Разработка метода обнаружения источника аварийного выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси

Актуальность проблемы. На территории Российской Федерации расположено множество крупных областей, базовыми отраслями экономики которых являются нефтегазодобывающая и перерабатывающая отрасли. Территории данных областей насыщены объектами нефтяной, газовой, нефтехимической промышленности, в непосредственной близости от которых действуют предприятия машиностроения, металлургии, горнодобывающей отрасли. Такие технологические комплексы идентифицируются как потенциальные источники выделения в атмосферу аварийно химически опасных веществ и являются взрывопожароопасными производствами.

Как правило, объекты добычи, промысловой подготовки, транспорта углеводородов, газохимических комплексов занимают значительные площади. Особенно это характерно для объектов транспорта, представляющих собой сеть промысловых и магистральных трубопроводов.

Большая часть территорий функционирующих газодобывающих и газохимических комплексов густонаселенна. Поэтому актуальной задачей является своевременное обнаружение источника аварийного (несанкционированного) выброса смеси аварийно химически и взрывопожароопасных веществ, произошедшего в результате криминальной врезки в трубопровод, аварии или при проведении нерегламентных операций, включая место расположения и характеристики выбрасываемой смеси. Это позволит своевременно определить потенциальную опасность и избежать человеческих жертв, сократить зоны токсического поражения, снизить материальный ущерб предприятию и ущерб окружающей среде.

Актуальность представленного исследования подчеркивается теми обстоятельствами, что обнаружение виновников несанкционированных выбросов аварийно химически опасных веществ и местоположения источника серьезно осложнено принадлежностью близкорасположенных объектов по добыче, транспорту и переработке углеводородного сырья различным хозяйствующим субъектам. Это затрудняет координацию действий аварийных формирований, увеличивает время с момента появления субъективных и объективных данных о загрязнении воздуха до обнаружения его источника, соответственно, увеличивает 4 объемы выброса, размеры зон токсического поражения, что ставит под угрозу безопасность персонала, работающего на объектах добычи, переработки и транспорта углеводородного сырья, и жителей близлежащих населенных пунктов.

Цель работы — повышение уровня пожарной и промышленной безопасности объектов нефтегазовых комплексов путем обнаружения источника аварийного выброса взрывоопасных веществ по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

• систематизация и анализ существующих методов обнаружения источников аварийных (несанкционированных) выбросов на производственных объектах нефтегазовой отрасли, выявление ограничений их применения;

• экспериментальное обоснование применимости положений теории атмосферной диффузии для оценки устойчивости соотношения концентраций основных химически и взрывоопасных веществ в облаке выброса на различных расстояниях от источника с учетом состава выброса и метеоусловий;

• разработка метода обнаружения источника аварийного выброса химически и взрывоопасных веществ в атмосферу с использованием данных инструментальных замеров и информационной базы данных предприятий и метеопараметров;

• анализ эффективности способа обнаружения аварийного (несанкционированного) выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси и его практическая реализация.

Методы решения поставленных задач.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследований: теоретико-экспериментальные методы — инструментальные методы определения метеопараметров и концентраций примесей в атмосферном воздухетеоретические методы — метод математического моделирования распределения концентраций примесей в атмосферном воздухе.

Научная новизна результатов работы.

1. Усовершенствованы методы математического моделирования диффузионного распространения примесей в атмосфере применительно к решению за5 дачи обнаружения источника аварийного выброса по физико-химическим характеристикам выбрасываемой смеси.

2. На основе экспериментальных исследований установлено, что соотношения концентраций основных веществ в облаке выброса устойчивы и не зависят от расстояния, на которое удалено облако выброса от источника выброса.

3. Разработан и обоснован алгоритм обнаружения источника аварийного выброса на основе теории атмосферной диффузии.

4. Разработан метод обнаружения аварийного (несанкционированного) источника выброса по соотношению концентраций основных компонентов в облаке выброса. Определены приемлемые соотношения концентраций веществ в выбросах, характерных для объектов газового комплекса и смежных отраслей.

На защиту выносятся:

1. Полученные расчетным путем соотношения концентраций аварийно химически и взрывопожароопасных веществ в облаке выброса объектов газового комплекса;

2. Результаты натурных исследований, подтверждающие применимость теории атмосферной диффузии для быстропротекающих процессов поступления аварийных выбросов химически и взрывоопасных веществ в атмосферу;

3. Алгоритм обнаружения источника несанкционированного выброса аварийно химически опасных веществ;

4. Метод обнаружения источника аварийного (несанкционированного) выброса химически и взрывопожароопасных веществ в атмосферу, базирующийся на соотношениях концентраций основных компонентов смеси в облаке выброса, с использованием модели атмосферной диффузии примесей в атмосферном воздухе.

Практическая ценность результатов работы.

1. Разработан и опробован метод обнаружения источника аварийного выброса химически опасных веществ на территориях с большим количеством опасных производственных объектов, расположенных в непосредственной близости друг от друга и принадлежащих различным хозяйствующим субъектам.

2. Предложенный метод позволяет ускорить принятие организационных решений и мероприятий по управлению аварийной ситуацией, сократить время с момента появления субъективных и объективных данных о загрязнении воздуха до обнаружения его источника, а следовательно, сократить размеры зон токсического поражения, ускорить ликвидацию негативных последствий аварийных выбросов для персонала, населения, имущества предприятий и окружающей природной среды на производственных объектах нефтегазовой отрасли.

