Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Научные основы определения и прогнозирования безвозвратных потерь нефти при авариях на трубопроводах Челомбитко, Сергей Иванович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Челомбитко, Сергей Иванович. Научные основы определения и прогнозирования безвозвратных потерь нефти при авариях на трубопроводах : автореферат дис. ... доктора технических наук : 05.15.13 / Тюмен. гос. нефтегазовый ун-т.- Тюмень, 1997.- 30 с.: ил. РГБ ОД, 9 98-2/3174-2

Введение к работе

Актуальность работы

Вследствие длительной эксплуатации нефтепроводов все чаще случаются аварийные утечки, при которых происходят безвозвратные потери нефти и загрязнение окружающей среды. По данным печати на 1994 год около 25% нефтепроводов России было построено более 30 лет назад, а 29% -более 20 лет назад. К 2000 году уже 73% нефтепроводов будут находиться в эксплуатации более 20 лет, а 41% -свыше 30 лет. Как известно, срок службы наружного изоляционного покры-' тия составляет около 15-20 лет, поэтому, учитывая, что одной из основных причин утечек является коррозия, в ближайшие годы следует ожидать рост аварийности на линейной части "устаревших" нефтепроводов. Особое внимание при эксплуатации нефтепроводов должно уделяться защите водоохранных объектов, поскольку последствия от их загрязнения нефтепродуктами наблюдаются в течение до 20 лет.

В последнее время наблюдается тенденция ужесточения штрафных санкций со стороны государственных органов за безвозвратные аварийные потери нефти от инфильтрации и испарения, а также за допущенное загрязнение окружающей Среды, в связи с чем все более актуальными становятся задачи прогнозирования последствий от вероятных аварий на участках нефтепроводов вблизи важных охранных объектов для возможности разработки защитных мероприятий, а также задачи определения безвозвратных аварийных потерь нефти от испарения и просачивания в грунт.

Для научного прогнозирования возможного ущерба и разработки мероприятий по управлению последствиями аварий на

4 линейной части нефтепроводов, а также определения объема безвозвратных аварийных потерь необходимы специальные исследования процесса растечения нефти по дневной поверхности с учетом тепло-и массопереноса с окружающей средой.

Целью данной работы является разработка вычисленных и экспериментальных методов определения и прогнозирования потерь нефти в случае аварийного растекания по дневной поверхности, а также при малых утечках на линейной части нефтепроводов и при хранении в стальных резервуарах.

Основные задачи исследований

  1. Осуществить математическое моделирование процесса растечения нефти по естественной поверхности с учетом рельефа местности, шероховатости, наличия растительности, потери массы жидкости от испарения и инфильтрации, а также теплообмена с окружающей средой.

  2. Для возможности проведения расчетов по определению безвозвратных потерь нефти от испарения и инфильтрации в случае крупной утечки на нефтепроводе, а также прогнозирования последствий от аварии вблизи важных охранных объектов разработать численные модели для наиболее типичных случаев аварийного движения нефти.

  3. Выполнить экспериментальные исследования для наиболее распространенных видов аварийного движения нефти. Получить соответствующие эмпирические зависимости для возможности выполнения оперативных расчетов в случае произошедшей аварии, а также с целью определения максимально возможных безвозвратных потерь нефти от испарения и инфильтрации .

  4. Исследовать процесс фильтрации ларафиносодержащих неф-

5 тей. Найти зависимость, учитывающую изменение нефтепрони-цаемости грунта в зависимости от содержания дисперсного парафина в нефти. Для вычисления безвозвратных потерь нефти от инфильтрации получить формулы для вычисления глубины просачивания нефти в грунт на стадии аварийного растекания, а также при квазистатическом положении слоя нефти /после обваловки нефтяного пятна, при хранении в земляном ремонтном амбаре/.

5. Разработать инженерную методику определения безвоз
вратных потерь нефти от инфильтрации вследствие малых
утечек, а также, в случае необходимости применения, при
крупных утечках на нефтепроводах /при аварии на заболо
ченной или сильно пересеченной местности, при невозмож
ности по каким-либо причинам использования численных ме
тодов расчета/.

6. Исследовать процесс инфильтрации нефти в случае ава -
рийной утечки через сквозное повреждение в днище стально
го резервуара. Получить зависимости для вычисления объема
загрязненного грунта и безвозвратных потерь нефти.

Научная новизна

  1. Получены динамические уравнения движения ньютоновской жидкости в приближении задач плановой гидравлики, учитывающие турбулентный режим движения нефти по дневной поверхности, изменение глубины потока по площади растекания, рельеф местности, наличие растительности, вязкость нефти, а также касательные напряжения на свободной поверхности открытого потока.

  2. Предложено уравнение теплообмена, учитывающее конвективный и турбулентный перенос тепла, уменьшение температуры из-за теплового излучения открытой поверхности неф-

ти, испарения и теплоотдачи в грунт и атмосферу, а также поступление тепла вследствие кристаллизации парафина и поглощения лучистой энергии солнца.

'З.В результате проведения экспериментов и статистической обработки опытных данных получена эмпирическая зависимость для вычисления альбедо нефтей, позволяющая учесть влияние солнечной радиации на температуру растекающейся нефти.

4.Получено аналитическое решение системы уравнений массо-переноса плановой гидравлики для установившегося одномерного движения при постоянном уклоне дна, на основании которого получены формулы для вычисления основных гидродинамических характеристик процесса кольматажа /для проведения противофильтрационной подготовки земляного амбара/.

