Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук.
Москва, ООО "ИМС Индастриз", 2014. — 310 с.
Специальность 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях
(техн.)
Научный консультант: д.т.н., профессор Лурье М.В.
Цель работы: Решение комплекса проблем,
направленных на обеспечение технологической безопасности процесса
налива танкеров у причалов морских терминалов и, прежде всего, на
предотвращение аварийных ситуаций путем совершенствования методов и
средств защиты наливных трубопроводов этих терминалов от
гидроударных явлений, генерируемых штатным или нештатным закрытием
запорно-регулирующей арматуры.
Научная новизна: впервые разработанная классификация морских нефтеналивных терминалов (по способу подачи продукта, по типу причального устройства и по виду отгружаемого продукта и т.д.) позволила предложить более 10-ти новых способов защиты наливных трубопроводов от гидравлического удара.
Разработана новая теория анализа эффективности работы запорной арматуры, используемой в системах защиты терминалов от гидравлического удара, позволяющая сформулировать требования к быстродействию задвижек.
Предложена общая концепция оценки риска возникновения опасных гидроударных явлений в системе наливного терминала.
Впервые сформулированы основные научно-практические положения, необходимые для проведения обязательной экспертизы действующих и проектируемых наливных терминалов на безопасность технологических процессов.
Практическая ценность результатов: что предложенные и развитые автором теория, алгоритмы и методы расчета получили широкое внедрение и использованы для проектирования и сооружения систем защиты наливных трубопроводов практически всех основных морских терминалов Российской Федерации.
Развитая автором концепция безопасности морских нефтеналивных терминалов, классификация существующих и возможных систем защиты в совокупности с новыми методами позволяют выбрать оптимальный способ защиты терминала в зависимости от его типа и характерных особенностей, подобрать необходимое оборудование, найти наиболее эффективное место для установки этого оборудования, а также проверить на безопасность все технологические процессы, происходящие на терминале Содержание
Гидроударные явления – главная угроза технологической безопасности налива судов на причалах морских нефтеналивных терминалов
Основные технологические элементы гидравлической системы морского нефтеналивного терминала
Резервуарный парк
Система подачи продукта на судно
Система измерения и контроля качества отгружаемого продукта
Запорно-регулирующая арматура
Причальные устройства
Шлангующие устройства
Система защиты от гидравлического удара
Классификация морских нефтеналивных терминалов
Классификация по типу отгружаемого продукта
Классификация по способу подачи продукта на судно
Классификация по типу используемого причального устройства
Гидроударные явления в системе наливных трубопроводов морских терминалов
Основные причины возникновения гидравлического удара
Последствия гидравлического удара
Способы защиты наливных трубопроводов от гидравлического удара
Обзор средств защиты от гидроударных явлений
Мембраны предохранительные разрывные
Предохранительные газовые колпаки
Пружинные предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны с газовой пружиной
Предохранительные клапаны с пилотным управлением
Предохранительные клапаны с разгруженной пружиной
Обзор патентной информации в области разработки средств защиты нефтепроводов от волн давления
Обзор исследований переходных процессов в трубопроводах
Цели и задачи диссертационного исследования
Теоретические основы исследования переходных процессов в наливных трубопроводах морских терминалов
Теоретические основы расчета переходных процессов в наливных трубопроводах морских терминалов
Дифференциальные уравнения неустановившегося течения жидкости
Упрощающие допущения
Система расчетных уравнений
Метод характеристик для расчета неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах
Моделирование работы прндохранительного клапана (КП) с газовым аккумулятором
Характерные параметры, определяющие работу предохранительного клапана
Моделирование работы предохранительного клапана на трубопроводе
Суммарный объем нефти, перепускаемой через предохранительные клапаны
Моделирование работы запорно-регулирующей арматуры
Характерные параметры, определяющие работу задвижки
Моделирование работы насосного агрегата
Характерные параметры, определяющие работу насоса в переходном процессе
Уравнения насосного агрегата
Оценка точности при моделировании переходных процессов в трубопроводах морского терминала методом характеристик
Пример расчета переходных процессов в гидравлических системах морских нефтеналивных терминалов
Исследование трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару
Оценка влияния времени закрытия судовых задвижек на уровень повышения давления в наливном трубопроводе морского терминала
Методика проведения исследования
Оценка максимального уровня повышения давления в гидравлической системе терминала
Безопасное время закрытия судовых задвижек – обобщенная формула
Исследование проблем безопасности, связанных с закрытием запорно-регулирующей арматуры
Эффективное время закрытия задвижки
Постановка задачи
Оценка эффективного времени закрытия задвижки в промежуточном сечении трубопровода
Исследование гидроударных явлений на примере медленного закрытия полноразмерной шиберной задвижки
Особенности использования задвижек безопасности в гидравлической системе морского терминала
Задвижка безопасности как потенциальная угроза «прямого» гидравлического удара
