WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование оценки антропогенного воздействия на окружающую среду разливов нефти при эксплуатации речных судов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Каленков Александр Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ РАЗЛИВОВ НЕФТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЧНЫХ СУДОВ

Специальность 03.02.08 экология (транспорт) (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2011

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта» на кафедре «Охрана окружающей среды и производственная безопасность»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Наумов Виктор Степанович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Решняк Валерий Иванович
кандидат технических наук Чебан Егор Юрьевич

Ведущая организация: ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Защита состоится 27 декабря 2011 г. в 14 часов 231 в аудитории на заседании диссертационного совета Д223.001.01 при ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта» (ВГАВТ) по адресу: 603005, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «ВГАВТ».

Автореферат разослан «23» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук А.Н. Ситнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Тенденция развития внутреннего водного транспорта, определённая Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2030 года, предусматривает повышение интенсивности перевозок грузов по внутренним водным путям (ВВП). Одним из наиболее важных грузов, перевозимых речным транспортом России, являются нефть и продукты её переработки. В общем объеме перевозок речным транспортом страны перевозки нефтегрузов составляют по объему примерно 10% и по грузообороту 20—23%.

Транспортный процесс, как и любой другой вид производственной деятельности, сопряжен с опасностью, как для человека, так и для окружающей среды (ОС). При транспортировке нефти на ВВП всегда существует вероятность ее разливов в результате аварий с нефтеналивными судами.

Нефть и продукты её переработки потенциально представляют собой большую экологическую опасность, что связано в основном с токсичностью, воспламеняемостью, взрывоопасностью этих веществ. Загрязняющие вещества в виде нефтя­ных отходов могут разноситься течениями на ра­чительные расстояния от участков, где произошел разлив нефти (РН).

С целью защиты водных объектов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами Правительством Российской Федерации разработан и утвержден целый ряд нормативных документов, устанавливающих требования к операциям по предупреждению и ликвидации РН (ПЛАРН) и используемому для них оборудованию.

На внутреннем водном транспорте проблеме ПЛАРН посвящены работы ученых Этина В.Л., Наумова В.С., Решняка В.И., Чебан Е.Ю., Пластинина А.Е., Лукиной Е.А., Бородина А.Н.

Эффективность проведения мероприятий по ПЛАРН во многом зависит от подготовленности персонала, реализующего эти мероприятия, что достигается специализированным тренингом.

Заключительным этапом тренинга является оценка антропогенного воздействия, которую для повышения эффективности подготовки необходимо постоянно совершенствовать.

Поэтому, исследования направленные на совершенствование оценки антропогенного воздействия РН на ОС при эксплуатации речных судов в процессе тренажерной подготовки специалистов по ЛАРН являются актуальными.

Цель работы и задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование оценки антропогенного воздействия РН с судов на ВВП при тренажёрной подготовке персонала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать взаимодействия нефти с потоком при её погружении.

2. Исследовать влияния факторов на величину области возможного загрязнения (ОВЗ) дна водоёма при РН.

3. Определить параметры ОВЗ дна водоёма при РН.

4. Разработать методику определения ущерба биоресурсам дна водоёма при РН.

Объект, предмет и методика исследования. Объектом исследования являются РН на ВВП при эксплуатации речных судов. Предметом исследования является ОВЗ дна водоёма при РН с судов.

При выполнении диссертационной работы использованы методы вычислительной гидродинамики, с применением современ­ной компьютерной техники и методов исследования. При обработке экс­периментальных данных использовались методы теории вероятностей, математической статистики и планирования экспе­римента.

Научная новизна.

  • Исследованы процессы оседания нефтепродуктов на дно водоёма при их разливах во время эксплуатации судов;
  • Впервые получено уравнение для определения площади ОВЗ дна водоёма при РН;
  • Впервые получено уравнение для определения начальной координаты ОВЗ дна водоёма при разливе РН.

Практическая ценность и внедрение.



Практическая ценность исследования заключается:

  • в полученных формулах для оперативного определения параметров ОВЗ дна водоема;
  • в разработанной методике для определения ущерба биоресурсам дна водоёма при РН на ВВП.

Результаты работы внедрены в учебно-тренажёрном центре по управлению кризисными ситуациями природного и техногенного характера Волжской государственной академии водного транспорта и используются в учебном процессе при обучении студентов и специалистов по дисциплинам «Управление кризисными ситуациями» и «Тренажёрная подготовка».

