авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Нестационарные течения нефти при гильотинном порыве на линейной части магистральных нефтепроводов

-- [ Страница 2 ] --

+ = + , (9)

где S – площадь сечения трубопровода, м2;

tк1, tк2 – время прохождения фронта волны давления соответственно по первому и второму аварийным участкам нефтепровода, с.

В этом же разделе рассмотрены частные случаи реализации аварий с гильотинным порывом в период нестационарности, в результате анализа которых более детально изучены физические процессы и установлены закономерности. Так, установлено, что на процесс затухания волны понижения давления существенное влияние оказывает профиль трассы трубопровода. Гидравлические сопротивления, возникающие в движущейся нефти, не оказывают влияния на процесс затухания волны.

В третьем разделе рассматривается гравитационное истечение нефти под действием переменного напора, определяемого как разница геодезических отметок. Для первого аварийного участка нефтепровода этот этап опорожнения наступает после прихода волны понижения давления на НПС, когда срабатывает автоматическая защита и происходит остановка насосов. Для второго аварийного участка этот этап наступает с момента прихода волны понижения давления в конец трубопровода, когда произойдет «разгрузка» всего участка от избыточного давления. Время прихода волны понижения давления на НПС для первого аварийного участка tк1 и в конец трубопровода для второго аварийного участка tк2 определяется по формулам

= , (10)

. (11)

При гравитационном этапе истечения характер опорожнения обоих аварийных участков одинаков. Для каждого аварийного участка выполняется ранжирование по высотным отметкам z профиля трассы, начиная с максимальной отметки. Движение нефти на каждом аварийном участке начинается с самой высокой отметки в направлении к месту аварии (рисунок 1). В этом сечении трубопровода образуется паровая пробка, размер которой увеличивается со временем истечения нефти.

Рисунок 1 Принципиальная схема гравитационного опорожнения

аварийного участка нефтепровода

В качестве первоначального действующего напора принимается разница геодезических отметок наивысшей точки трассы нефтепровода и места порыва. При этом для каждого участка действующий напор будет свой, он равен потерям напора на преодоление гидравлических сопротивлений. В возвышенных точках трассы обоих участков происходит разрыв сплошности потока благодаря образованию паровых пробок. Давление в возвышенных точках трассы становится ниже атмосферного. Не вся нефть, находящаяся в нисходящих ветвях по обе стороны от возвышенной точки трассы, участвует в образовании паровой пробки, а только верхние её слои, начиная от границы раздела «пар – нефть». С увеличением глубины погружения слоя степень влияния фазового перехода на объем паровой пробки уменьшается, поскольку давление в нефти возрастает в соответствии с законом гидростатики, а количество выделившегося пара зависит от давления в соответствии с полученной эмпирической зависимостью

V =, (12)

где V относительный объем выделившегося из слоя нефти пара с давлением P при температуре t, м3/ м3.

По мере опорожнения аварийных участков давление в паровой пробке уменьшается, что влияет на скорость истечения.

При достижении значения геодезической отметки границы раздела «пар нефть», равного

zпн = zmax4 + , (13)

движение нефти на этом участке прекратится.

В формуле (13) используются следующие обозначения:

zпн геодезическая отметка границы раздела «пар нефть», м;

zmax4 геодезическая отметка следующего наиболее высокого «пика» трассы участка, м;

Рнас давление насыщения нефти, Па;

Рпр давление в паровой пробке, Па.

Процесс опорожнения нефтепровода продолжится с вершины следующего наиболее высокого пика, где также появляется паровая пробка. И так процесс опорожнения аварийного участка продолжается от одного максимального пика к другому до полного завершения истечения и установления гидростатического равновесия.

На конечное значение количества вылившейся в результате аварии нефти существенное влияние оказывают профиль трассы нефтепровода, расстановка линейной отсекающей арматуры и место расположения гильотинного порыва (т.е. значение геодезической отметки места аварии и расстояние от НПС).

В существующих методиках давление в паровой фазе на всем протяжении процесса истечения принимается постоянным, равным либо нулю, либо давлению насыщенных паров нефти по Рейду. Это допущение в обоих случаях приводит к определенной ошибке в вычислениях объема вытекшей нефти. Причем величина ошибки существенно зависит от профиля трассы нефтепровода.

Процесс опорожнения обоих аварийных участков нефтепровода при гравитационном режиме истечения одинаков. При этом полного опорожнения отсеченных участков нефтепровода не происходит. Значительная часть нефти остается в трубопроводе за счет разрыва сплошности потока в возвышенных точках трассы. Причем в процессе истечения нефти давление в паровых полостях не является постоянным. Оно стабилизируется только после полного прекращения истечения и установления гидростатического равновесия.

Четвертый раздел диссертации посвящен разработке методики расчетов по выявлению наиболее опасных участков магистральных нефтепроводов. Одним из основных показателей опасности, который используется при проведении анализа риска аварий, является количество нефти, участвующей в аварии. Эти показатели необходимы при разработке декларации промышленной безопасности магистрального нефтепровода. В разработанной методике используются полученные результаты исследований, приведенных в предыдущих разделах диссертации. В этом разделе разработан алгоритм вычисления.