Оценка минимально допустимого времени закрытия задвижки безопасности
Оценка максимальной допустимой протяженности трубопровода между задвижками безопасности
Последовательность обследования трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару
Предварительный выбор способа защиты, расположения и параметров СЗГУ
Уточнение параметров СЗГУ на конечном этапе проектирования терминала
Корректировка настройки параметров СЗГУ действующего морского нефтеналивного терминала
Основные этапы экспертизы эффективности защиты от гидравлического удара действующего морского нефтеналивного терминала
Безопасность налива судов у причалов
Закрытие судовых задвижек и задвижек дрейфовой безопасности ERS
Самопроизвольное закрытие задвижек безопасности
Самопроизвольное закрытие запорной арматуры
Самопроизвольное закрытие регулятора давления/расхода
Обеспечение безопасности внутрипарковой перекачки нефти
Обеспечение безопасности приема нефти в резервуарный парк
Обеспечение безопасности при прямом наливе судна из магистрального нефтепровода
Обеспечение защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара при расположении сзгу на причале
Предпроектная оценка параметров системы защиты морского нефтеналивного терминала от гидравлического удара
Постановка задачи
Метод решения
Расход через клапаны
Объем сброса нефти через СЗГУ
Пример оценки параметров СЗГУ
Влияние значения уставки давления предохранительных клапанов на эффективность системы защиты от гидроудара
Объект исследования
Результаты расчетов
Особенности защиты многопричальных нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Допустимое расстояние между СЗГУ и судовыми задвижками
Пример оценки допустимого удаления СЗГУ от судовых задвижек
Оценка эффективности размещения СЗГУ в корне мола, и проблема тупикового участка наливного трубопровода
Оценка эффективности размещения СЗГУ в конце мола
Защита трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара с помощью береговой компенсаторной емкости
Постановка задачи
Схема защиты нефтеналивного трубопровода
Предварительная оценка
Поверочные расчеты
Особенности определения параметров системы защиты от гидроудара при погрузке сжиженных углеводородных газов
Исходные предпосылки
Метод количественных оценок
Пример расчета
Исследование различных способов обеспечения защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Защита морского нефтеналивного терминала от гидроудара с использованием комбинированной СЗГУ
Особенности защиты морского нефтеналивного терминала от гидрудара при использовании комбинированной СЗГУ
Устройство комбинированной системы защиты
Выбор места расположения и параметров настройки береговой и причальной СЗГУ
Особенности совместной настройки береговой и причальной СЗГУ
Комбинированная система защиты от гидруодара на примере морского нефтеналивного терминала «Козьмино»
Защита морского нефтеналивного терминала от гидроудара созданием в наливном трубопроводе самотечных участков
Общепринятая схема и принцип действия системы защиты от гидравлического удара
Схема и принцип действия системы защиты от гидравлического удара трубопровода с самотечными участками
Оценка параметров системы защиты от гидравлического удара при наличии в наливном трубопроводе самотечного участка
Гидротаранные эффекты при самотечном заполнении нисходящих участков нефтеналивных трубопроводов
Амплитуда гидротаранного воздействия жидкости на преграду
Форма самотечного течения жидкости в нисходящем участке трубопровода и степень заполнения сечения
Гидротаранное воздействие столба жидкости, падающего на закрытый конец трубопровода, с учетом демпфирующего эффекта газовой подушки
Динамическое воздействие столба заполняющей жидкости на поворотные участки трубопровода
Особенности защиты от гидроудара морского нефтеналивного терминала с выносным причальным устройством
Организационный способ защиты
Защита закрытием судовых задвижек за безопасное время
Защита размещением СЗГУ на ВПУ
Размещение СЗГУ на специальном судне у ВПУ
Использование на судне датчика отключения наливных насосных агрегатов
Защита с помощью берегового запорного крана
Защита с помощью расположенного на ВПУ запорного крана
Защита с помощью СЗГУ, расположенной на танкере
Защита от гидроудара морского нефтеналивного терминала с выносным причальным устройством с помощью быстродействующего запорного клапана
Постановка задачи
Выбор параметров системы защиты
Пример защиты морского терминала
Проверка полученного результата
Особенности защиты от гидроудара морского нефтеналивного терминала с использованием газовых колпаков
Механизм действия СЗГУ с предохранительным клапаном
Газовый колпак в качестве СЗГУ
Поверочные расчеты
Экспериментальные исследования предохранительных клапанов высокой пропускной способности
Описание экспериментальной установки
Методика проведения экспериментов по определению пропускной способности предохранительных клапанов
Анализ результатов экспериментов по определению пропускной способности предохранительных клапанов
Оценка точности выполненных экспериментов
Методика проведения экспериментов по определению динамических характеристик предохранительных клапанов
Анализ результатов экспериментов по динамическому испытанию предохранительных клапанов
Научная новизна: впервые разработанная классификация морских нефтеналивных терминалов (по способу подачи продукта, по типу причального устройства и по виду отгружаемого продукта и т.д.) позволила предложить более 10-ти новых способов защиты наливных трубопроводов от гидравлического удара.
