Предупреждение геоэкологических последствий от аварий путем оперативного управления технологическими процессами в сложнопрофилированном трубопроводе: На примере морского участка трубопровода «Россия-Турция»

Актуальность темы

.

Состояние окружающей природной среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, прямо или косвенно затрагивающих интересы каждого человека. В настоящее время обеспечение нормативного качества природной среды при увеличении техногенной составляющей возможно принципиально двумя путями: совершенствованием основных технологических процессов в направлении существенного повышения уровня их безопасности и экологичности, и раннем прогнозировании возможных аварийных ситуаций. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют неконтролируемые выбросы энергии и вредных веществ, неизбежно происходящие в процессе эксплуатации нефтегазовых комплексов. Находясь в постоянном взаимодействии с природой, человек все острее ощущает необходимость налаживания таких взаимосвязей с окружающей средой, при которых был бы обеспечен устойчивый экологический компромисс, не нарушающий естественного природного баланса. Такой разумный устойчивый компромисс должен быть найден во «взаимоотношениях» систем трубопроводного транспорта углеводородного сырья с природной средой. Ни одно инженерное сооружение не связано так тесно с окружающей природой как трубопроводные системы. Отсюда и основная задача, с одной стороны, свести к минимуму техногенные воздействия в период эксплуатации трубопроводов, с другой — ослабить отрицательное влияние природных компонентов на их надежность и безопасность, так как разрушение трубопроводов по своему характеру вызывает техногенное воздействие, затрагивающее биохимические процессы, происходящие в атмосфере, в почве и водоемах. Поэтому к надежности трубопроводных сетей, особенно эксплуатируемых в экстремальных условиях, как, например, морской участок трубопровода «Россия-Турция», предъявляются весьма строгие требования.

Решение проблемы природоохранных технологий невозможно, в первую очередь, без системной оценки надежности, риска и безопасности функционирования нефтегазовых комплексов. И в этой связи диагностика трубопроводных систем приобретает принципиально важное значение, так как она является главным источником информации о состоянии технической системы и происходящих в ней технологических процессах.

Введение

новых методов и средств диагностики становится определяющим в обеспечении эффективного управления трубопроводными системами и обеспечения экологически безопасного транспорта газа.

Опасное техническое состояние элементов подводной части трубопровода «РоссияТурция» можно обнаружить только с помощью средств контроля: либо непосредственно по измерениям параметров данного элемента, либо косвенно по измерениям характеристик смежных элементов. Выбор стратегии контроля зависит от назначения системы контроля, ограничений на нее, поставленных задач, частоты съема данных, технических и экономических причин и т. д.

Как показывает практика, принципиально общие модели, пригодные к использованию для расчета любых конфигураций газотранспортных сетей, в настоящее время не разработаны. В то же время, наилучшие результаты управления технологическими процессами и анализа технического состояния конкретного участка линейной части трубопровода могут быть достигнуты применением специально адаптированных для этой технической системы методик анализа и расчета процессов транспорта газа. Особенно это характерно для линейных участков магистральных газопроводов, имеющих сложных профиль трассы со значительными перепадами высот. Отсутствуют также критерии, позволяющие эффективно оценивать воздействия на систему, и методы прогнозирования ее функционирования в некоторых временных интервалах.

Актуальность проблемы определяется так же необходимостью разработки научно обоснованных современных методов анализа технологических режимов работы сложнопрофилированных трубопроводов, обеспечивающих эффективность транспорта газа и совершенствование управления технологическими ситуациями для предотвращения аварий, могущих повлечь за собой нарушение экологического равновесия окружающей среды в зоне размещения газотранспортной системы.

Цель исследования. Создание методической основы оперативного управления технологическими режимами эксплуатации сложнопрофилиро-ванного трубопровода, ранней диагностике его технического состояния в целях предупреждения аварий и геоэкологических последствий при неконтролируемой утечке энергоносителя. Основные задачи исследования:

1. Обоснование и разработка методического подхода к построению иерархической структуры системы оценок надежности, риска и экологической безопасности функционирования технологического оборудования трубопроводного транспорта газа;

2. Разработка концепции исследования текущего технического состояния сложнопрофилированного линейного участка газопровода методом моделирования течения газа в период эксплуатации с целью предупреждения аварийных и опасных ситуаций, могущих повлечь за собой разрушение трубопровода.

3. Разработка теоретической основы анализа режима течения газа в трубопроводе с большими перепадами высот заложения для оценки его технического состояния по термогазодинамическим параметрам.

4. Разработка алгоритма и программы анализа технического состояния морского участка трубопровода «Голубой поток» для оперативного управления процессами транспорта газа.

5. Практическая реализация результатов исследований и разработанных методик диагностики и эффективного управления транспортом.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы: методы системного анализа надежности, риска и экологической безопасности эксплуатации технических объектов, квалиметрические методы экспертных оценок математических зависимостей, адекватно описывающих технологический процесс течения газа в трубопроводе в рамках поставленной задачи.

Обоснование методов идентификации технического состояния линейной части сложнопрофилированного трубопровода базируется на основных закономерностях термогазодинамики и основных принципах создания диагностических уравнений для анализа течения газа исследуемой системы.

Научная новизна результатов исследования.

1. Развита методология системного анализа взаимодействия технических объектов (трубопроводных сетей) с окружающей средой для обоснования модели управления режимами работы сложнопрофилированных участков магистральных газопроводов.

