Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Совершенствование судовых средств локализации и ликвидации разливов нефти на внутренних водных путях

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование судовых средств локализации и ликвидации разливов нефти на внутренних водных путях"

На правах рукописи

Чебан Егор Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУДОВЫХ СРЕДСТВ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ

СпециальностыОЗ 0016 - «Экология» (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород-2005

Работа выполнена на кафедре «Теории корабля и экологии судоходства» Волжской государственной академии водного транспорта (ВГАВТ, Н.Новгород, ул. Нестерова д5).

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор, заслуженны й работник высшей школы Этин В Л.

Оф ициальные оппоненты:

- доктор технических наук, доцент Наумов В .С.

- кандидат технических наук, доцент Васильев С.А.

Ведущая организация:

- ФГУ Российский Речной Регистр (г. Москва)

Защита состоится 2005 г. час. в ауди-

тории 23/ на заседании диссертационного совета Д223 001 01 при Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГАВТ.

Автореферат разослан « <%» ноАЗУ><Я 2005 г.

Учены й секретарь диссертационного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нефтеналивные суда, а также значительное количество вспомогательного флота, обеспечивающего технологические операции с нефтью и нефтепродуктами, являются потенциальными источниками разливов нефти, которые представляют серьезную опасность для окружающей среды.

Возникающие разливы нефти классифицируются в зависимости от их массы. По используемой Министерством транспорта РФ классификации они подразделяются на аварии и эксплуатационные происшествия. К эксплуатационным происшествиям относятся разливы нефти до 10 тонн, которые могут быть ликвидированы силами экипажа. Как показал проведенный в диссертационной работе анализ статистических данных, эксплуатационные происшествия в основном происходят во время выполнения технологических операций с нефтью и нефтепродуктами и составляют более чем 80% от общего числа разливов.

С целью инженерной защиты от загрязнения нефтью окружающей среды Правила экологической безопасности судов Российского Речного Регистра (ПЭБ РРР) требуют оснащения нефтеналивных судов средствами (комплектами) по локализации и ликвидации разливов нефти (ЛРН).

Операции ЛРН с использованием комплекта, предусматривают локализацию нефтяного разлива боновыми ограждениями с последующей ликвидацией путем сбора нефти с поверхности воды.

Локализация разлива является важнейшим элементом в операциях ЛРН, поэтому к конструкции боновых ограждений, с помощью которых производится локализация, предъявляются жесткие требования по максимальной удерживающей способности на течении и волнении, прочности, массе и занимаемому на палубе объему, а также развертыванию бонового ограждения с максимальным использованием судовых устройств.

Как показывает практика, используемый в настоящее время на судах комплект ЛРН обладает рядом существенных недостатков, а именно: не учитывает массу разлива, особенности судов, условия плавания и технологию проведения операций ЛРН в судовых условиях.

Кроме того, РРР в полном объеме не предъявляются требования к основным характеристикам боновых ограждений, которые должны предотвращать унос нефти за боновое ограждение при различных скоростях течения, массах разлива и физических характеристиках нефти. Комплект рассматривается как набор отдельных устройств, не связанных общей функцией локализации разлива нефти, в то время как, например, учет совместной работы бонового ограждения с нефгесборным устройством может существенно улучшить удерживающую способность всего этого ком-

плекса (далее, комплекса «ПБО-НСУ»); проектирование комплектов ЛРН выполняется в отрыве от имеющихся на судне устройств и систем.

Кроме того, на реках Российской Федерации эксплуатируются тысячи судов, в том числе и нефтеналивных, каждое из которых совершает более 30-ти швартовок за навигацию к бункеровочным, зачистным станциям, очистным и другим подобным судам для производства технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями. Количество мелких разливов, возникающих во время этих операций настолько велико, что трудно поддается учету. Тем не менее, в настоящее время в ПЭБ РРР отсутствуют требования по оснащению судов, предназначенных для технологических операций с нефтью, комплектами ЛРН, состав и конструкция элементов которых должны учитывать особенности технологии проведения операций ЛРН на этих судах. Поэтому в диссертационной работе основное внимание было уделено проблеме проектирования судовых комплектов ЛРН для этого типа судов.

Таким образом, разливы нефти с судов различных типов по-прежнему остаются достаточно частым явлением, особенно при выполнении технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями, а судовой комплект ЛРН, и главным образом комплекс «ПБО-НСУ», недостаточно приспособлены для выполнения своих функций на судах. Требуют уточнения по этим вопросам и Правила Российского Речного Регистра.

Все это показывает, что исследования в выбранном направлении являются актуальными.