Разработана новая теория анализа эффективности работы запорной арматуры, используемой в системах защиты терминалов от гидравлического удара, позволяющая сформулировать требования к быстродействию задвижек.
Предложена общая концепция оценки риска возникновения опасных гидроударных явлений в системе наливного терминала.
Впервые сформулированы основные научно-практические положения, необходимые для проведения обязательной экспертизы действующих и проектируемых наливных терминалов на безопасность технологических процессов.
Практическая ценность результатов: что предложенные и развитые автором теория, алгоритмы и методы расчета получили широкое внедрение и использованы для проектирования и сооружения систем защиты наливных трубопроводов практически всех основных морских терминалов Российской Федерации.
Развитая автором концепция безопасности морских нефтеналивных терминалов, классификация существующих и возможных систем защиты в совокупности с новыми методами позволяют выбрать оптимальный способ защиты терминала в зависимости от его типа и характерных особенностей, подобрать необходимое оборудование, найти наиболее эффективное место для установки этого оборудования, а также проверить на безопасность все технологические процессы, происходящие на терминале Содержание
Гидроударные явления – главная угроза технологической безопасности налива судов на причалах морских нефтеналивных терминалов
Основные технологические элементы гидравлической системы морского нефтеналивного терминала
Резервуарный парк
Система подачи продукта на судно
Система измерения и контроля качества отгружаемого продукта
Запорно-регулирующая арматура
Причальные устройства
Шлангующие устройства
Система защиты от гидравлического удара
Классификация морских нефтеналивных терминалов
Классификация по типу отгружаемого продукта
Классификация по способу подачи продукта на судно
Классификация по типу используемого причального устройства
Гидроударные явления в системе наливных трубопроводов морских терминалов
Основные причины возникновения гидравлического удара
Последствия гидравлического удара
Способы защиты наливных трубопроводов от гидравлического удара
Обзор средств защиты от гидроударных явлений
Мембраны предохранительные разрывные
Предохранительные газовые колпаки
Пружинные предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны с газовой пружиной
Предохранительные клапаны с пилотным управлением
Предохранительные клапаны с разгруженной пружиной
Обзор патентной информации в области разработки средств защиты нефтепроводов от волн давления
Обзор исследований переходных процессов в трубопроводах
Цели и задачи диссертационного исследования
Теоретические основы исследования переходных процессов в наливных трубопроводах морских терминалов
Теоретические основы расчета переходных процессов в наливных трубопроводах морских терминалов
Дифференциальные уравнения неустановившегося течения жидкости
Упрощающие допущения
Система расчетных уравнений
Метод характеристик для расчета неустановившихся течений слабо сжимаемой жидкости в трубопроводах
Моделирование работы прндохранительного клапана (КП) с газовым аккумулятором
Характерные параметры, определяющие работу предохранительного клапана
Моделирование работы предохранительного клапана на трубопроводе
Суммарный объем нефти, перепускаемой через предохранительные клапаны
Моделирование работы запорно-регулирующей арматуры
Характерные параметры, определяющие работу задвижки
Моделирование работы насосного агрегата
Характерные параметры, определяющие работу насоса в переходном процессе
Уравнения насосного агрегата
Оценка точности при моделировании переходных процессов в трубопроводах морского терминала методом характеристик
Пример расчета переходных процессов в гидравлических системах морских нефтеналивных терминалов
Исследование трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару
Оценка влияния времени закрытия судовых задвижек на уровень повышения давления в наливном трубопроводе морского терминала
Методика проведения исследования
Оценка максимального уровня повышения давления в гидравлической системе терминала
Безопасное время закрытия судовых задвижек – обобщенная формула
Исследование проблем безопасности, связанных с закрытием запорно-регулирующей арматуры
Эффективное время закрытия задвижки
Постановка задачи
Оценка эффективного времени закрытия задвижки в промежуточном сечении трубопровода
Исследование гидроударных явлений на примере медленного закрытия полноразмерной шиберной задвижки
Особенности использования задвижек безопасности в гидравлической системе морского терминала
Задвижка безопасности как потенциальная угроза «прямого» гидравлического удара
Оценка минимально допустимого времени закрытия задвижки безопасности
Оценка максимальной допустимой протяженности трубопровода между задвижками безопасности
Последовательность обследования трубопроводной системы морского терминала на безопасность к гидравлическому удару