На рисунке 2 приведена блок-схема вычисления массы вылившейся из магистрального нефтепровода нефти при гильотинном порыве.

В качестве исходных данных принимаются физические свойства нефти, основные характеристики нефтепровода (профиль трассы, длина, диаметр и толщина стенки трубы) и координата xai места гипотетической аварии. Для принятого значения xai производятся отдельно вычисления для нестационарного и гравитационного этапов опорожнения первого и второго аварийных участков. Для периода нестационарного истечения необходимо знать давление в нефтепроводе в месте порыва при штатном режиме эксплуатации (т.е. до аварии). Значение этого давления вычисляется по формуле (2). Расчеты проводятся для различных значений xai, начиная с xai = 1 км, с интервалом x. Значение x принимается равным 1,0 или 0,5 км. В результате расчетов получаются значения Мxi для различных xai. Наиболее опасными являются участки нефтепровода, для которых количество аварийно вылившейся нефти имеет максимальное значение.

В работе в качестве примера приведены результаты расчета по определению наиболее опасных участков для одного из действующих магистральных нефтепроводов, которые представлены графически. Анализ

18

Рисунок 2 Блок-схема вычисления массы вылившейся из магистрального нефтепровода нефти

при гильотинном порыве

19

полученных результатов подтверждает, что на количество аварийно вылившейся нефти существенно влияет профиль трассы нефтепровода, а

также расстановка линейной запорной арматуры вдоль трассы нефтепровода. Наиболее опасной с точки зрения количества вылившейся нефти может быть и не самая нижняя точка трассы нефтепровода. Расстановкой запорной арматуры по трассе нефтепровода можно минимизировать аварийные утечки нефти.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа установлено, что применяемые в настоящее время модели и методы для вычисления скорости аварийного истечения нефти при гильотинном порыве на линейной части магистрального нефтепровода дают завышенные значения.

2. Предложена физическая модель опорожнения нефтепровода при авариях с порывом гильотинного типа, на основании которой разработана математическая модель нестационарного истечения нефти из первого и второго аварийных участков. Установлены закономерности влияния различных факторов на затухание волны пониженного давления. Наибольшее влияние на затухание волны оказывает профиль трассы нефтепровода.

3. Разработана математическая модель аварийного опорожнения магистрального нефтепровода под действием сил гравитации с переменным напором с учетом образования пробок нефтяных паров в возвышенных точках трассы, в которых создается вакуум. Давление в паровых пробках не является постоянной величиной, а изменяется по мере опорожнения аварийного участка нефтепровода. Для вычисления давления в паровых пробках предложена эмпирическая зависимость.

4. Разработана методика расчетов по определению наиболее опасных участков магистральных нефтепроводов, из которых в случае аварии вытечет максимальное количество нефти. Методика может использоваться на стадии проектирования нефтепровода при расстановке линейных отсекающих задвижек с целью минимизации объемов возможных аварийных разливов нефти.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

В журналах из перечня ведущих рецензируемых научных журналов ВАК:

1. Антипьев В.Н., Налобина Е.В., Налобин И.Н. Аварийное истечение нефти из трубопровода при напорном режиме // Безопасность труда в промышленности. 2005. № 1. С. 37-41.

2. Антипьев В.Н., Налобина Е.В., Налобин И.Н. Некоторые аспекты нестационарных процессов при гильотинном разрыве на магистральном нефтепроводе // Проблемы анализа риска. 2007.
Т. 4. № 3. С. 251-257.

3. Антипьев В.Н., Налобина Е.В., Налобин И.Н. Особенности аварийного истечения нефти из магистрального нефтепровода при гильотинном порыве // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2008. № 5 С. 55-61.

4. Антипьев В.Н., Налобина Е.В., Налобин И.Н. О моделировании нестационарных течений нефти при авариях на магистральном нефтепроводе // Проблемы анализа риска. 2008. Т. 5. № 2. С. 42-55.

В других печатных изданиях:

20

5. Антипьев В.Н., Налобина Е.В., Налобин И.Н. Некоторые аспекты аварийного истечения нефти при гильотинном разрыве подводного нефтепровода // Безопасность морских объектов (SOF – 2007). Сб. тез. докл. Междунар. научн.-техн. конф. 30-31 октября 2007 г. М., 2007. С. 33-34.

6. Налобин И.Н. Физическая интерпретация явления истечения нефти при гильотинном порыве на магистральном нефтепроводе // Трубопроводный транспорт – 2008. Сб. тез. докл. IV Междунар. учебн.-научн.-практ. конф. Уфа, 2008. С. 89-90.

7. Налобина Е.В., Налобин И.Н. Аварийное истечение нефти из магистральных нефтепроводов при гильотинном порыве // Безопасность критичных инфраструктур и территорий. Сб. матер. III Всеросс. научн.-техн. конф. Екатеринбург, 2009. С. 285.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 26.01.2012 г. Бумага писчая.

Заказ № 25. Тираж 100 экз.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР» РБ. 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.



Pages:     | 1 ||
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.