Цель работы и задачи исследований. Целью диссертационной работы является научное обоснование методики определения основных характеристик плавающих боновых ограждений при проектировании с учетом работающего в комплексе с ним нефтесборного устройства, свойств нефтепродукта и условий эксплуатации судна.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

• на базе компьютерных программ моделирования движения жидкости и газа разработан «виртуальный испытательный стенд» для исследования обтекания ПБО совместно с нефтесборным устройством;

• с помощью испытательного стенда исследованы особенности обтекания комплекса состоящего из ПБО и нефтесборного устройства;

• выполнены экспериментальные исследования на примере судов осуществляющих технологические операции с нефтью и нефтепродуктами, и получены:

- математическая модель работы ПБО с учетом свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна;

- математическая модель работы ПВО с учетом производительности неф-тесборного устройства, свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна;

• с помощью полученных математических моделей исследовано влияние условий эксплуатации судна и свойств нефтепродуктов на основные характеристики комплекса ПВО с нефтесборным устройством;

• разработана методика определения и выбора основных характеристик ПВО и производительности нефтесборного устройства.

Объектом исследования в диссертационной работе является комплекс, включающий в себя боновое ограждение и нефтесборное устройство, входящий в состав судового комплекта ЛРН.

Предметом исследования является совместная работа ПВО с нефтесборным устройством и их взаимодействие с движущимся нефтяным пятном при локализации разлива нефти в судовых условиях.

В процессе выполнении диссертационной работы использованы методы теоретической и вычислительной гидродинамики, с применением современной компьютерной техники. При обработке экспериментальных данных применялись методы статистического анализа, привлекался аппарат математической теории планирования эксперимента. Основные результаты подтверждены натурным экспериментом.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• на базе компьютерных программ моделирования движения жидкости и газа впервые разработан «виртуальный испытательный стенд» для исследования обтекания плавающего бонового ограждения двухфазным потоком со свободной поверхностью;

• впервые с помощью «виртуального испытательного стенда» исследованы особенности обтекания комплекса, состоящего из ПВО и нефтесборного устройства;

• разработана математическая модель работы ПВО с учетом свойств нефти, условий эксплуатации судна и производительности нефтесборного устройства;

• впервые исследовано влияние свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна на основные характеристики комплекса ПВО с нефтесборным устройством.

Практическая ценность и внедрение. Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана методика определения и выбора основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ», обеспечивающих отсутствие уноса нефти под боновое ограждение.

2. Методика была использована при выполнении научно-исследовательской работы по теме: «Разработка требований к сорбентам, плавучим боковым ограждениям, спецодежде и устройству для подачи

сорбента в зону разлива (средства локализации и сбора нефти)» по заказу РРР. Уравнения методики применялись для назначения требований к характеристикам комплекса «ПБО-НСУ», входящего в состав судового комплекта по локализации и ликвидации разливов нефти для обеспечения его работоспособности при скоростях течения больших 0,5 м/с.

3. В настоящее время «Бюллетень дополнений и изменений Правил Российского Речного Регистра» по этим вопросам находится на утверждении в Минтрансе.

4. Методика использовалась при определении состава и характеристик технических средств J1APH для опорных пунктов по локализации и ликвидации аварийных разливов нефти в Волжском бассейне в ходе выполнения научно-исследовательской работы по теме: «Выполнение исследования и разработка проекта состава, количества и дислокации технических средств и сил JIAPH в границах ФГУ Волжского ГБУ».

5. Основные положения методики легли в основу проекта технических условий: «Судовые комплекты по борьбе с разливами нефти» (ТУ 6416-020-10699-461-05).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н. Новгород, 2003г.); VIII Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2003г.); научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» (Н.Новгород, 2003г.); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2004г.); IX Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2004г.); X Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2005г.); научно-практической конференции «Инженерные системы -2005» (Москва, 2005г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 8 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 128 страниц машинописного текста, в том числе 23 таблицы, 59 рисунков. Список литературы состоит из 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко сформулирована актуальность темы, изложены основные направления исследований, а также описана структура диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса проектирования судовых средств по локализации разливов нефти и обоснованию актуальности темы.

Анализ литературы, проведенный в этой главе, показал, что при оптимизации рабочих характеристик ПВО и НСУ используются обычные методы проектирования и конструирования, которые основываются на исследованиях и математических моделях плавающих тел, прочности материалов, конструктивных особенностей боновых ограждений и нефтес-борных устройств. Применение этих методов при проектировании боновых ограждений описано в работах Lehr, Scherer, Milgram, O'Dea, Д. Kop-мака. Однако проведенные ими исследования касаются только вопросов прочности и плавучести боновых ограждений.

Известны работы, описывающие использование для проектирования ПБО гидродинамические методы, которые основываются на математическом описании потока движения жидкости и явлении уноса нефти под бо-новое ограждение, возникающего при сравнительно низкой относительной скорости двухфазного потока. Унос нефти под боновое ограждение объясняется сложными гидродинамическими процессами, происходящими в зоне раздела сред нефть-вода, обладающих различными физическими свойствами (плотность, вязкость, поверхностное натяжение).

Известны три модели уноса нефти под боновое ограждение. Это «капельный «сквозной проскок» или «унос», «дренажный проскок» и «критическое накопление». Возникновение того или иного вида уноса связано с одновременным действием течения, волнения, количества и характеристик нефтепродукта, а также конструкции бонового ограждения.