Предварительный выбор способа защиты, расположения и параметров СЗГУ
Уточнение параметров СЗГУ на конечном этапе проектирования терминала
Корректировка настройки параметров СЗГУ действующего морского нефтеналивного терминала
Основные этапы экспертизы эффективности защиты от гидравлического удара действующего морского нефтеналивного терминала
Безопасность налива судов у причалов
Закрытие судовых задвижек и задвижек дрейфовой безопасности ERS
Самопроизвольное закрытие задвижек безопасности
Самопроизвольное закрытие запорной арматуры
Самопроизвольное закрытие регулятора давления/расхода
Обеспечение безопасности внутрипарковой перекачки нефти
Обеспечение безопасности приема нефти в резервуарный парк
Обеспечение безопасности при прямом наливе судна из магистрального нефтепровода
Обеспечение защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара при расположении сзгу на причале
Предпроектная оценка параметров системы защиты морского нефтеналивного терминала от гидравлического удара
Постановка задачи
Метод решения
Расход через клапаны
Объем сброса нефти через СЗГУ
Пример оценки параметров СЗГУ
Влияние значения уставки давления предохранительных клапанов на эффективность системы защиты от гидроудара
Объект исследования
Результаты расчетов
Особенности защиты многопричальных нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Допустимое расстояние между СЗГУ и судовыми задвижками
Пример оценки допустимого удаления СЗГУ от судовых задвижек
Оценка эффективности размещения СЗГУ в корне мола, и проблема тупикового участка наливного трубопровода
Оценка эффективности размещения СЗГУ в конце мола
Защита трубопроводов морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара с помощью береговой компенсаторной емкости
Постановка задачи
Схема защиты нефтеналивного трубопровода
Предварительная оценка
Поверочные расчеты
Особенности определения параметров системы защиты от гидроудара при погрузке сжиженных углеводородных газов
Исходные предпосылки
Метод количественных оценок
Пример расчета
Исследование различных способов обеспечения защиты морских нефтеналивных терминалов от гидравлического удара
Защита морского нефтеналивного терминала от гидроудара с использованием комбинированной СЗГУ
Особенности защиты морского нефтеналивного терминала от гидрудара при использовании комбинированной СЗГУ
Устройство комбинированной системы защиты
Выбор места расположения и параметров настройки береговой и причальной СЗГУ
Особенности совместной настройки береговой и причальной СЗГУ
Комбинированная система защиты от гидруодара на примере морского нефтеналивного терминала «Козьмино»
Защита морского нефтеналивного терминала от гидроудара созданием в наливном трубопроводе самотечных участков
Общепринятая схема и принцип действия системы защиты от гидравлического удара
Схема и принцип действия системы защиты от гидравлического удара трубопровода с самотечными участками
Оценка параметров системы защиты от гидравлического удара при наличии в наливном трубопроводе самотечного участка
Гидротаранные эффекты при самотечном заполнении нисходящих участков нефтеналивных трубопроводов
Амплитуда гидротаранного воздействия жидкости на преграду
Форма самотечного течения жидкости в нисходящем участке трубопровода и степень заполнения сечения
Гидротаранное воздействие столба жидкости, падающего на закрытый конец трубопровода, с учетом демпфирующего эффекта газовой подушки
Динамическое воздействие столба заполняющей жидкости на поворотные участки трубопровода
Особенности защиты от гидроудара морского нефтеналивного терминала с выносным причальным устройством
Организационный способ защиты
Защита закрытием судовых задвижек за безопасное время
Защита размещением СЗГУ на ВПУ
Размещение СЗГУ на специальном судне у ВПУ
Использование на судне датчика отключения наливных насосных агрегатов
Защита с помощью берегового запорного крана
Защита с помощью расположенного на ВПУ запорного крана
Защита с помощью СЗГУ, расположенной на танкере
Защита от гидроудара морского нефтеналивного терминала с выносным причальным устройством с помощью быстродействующего запорного клапана
Постановка задачи
Выбор параметров системы защиты
Пример защиты морского терминала
Проверка полученного результата
Особенности защиты от гидроудара морского нефтеналивного терминала с использованием газовых колпаков
Механизм действия СЗГУ с предохранительным клапаном
Газовый колпак в качестве СЗГУ
Поверочные расчеты
Экспериментальные исследования предохранительных клапанов высокой пропускной способности
Описание экспериментальной установки
Методика проведения экспериментов по определению пропускной способности предохранительных клапанов
Анализ результатов экспериментов по определению пропускной способности предохранительных клапанов
Оценка точности выполненных экспериментов
Методика проведения экспериментов по определению динамических характеристик предохранительных клапанов
Анализ результатов экспериментов по динамическому испытанию предохранительных клапанов