Введение к работе
Актуальность исследований
Последнее десятилетие в России масштабы добычи полезных ископаемых нарастают в геометрической прогрессии. Это, прежде всего, относится к таким видам полезных ископаемых, как рудные, угольные, нефтяные и т.п., а их химический состав и фазовое состояние определяют степень и характер загрязнения территорий. Воздействие различных отраслей добывающей промышленности на компоненты экологической системы весьма многогранны и провоцируют широкий спектр негативных последствий.
Наиболее наглядно процессы деградации ландшафтов отмечаются как при разработке нефтяных месторождений, так и в процессе транспортировки и переработки.
В связи с этим увеличение добычи продуктивных углеводородов (ПУ) и, соответственно, расширение сети трубопроводного транспорта (ТТ) несет собой угрозу загрязнения различных компонентов природной среды (почв, поверхностных и подземных вод, атмосферы) в результате многочисленных аварий и утечек.
Наиболее наглядно катастрофические последствия связаны с аварией по разливу нефти в Мексиканском заливе. Не менее опасны утечки сырой нефти из нефтепроводов.
Существует настоятельная необходимость создания новых методологий, позволяющих осуществлять комплексное решение экологических и инженерно-мелиоративных задач, касающихся охраны и улучшения экологического состояния территорий.
Поэтому необходимо постоянно совершенствовать систему поиска и идентификации мест утечек, основанных на периодическом контроле объектов добычи и транспортировки продуктивных глеводородов, а так же состояния прилегающих к ним территорий с использованием метода
хроматографического, радиолакационного, рентгеновского и акустического контроля.
Повышение их эффективности лежит на пути усовершенствования и комплексирования этих методов, соответствующей аппаратуры, а так же разработки принципов автоматизации процесса измерений.
Таким образом, решение задачи по созданию эффективных технических средств автоматизированного экологического состояния природной среды в зоне влияния ТТ (на базе источников радиационных и акустических полей) является весьма актуальной при решении проблемы контроля и охраны окружающей среды.
Цель исследований— создание технических средств обеспечения эффективного автоматизированного экологического мониторинга для охраны земель на основе комплексирования современных физических методов дистанционного контроля на разных информационных уровнях.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Изучить влияние техногенных (ТТ) факторов на состояние зон СХП в РФ и современного состояния работ по экспрессному мониторингу загрязненности почвогрунтов на основании анализа литературных источников.
-
Разработать схемы эффективного автоматизированного экологического мониторинга для охраны земель на основе комплексирования современных рентгеновских, ультразвуковых, хроматографических, радиолокационных и лазерных методов дистанционного контроля.
-
Разработать аппаратурный комплекс для наземного хроматографического контроля утечек углеводородов с использованием ультрзвуковой дегазации исследуемой среды.
-
Разработать аппаратурный комплекс для дефектоскопического контроля состояния элементов ТТ с использованием ультразвуковых и импульсных рентгеновских излучателей.
5. Разработать и обеспечить серийный выпуск импульсных генераторов
рентгеновских квантов (ИГРК) на базе ускорительной трубки (УТ) с точечной
излучающей мишенью.
б. Разработать методику дистанционного нейтронного контроля влажности почвогрунтов с использованием портативного нейтронного генератора (ПНГ) и автоматизированной системы мониторирования нейтронного потока.
Научная новизна исследований заключается в разработке новых средств автоматизации экспресс-контроля различных объектов окружающей среды с использованием ИГРК, защищенных патентами РФ и действующих макетов аппаратуры на базе ультразвуковых излучателей и ПНГ.
Впервые предложено использовать ядерную методику дистанционного контроля влажности почвы с использованием ПНГ.
Разработана усовершенствованная методика локализации дефектов в элементах трубопроводов, в которой осуществляется комплексирование акустического и рентгеновского методов по результатам натурных исследований на модели оболочки трубы.
Предложена и апробирована хроматографическая методика локализации зон повышенного содержания углеводородов в почве с использованием транспортабельного ультразвукового дегазатора,признанная изобретением.
Разработана оригинальная УТ для генерации рентгеновских квантов на тонкой цилиндрической мишени малого размера, защищенная патентом РФ на полезную модель.