Исследованию уноса посвящены работы Clavelle E.J., Kang К.Н., Rowe R.D. и др. Кроме того, в этих работах показано, что удерживающая способность бонового ограждения сохраняется до определенной критической скорости 0,5 м/с.

Определению осадки преграды, обеспечивающей предотвращение уноса и условий, при которых он возникает, посвящены исследования Leibovich S.

Возникновение нестабильности поверхности раздела фаз под действием потенциальных течений и свободно-поверхностных волн описано Кордибаном. Вязкостные эффекты возникновения уноса были исследованы Ertecin R.S. и Sundararaghavan Н., численно проанализировавшими течения вокруг нефтяной преграды.

Комаровский Д.П. и Липский В.К. в 2000 году провели исследования по определению критического значения осадки бонового ограждения в открытом гидродинамическом лотке. Однако, полученные ими уравнения не позволяют в полной мере описать явление уноса нефти под бон и его зависимость от условий эксплуатации.

Влияние на ограждения колебательных движений и регулярного волнения описано в работах Lee С.М., Kang К.Н., Этина В.Л. и Миловой И.И.

Также, существенный вклад в изучение проблем определения рабочих характеристик ПВО и НСУ, внесли такие ученые как: Нунупаров С.М., Хлесткин H.A., Косовский В.И., Наумов B.C., Звездунов С.И.

Все описанные выше работы посвящены исследованию того или иного аспекта проблемы уноса нефти под боновое ограждение и не могут в полной мере быть использованы для проектирования боновых ограждений и других элементов комплекта.

Во второй главе выполнено описание работы комплекса «ПБО-НСУ», входящего в состав судового комплекта JIPH. Приведены схемы установки комплекса «ПБО-НСУ» при ликвидации разливов нефти на судах различных типов.

В качестве примера на рисунке 1 показана принципиальная схема использования комплекса для ликвидации разлива нефти, возникающего при проведении технологической операции с нефтью, между транспортным и вспомогательным технологическим судном.

Рисунок 1 - Принципиальная схема применения комплекса «ПБО-НСУ» 1 - направление распространения нефти; 2 - варианты положения комплекса до выполнения технологических операций, 3 - расположение комплекса во время выполнения технологических операций

Известно, что при применении комплекса «ПБО-НСУ» унос «У» нефти под боновое ограждение, зависит от скорости течения V, объема разлива V, длины бонового ограждения, осадки бонового ограждения, глубины потока в месте расположения бона, физико-химических свойств нефти (вязкости и плотности) и расхода обеспечиваемого нефтесборным устройством. Эти параметры должны быть такими, чтобы унос был равен нулю

где: "О - скорость течения, м/с; V - объем разлива, т; Ь - длина бонового ограждения, м; Т - осадка бонового ограждения, м; Н - глубина во-

(У=0).

fkО V L .Т Н Q .//,)=0

(1)

доема, м; 0 - производительность сбора нефти, м3/ч; цн - динамический коэффициент вязкости нефтепродукта, Нс/м2.

Уравнение (1) записано для самого общего случая локализации и ликвидации разлива нефти. Решение такой задачи потребует проведения значительного объема теоретических и экспериментальных исследований, выходящих за рамки настоящей диссертационной работы. Для ее упрощения было принято решение ограничиться изучением процесса локализации и ликвидации разлива нефти только на глубокой воде, оставив максимальное число факторов, а учет мелководья произвести с помощью специального коэффициента в процессе дальнейших исследований.

Разлитая нефть в водотоках движется в виде узкой полосы, что известно из работ многих исследователей и дополнительно подтверждено в настоящей работе специальным экспериментом. Это позволило не учитывать при исследованиях длину бонового ограждения и глубину водоема.

Известно, что боновое ограждение может удержать нефть при скорости течения до 0,5 м/с, направленной по нормали к ограждению. В этом случае унос является функцией скорости течения, осадки, объема разлива, вязкости нефти и, как показано в работах Кап§ К.Н., С1ауе11е Е..1., ЭеМ-®пе, О.А.Ь., может быть предотвращен изменением осадки бонового ограждения. Поэтому при У=0 осадка была принята в качестве целевой функции, зависящей от скорости течения, объема разлива и вязкости нефти.

При скоростях течения больших 0,5 м/с увеличение осадки не позволяет предотвратить унос нефти. В этом случае одним из способов предотвращения уноса нефти становится применение нефтесборных устройств, позволяющих удалять нефть из фронтальной области бонового ограждения со скоростью, предотвращающей ее унос под бон. Для этого необходимо решить задачу определения минимальной «критической» производительности нефтесборного устройства в зависимости от условий эксплуатации, характеристик нефтепродуктов и бонового ограждения, при которой будет отсутствовать унос нефти.

В работе была использована физическая модель НСУ в виде отрицательного источника или стока, расход через который состоит из расхода обеспечиваемого через него течением реки и непосредственно производительностью НСУ.

