Комплексная система обеспечения безопасности эксплуатации резервуарных парков

На правах рукописи

НАГАЕВ РАДИК ЗАВГАЛОВИЧ

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ

БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ

Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2008 2

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР») доктор физико-математических наук, профессор

Научный руководитель Бахтизин Рамиль Назифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович;

доктор технических наук Султанов Марат Хатмуллинович ЗАО «Нефтемонтаждиагностика»

Ведущая организация

Защита диссертации состоится 27 июня 2008 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»

по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов».

Автореферат разослан 26 мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обеспечение бесперебойного функционирования промышленных предприятий по добыче и транспорту нефти и газа является стратегическим вопросом, поскольку нефтегазовая отрасль является одним из важнейших элементов топливно энергетического комплекса России.

Инфраструктура нефтегазовых предприятий включает в себя множество разнородных компонентов, что требует многофакторного и комплексного подхода при обеспечении надежности и бесперебойности работы всех элементов систем добычи, подготовки, транспорта, хранения нефти, в том числе и резервуарных парков. Опыт длительной (40 … 50 лет) эксплуатации вертикальных стальных резервуаров (РВС) показывает, что вследствие различного рода воздействий они являются подверженными разрушениям с последующим возникновением аварийных и чрезвычайных ситуаций, проливам нефти и пожарам. Существующая в настоящее время система обеспечения безопасной эксплуатации резервуаров требует корректировки и переработки с учетом научно-технических разработок в области резервуаростроения, средств и методов контроля, технического диагностирования и расчетно-аналитических процедур по оценке технического состояния РВС. Наряду с указанными превентивными мерами, которые по существу являются локальными, необходимо также осуществление организационно-технических мероприятий, направленных на разработку и внедрение систем по ликвидации (устранению) последствий чрезвычайных ситуаций, возникающих при эксплуатации резервуарных парков, путем моделирования процессов возникновения, развития и ликвидации аварийных ситуаций на основе современных геоинформационных технологий.

Таким образом, выявление реального напряженно деформированного состояния несущих конструкций РВС, развитие методов и средств оценки их технического состояния, разработка стратегии эффективной эксплуатации резервуарных парков на основе превентивных процедур и организационно-методических мероприятий по ликвидации последствий техногенных чрезвычайных ситуаций являются приоритетными и актуальными задачами.

Целью работы является разработка комплексной системы безопасности эксплуатации резервуарных парков на основе анализа технического состояния вертикальных стальных резервуаров и снижения техногенных рисков путем использования ГИС-технологий.

Основные задачи исследований:

1) провести обзор аварийности вертикальных стальных резервуаров в резервуарных парках с анализом существующих методических нормативных документов, посвященных обеспечению безопасности длительно эксплуатируемых резервуаров и оценке последствий возможных аварийных разливов нефти на объектах систем транспорта и хранения нефти;

2) разработать методические основы повышения достоверности индивидиуальной оценки состояния РВС на основе технической диагностики с использованием цифровых структурных моделей;

3) исследовать экспериментальными методами влияние структурных параметров сталей на эксплуатационные свойства и уровень повреждаемости элементов резервуаров;

4) разработать методики расчетно-экспериментальной оценки влияния трещиноподобных дефектов сварных швов на сроки и режимы безопасной эксплуатации РВС;

5) разработать методику применения ГИС-технологий при моделировании чрезвычайных ситуаций, возможных последствий, связанных с аварийным разливом нефти, и мероприятий по их ликвидации.

Поставленные задачи решались с использованием различных методов исследования металлографического анализа;

экспериментального моделирования различных дислокационных структур, встречающихся в конструкциях длительно эксплуатируемых РВС;

просвечивающей и растровой электронной микроскопии;

определения химсостава по ГОСТу, механических испытаний и определения параметров коррозионной стойкости;

а также компьютерных комплексов по расчету напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов и средств ГИС-моделирования.

Научная новизна 1) Впервые показана зависимость коррозионных свойств малоуглеродистых сталей от их структурных параметров. Обнаружено повышение коррозионной стойкости сталей феррито-перлитного класса при образовании соединений углерода шарообразной формы.

2) На примере модельного сплава Al-3%Mg проведено изучение влияния структуры границ зерен и дислокационной структуры на развитие процессов усталостного разрушения. Установлено аномальное изменение механических свойств с изменением размеров и состава зерен микрозернистых материалов, которые ухудшают параметры трещиностойкости.