5. Для численного моделирования аварийного движения нефти
и расчета безвозвратных потерь от инфильтрации и испаре
ния разработаны 3 системы конечно-разностных уравнений:

для расчета одномерного течения нефти в русле произвольного поперечного профиля;

для расчета растекания нефти по плоской дневной поверхности;

- для расчета растекания нефти по дневной поверхности
произвольного профиля.

  1. В результате проведения экспериментов и статистической обработки опытных данных по одномерному течению нефтей получены экспериментальные формулы, выражающие положение "переднего фронта" распространения нефти, среднюю ширину и толщину потока в зависимости от расхода, вязкости жидкости, угла наклона дна и времени движения.

  2. В результате обработки опытных данных по растеканию нефтей на гладкой горизонтальной и наклонной поверхностях

'!

получены формулы, дающие возможность определять положение контура нефтяного пятна, площадь растекания и среднюю толщину слоя в зависимости от расхода жидкости, вязкости, наклона поверхности и времени растекания.

  1. На основании анализа проведенных экспериментов по растеканию нефтей установлено, что при наклоне дна потока больше 2,5 градусов движение имеет практически одномерный характер.

  2. В результате статистической обработки опытных данных' других авторов получена зависимость для вычисления коэффициента фильтрации нефти, содержащей парафин в диспергированном состоянии.

10.Получены аналитические зависимости для вычисления глубины инфильтрации нефти при постоянном и переменном слое жидкости на дневной поверхности, учитывающие уменьшение нефтепроницаемости грунта из-за кольматирующего влияния дисперсного парафина.

11. Получены аналитические зависимости для вычисления координат кривой депрессии фильтрационного потока в случае утечки нефти через отверстие в днище стального резервуара, а также формулы для определения объема загрязненного грунта, объема безвозвратных потерь нефти и ориентировочного времени существования утечки.

Практическая ценность

Разработанные численные модели позволяют вычислять безвозвратные потери нефти от инфильтрации и испарения как в случае аварийного растекания нефти по дневной поверхности, так и в случае прекращения растекания, а также при временном хранении нефти в земляном амбаре.

Указанные модели дают возможность выполнять прогнозные

8 расчеты на случай возможной аварии на нефтепроводе вблизи важных охранных объектов, на основании которых:

определять длину экологически потенциально опасного участка нефтепровода для охранного объекта с целью принятия необходимых мер его безопасной эксплуатации;

разрабатывать противоаварийные мероприятия с учетом специфических особенностей охранного объекта и участка местности;

в случае необходимости -строить защитные сооружения с учетом гидрологических особенностей местности.

Полученные эмпирические зависимости по одномерному движению и растеканию нефтей на горизонтальной и наклонной поверхностях можно использовать с целью:

проведения оперативных расчетов в случае утечки на нефтепроводе, а также для вычисления максимально возможных безвозвратных потерь нефти от испарения и инфильтрации;

выполнения прогнозных расчетов на участках нефтепроводов вблизи охранных объектов;

проверки математических моделей по движению ньютоновских жидкостей, имеющих открытую поверхность.

Предложенная инженерная методика определения фактических потерь нефти от инфильтрации позволяет вычислять объем безвозвратных потерь при малых и крупных утечках на нефтепроводах.

Для существенного снижения потерь нефти от инфильтрации и затрат на проведение рекультивационных работ можно выполнять противофильтрационную защиту земляного ремонтного амбара, используя для вычисления гидродинамических характеристик процесса кольматажа полученные в работе зависимости.

Для определения потерь нефти вследствие утечки через

9 щель в днище емкости получены формулы, применяя которые можно вычислить объем загрязненного грунта основания и подстилающего грунта, объем безвозвратных потерь нефти, а также ориентировочное время существования утечки.

Апробация полученных результатов Основные результаты работы докладывались на:

научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири", Тюмень, 1981 г.;

1-ой республиканской конференции молодых ученых и специалистов, Уфа, УНИ, 1982 г.;

- 5-ой и 6-ой республиканских научно-технических конфе
ренциях по проблемам сбора, подготовки и транспорта нефти
и нефтепродуктов, Уфа, ВНИИСПТнефть, 1982.г., 1984 г.;

научно-практической конференции "Охрана геологической Среды в районах Субарктики", Тюмень, 1984 г.;

республиканской научно-технической конференции "Молодежь -науке, производству", Уфа, 1987 г.;

международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири", Тюмень, 1996 г.;

1-м международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего", Тюмень, 1996 г.;

1-м международном симпозиуме "Наука и технология углеводородных дисперсных систем", Москва, ГАНГ им. И.М.Губкина, 1997 г.

Реализация работы Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке временных руководств: -.ВР-01-84. "Комплексная система обеспечения качества и

эффективности проектирования. Оптимизация решений при проектировании земляных амбаров; - ВР-02-84. "Комплексная система обеспечения качества и эффективности проектирования. Определение ореола загрязнения, потерь нефти и ущерба при аварии на трубопроводе". Использование этих разработок за период 1984-1987 годы позволило:

-получить реальный экономический эффект в Ишимском управлении магистральных нефтепроводов в размере 136 тыс.руб.; -определить ожидаемый экономический эффект в ТФ "Гипро-трубопровод" в размере 323,6 тыс.руб. /в ценах 1987 г./. Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 22 работы, из них 17 -в центральной печати.

Структура и объем диссертации Работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов и и 7 приложений. Текст диссертации изложен на 239 страницах машинописного текста, в том числе основное содержание на 166 страницах, приложения на 73 страницах, содержит 29 рисунков, 16 таблиц. Библиография включает 137 наименований.