= (4)

(Зх- общий расход через источник, м3/ч;

<Знсу - максимально необходимая («критическая») производительность нефтесборного устройства, м3/ч;

<3Р - расход через отрицательный источник, обеспечиваемый течением реки, м3/ч. Величину С?р можно записать в виде:

QI1=FнcyxT)' (5)

где: г - площадь струи воды, поступающей через входное отвер-

* Г нсу

стие НСУ; °0- скорость набегающего на НСУ потока.

В этом случае величина общего расхода будет определяться по выражению:

а-о^к«^' (6)

Проведенный в работе анализ способов, позволяющих получить зависимости (2) и (3) показал, что наиболее рациональным из них является численный метод.

Для численного исследования зависимостей (2) и (3) был разработан «виртуальный испытательный стенд» (далее «стенд»), на основе программного комплекса «Р1ол¥\Чзюп». «Стенд» позволяет при задании ряда известных конструктивных параметров комплекса «ПБО-НСУ» и значений величин скорости, вязкости и объема разлива получить значение осадки в выражении (2), расхода в выражении (3) и картину его обтекания.

Для создания «стенда» была разработана расчетная область, обеспечен ее импорт в «Р!олуУ15ЮП», выбраны и заданы граничные условия, генерирована начальная расчетная сетка.

В основе работы «стенда» лежит математическое описание движения вязкой жидкости со свободной поверхностью, включающее уравнение Навье - Стокса, уравнения к-е - модели турбулентности, уравнение переноса функции заполнения Р (УОР) и уравнения конвективного переноса.

В работе были проведены исследования влияния размеров расчетной области на описание процесса обтекания бонового ограждения с целью исключения взаимного влияния стенок расчетной области и расположенного в ней ограждения. Выбор размеров расчетной области осуществлялся экспериментально при условии соответствия физических эффектов возникающих при обтекании ПБО в реальных условиях, и результатов, получаемых при моделировании на «стенде».

В ходе проведенных экспериментов с различными по размеру расчетными областями сравнивались распределения изменения давления, возникающего при обтекании стенки потоком жидкости с распределением давления при свободном (без бона) потоке в расчетной области. Размеры расчетной области соотносились с проекцией бона на сечение потока. В результате были получены следующие соотношения:

^-'р.обл. ^эон ^

Где: %о„, - проекция длины бонового ограждения, м; Ьр о6л - длина расчетной области, м; Вр - ширина расчетной области, м.

Глубина расчетной области выбиралась в соответствии с решением задачи для глубокой воды и была принята равной 7 м.

Окончательные размеры расчетной области составили: Н поли р обЛ=В м., Ьро6л =30 м., Вр ое-, = 100 м. Общий вид расчетной области представлен на рис.2.

Ц>о&

Рисунок 2 - Общий вид расчетной области.

Для исследования обтекания бонового ограждения была использована стандартная комбинация граничных условий при обтекании тел, показанная в таблице 1. Двухфазность потока учитывалась дополнительными условиями по переменной «концентрация», которые изменялись в процессе эксперимента.

При моделировании применялась прямоугольная расчетная сетка, которая формировалась на основе первоначального грубого разбиения с последующим измельчением во время эксперимента до второго уровня по переменным «концентрация» и «относительный объем ячейки».

Кроме того, в диссертационном исследовании было показано, что обтекание бонового ограждения происходит симметрично. Это позволило использовать только половину расчетной области с установкой на плоско-

сти симметрии граничного условия:

¿п

Таблица I - Перечень граничных условий установленных на гранях расчетной области

Грани Тип границы Граничное условие

Г4, Г9.Г6, ГЗ(бон) Симметрия («symmetry») df Концентрация —— dn Скорость = Q dn = 0 'V =0

Г5 «вход/выход» (mlet|outlet) Концентрация f=f„=0 Скорость V„ = VW

Г1 «вход/выход» (inlet|outlet) Концентрация f=f„=l Скорость = ^=0

Г2 «вход/выход» (mletloutlet) Концентрация М„=0 Скорость V. = ~V.' V, — 0

Г7, Г8 «свободный выход» («free outlet») df Концентрация dn Скорость Р=0 =0

Для апробации «стенда» были использованы результаты экспериментов, проведенных Chang-Fa An с помощью программы «Fluent». Сравнительные эксперименты показали, что характер поля скоростей и положение изолиний концентраций нефти, выдаваемые программами, имеют одинаковый характер. Это позволило сделать вывод о том, что «виртуальный испытательный стенд» на основе программы «FlowVision» может быть использован для изучения процессов, возникающих при взаимодействии стенки с двухфазным потоком.

На разработанном «виртуальном испытательном стенде» для описания зависимости осадки ПВО и производительности НСУ от факторов, указанных в уравнениях (2) и (3) был поставлен численный эксперимент. В процессе выполнения эксперимента за искомые значения осадки и производительности принимались только те, которые были получены в опытах, где отсутствовал унос нефти под боновое ограждение (У=0). Определенные таким образом значения осадки являются случайными величинами из-за возможных случайных ошибок экспериментатора при визуальном определении момента уноса нефти под боновое ограждение. Кроме этого, значения этих величин могут колебаться на величину погрешностей, которые возникают вследствие изменения граничных условий и расчетной сетки в процессе эксперимента. Это также позволяет считать, что закон распределения этих случайных величин не противоречит нормальному.

