Разработка и внедрение средств предупреждения чрезвычайных ситуаций на нефтепроводах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.02, кандидат технических наук Эгиев, Муса Ахмедович

• Эгиев, Муса Ахмедович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Эгиев, Муса Ахмедович

Введение.

Глава 1. Анализ существующих технологических схем сбора и подготовки нефти.

1.1 Обзор существующих технологических схем.

1.1.1 Технология сбора нефти.

1.1.2 Промысловый сбор и подготовка нефти и газа.

1.1.3 Грозненская высоконапорная система сбора.

1.1.4 Применение резервуаров при сборе нефти.

1.1.5 Раздельный сбор обводненной и безводной нефтей.

1.1.6 Предварительный сброс пластовых вод.

1.1.7 Очистка сточных вод.

1.2 Используемое технологическое оборудование.

12.1 Гидродинамические коалесценторы.

1.2.2 Отстойная аппаратура.

1.2.3 Блочные деэмульсаторы.

1.3 Подготовка нефти на зарубежных месторождениях.

Глава 2. Исследования волновых процессов в гидросистеме сепарационной установки нефти (СУН).

Глава 3. Теоретические методы определения параметров стабилизаторов давления и их эффективности.

3.1 Математическая модель волновых процессов в трубопроводе со стабилизатором и без него.

3.1.1 Математическая модель стабилизатора.

3.2 Определение эффективности гашения волновых процессов в трубопроводах со стабилизатором.

3.2.1 Эффективность СД при периодическом изменении давления и расхода.

3.2.2 Эффективность СД при линейном изменении расхода.

Глава 4. Выбор конструктивных решений и методика проектирования.

4.1. Стабилизатор с упругой камерой.

4.1.1 Стабилизатор с выносными демпфирующими камерами для трубопроводов большого диаметра.

4.1.2 Стабилизатор давления в магистральных нефтепроводах.

4.2 Методика проектирования.

4.3 Расчет конструктивных параметров упругих элементов.

4.4 Расчет коэффициентов эквивалентного вязкого демпфирования.

Глава 5. Оценка эколого-экономической эффективности от снижения аварийности в гидросистемах нефтесбора.

5.1 Методика по определению ущерба, наносимого окружающей природной ^ среде при авариях на нефтепроводах.

5.2 Оценка факторов, определяющих величину ущерба окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах.1.

5.2.1 Оценка площади загрязнения земель и водных объектов.

5.2.2 Оценка степени загрязнения земель.

5.2.3 Оценка степени загрязнения водных объектов.

5.2.4 Оценка степени загрязнения атмосферы.

5.3 Оценка ущерба, подлежащего компенсации, окружающей природной среде от загрязнения земель.

5.4 Оценка ущерба, подлежащего компенсации, окружающей природной среде от загрязнения нефтью водных объектов.

5.5 Оценка ущерба, подлежащего компенсации, окружающей природной среде от загрязнения атмосферы.

5.6 Плата за загрязнение окружающей природной среды при авариях на магистральных нефтепроводах.

5.7 Пример расчета ущерба окружающей природной среде при аварии на промысловом нефтепроводе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение средств предупреждения чрезвычайных ситуаций на нефтепроводах топливно-энергетического комплекса (ТЭК)»

Актуальность работы.

Нефтедобывающая отрасль - одна из самых экологически опасных отраслей хозяйствования топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Она отличается большой землеемкостью, значительной загрязняющей способностью и высокой пожаро- и взрывоопасностью промышленных объектов.

Большинство химических реагентов, применяемых при бурении скважин, добыче и подготовке нефти, а также добываемые углеводороды и примеси к ним являются веществами, вредными для животного и растительного мира, а также для человека.

Транспортировка нефти опасна повышенной аварийностью выполняемых работ в связи с тем, что основные производственные процессы происходят под высоким давлением. Оборудование и трубопроводные системы работают в агрессивных средах.

Необходимо добывать, а затем транспортировать нефть, сводя к минимуму негативные последствия, максимально восстанавливая нарушенные территории. Важно не допускать аварийных, катастрофических разливов нефти. Что приводит к необратимым последствиям и может нарушить сложившийся природный баланс.

Вопросы предупреждения чрезвычайных ситуаций, обеспечения экологической безопасности трубопроводного транспорта, сокращения потерь природных ресурсов при транспортировке за счет снижения аварийности, повышения его надежности и долговечности имеют большое значение для нефтегазодобывающих предприятий ТЭК РФ.