3) Создана и внедрена структурная цифровая модель резервуара, позволяющая оценить уровень поврежденности РВС и их элементов при анализе технического состояния по результатам диагностических работ.

4) Разработаны методические основы применения ГИС-технологий при моделировании чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийным разливом нефти, и мероприятий по их ликвидации.

Практическая ценность и внедрение результатов исследований 1) Решена задача оценки степени опасности дефектов сварных швов трещин для безопасной эксплуатации РВС в условиях сверхнормативной эксплуатации;

предложена расчетная методика оценки срока безопасной эксплуатации РВС с учетом геометрии и ориентации дефектов трещиноподобного типа.

2) На основе компьютерного моделирования обосновано существование ресурсных резервов при циклическом нагружении длительно эксплуатируемых конструкций РВС. В промышленных условиях показана возможность безаварийной эксплуатации резервуара с трещинами в горизонтальных и вертикальных сварных швах.

3) Разработана методика, позволяющая проводить моделирование процессов возможных последствий аварийных разливов нефти и разработку мероприятий по их ликвидации. Результаты моделирования могут служить основой разработки отдельных разделов планов ликвидации аварийных разливов нефти (ПЛАРН).

Положения, выносимые на защиту:

• расчетная методика по оценке состояния резервуаров;

• программное обеспечение, реализующее алгоритм расчета маршрута стекания нефти по суше;

• метод применения ГИС-технологии при планировании мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти.

Достоверность результатов Полученные результаты в виде расчетной методики по оценке состояния резервуаров, программного обеспечения, реализующего алгоритм расчета маршрута стекания нефти по суше, и метода применения ГИС-технологии при планировании мероприятий по ликвидации аварийных разливов нефти внедрены в ОАО «Уралсибнефтепровод», а также используются в учебном процессе Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Личный вклад автора В рассматриваемых исследованиях автору принадлежат постановка и решение задач данного исследования, формулировка и разработка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы, участие в проведении экспериментальных исследований, анализ полученных результатов и разработка рекомендаций по их внедрению.

Апробация работы Результаты исследований докладывались на IV Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, Россия, 2003 г.);

на международных конференциях, посвященных применению компьютерных технологий CSIT’2004 (Будапешт, Венгрия, 2004 г.), CSIT’2005 (Будапешт, Венгрия, 2005 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы научных работах, в том числе 3 в ведущих опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, и 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и списка использованной литературы, включающего 107 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка, 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, показаны научная новизна, практическая ценность и личный вклад автора в получении основных результатов.

В первой главе приводятся сведения о произошедших авариях на вертикальных стальных резервуарах. Приведена классификация аварийных ситуаций на РВС, сопровождающихся разливами нефти и возникновением пожаров. На основании литературных данных рассмотрены статистические закономерности распределения дефектов при комбинированном воздействии повреждающих факторов. Проведен анализ особенностей длительно эксплуатируемых резервуаров, выявлены и схематизированы наиболее характерные параметры, определяющие работоспособность резервуаров. Среди факторов, оказывающих значительное влияние на безопасность эксплуатации РВС, отмечены конкурирующие процессы накопления повреждений при циклических нагрузках (что снижает ресурс, приводит к авариям) и структурные изменения в металле, приводящие к релаксации внутренних напряжений в стенке РВС (что приводит к появлению резервов долговечности эксплуатирующихся резервуаров).

В рамках системного анализа были выделены лимитирующие факторы, определяющие безопасную эксплуатацию резервуаров, в числе которых использование нормативно-методического обеспечения при проведении технического диагностирования, применение расчетных способов оценки срока безопасной эксплуатации, основанных на понимании процессов деградации, старения металла и накопления повреждений в стенке РВС.

Анализ обзорной информации, посвященной применению нормативных методик по оценке технического состояния РВС, выявил необходимость обязательного учета информации о состоянии и динамике структурных параметров сталей в практической деятельности при надзоре и контроле состояния стенок РВС, работающих в условиях сверхнормативной эксплуатации.