Достоверность результатов подтверждается хорошей повторяемостью результатов выполненных исследований, положительным опытом их внедрения в производство, а также совпадением результатов теории и эксперимента.
Практическая, значимость работы состоит в том, что предложен новый подход и инструментарий, позволяющие получать информацию, необходимую для принятия рациональных решений по управлению технологическим процессом предотвращения необратимой деградации почв в зонах добычи и транспортировки углеводородного сырья, территориально совмещенных с зонами СХП с использованием радиационных, акустических и хроматографических методов контроля. Разработка защищена 3 патентами РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- принципы комплексирования методик дистанционного контроля и
профилактики возможного загрязнения почвогрунтов с использованием современной геофизической аппаратуры, включая рентгеновские и ультразвуковые излучатели;
методика неразрушающего определения дефектов в элементах систем ТТ углеводородов, создающих угрозу загрязнения земель, прилегающих к зонам СХП, транспортируемыми и добываемыми продуктивными углеводородами;
нейтронная методика дистанционной влагометрии почв с помощью ПНГ и принципы построения аппаратурного комплекса для ее реализации;
- методика локализации участков агроплощадей с аномально высоким
содержанием углеводородов в почве путем ее дегазации ультразвуком;
результаты разработки аппаратурного комплекса импульсного рентгеновского контроля на базе оригинальной малогабаритной УТ с внутренним анодом;
- методика локализации участков трубопроводов с дефектами методом
акустической эмиссии.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международных научно-практических конференциях по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности, г. Москва, 2003-2009гп; Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь», г.Пенза, 2009г.; 5-й Международной научно-практической конференции «Краеведческие аспекты Географических исследований и образования», г. Пенза, 2009г.; Украинской конференции по моделированию и устойчивости систем, г. Киев, 1996г.; Международных конференциях по моделированию динамических систем и исследованию стабильности, г. Киев, 2003, 2005гг.; 8-м Международном симпозиуме по радиационной физике, г. Кейптаун, 2003 г.; 6-м Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике, г. Москва, 2003г.; Научных сессиях МИФИ, г. Москва, 2003--2010гг.; Международной конференции по текущим проблемам ядерной физики и атомной энергии, г. Киев, 2008г.; Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям, г. Обнинск, 2008г.
Реализация результатов исследования. Мелкосерийное производство
приборов дефектоскопического контроля на базе ИГРК, разработанных по материалам диссертации, было освоено на Экспериментальном заводе импульсной техники (ЭЗИТ), методики их применения успешно внедряются на объектах ТТ нефти и газа, пересекающих зоны СХП: Пермь - Альметьевск, Суходольная - Родионовка, Балтийская трубопроводная система, Московская область, Краснодарский край, а также в организациях газнадзора РФ. Действующие макеты аппаратуры и соответствующие нейтронные и акустические методики контроля прошли экспериментальную проверку в МИФИ (г. Москва), ИЯИ АН Украины (г. Киев), Институте геофизических и радиационных технологий МАН ВШ (г. Москва), Словацком институте метрологии (г. Братислава).
Результаты исследований были использованы в учебном процессе при проведении занятий по курсам «Безопасность жизнедеятельности» в МГУП и «Физические установки» в МИФИ.
Личный вклад автора в получении результатов состоит в:
создании комплексных методик неразрушающего контроля элементов систем ТТ продуктивных углеводородов, пересекающих зоны СХП с использованием радиационных и акустических полей;
разработке принципов построения аппаратурных комплексов, реализующих указанные методики;
исследовании и разработке ИГРК для дефектоскопии элементов конструкций трубопроводов;
разработке нейтронной методики дистанционной влагометрии почв с помощью ПНГ и принципов построения аппаратурного комплекса, реализующего указанную методику.
разработке методики определения участков агроплощадей с высоким содержанием углеводородов в почве путем ее дегазации ультразвуком.
Публикации.
По результатам диссертации имеется 37 печатных работ, в том числе 5
статей в журналах с независимым рецензированием по списку ВАК, 2 патента РФ на изобретение и 1 патент на полезную модель.
Объем работы. Диссертация содержит 138 страниц основного текста, 43 рисунка, 13 таблиц и состоит из введения, 5 глав, заключения, приложения и библиографии, включающей 172 наименования отечественных и зарубежных источников.