Выбранные в качестве независимых переменных (факторов) скорость течения, вязкость нефтепродуктов, объем разлива, а также осадка боно-

вого ограждения в задачах со скоростями течений большими 0,5 м/с функционально и статистически независимы и их значения не являются случайными величинами.

Эти особенности позволили использовать для исследования зависимостей (2) и (3) методы тёории вероятности и математической статистики, в том числе для сокращения количества экспериментов применить математическое планирование эксперимента.

Эксперимент проводился при двух уровнях значимости факторов (тт/тах). Диапазоны изменения факторов определялись исходя из условий работы комплекса «ПБО-НСУ» и требований нормативных документов.

Таблица 2- Диапазоны из менения факторрв

Скорость, м/с Объем разлива, м' Динамический коэффициент вязкости, Нс/м2 Осадка

«Эксперимент 1» 0,1-0,5 0,5-10 0,00123 - 0,8 -

«Эксперимент 2» 0,5-1,5 0,5-10 0,00123-0,8 Из «эксперимента 1»

На основании экспериментальных данных с помощью программы (^аНз^са 6.0» были получены регрессионные уравнения, связывающие производительность (<3) НСУ и осадку бона (Т) с объемом разлива, вязкостью нефти и скоростью течения.

Т =0,443 +0,0 IV +1,057Т) +0,226цн' (9)

<3 =590,03 +14^3*0 -363Т -13,05У +11,ЗТ°0 • (10) где:°0 - скорость течения, м/с; V - объем разлива, м3; цн - динамический коэффициент вязкости нефти, Нс/м2.

Из рассмотрения коэффициентов этих уравнений можно сделать следующие выводы:

1. Осадка бонового ограждения в большей степени зависит от скорости течения и вязкости нефти и нефтепродуктов. Большее влияние скорости течения и вязкости, по-видимому, связано с циркуляционным течением внутри нефтяного пятна, возникающим при определенном соотношении вязкости и скорости течения.

2. Осадка более существенно зависит от объема разлива при больших его значениях.

3. Производительность нефтесборного устройства необходимо повышать с увеличением скорости течения;

4. Величина производительности может быть снижена с увеличением осадки бонового ограждения. Такое влияние осадки может быть связано с уменьшением скорости движения нефтяного пятна на поверхности воды, и соответственно улучшением подтекания нефти к заборному устройству НСУ.

Графический вид зависимостей показан на рисунке 3.

в

Рисунок 3 - Зависимость осадки ПБО от скорости течения, объема разлива и вязкости

нефтепродукта

Полученные уравнения отражают теоретически возможный случай локализации разлива боновым ограждением без прогиба под действием течения (в дальнейшем «плоским»). На практике боновое ограждение всегда изменяет свою форму под действием нагрузки со стороны движущегося потока. Изменение формы ПБО приводит к изменению структуры потока перед ним. Вероятность уноса нефти под искривленное боновое ограждение при отсутствии НСУ увеличивается с увеличением прогиба ПБО под действием течения.

Однако, как показали эксперименты, при искривлении бонового ограждения, линии тока и соответственно распространяющаяся по ним нефть, направляются к месту наибольшего прогиба, увеличивая ее накопление в этом месте, что способствует улучшению подтекания нефти к приемному устройству НСУ и позволяет снизить его критическую производительность.

Структура потока при обтекании «плоского» и «искривленного» бо-нового ограждения приведены на рисунках 4 и 5.

•0=1,5 м/с

ПБО при "0=1,5 м/с

При исследовании влияния прогиба бонового ограждения на производительность НСУ и осадку ПБО была использована гипотеза о том, что длина бонового ограждения может считаться постоянной с точностью до удлинения силовых элементов (ткань, тросы, цепи). Это позволило рассматривать конструкцию как гибкий стержень, изменяющий форму под действием распределенной нагрузки со стороны течения и использовать для определения величины прогиба методику, предложенную Вагановым А.Б. Определение величины прогиба бонового ограждения производилось по программе ЛЕРиЬОЯ согласно расчетной схеме, представленной на рисунке 6.

Рисунок 6 - Расчетная схема для определения формы бокового ограждения по программе ШТЛХЖ

Для определения величины прогиба АУ были заданы отношения в интервале от 0,5 до 0,967, скорости течения в интервале 0,5-1,5 м/с. и получено следующее уравнение:

(И)

\У =6,235 +23,35 — -27,68(—1 +0,838*0 -0,ЗИГ Ь {Ье)

12 10 8

4

2 0

__ ____4. — - ---1.5

1

1 —€,5-

0,5

1,5

Рисунок 7 - Зависимость прогиба ПБО от скорости течения Из рисунка 7 видно, что прогиб бонового ограждения несущественно зависит от скорости течения, поэтому для определения его величины можно использовать уравнение:

(12)

ЧУ "0,22Ь +0,8?