На основании проведенного анализа существующих методов технического диагностирования и оценки ресурса стальных вертикальных резервуаров сделан вывод о необходимости использования достижений последних лет в области резервуаростроения, материаловедения и механики разрушения при решении проблем прогнозирования остаточного ресурса РВС, работающих в условиях малоцикловых нагрузок и общего коррозионного износа стенок РВС. Учет изменений эксплуатационных свойств материалов позволяет повысить степень достоверности при определении технического состояния конструкций РВС, оценить степень опасности обнаруженных при обследовании дефектов и повреждений, локализовать участки резервуаров с указанием потенциально опасных зон вероятного разрушения.

Отмечено, что при обеспечении безопасной эксплуатации РВС преимущественным образом решаются две изолированные задачи: первая определение технического состояния резервуаров на основе технического диагностирования и оценки степени поврежденности;

и вторая – разработка мероприятий по ликвидации аварийных ситуаций на резервуарных парках (в частности ПЛАРНов). Между тем для эффективной реализации мероприятий по обеспечению промышленной безопасности при эксплуатации резервуарных парков и ликвидации чрезвычайных ситуаций необходима разработка комплексных решений данных задач путем многоуровневого моделирования возникновения аварийной ситуации с учетом реального напряженно-деформированного состояния, что позволит значительно повысить достоверность моделирования последующих этапов развития аварийных ситуации и разработать адекватные меры по устранению их последствий.

Последний раздел главы посвящен анализу существующих методов компьютерного моделирования аварий на резервуарных парках, в т.ч. с использованием геоинформационных систем и возможных последствий от аварийных разливов нефти для населения и прилегающих территорий.

В заключение на основе анализа литературных данных конкретизированы направления решения поставленных задач.

Во второй главе приведены основные результаты анализа стратегий технического диагностирования оборудования предприятий нефтегазового комплекса. Выявлена насущная необходимость дополнения или изменения состава диагностических работ при оценке технического состояния РВС.

Предложена система организационно-методических мероприятий по оценке состояния резервуара на основе анализа результатов диагностических процедур с использованием карты поврежденности резервуара.

Приведенный метод позволяет осуществить индивидуальный подход при техническом диагностировании и оценке возможности безопасной эксплуатации, который достигается за счет повышения эффективности оценки технического состояния путем использования карты поврежденности резервуара. Алгоритм выполнения работ приведен на рисунке 1.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ РВС ВЫБОР СТРАТЕГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ И РЕМОНТ КОНТРОЛЬ И РЕМОНТ ОЦЕНКА УРОВНЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ РВС ПОВРЕЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ (ДЕФЕКТНОЕ) УСТРАНИМЫЕ НЕУСТРАНИМЫЕ ДЕФЕКТЫ ДЕФЕКТЫ (РЕМОНТ) (ВОЗМОЖНЫЕ АВАРИИ) НЕПОВРЕЖДЕННОЕ РАЗРАБОТКА СОСТОЯНИЕ ПЛАРН (бездефектное) Рисунок 1 Схема обеспечения безопасной эксплуатации РВС Использование приведенных процедур позволяет наряду с оценкой технического состояния РВС реализовать цифровую структурную модель резервуара (или группы резервуаров), которая с учетом конструкции и данных технического диагностирования позволяет выявить потенциально опасные места при прогнозировании мест возможного аварийного разрушения элементов резервуаров, а также обеспечить возможность применения результатов моделирования для последующей разработки организационно-технических мероприятий по ликвидации чрезвычайной ситуации на резервуарных парках.

В третьей главе описаны материалы и методы исследований, а также результаты изучения изменений эксплуатационных свойств стали марки Ст в зависимости от структуры металла и условий нагружения конструкций резеруаров. На основании компьютерного моделирования и расчетов долговечности оценено влияние дефектов на эксплуатацию резервуаров.

В качестве исходных материалов для исследования были взяты различные образцы сталей марок Ст3 и 09Г2С, широко применяемых при изготовлении резервуаров. В качестве модельных использовались образцы модельного сплава Al-3%Mg.

Количественный металлографический анализ образцов (определение количественного фазового состава и размеров зерен) проводили при помощи оптического микроскопа «МИМ-10». Электронно микроскопические исследования тонкой структуры стали выполняли при помощи электронного микроскопа «JEM 2000 ЕХ». Микротвердость определялась методом Виккерса на установке «GVN-3» под нагрузкой 20 г.