В настоящее время наблюдается тенденция увеличения аварийности на трубопроводном транспорте, рост количества чрезвычайных ситуаций с разрывами трубопроводов, большими безвозвратными потерями транспортируемых сред и широкомасштабными загрязнениями окружающей природной среды. По официальным данным только ежегодные потери нефти ^ из-за аварий при транспортировке по внутрипромысловым трубопроводам превышают 1 млн. т. Сложившееся положение в значительной мере связано с увеличением износа действующих трубопроводных систем, накоплением усталостных явлений в трубопроводах вследствие длительного воздействия динамических нагрузок, вызванных вибрацией и пульсациями давления в транспортируемых средах.

Колебания давления, вибрации и гидроудары возникают в результате периодического характера работы нагнетательных установок, изменения режима их работы, срабатывания запорной арматуры, аварийных отключений электропитания, ошибочных действий обслуживающего персонала и являются внутрисистемными возмущениями, присущими трубопроводному транспорту. % Традиционно используемые средства для гашения волновых и вибрационных процессов, такие как воздушные колпаки, ресиверы, аккумуляторы давления, дроссельные шайбы малоэффективны, и поэтому не получили широкого распространения.

В связи с изложенным, теоретическая разработка новых щ высокоэффективных средств защиты от волновых и вибрационных процессов, создание на их базе практических устройств дают возможность уменьшить количество чрезвычайных ситуаций с разрывами трубопроводов, в том числе, внутрипромысловых, улучшить экологическую обстановку и сократить потери добываемой нефти.

Поэтому разработка новых технических решений, направленных на уменьшение количества чрезвычайных техногенных ситуаций, воздействия систем транспортировки нефти на окружающую среду, ресурсосбережение является актуальной задачей, напрямую связанной с научными исследованиями, проводимыми на кафедре "Промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности» Российского Университета дружбы народов".

Цель работы. Разработка и внедрение методов и средств для уменьшения количества чрезвычайных техногенных ситуаций, антропогенного воздействия на окружающую природную среду (ОПС), при транспортировке нефти по внутрипромысловым нефтепроводам, сокращения потерь природных ресурсов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование волновых процессов в гидросистемах сепарационной установки нефти и путей уменьшения динамических нагрузок на трубопроводы;

- выбора технических принципов реализаций средств гашения волновых и вибрационных процессов- стабилизаторов давления (СД);

- разработка методов расчета конструктивных параметров стабилизаторов % давления (СД) и исследование эффективности их работы;

- проведение оценки эколого-экономической эффективности разработанных средств.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы интегрирования обыкновенных линейных ^ дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных.

Экспериментальные исследования волновых процессов в трубопроводах проводились с помощью современной высокоточной аппаратуры в реальных условиях.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна.

Проведен анализ чрезвычайных ситуаций внутрипромысловых нефтепроводных систем ТЭК, потерь природных ресурсов при транспортировке и причин их возникновения.

Проведены исследования волновых процессов в гидросистемах 4 сепарационной установки нефти (СУН).

Разработаны новые устройства для обеспечения экологической безопасности внутрипромысловых нефтепроводов - стабилизаторы давления (СД), позволяющие уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду (ОПС) за счет снижение аварийности, повысить качество замеров объемов нефти, значительно сократить потери нефти при транспортировке нефти по внутрипромысловым нефтепроводам.

Разработана математическая модель волновых процессов в гидросистеме сепарационной установки нефти (СУН) со стабилизатором давления (СД) и без него и методика расчета конструктивных параметров С Д.

Проведены исследования эффективности гашения колебаний давления СД на экспериментальных стендах и в реальных условиях эксплуатации и сравнений полученных результатов с результатами теоретических исследований.

Дана оценка эколого-экономического эффекта от применения стабилизаторов давления (СД) в одном нефтегазодобывающем управлений (НГДУ) ТЭК.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается за счет использования современной измерительной аппаратуры, современных математических методов в области гидромеханики и волновой механики, а также подтверждается полученными практическими результатами.

Практическая значимость. Предложенные конструктивные схемы, технические принципы их реализации и практические устройства-стабилизаторы давления позволяют в значительной мере исключить чрезвычайные ситуации с разрывами внутрипромысловых нефтепроводов от внутрисистемных возмущений, вызванных работой нагнетательных установок, изменением режима их работы, срабатыванием запорной арматуры, аварийными отключениями подачи электропитания, ошибочными действиями обслуживающего персонала и т.п., повысить надежность их работы и долговечность.