0,8Г-0,93^0'

С целью определения зависимости величины критической производительности от прогиба бонового ограждения была проведена серия экспериментов при постоянных значениях осадки, объема разлива и вязкости нефтепродукта с применением описанного ранее «стенда». На основании экспериментальных данных было получено уравнение, связывающее суммарную производительность НСУ с прогибом бонового ограждения и скоростью течения.

-56,23 -9,67\¥ +41,57Т> +6,68АУ"0 ' (13)

Влияние формы бонового ограждения на суммарную производительность может быть учтено с помощью коэффициента . Он учитывает изменение условий подтекания за счет изменения формы бонового ограждения.

а-^бГ- (14)

где: суммарная производительность при «плоском» боне, м3/ч;

- коэффициент, учитывающий изменение условий подтекания за счет изменения формы.

может быть определен, как отношение суммарной производительности при искривленном боне к суммарной производительности при

«плоском» боне:

- £ а*)

Л» " Лм

а

9

Это выражение с учетом прогиба и нормальной составляющей скорости может быть записано в следующем виде:

!2 12 (16) 56,23 - 3,597L -13,08f - 8,99- + 41,57*0 sin tf-6,21-Т) sin а

Xе.-

590,03 +14,ЗЗТ>8та -343Т -13.05У + 11,ЗТТ>8та

С учетом выражения (6) критическая производительность НСУ определяется по формуле:

При отсутствии НСУ прогиб будет способствовать возникновению уноса нефти под боновое ограждение. Компенсировать отрицательное влияние прогиба можно увеличением осадки ПБО. Для определения влияния прогиба на осадку был проведен численный эксперимент при постоянных значениях скорости, объема разлива и вязкости нефти. На основании экспериментальных данных получено уравнение, связывающее осадку и прогиб:

Т„ = 1+0,017\У' (18)

Третья глава посвящена экспериментальной проверке полученных математических моделей.

Эксперимент проводился 14 июля 2004 г, на акватории р. Волга, в Нижегородской области, п.Работки с комплексом «ПБО-НСУ» (рисунок 8), в состав которого входит боновое ограждение и нефтесборное устройство.

Рисунок 8 - Общий вид комплекса «ПБО-НСУ» 1 - камера плавучести, 2 - юбка, 3 -струйный насос, 4 - гибкий шланг, 5 - плавающая нефтеприемная насадка, 6 - приемное отверстие, 7 - трос

Для имитации нефти в эксперименте были использованы опилки и сорбет- СТРГ. В ходе эксперимента определялась возможность удержания имитатора нефти комплексом при различной производительности НСУ.

Комплекс «ПБО-НСУ» в виде плавающего бонового ограждения с расположенным на юбке струйным насосом и плавающим приемным устройством закреплялся тросами за кормой судна «Плотовод 685» (рисунок 9). Имитатор сбрасывался с судна и одновременно приводился в действие струйный насос («НСУ») с производительностью от 0 до 38 м3/ч.

жарный гидрант, 6 - пожарные рукава, 7 - направление движения нефти, 8 -сборная емкость, 9 - судно

Результаты измерений приведены в таблице 3. Из таблицы видно, что при Ог=38 м3/ч и более, уноса имитатора не наблюдалось. Расчетное значение производительности составило 43,61 м3/ч, что соответствует погрешности примерно 13%.

Таблица 3 - Сопоставление результатов натурного эксперимента с результатами

расчета по модели.

СЬ М5/ч е'-е' д % Унос (да/нет)

эксперимент расчет

0 0 0 Да

0 0 0 Да

23 43,61 47,2 Да

38 43,61 12,8 Нет

38 43,61 12,8 Нет

В четвертой главе разработана методика определения основных характеристик плавающих боновых ограждений с учетом производительности нефтесборного устройства, свойств нефтепродукта и условий

Исходными данными для определения основных характеристик являются: скорость течения реки, V, м/с; объем разлива, V, м3; вязкость нефтепродукта, /у,„ Нс/м3; расстояние между опорами бонового ограждения, / , м; нагрузка масс комплекса «ПБО-НСУ» прототипа.

По формулам (9-18) определяются осадка ПБО и производительность НСУ комплекса. С помощью полученных значений осадки и производительности комплекса и нагрузке масс комплекса «ПБО-НСУ» прототипа, методика позволяет методом последовательных приближений определить высоту юбки и диаметр камеры плавучести. Характеристики других элементов вычисляются исходя из усилий, возникающих на боковом ограждении, по известным формулам сопротивления материалов. Для определения этих усилий в работе приведена специальная диаграмма. При этом необходимо соблюдение соотношения расстояния между опорами ПБО к его длине: 05 <—<0 967 '

Блок-схема определения основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ» приведена на рисунке 11.

