при различна отношениях упомянутых дичметров; предложен и сбоїиован способ иранки-центровки концов труб ,, п„пТ,»»»..") сг...гг-..т?;-« ;1Г1 прнмс-пе.нии честного 1'[ ехп ірмирного си-;окто vp^'prcii-i'iiKa. По::учемм формули Iі 'ія 'мг'Иіги ?!->:іг-,--«->ццП і: деформаций, возникающих в процессе правки-центровки труб и полевых условиях, на основании которых установлены технические возможнос- /iviiu ііопЬіє закономерности влияния пластических мефірмчичй, оп?м!*- стойкость, механические характеристики и долговечность металла трубопроводов, работающих при различных эксплуатационных условиях; исследованы процессы и установлены закономерности испарения разлитой нефти в условиях, близких к реальным природно-климатическим условиям. Получены формулы для инженерной оценки потерь разлитой нефти. Обоснован способ обеспечения пожаро- и взрывобезопаснос-ти и снижения потерь разлитой нефти с использованием специальных пенообразователей; на основании обобщения литературных данных и проведенных в работе исследований установлены закономерности пневмотранспорта нефтезагрязненных почво-грунтов, абсорбции нефти, когезии и адгезии нефтезагрязненной массы к различным материалам, на основе которых обоснован механический способ сбора нефти с поверхности почвы заборными головками роторно-лепесткового типа; базируясь на принципах вытеснения жидкости из пористых масс при приложении давления к законтуренной площадке сетчатым твердым телом предложен способ сбора нефти с поверхности болот устройством роторно-ячеистого типа. Получены и подтверждены формулы для определения производительности нефтесборщиков в зависимости от геометрической йюрмы и размеров ячеек, скорости вращения (катания) заборной головки и др.; - исследованы закономерности течения разноплотных сред (нефть-вода) в каналах. Подтверждены основные положения подтопленного водослива в условиях сбора разлитой нефти с различной толщиной пла- *) вающего слоя и скорости течения воды ', с использованием специально разработанных оригинальна испытательных стендов. ; Установлена критическая скорость удержания плавающего слоя нефти барьером 7 Практическая данность. На основании установленных закономерностей взаимодействия конструктивных элементов и разноплотных сред разработаны методики расчета основных конструкторско-технологичес-ких параметров и осуществлен-синтез комплекса агрегатов и устройств: перекрытия трубопроводов без опорожнений от продукта; вырубки окошек в трубопроводах без опорожнения от продукта; правки-центровки труб в полевых условиях; очистки поверхности почвы от нефти; сбора разлитой нефти с поверхности болот; сбора и очистки от разлитой !цзфтн поверхности воды; определения толщины слоя разлитой плавающей нефти; испытаний работоспособности нефтесборщиков различной конструкции и др. Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом лабораторных, полигонных, промышленных, приемочных и заводских испытаний созданной техники и технологии на базе совре?\";ч-и1-:х достижений, принципов и законов механики деформируемого тела і: раггоувдгння, дгГ'Г*у:;ия разноплотных «"р^д н "«.налах. кснстр\~.5ро,--а~ :; Т'Т !! Др-.ТИО. Р полом тпбїітп Н".пр!іпле!іЧ на обеспечение ;^;';тглчле>;ой беэг- |. о?,г';;гм в тр.уСклрлпедііом -транспорте. Нч патенту г':(;-"с:итс!і осз;;іі;-ная техника и технология комплексной системы ликвидации аварий и ' iiccJU-i, „j.!j~iix. ГоСд.їсі выполнена по приоритетному направлению нефтяной науки и техники, связанному с решением важнейших технико-технологических эапяи в nrfnnnwi» пл,г,«».-..-------::г.-. ... :1,i,.,,... 8 технологических процессов в нефтяной промышленности с целью уменьшения вредных выбросов в атмосферу, в грунт и водоемы, направленных на усиление охраны морей, рьк, других водоемов Арктического бассейна от загрязнения"; программа НИР и ОКР МНП на I98I...I985, 1986...1990 гг. по механизации аварийно-восстановительных работ на МН; на.учно-техническая программа Минвуза РСФСР на 1986... 1990 гг. "Нефть и газ Западной Сибири"; КНТП Минвуза РСФСР на 1986...1990 гг. "Человек и окружающая среда"; общесоюзная научно-техническая программа "Высоконадежный трубопроводный транспорт". Этап 9.16 "Разра-о'о; і'ь методы и технические средства сбора нефти с поверхности шельфов морей и рек", на І99І...І995 гг., этап 12.9 "Разработать технологии и технические средства ликвидации аварий на магистральных нефтепроводах" на І99І...І995 гг. и др. Работа докладывалась на семинарах, совещаниях и конференциях по проблемам ремонта магистральньк нефтепроводов и охраны окружающей среды, проводимых Миннефтепромом, Роснефтепродуктом, АН СССР, ВДНХ, Минвузом РСФСР и др. Некоторый результаты представлялись на выставках и конкурсах, по которым получен Диплом Лауреата Всесоюзного конкурса, Грамота за первое место в городском конкурсе "Экология" г. Уфа,, Диплом международной Лейлцигской ярмарки и др. Объем и структура работы. Диссертация в форме научного доклада состоит из тести основных разделов. В первом обоснована новая концепция технологии ТО и Р МН с остановкой перекачки без опорожнения от продукта. Второй раздел посвящен теоретическому и экспериментальному обосновании способа обеспечения пожаро- и взрывобе-зопасности при ликвидации аварий и их последствий на МН. Разработке и обоснованию нового способа и технологии получения окошек в теле труб посвящен третий раздел доклада. В четвертом разделе разработана техника и технология оперативного перекрытия полости тру-