Исследования коррозионной стойкости проводили методом химической поляризации. Образцы фольг изготавливались методом струйной электрополировки на установке «TENUPOL-2».

Экспериментальная оценка влияния структурных параметров на эксплуатационные свойства стали В процессе эксплуатации происходят процессы перестройки дислокационных структур в ферритовых зернах металла. Механизмы перестройки изучены в недостаточной степени, однако с высокой степенью уверенности их можно связать с действием длительно действующих циклических и деструктивных эксплуатационных нагрузок.

Известно, что при эксплуатации РВС основными повреждающими факторами, приводящими к отказу или авариям, являются циклические нагрузки и общая коррозия (по данным некоторых авторов соотношение составляет 3/7). С другой стороны, опыт эксплуатации указывает на наличие резервов по коррозионной стойкости у самых распространенных материалов – малоуглеродистых и низколегированных сталей (Ст3, 09Г2С).

В этой связи были предприняты исследования по влиянию структуры и фазового состава на коррозионные свойства металлов. В качестве образцов использованы фольги малоуглеродистой стали Ст3.

Изменение структуры образцов достигалось в процессе отжига при температуре Т = 1250 °С.

На рисунке 2 представлена структура стали и результаты коррозионных испытаний. Видно, что уменьшение зерен феррита и перлита приводит к повышению коррозионной стойкости стали, причем наиболее значимое (более чем в два раза) происходит при растворении цементита. Подобную картину изменения коррозионных свойств можно наблюдать в чугунах, где присутствует углерод в шаровидной форме.

а) б) а) исходный образец – скорость коррозии 1,98 мм/год;

б) образец с мелкозернистой структурой скорость коррозии 0,80 мм/год Рисунок 2 Изменение структуры сталей феррито-перлитного класса при исследованиях на коррозионную стойкость Изменение структурных параметров сталей с формированием мелкозернистой и субмикрозернистой структур существенным образом позволяет регулировать прочностные и механические свойства. На примере модельного сплава Al-3%Mg было проведено изучение особенностей структурных изменений и их влияния на механические свойства образцов (рисунок 3).

б) а) Образец с в) г) д) а) образец с исходной структурой, средний размер зерна d = 170 нм;

б) образец после отжига Т = 373 К, d = 400 нм, = 1 ч;

в) образец после отжига Т = 423 К, d = 700 нм, = 1 ч;

г) образец после отжига Т = 473 К, d = 5 мкм, = 1 ч;

д) образец после отжига Т = 573 К, d = 6 мкм, = 1 ч Рисунок 3 Изменение структуры модельного сплава Al-3%Mg В процессе отжига образцов в диапазоне температур 293 …573 К наблюдаются процессы изменения зернистой структуры, причем изменяется не только структурное состояние, но и свойства границ зерен.

Указанные изменения сопровождаются ростом зерен (собирательная рекристаллизация) и изменением механических свойств сплава, которые оценивались путем измерения значений микротвердости (рисунок 4).

Микротвердость, МПа 293 343 393 443 493 543 593 Т, К Рисунок 4 Зависимость микротвердости от температуры отжига Из приведенной зависимости видно, что при увеличении температуры отжига значения микротвердости постепенно снижаются.

При температуре 473 К происходит заметное увеличение значений микротвердости, которые при дальнейшем повышении температуры опять снижаются. Наблюдаемое аномальное изменение значений микротвердости вызвано, очевидно, процессом изменения размеров зерен с ( = 1010… 1012 см-2) появлением высокой плотности решеточных дислокаций в теле зерен. В конечном счете, наблюдаемые структурные изменения приводят к снижению параметров трещиностойкости в конструкционных материалах.

Изучение влияния дефектов на безопасность эксплуатации резервуаров При эксплуатации резервуаров в качестве основных причин аварий и разрушений наряду с дефектами коррозионной природы значительное место занимают трещины и трещиноподобные усталостные дефекты.

Результаты многочисленных исследований в этой области свидетельствуют о том, что дефекты зарождаются на всех стадиях жизненного цикла резервуаров – изготовлении, монтаже, эксплуатации и ремонте. В процессе диагностирования металлических конструкций резервуаров выявляется значительное количество дефектов типа «трещин» в сварных швах, которые являются недопустимыми в соответствии с требованиями нормативной документации. Однако методами компьютерного моделирования и уточненных расчетов можно оценить степень опасности таких дефектов, а также установить их влияние на сроки и режимы безопасной эксплуатации резервуаров.