Теоретическое обоснование, технические принципы реализации и методика определения основных характеристик СД носят универсальный характер и могут быть применены для трубопроводных систем различного назначения.

Практическая реализация работы. Экспериментальные исследования волновых и вибрационных процессов проводились в гидросистемах сепарационной- установки нефти в реальных условиях эксплуатации трубопроводов в НГДУ "Краснохолмскнефть".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (г. Москва, РУДН. 2002 г.),

• конференции в Российской Инженерной Академии (секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" г. Москва, 2002- 2003 г. г.).

Публикаций. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы

Заключение диссертации по теме «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям наук)», Эгиев, Муса Ахмедович

выводы:

1. Проведенный анализ существующих технологических схем сбора и подготовки нефти показал, что на многих месторождениях, с ростом обводненности добываемой продукции, широко применяются технология предварительного сброса воды на дожимных насосных станциях (ДНС), что позволяет сократить объемы транспортируемой жидкости к установкам подготовки нефти до товарной кондиции.

На установках предварительного сброса (УПС) осуществляется первая ступень сепарации нефти, газа и воды и отсепарированная вода после очистки направляется в систему поддержания пластового давления, а нефть с помощью ДНС к установкам подготовки нефти. Здесь же осуществляется и измерение объема отсепарированной нефти.

ДНС оборудуются поршневыми или центробежными насосными агрегатами, в процессе работы которых неизбежно возникают интенсивные колебания давления в нефтепроводах, что негативно отражается на работе расходомерных устройств и является причиной чрезвычайных ситуаций с разрывами нефтепроводов, загрязнением окружающей природной среды и потерями ресурсов.

2. Проведенные экспериментальные исследования волновых процессов в гидросистеме СУН показали, что: амплитуда пульсаций давления в трубопроводах СУН на различных режимах ее работы составляет от 7% до 15% от рабочего давления в гидросистеме (размах колебаний давления от 15% до 30%); высокочастотные колебания давления с частотой >50 Гц практически отсутствует в спектре вследствие их быстрого затухания. Наиболее интенсивные колебания давления наблюдаются на частотах от 2 до 6 * Гц в зависимости от режима работы насосной установки СУН; ярко выраженные резонансные явления свидетельствует о близости собственных частот колебаний жидкости в гидросистеме СУН с возбуждающими частотами насосных установок. имеющийся уровень пульсаций давления в гидросистеме СУН не позволяет обеспечить нормальную работу турбинных расходомеров "Турбоквант" (амплитуда пульсаций давления у них должна быть не более 5% от рабочего давления); интенсивные динамические нагрузки на трубопроводы и оборудование из-за пульсации давления и вибрации приводят к возникновению усталостных и коррозионно-усталостных трещин в стенках трубопроводов, многократному увеличению скорости коррозии и, как следствие, увеличению количества чрезвычайных ситуаций с разрывами нефтепроводов и сокращению срока службы трубопроводов и оборудования.

3. В результате математического моделирования волновых процессов в трубопроводных системах с различными типами нагнетательных установок получены зависимости определяющие эффективность гашения волновых процессов в гидросистеме от проектных параметров стабилизаторов давления, устанавливаемых в трубопроводную систему.

4. На основе анализа возможных конструктивных решений стабилизаторов давления (СД) определены типы СД, которые целесообразно использовать для внутрипромысловых систем транспортировки отсепарированной нефти.

Рассмотрены методы расчета основных проектных характеристик стабилизаторов давления с упругими камерами.

5. Экспериментальные исследования эффективности разработанных стабилизаторов давления показывают, что после установки СД в гидросистему СУН амплитуды пульсаций давления уменьшается в 4,5- 5 раз, что позволяет надежную работу расходомеров, увеличить коррозионно- усталостную долговечность трубопроводов в 20-25 раз.

6. Широкомасштабное внедрение СД позволяет многократно снизить количества чрезвычайных ситуаций с разрывами внутрипромысловых нефтепроводов, антропогенное воздействие систем нефтесбора на окружающую природную среду и потери нефти при транспортировке. Экономический эффект за счет уменьшения платы за ущерб ОПС в одном НГДУ ТЭК можно оценить величиной 320 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе полученных в работе результатов можно сделать следующие

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Эгиев, Муса Ахмедович, 2004 год

1. Абрамович H.H., Белова Н.В. Обзор зарубежной литературы по нефтепереработке. М.: ЦНИИТЭ нефтегаз. Вып. 6, 1966. 48 с.