эксплуатации судна. л

Н

Рисунок 10 - Расчетная схема бонового ограждения

скорость течения объем разлива ■юность нефтепродукте расстояние межд> опорами

Определение клич ины хоэф-

фишекга ..т

Отделение осадки бокового ограждения с учетом прогиба

Определение диаметра и высоты юбки бона

Нагрузка масс

т

Радиус и глубина погружения камеры плюуч&м

Определете размеров и масс силовых элементов

X

Огфеделение затрат мггери&лов на изготовление

Уточнение диаметра камеры плавучести и высоты юбки

0,5 £"0.51,5

Локализация —н

1 У

Задание исходной осадки боко-

вого ограждения

1 Г

Определение производительности НСУ при плоском боковом

ограждении

1 Г

Определсю<е величины прогиба бокового ограждения

1 г

Определение величины коэф-фшчеита ^е

Определение величины производительности НСУ с учетом прогиба

Рисунок 11 - Блок-схема определения основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ»

Разработанная методика была использована при выполнении научно-исследовательской работы по теме: «Разработка требований к сорбентам, плавучим боновым ограждениям, спецодежде и устройству для подачи сорбента в зону разлива (средства локализации и сбора нефти)» по заказу РРР. Уравнения методики применялись для назначения требований к характеристикам комплекса «ПБО-НСУ», входящего в состав судового комплекта по локализации разливов нефти для обеспечения его работоспособности при скоростях течения больших 0,5 м/с.

Эта методика также использовалась при определении состава и характеристик технических средств ЛАРН для опорных пунктов по локализации и ликвидации аварийных разливов нефти в Волжском бассейне в ходе выполнения научно-исследовательской работы по теме: «Выполнение исследования и разработка проекта состава, количества и дислокации технических средств и сил ЛАРН в границах ФГУ Волжского ГБУ».

Кроме того, основные положения методики легли в основу проекта технических условий «Судовые комплекты по борьбе с разливами нефти» ТУ 6416-020-10699-461 -05.

В заключении обобщены результаты исследований по теме диссертации:

1. Проведен анализ статистических данных по разливам нефти за период с 1982 по 2001 годы и выявлено, что разливы нефти с судов в основном относятся к эксплуатационным происшествиям и происходят во время выполнения технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями.

2. Анализ судовых комплектов ЛРН, используемых для локализации разливов нефти, показал, что они недостаточно приспособлены для выполнения своих функций на судах и требуют совершенствования.

3. Разработан «виртуальный испытательный стенд» для исследования обтекания комплекса «ПБО-НСУ» двухфазным потоком со свободной поверхностью на основе программного комплекса «Р1о«г\Чзюп».

4. Выполнен численный эксперимент с использованием разработанного «виртуального испытательного стенда».

5. Получена математическая модель работы плавающего бонового ограждения с учетом производительности НСУ, свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна.

6. Исследовано влияние производительности НСУ, свойств нефтепродукта и условий эксплуатации судна на основные характеристики комплекса «ПБО-НСУ».

7. Разработана методика определения и выбора основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ», обеспечивающих отсутствие уноса нефти под боновое ограждение.

8. Методика была использована при выполнении научно-исследовательских работ по заказу Российского Речного Регистра, ФГУ Волжское ГБУ, подготовке проекта ТУ 6416-020-10699-461-05.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Чебан Е.Ю. Локализация аварийных разливов нефти гидродинамическими преградами / Е.Ю.Чебан // НХ Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) / Тезисы докладов. - Н. Новгород: Изд-во Гладкова ОБ., 2003. - С. 153-154.

2. Чебан Е.Ю., Этин В.Л. Состояние проблемы локализации и ликвидации аварийных разливов нефти при авариях нефтеналивных судов.// Материалы научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» -4.1 - Н.Новгород: Изд. ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - С. 169-174.

3. Чебан Е.Ю., Этин В.Л. Обзор математических моделей поведения нефтяного пятна в районе бонового заграждения. // Материалы научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» 4.1. - Н.Новгород: Изд. ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003. - С. 167-169.

4. Чебан Е.Ю. Постановка задачи математического моделирования границы раздела нефть - вода при проектировании устройств по локализации аварийных разливов нефти. / Е.Ю.Чебан, Е.А. Лукина // IX Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) / Тезисы докладов. -Н. Новгород: Изд-во Гладкова О.В., 2004. - С. 81-83.

5. Чебан Е.Ю. Оценка эффективности бонового скиммера со встроенным эжектором / Чебан Е.Ю. // Материалы научно-промышленного форума «Великие реки» / Тезисы докладов - Н.Новгород: Изд. ГОУ ВПО НГАСУ, 2004. - С. 462-463.

6. Чебан Е.Ю., Лукина Е.А. Моделирование обтекания нефтесборного бонового ограждения // Вестник ВГАВТ: Судовождение и безопасность плавания, водные пути, гидротехнические сооружения и экологическая безопасность судоходства. - Н.Новгород: Изд. ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2005. - С. 167-171.

7. Чебан Е.Ю. Численное исследование работы судового бонового нефтесборного устройства / Е.Ю.Чебан // X Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) / Тезисы докладов. - Н. Новгород: Изд-во Гладкова О.В., 2005. - С. 44-46.

8. Чебан Е.Ю., Лукина Е.А. Исследование особенностей обтекания комплекса «боновое ограждение - нефтесборное устройство. //Труды конференции "Инженерные системы 2005", серия "Прикладные исследования в механике", - М.: Изд. МФТИ, 2005. - С. 65-67.