На рисунке 5, а приведено изображение дефекта – трещины в сварном шве первого пояса резервуара РВС-20000 № 5 ЛПДС Челябинского НУ.

а) б) а) фотография дефекта (трещина указана стрелкой);

б) расчетная модель краевой трещины в сварном шве резервуара Рисунок 5 Оценка опасности дефекта в сварном шве резервуара В качестве модели была принята тонкостенная цилиндрическая оболочка, нагруженная изнутри гидростатическим давлением столба жидкости (воды = 10 кН/м3). Трещина полуэллиптическая, плоскость которой расположена перпендикулярно кольцевым напряжениям (рисунок 5, б).

Исходные данные для расчета параметры дефекта: длина трещины – 20 мм, • глубина трещины l0 = 2,5 мм;

высота налива Нmax = 9,92 м;

• диаметр резервуара D = 45,6 м;

• положение дефекта h = 1,5 м от днища;

• материал 09Г2С;

• временное сопротивление в = 490 МПа;

• предел текучести т = 350 МПа;

• относительное удлинение = 21 %.

• Расчет напряжений выполнялся с использованием конечно элементного вычислительного комплекса «ANSYS 6.0». Уровень максимальных напряжений в вершине трещины составляет 456 МПа, с удалением от вершины (ориентировочно не более 1,5 мм) происходит снижение напряжений до значения предела текучести, с дальнейшим увеличением расстояния напряжения уменьшаются до 150 МПа.

Для оценки долговечности резервуара по числу циклов, в течение которых поверхностная трещина с начальной глубиной l0 достигнет критической величины и приведет к нарушению герметичности резервуара, воспользуемся эмпирической формулой Париса:

dl = C Km, (1) dN где С и m – эмпирические коэффициенты;

К – размах коэффициента интенсивности напряжений за один цикл нагружения, К = (Кmax Kmin);

N – число циклов нагружения.

Преобразуя выражение (1) к виду l N=, (2) С M 2 при m = 4;

C = 7,910-15 ммцикл-1 (Н/мм)-4;

= т = 300 Н/мм2;

lc=10 мм получаем значение N, равное 191 циклу, что ориентировочно составляет один год эксплуатации. Таким образом, резервуар с трещиноподобным дефектом в сварном шве имеет запас срока безопасной эксплуатации – один год без изменений режима нагружения. Полученный результат был подтвержден в условиях промышленной эксплуатации указанного резервуара.

В рамках проводимого компьютерного моделирования проводилась оценка опасности дефектов в зависимости от геометрии залегания в сварных швах резервуаров по критерию напряженно-деформированного состояния.

В качестве исходных данных приняты результаты технического диагностирования РВС-20000 № 4 ЛПДС «Ленинск» Челябинского НУ. В первом и третьем поясах были обнаружены трещины в вертикальных сварных швах: дефект № 1 длиной 20 мм на расстоянии 2 мм от поверхности внутренней стенки (величина раскрытия 0,25 мм) и дефект № 2 длиной 500 мм на расстоянии 4 мм от поверхности внутренней стенки (величина раскрытия 0,15 мм).

Результаты моделирования приведены на рисунке 6, при анализе которых можно констатировать следующее: максимальное напряжение в зоне дефекта первого пояса составило 494 МПа, максимальное напряжение в зоне дефекта третьего пояса составило 313 МПа.

а) б) а) дефект № 1;

б) дефект № Рисунок 6 Распределение поля интенсивности напряжений в окрестностях дефектов Таким образом, по уровню расчетных напряжений дефект № 1 с меньшими линейными размерами значительно опаснее дефекта № 2, который по своим размерам намного больше, но расположен дальше от внутренней поверхности резервуара.

На основании приведенных результатов исследований установлено следующее:

1. Вследствие длительной эксплуатации, вызывающей изменения структурных параметров, металл стенок РВС кардинальным образом меняет эксплуатационные свойства: коррозионную стойкость, механические и прочностные свойства. Уменьшение зерен феррита и перлита с растворением цементита вдвое улучшает коррозионную стойкость малоуглеродистых сталей.

2. Изменение параметров микротвердости, обусловленное структурным состоянием и свойствами границ зерен, носит нелинейный характер с локальным экстремумом в области температуры 473 К, что приводит к ухудшению трещиностойкости.