2. Байков Н.М., Байкова Е.В. Сбор нефти и нефтяного газа на промыслах за рубежом. М.: ВНИИОЭНГ, 1970. 81 с.

3. Вопросы экологии в нефтегазовом производстве. М.: / «ВНИИ организации, управления и экономики нефтегазовой промышленности», 1991.346 с.

4. Вышеправский С.А. Американские, бакинские и грозненские нефтяные эмульсии. Баку: / "Азербайджанское нефтяное хозяйство", №10, 1929. С. 4557.т

5. Ганиев Р.Ф., Низамов Х.Н., Дербуков Е.И. Волновая стабилизация и предупреждение аварий в трубопроводах. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 258 с.

6. Ганиев Р.Ф., Низамов Х.Н., Чучеров А.Н., Усов П.П. Стабилизация колебаний давления в трубопроводных системах энергетических установок.ф М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 1993. 184 с.

7. Где тонко, там и рвется . М.: / «Нефть России».-1996.- Вып. 1. С. 8-9.

8. Говорова Г.Л. Разработка нефтяных месторождений в США. М.: / "Недра", 1970. 269 с.

9. Ю.Гоник A.A., Калимуллин A.A., Сафонов E.H. Защита нефтяных резервуаров от коррозии. Уфа.: РИЦ АНК "Башнефть", 1996. 264 с.

10. П.Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: / "Металлургия", 1981. 270 с.

11. Данре А. Бассейн для отстаивания и промывания нефти. Привилегия №22693 (охранное свидетельство №43892 от 29.05.1910 г.).

12. Зайцев Ю.В., Балакирев Ю.А. Технология и техника эксплуатации нефтяных и газовых скважин. М.: / "Недра", 1986. 679 с.

13. Как заработать на нерентабельных трубопроводах. // «Нефть и капитал», 1997.- Вып.3.-62-66 с.

14. Каспарьянц К.И. Промысловая подготовка нефти и газа. М.: / "Недра", 1973. 373 с.

15. Колесников К.С., Самойлов Е.А., Рыбак С.А. Динамика топливных систем с ЖРД. М.: / "Машиностроение", 1975. 169 с.

16. Ли А.Д., Полюбай П.И. Опыт очистки сточных вод для закачки в пласты нефтяных месторождений Татарии. М.: ВНИИОНГ, 1972. 75 с.

17. Лисичкин С.М. Нефтяная промышленность капиталистических стран Западной Европы. М.: / "Недра", 1966. 231 с.

18. Лисичкин С.М. Нефтяная промышленность США. М.: / "Недра", 1969. 317 с.

19. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту. М.: / "Недра", 1972. 324 с.

20. Мавлютова М.З. Опыт подготовки нефти на промыслах Башкирии. Уфа.: Башк. книжн. изд-во, 1966. 165 с.

21. Манго А.И. Разрушение нефтяных эмульсий (очистка нефти от воды и грязи) и выделение парафина из нефтяных продуктов. Петроград.: "Нефтяное и сланцевое хозяйство" № 9-12, 1922. С. 589-590.

22. Маринин Н.С. Динамика частичного обезвоживания нефти до установки товарной подготовки. М.: / "Нефтепромысловое дело" №12, 1966. С. 20-26.

23. Маринин Н.С. Концевая сепарационная установка для сброса воды. М.: / "Нефтепромысловое дело" №9, 1968. С. 24-27.

24. Медведев В.Ф. Сбор и подготовка нефти и воды. -М.: / «Недра», 1986.-256 с

25. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. М.: / "ТрансПресс", 1996. 66 с.

26. Механизированная добыча нефти-состояние и перспективы. / «Нефть и капитал»,- 1998.-Вып.2.-72-76 с.

27. Механизм образования смесей угленосных и девонских эмульсий. //Авт.: В.П. Тронов, А.Д. Ли, A.C. Губарева и др. / "Труды ТатНИИПИнефть" вып.29, 1974. С. 39-47.

28. Низамов Х.Н., Применко В.Н. Разработка стабилизаторов давления для гидросистемы пресса ДВП РН-4000/8. Тех. отчет МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991.

29. Низамов Х.Н., Применко В.Н. Стабилизаторы давления для гашения гидроударов в системах теплоснабжения. М.: Изд-во РИА, Двойные технологии, №4, 1998. С. 74-80.

30. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Дербуков Е.И. Волновые процессы в гидросистеме закачки бурового раствора в пласт и способы их устранения. М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело, №11,1996. С. 20-25.

31. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Зименков В.Н. Проектирование ц; стабилизаторов давления для безрасходных магистралей // Нефтяная игазовая промышленность. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: 1992. Вып. 3. С. 1-4.

32. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Колычев A.B. Определение допустимых динамических нагрузок на трубопроводы. М.: Изд-во РИА, Двойные технологии, №11, 2000. С.59-60.

33. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Колычев A.B. Определение допустимых динамических нагрузок на трубопроводы. М.: Изд-во РИА, Двойные технологии, №10,2000.

34. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Сафонова JI.A., Эгиев М.А. Анализ ■ вынужденных колебаний давления в трубопроводе со стабилизаторомдавления. М.: Изд-во РИА, Двойные технологии, №1, 2003. С. 49-52.

35. Охрана окружающей среды. // Статистический сборник. М. / «Госкомстат России», 1998.-202 с.

36. Пат. 2044208 РФ, МКИ3 F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

37. Патент РФ № 214027 от 27.01.2000. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Дербуков Е.И.

38. Петров А. А. Сбор, подготовка нефти и очистка сточных вод. Куйбышев.: / «Куйбышевское книжное издательство», 1969.- 564 с.

39. Петров A.A., Афанасьев В.М., Валяев Б.Г. Сбор, подготовка нефти и очистка сточных вод. Куйбышев.: / "Куйбышевское книжное изд-во", 1969. 127 с.

40. Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство, разработанное при участии ЮНЕП, МБТ и ВОЗ // Под общ. ред. Э.В.Петросянца. М.: МП "Рарог", 1992. 256 с.

41. Приоритетные задачи охраны окружающей среды при формировании нефтегазотранспортных геотехнических систем. // «Нефтепромысловоедело»,- 1994.- Вып.2.- 46-47 с.

42. Промысловый сбор и подготовка нефти и газа. // Под ред. Земенкова Ю.Д. Тюмень, 1997.- 230 с.

43. Протасов В.Ф., Молчанов A.B. Экология, здоровье и природопользование в России. М.: / "Финансы и экономика", 1995. 523 с.

44. Пульсации давления в трубопроводах и способы их устранения. // Х.Н. Низамов, А.И. Чучеров, В.Х. Галюк и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1991. 87 с.

45. Разрушение эмульсии в секционном трубчатом каплеобразователе. // Авт.: В.П. Тронов. / "Труды ТатНИИПИнефть" вып.ЗЗ, 1975. С. 46-55.

46. СНиП №245-71. Санитарные нормы выбросов вредных веществ в атмосферу.

47. СНиП №4630-88. Охрана поверхностных вод от загрязнения.

48. СНиП Ш-8-76. Земельные сооружения.5 7. Совершенствование эксплуатации нефтепромысловых трубопроводов Сборник трудов. Куйбышев: / «ВНИИнефть», 1991.- 450 с.

49. Сорокин Ю.П. Нефтегазовая экология. Санкт-Петербург, 1997.-38 с.

50. Тронов В.П. О повышении производительности отстойной аппаратуры при подготовке нефти. //"Труды ТатНИИПИнефть" вып.ЗЗ, 1975. С. 39-46.

51. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. М.: / «Недра», 1977, 271 с

52. Тронов В.П., Хамидуллин Ф.Ф. Отстойник высокой производительности. // "Нефтяник" №12, 1974. С. 9-11.

53. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. 2-е изд. М.: / "Недра", 1975. 296 с.

54. Ширеев А.И., Тронов В.П. Исследования массообменных процессов и расслоение угленосных эмульсий в секционном каплеобразователе. // "Труды ТатНИИПИнефть" вып.29, 1974. С. 9-15.

55. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти.- М.: / «Недра», 1983.-546с.

56. Щуров В.И., Приходько Н.К. О возможности применения способа ^ центрифугирования для разделения промысловых нефтяных эмульсий. //

57. Нефтяное хозяйство" №1, 1966. С. 56-59

58. Экологические и техногенные последствия разработки нефтяных месторождений. // «Экология и промышленность России»,- 1998.-Вып.4. 4-7с.

59. Экологический паспорт нефтегазодобывающего управления / ф «Чекмагушнефть». Нефтекамск, 1996.

60. Экологический паспорт нефтегазодобывающего управления / «Малгобекнефть», -Малгобек, 2000.