3. Разработанный метод обнаружения отличает универсальность и возможность его применения для любых промышленных комплексов, на территориях которых плотно расположены производственные объекты с идентичными аварийно химически опасными веществами.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: IV Молодежной научно-технической конференции с международным участием «Основные проблемы поиска, освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (23−24 сентября 2010 г., г. Оренбург), Ш Общероссийской научной конференции «Актуальные вопросы науки и образования» (11−13 мая 2010 г., г. Москва), Научной конференции «Новые технологии, инновации, изобретения» (5−7 июля 2010 г., г. Иркутск), X международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (25−27 октября 2011 г., г. Оренбург), Молодежной научно-технической конференции с международным участием «Инновационные решения для нефтегазовой отрасли (Опыт и перспективы)» (19−20 апреля 2012 г., г. Оренбург), Научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (22−25 мая 2012 г., г. Уфа).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 101 наименование. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 32 рисунка, 2 приложения.

4.3 Выводы по главе.

Таким образом, на экспериментальных моделях и реальных авариях подтверждена неизменность соотношений концентраций в облаке выброса, на различном удалении от источника выброса.

Предложенный метод обнаружения, использующий информационную базу данных, позволяет определить принадлежность источника к тому или иному объекту и состав выброшенной углеводородной смеси, а также сектор расположения источника возможного аварийного выброса. Обнаружение источника аварийного (несанкционированного) выброса с использованием предложенного метода позволит сократить время поиска на протяженных территориях нефтегазовых комплексов и (или) количество выезжающих на осмотр территории патрульно-поисковых брига. Информация о принадлежности источника аварийного выброса и о выбрасываемой смеси, позволяет в зависимости от состава истекаемой смеси укомплектовать аварийную бригаду средствами индивидуальной защиты.

Определены основные критерии эффективности метода обнаружения:

— сокращение времени поиска места аварии и как следствие сокращение размеров зон токсического поражения и негативных последствий для персонала, населения, имущества предприятий и окружающей природной среды;

— сокращение затрат на поиск места аварии, за счет возможного сокращения количества выезжающих патрульно-поисковых бригад и размеров территории поиска.

Экономическая эффективность от применения предложенного метода заключается в снижении экологического, материального ущербов, ущерба здоровью, возникающих при аварийном (несанкционированном) выбросе химически и взрывопожароопасных веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРТИЗЫ.

21) Заявка № 2 011 128 951/28(042 793) (22) Дата подачи заявки 12.07.2011.

24) Дата начала отсчета срока действия патента 12.07.2011 (85) Дата начала рассмотрения международной заявки на национальной фазе.

ПРИОРИТЕТ УСТАНОВЛЕН ПО ДАТЕ [х] (22) подачи заявки 12.07.2011 [ ] (23) поступления дополнительных материалов от к ранее поданной заявке № ОТ.

С1 (62) [ ] приоритета изобретения по первоначальной заявке № от из которой данная заявка выделена [ ] подачи первоначальной заявки № ОТ из которой данная заявка выделена Е ] (66) подачи ранее поданной заявки № ОТ (30) подачи первой (ых) заявки (ок) в государстве-участнике Парижской конвенции.

31) Номер первой (ых) заявки (ок) (32) Дата подачи первой (ых) заявки (ок) (33) Код страны.

1. (86) Заявка № РСТ/ [] (96) Заявка № ЕА ] (87) Номер публикации и дата публикации заявки РСТ.

72) Автор (ы) Гендель Г. Л., Сосновцева Е. В., Клейменова И. Е., Клейменов A.B., RU.

73) Патентообладатель (и) Общество с ограниченной ответственностью «Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз»), RU.

54) Название изобретения Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу.

01 см. на обороте).

ВНИМАНИЕ! С целью исключения ошибок просьба проверить сведения, приведенные в заключении, пик они без изменения будут внесены в Государственный реестр изобретений Российской Федерации, и незамедлительно сообщить об обнаруженных ошибках.

Форма № Ola.

21)2011128951/28.

51) МПК.

G01W1/00 (2006.01).

57).

Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу, включающий создание информационной базы источников загрязнения атмосферы (ИЗА), замер концентраций вредных веществ (ВВ) несанкционированного выброса, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, выявление местоположения ИЗА с несанкционированным уровнем выбросов ВВ в атмосферу, отличающийся тем, что информационная база ИЗА дополнительно содержит соотношение концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного ИЗА, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса осуществляют по концентрациям двух основных компонентов ВВ в облаке выброса без возгорания, или по концентрациям трех основных компонентов ВВ в облаке выброса с возгоранием с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы, сравнивают соотношение концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций компонентов ВВ из информационной базы ИЗА, расположенных в расчетном секторе рассеивания и выявляют совпадение соотношений концентраций компонентов ВВ с конкретным ИЗА из информационной базы.

56).

RU 2 213 361 С1, 27.09.2003; RU 2 380 729 С1, 27.01.2010; RU 2 161 321 С2, 27.12.2000; US 7 114 388 В1, 03.10.2006; US 20 050 247 120 Al, 10.11.2005.

При публикации сведений о выдаче патента будет использовано описание в первоначальной редакции заявителя.