3. Степень опасности трещиноподобного дефекта в сварных швах резервуаров зависит от линейных размеров, пространственной ориентации и положения дефекта.

Четвертая глава посвящена методам ГИС-моделирования при анализе возможных последствий аварийных разливов нефти для населения и прилегающих территорий, основной целью которого является планирование действий по локализации и ликвидации последствий этих разливов. Для того чтобы своевременно ликвидировать (прекратить распространение) разливающееся по земле нефтяное пятно, необходимо заблаговременно определить наиболее вероятные пути распространения загрязнений и подготовиться к наихудшему случаю распространения. Под наихудшим случаем понимается одновременное сочетание следующих факторов:

1) максимально возможный объем излившейся нефти;

2) максимально возможная площадь загрязнения;

3) наиболее длинный маршрут распространения загрязнений.

Основными моментами моделирования являются: осуществление предварительного этапа подготовки информации по объектам резервуарного парка – РВС на основе технического диагностирования и вероятностной оценки возникновения разгерметизации резервуара;

геоинформационное описание резервуарных парков и прилегающих территорий;

разработка методов формального представления объектов резервуарного парка для моделирования аварийного разлива нефти, а также модернизации существующего алгоритма стекания нефти по суше на основе цифровой модели местности. При этом учитываются пространственные и объемные характеристики объектов резервуарных парков и окрестностей: рельеф, уклон, нефтеемкость грунта, гидрография и другие характеристики, влияющие на результаты моделирования и принятия решений при прогнозе и ликвидации аварийных разливов нефти.

Процесс моделирования (рисунок 7) осуществляется в несколько этапов.

Начало моделирования Исходные данные резервуара Расчет объема разлившейся при аварии нефти Создание электронной карты местности Построение цифровой модели местности Определение маршрутов стекания нефти Маршруты выдвижения сил и средств Конец моделирования Рисунок 7 Алгоритм моделирования поддержки принятия решений при аварийных разливах нефти 1) Компоновка информационной модели разрушения резервуара:

сбор, анализ и систематизация проектной, исполнительской и эксплуатационной документации;

проведение диагностирования технического состояния с оценкой возможности и характера разрушения РВС (или группы резервуаров);

оценка объема разлившейся нефти.

2) Построение трехмерной модели местности в области расположения резервуарного парка или группы резервуаров:

построение геоинформационной модели территории, содержащей различные слои цифровой картографической информации (отметки высот, объекты геодезической сети, дорожную сеть, водные объекты, растительность и др.);

построение на основе отметок высот и изолиний триангуляционной поверхности рельефа (TIN);

создание на основе TIN-модели регулярной сетки поверхности (GRID).

3) Определение маршрутов стекания нефти по рельефу местности.

При моделировании в различных условиях с наличием значительного количества сопутствующих опасных объектов (искусственных сооружений, подводных переходах, пересечений с дорожной сетью и др., на которых возможен крупный аварийный разлив нефти) возможно потребуется использование различных дополнительных моделей.

На основе полученных результатов с использованием ГИС-технологий определяются:

возможные масштабы разлива нефти, степень его негативного влияния на население и объекты его жизнеобеспечения, объекты производственной и социальной сферы, а также на объекты природной среды;

границы районов повышенной опасности возможных разливов нефти (рисунок 8);

последовательность, сроки и наиболее эффективные способы выполнения работ по ликвидации разливов нефти, в том числе выдвижение сил и средств.

Рисунок 8 – Пример моделирования аварийного разлива нефти на НПС ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1) Определена зависимость коррозионных свойств малоуглеродистых сталей от структурных параметров. Обнаружено повышение коррозионной стойкости сталей феррито-перлитного класса более чем в 2 раза при образовании соединений углерода шарообразной формы.

2) На примере модельного сплава Al-3%Mg проведено изучение влияния особенностей структурных изменений и их влияния на механические свойства конструкционных материалов. Установлено аномальное изменение механических свойств с изменением размеров и состава зерен микрозернистых материалов, которые ухудшают их трещиностойкость.

3) Предложена методика определения срока безопасной эксплуатации РВС с учетом геометрии и ориентации дефектов трещиноподобного типа на основе оценки степени опасности дефектов РВС в условиях сверхнормативной эксплуатации.