Практические результаты выполненной работы использованы в процессе выполнения НИР «Создание методологического обеспечения для модуля расчета ущерба при локализации и ликвидации аварийных разливов нефти».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на XIII Нижегородской сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2008); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2009); 1-ой межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (Санкт-Петербург, 2010); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2010); 2-ой межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (Санкт-Петербург, 2010); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, в т.ч. три – в изданиях, рекомендованных ВАК России (журнал «Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока», «Журнал Санкт-Петербургского университета водных коммуникаций», «Приволжский научный журнал»).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 113 страницу машинописного текста, включающих 2 с. содержания, 13 с. списка литературы (126 наименований), 21 рисунок и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, а также описана структура диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу грузоперевозок нефти и нефтепродуктов внутренним водным транспортом. Определены основные типы нефтепродуктов и объёмы их перевозок речным транспортом России. Обобщение и анализ статистических данных показал, что основной объём нефтеперевозок осуществляется в Волжском бассейне, и его основную часть составляют мазуты (рис. 1)

 – Объёмы перевозок нефтепродуктов в Волжском бассейне за навигацию-0Рисунок 1. – Объёмы перевозок нефтепродуктов в Волжском бассейне за навигацию 2009 года.

Рассмотрены физико-химические свойства нефти и основных нефтепродуктов, обуславливающие их вредность для ОС.

В ОС нефть может попадать в результате аварийных ситуаций при обращении с нефтепродуктами - хранении, транспортировке и переработке, что приводит к экологическому и экономическому ущербу.

Основными причинами РН с судов являются: столкновения, посадка на мель и разливы, происходящие при технологических операциях с нефтью и нефтепродуктами.

Вероятность и объемы РН зависят от ряда факторов, основными из которых являются: интенсивность судоходства, конструкция танкера и условия навигации, а так же человеческий фактор. Как показывают исследования ИМО, 84-88% аварий танкеров и, соответственно, РН являются человеческий фактор и условия навигации.

В соответствии с действующими нормативно правовыми документами РН классифицируются как чрезвычайные ситуации (ЧС) и ликвидируются путём выполнения аварийно-спасательных работ.

Для повышения эффективности этих мероприятий предусмотрено, во-первых, разработка планов ликвидации аварийных РН и, во-вторых, поддержание в состоянии постоянной готовности к ликвидации РН организаций, осуществляющих, в том числе транспортировку нефти и нефтепродуктов.

Для поддержания постоянной готовности к ЛАРН организации обязаны создавать собственные формирования для ликвидации РН, проводить аттестацию этих формирований, оснащать их специальными техническими средствами, а так же обучать работников способам защиты и действиям в ЧС, связанных с РН (ЧС(Н).

При проведении мероприятий по локализации и ликвидации РН определяющим фактором является время выполнения работ, сокращение которого ведёт к уменьшению размеров ущерба от загрязнения ОС. Одним из основных путей решения этой задачи является периодический тренинг персонала аварийно-спасательных формирований на специализированных тренажёрах.

Одним из наиболее известных тренажерных комплексов по предотвращению и борьбе с последствиями загрязнения нефтепродуктами и аварийно-химическими отравляющими веществами является «PISCES 2 - CMS». В процессе тренажёрной подготовки отрабатываются различные сценарии развития ЧС(Н) и её ликвидации на основе моделирования. При этом рассчитываются характеристики неблагоприятных последствий ЧС(Н) – параметры области загрязнения и размеры экономического ущерба от ЧС(Н).





Причём значения экономического ущерба от ЧС(Н), являются основным критерием при оценке эффективности действий обучаемых по ЛАРН на этапе разбора.

Для выполнения такой оценки специалистами Волжской государственной академии водного транспорта разработан и внедрён в состав тренажёрного комплекса «PISCES 2 - CMS» модуль расчёта ущерба ОС при РН. Этот модуль позволяет в процессе тренажёрной подготовки определить ущерб основным компонентам природной среды (атмосфере, гидросфере, береговой черте) по соответствующим методикам. Однако в указанном модуле непроработанным остаётся вопрос оценки ущерба биоресурсам дна водоёма при его загрязнении нефтью. Решение этого вопроса позволит существенно повысить эффективность тренажёрной подготовки за счёт более точной оценки ущерба ОС от РН.