2. Для условий морского участка трубопровода «Россия-Турция» получено математическое описание процесса перекачки газа при минимизированном наборе параметров, обосновано применение модификации метода усредненных данных.

3. Для определения критических параметров работы системы и предупреждения возникновения аварийных и опасных ситуаций решена задача газодинамического расчета линейного трубопровода со сложным профилем трассы большой протяженности и значительным перепадом температур.

4. Разработаны эффективная методики анализа, алгоритм и программа расчета течения газа в морском участке трубопровода «Россия-Турция», пригодные так же для других систем оперативного диспетчерского управления технологическими процессами транспорта газа сложнопрофилированных трубопроводов.

Практическая ценность работы. Разработанная с участием автора методика идентификации технического состояния сложнопрофилированного трубопровода в настоящее время успешно используется в условиях эксплуатации морского участка трубопровода «Россия-Турция». Создан программный комплекс и разработано методическое руководство диагностики морского участка трубопровода по термогазодинамическим параметрам для обнаружения гидратных и конденсатных пробок, предупреждения развития аварийных и опасных ситуаций, могущих привести к его разрушению и, как следствие, нарушению экологического равновесия окружающей среды.

Эффективность разработок подтверждается соответствующим актом о внедрении результатов исследования в практику диспетчерской службы, компрессорной станции «Береговая» трубопровода «Россия-Турция» (ООО «Ку-баньгазпром»). Экономический эффект от внедрения определяется: использованием разработанных методик и программ выбора оптимального варианта режимнотехнологических параметров транспорта газа морского участка газопровода в каждом конкретном случае, ранней диагностикой возможности возникновения аварийных и опасных ситуаций, обеспечением промышленной и геоэкологической безопасности функционирования технической системы.

Данная работа внедрена как составная часть создаваемого комплекса программ расчета задач оперативно диспетчерского управления ООО «Кубань-газпром» — трубопровода «Голубой поток».

Теоретическая значимость работы. Полученные автором результаты и методики могут быть использованы проектными и научноисследовательскими организациями при проектировании, эксплуатации, а также при совершенствовании системы диагностики и оперативнодиспетчерского управления сложнопрофилированного трубопровода.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на: на научно-практической конференции «Экологические аспекты энергетической стратегии как фактор устойчивого развития России», г. Москва, ОАО «Газпром», 17 октября 2001; на 23 сессии семинаре «Электроснабжение пром. пред.», г. Москва, 25−28 сент. 2001 г.- на совещаниисеминаре руководителей природоохранных служб дочерних акционерных обществ ОАО «Газпром» по тематике «Основные направления деятельности предприятий ОАО „Газпром“ по снижению техногенных нагрузок на окружающую среду», г. Москва, 24−26 сентября 2003 гна XXIII тематическом семинаре ОАО Газпром «Диагностика оборудования и трубопроводов КС», г. Светлогорск Калининградской области, 6 по 11 сентября 2004 г.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 94 наименования, приложения, изложена на 164 стр. текста, включая 24 рисунка, 12 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В настоящей работе изложены научно обоснованные разработки, направленные на совершенствование экологической безопасности технологического процесса транспорта газа, решение вопроса ранней диагностики возникновения гидратных (конденсатных) пробок и неустойчивых течений газа для предотвращения возможных аварийных и опасных ситуаций. Достоверность полученных результатов подтверждается количественным и качественным согласием теоретических и экспериментальных результатов работы, а так же успешным использованием их в реальных условиях эксплуатации морского участка трассы газопровода «Россия-Турция».

1. На основании анализа современных представлений о газотранспортных системах определена область геоэкологических и технологических требований, предъявляемых к процессам перекачки газа по трубопроводам.

2. Сформулированы основные концепции взаимодействия сложной технической системы с окружающей средой, на основании которых возможно регулирование и диагностика технологического процесса течения газа в трубопроводе.

3. Обобщен и проанализирован существующий опыт теоретических расчетов газотранспортных сетей, рассмотрены и обобщены основные методы анализа и расчета процессов транспорта газа.

4. На основании предложенного автором метода квалиметрических оценок существующих методов моделирования течения газа в трубопроводе сделан вывод, что наиболее пригодными для раннего обнаружения аварийных и опасных ситуаций (конденсатных или гидратных пробок) является использование диагностических уравнений.

5. На основании диагностических уравнений разработана теоретическая основа методики диагностики проточной части морского участка трубопровода «РоссияТурция», что дает возможность с большой степенью вероятности определить зоны проявления гидратных (конденсатных) пробок в сложнопрофи-лированном трубопроводе со значительными перепадами высот заложения трубы и технологические режимы перекачки, вызывающие неустойчивое течение газа, которые могут привести к разрушению трубопровода и нарушению геоэк-логического равновесия окружающей среды.

6. Разработан и программно реализован алгоритм диагностирования проточной части морского участка трубопровода «Голубой поток» по термогазодинамическим параметрам, позволяющий своевременно выявлять опасные режимы работы и причины их возникновения, что позволит эффективно проводить мероприятия по регулировке и ремонту оборудования, а так же увеличить вероятность безотказной работы.

7. Разработанные автором метод, алгоритм и программа диагностики технического состояния морского участка трубопровода «РоссияТурция» используются для практических расчетов, проводимых диспетчерскими службами КС «Береговая» ООО «Кубаньгазпром» для обеспечения экологической безопасности эксплуатации трубопроводе и оперативного регулирования технологических режимов перекачки газа.