4) Доказана расчетными моделями и показана в промышленных условиях возможность безаварийной эксплуатации резервуара с трещинами в горизонтальных и вертикальных сварных швах.

5) Реализована методика формирования структурной цифровой модели резервуара, которая с учетом конструкции и результатов технического диагностирования позволяет выявить потенциально опасные места для прогнозирования мест возможного аварийного разрушения элементов резервуаров.

6) Разработаны методические основы применения ГИС-технологий при моделировании чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийным разливом нефти в резервуарных парках. Разработан и внедрен компьютерный программный продукт, позволяющий проводить моделирование процессов возможных последствий аварийных разливов нефти и разработку планов мероприятий по их ликвидации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Нагаев Р.З., Ценев Н.К., Шаммазов Л.М., Лукащук Ю.В., Вдовин Е.А. Влияние дефектов на режим и сроки безопасной эксплуатации трубопроводов и резервуаров // Нефтегазовое дело. 2003. № 1.

С. 198-204.

2. Шаммазов A.M., Нагаев Р.З., Ценев Н.K. К решению вопроса продления ресурсов безопасной эксплуатации объектов трубопроводного транспорта // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья. Матер.

темат. секции в рамках IV Конгресса нефтегазопромышленников России 20-23 мая 2003 г. Уфа, 2003. С. 25-26.

3. Нагаев Р.З., Гареев М.М., Хасанов И.Ю. Методы увеличения полезной емкости и надежности эксплуатации резервуаров с понтоном // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья. Матер. темат. секции в рамках IV Конгресса нефтегазопромышленников России 20-23 мая 2003 г. Уфа, 2003. С. 191-193.

4. Бахтизин Р.Н., Нагаев Р.З., Павлов С.В., Сайфутдинова Г.М.

Использование геоинформационных технологий для повышения эффективности предупреждения и ликвидации аварий на трубопроводном транспорте // Башкирский экологический вестник. 2003. № 2(13).

С. 17-20.

5. Нагаев Р.З., Вдовин И.А., Шаммазов A.M., Ценев Н.К. Влияние строительно-монтажных дефектов на разрушение магистральных трубопроводов // Нефтяное хозяйство. 2003. № 9. С. 94-95.

6. Бахтизин Р.Н., Нагаев Р.З., Павлов С.В., Сайфутдинова Г.М.

Геоинформационное моделирование аварийных разливов нефти в резервуарных парках системы магистральных нефтепроводов // Башкирский химический журнал. 2004. № 1. Т. 11. С. 6-8.

7. Атнабаев А.Ф., Бахтизин Р.Н., Нагаев Р.З., Павлов С.В., Сайфутдинова Г.М. Анализ возможных последствий oт аварийных разливов нефти для населения и прилегающих территорий на основе различных видов геоинформационного моделирования // Нефтегазовое дело. 2004. № 2. С. 193-198.

8. Atnabaev A.F., Nagaev R.Z., Bahtizin R.N., Pavlov S.V., Saifutdinova G.M. Application of Geoinformation Systems to Analysis of Possible Consequences from Alert Flood of Oil on the Main Oil Pipelines // CSIT’2004. Budapest, 2004. P. 50-54.

9. Tsenev N.K., Nagaev R.Z., Mitrofanov O.A. Structure and Mechanical Behaviour of Sub Microcrystalline Aluminum Alloys // Intellectual Service for Oil and Gas Industry 2004. Р. 198-202.

10. Atnabaev A.F., Nagaev R.Z., Bahtizin R.N., Pavlov S.V., Saifutdinova G.M. Development of the Subsystem Modeling of Emergency Oil Floods in Structure of Geoinformation Systems Public Company «Uralsibnefteprovod» // CSIT’2005. Budapest, 2005. P. 243-247.

11. Митакович С.А., Павлов С.В., Бахтизин Р.Н., Нагаев Р.З., Арнаутов Г.С. Уточнение местоположения объектов ОАО «Уралсибнефтепровод» на основе космических снимков с использованием ЕRDAS IMAGINЕ // Arc Review «Современные геоинформационные технологии». 2005. № 3(34). С. 22.

12. Нагаев Р.З. Система комплексного обеспечения безопасности эксплуатации резервуарных парков. – Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2007. – 21 с.