В заключение сформулирована цель и поставлены задачи исследований.

Вторая глава посвящена исследованиям взаимодействия нефти с потоком при разливе её на водную поверхность.

При разливе нефти на водной поверхности начинают проистекать процессы трансформации нефтяного загрязнения. Это: растекание, испарение, растворение в воде лёгких фракций, образование эмульсий, оседание тяжелых фракций на дно и биодеградация. Интенсивность указанных процессов зависит как от внешних (условия среды) так и от внутренних факторов (тип нефтепродукта).

Подробно рассмотрен процесс оседания нефтепродуктов, который непосредственно оказывает воздействие на донные отложения.

Оседание тяжёлых фракций нефти на дно наблюдается и при возгорании пролитой нефти: лёгкие фракции выгорают, а тяжелые опускаются на дно.

Моделирование сгорания различных видов нефтепродуктов показало, что значительная часть остатка от сгорания тонет, особенно при горении мазутов. Моделирование производилось в учебно-тренажерном центре по управлению кризисными ситуациями природного и техногенного характера Волжской государственной академии водного транспорта с использованием программно-аппаратного комплекса «PISCES II-CMS», который включает в себя компьютерную математическую модель для расчета перемещения и изменения характеристик нефтяного пятна с учетом воздействия внешней среды (параметров берега, течения, ветра, состояния водного объекта, температуры и плотности воды) и внутренних процессов.

Графики, показывающие количество утонувшего нефтепродукта после горения представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. - Количество утонувшего нефтепродукта (при возгорании) разлив 10т.

На сегодняшний день существует множество компьютерных программ, которые позволяют решать задачи распространения различных веществ в водной среде (Fluent, STAR-CD, FlowVi­sion). В основе этих программ лежат численные методы решения неупрощенных дифференциальных уравнений движения двухфазного потока.

Наиболее доступной для решения поставленных задач является, программа моделирования течений жидкости и газа «FlowVi­sion» российской фирмы «Тесис». Основой программы является численное решение урав­нений движения вяз­кой жидкости Навье-Стокса и уравнений конвективно-диффузионного переноса в частных производных в не­упрощенном виде. В на­стоящее время она успешно используется для исследо­вания движения жидкости, обтекания сложных объектов с учетом свободной поверхности. Дос­тоин­ствами программы, по сравнению с аналогами, являются простой и доступный интерфейс и автоматическая генерация се­ток. Она адаптирована под персональные ЭВМ и не требует применения сложных и дорогих рабочих стан­ций.

Для проведения исследований движения нефтяного пятна в водной среде с помощью программного комплексе FlowVision была разработана расчётная область, которая создавалась с помощью геометрического препроцессора SolidWorks, а затем созданная твёрдотельная расчётная область была импортирована в систему FlowVision. Расчётная область, импортированная в среду FlowVision, представлена на рисунке 3.

 - Расчетная область для решения задачи движения жидкости,-2

Рисунок 3. - Расчетная область для решения задачи движения жидкости, импортированная в среду FlowVision.

Размеры расчетной области выбирались исходя из условия растекания нефти по поверхности воды.

Начальный размер нефтяного пятна принимался ис­ходя из объема разлива.

Следующий шаг создания расчетного варианта – это задание граничных условий на границах расчетной области. Граничные условия задаются для каждой из расчетных переменных. Чтобы облегчить выбор и исключить постановку несовместимых граничных условий, они объединены в «Тип границы» (ТГ). Каждый ТГ соответствует некоторому физическому процессу, происходящему на границе.

Для решения поставленной задачи была использована комбинация граничных условий, используемая при исследовании движения жидкости.

Гранич­ные условия и ТГ необходимые для решения поставленной задачи приведены в таблице 1.

С помощью приведенной математической модели выполнено исследование взаимодействия пятна нефтепродукта с потоком.

На рисунках 4-6 представлена динамика распространения нефтяного пятна. Различными цветами показаны изолинии по концентрации нефтепродукта.

Таблица 1 – Граничные условия и типы границ.

Грани

Тип границы

Граничное условие

Г2, Г3, Г5,

Симметрия

Концентрация:

Скорость: ;



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

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.