Подписано в печать 14.И.2005. Формат 60x84 У16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.-иад. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 726.

Нижегородский государственный 1ехнический университет. Типография НГТУ. 603600. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

«»23242

РНБ Русский фонд

2006-4 26194

i

л

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чебан, Егор Юрьевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса проектирования судовых средств комплектов) по локализации разливов нефти (комплектов ЛРН).

1.1. Основные причины нефтяных разливов с судов и судовое оборудование для их ликвидации.

1.2. Обзор литературы по проектированию технических средств ЛРН. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследование взаимодействия нефтяного пятна с комплексом «плавающее боновое ограждение — нефтес-борное устройство» (комплекса «ПБО-НСУ»).

2.1. Описание процесса локализации и ликвидации нефтяного разлива с помощью комплекса «ПБО-НСУ».

2.2. Анализ и выбор методов исследования обтекания жесткой стенки двухфазным потоком со свободной поверхностью.

2.3. Создание и апробация «испытательного виртуального стенда» на основе программного комплекса «По\уУ1-бюп» для численного исследования взаимодействия нефтяного пятна с комплексом «ПБО-НСУ».

2.3.1. Общее описание «виртуального испытательного стенда».

2.3.2. Разработка расчетной области.

2.3.3. Выбор и расстановка граничных условий.

2.3.4. Аппроксимация расчетной области сеткой конечных объемов начального уровня.

2.3.5. Апробация «испытательного виртуального стенда».

2.4. Описание численного эксперимента по определению осадки бонового ограждения и производительности нефтесборного устройства.

2.4.1. Подготовка исходных данных.

2.4.2. Описание численного эксперимента.

2.5. Разработка математической модели работы комплекса «ПБО-НСУ» с учетом условий эксплуатации, свойств нефтепродуктов и производительности НСУ.

Глава 3. Экспериментальная проверка полученных математических моделей.

3.1. Проверка полученных математических моделей по результатам испытаний судового нефтесборного бонового ограждения «Уж-2М».

3.2. Проверка полученных моделей на основе испытаний Environmental Canada и United States Mineral Managelt ment.

Глава 4. Разработка методики определения основных характеристик плавающих боновых ограждений с учетом производительности нефтесборного устройства, свойств нефтепродукта и условий эксплуатации судна.

4.1. Использование математической модели работы комплекса «ПБО-НСУ» для инженерных расчетов.

4.2. Порядок определения характеристик плавающих боновых ограждений с учетом производительности нефтесборного устройства, свойств нефтепродукта и условий эксплуатации судна.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Совершенствование судовых средств локализации и ликвидации разливов нефти на внутренних водных путях"

Нефтеналивные суда, а также значительное количество судов вспомогательного флота, обеспечивающего технологические операции с нефтью и нефтепродуктами, являются потенциальными источниками разливов нефти и представляют опасность для окружающей среды.

К основным причинам разливов нефти с судов можно отнести: столкновения, навалы на причальные сооружения и опоры мостов, посадку на мель и разливы, происходящие при различных технологических операциях с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями.

Возникающие разливы нефти классифицируются постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2002 г. № 240 [50] в зависимости от их массы на локальные, муниципальные, региональные, территориальные и федеральные. Приказом Министерства транспорта от 29 декабря 2003 г. № 221 [53] принята собственная классификация транспортных происшествий с разливом нефти. В ней разливы нефти подразделяются на аварии и эксплуатационные происшествия. К эксплуатационным происшествиям относятся разливы нефти до 10 тонн, которые могут быть ликвидированы силами экипажа судна.

С целью защиты водных объектов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, разработан ряд нормативных документов, устанавливающих требования к операциям по локализации и ликвидации разливов нефти (ЛРН) и используемому для них оборудованию. Одним из таких документов являются Правила Экологической Безопасности судов Российского Речного Регистра (ПЭБ РРР) [61], которые требуют наличия на нефтеналивных судах средств по локализации разливов нефти (комплектов ЛРН).

Операции ЛРН с использованием комплекта, предусматривают локализацию нефтяного разлива боновыми ограждениями, с последующей ликвидацией нефтяного пятна путем сбора нефти с поверхности воды.

Локализация разлива является важнейшим элементом в операциях ЛРН, поэтому к конструкции боковых ограждений, с помощью которых производится локализация, предъявляются жесткие требования по максимальной удерживающей способности нефти на течении и волнении, прочности, массе и занимаемому на палубе объему, а также его развертыванию с максимальным использованием судовых устройств и систем.

Анализ статистических данных [19] показывает, что 97% разливов с судов приходится на транспортные происшествия с разливом нефти от 1 до 10 тонн. Сбор даже такого количества нефти с поверхности воды предусмотренными в комплекте ручными черпаками практически невозможен и требует применения механических способов сбора.

Комплект не учитывает особенностей плавания судов в различных районах и технологии проведения операций ЛРН в судовых условиях. Как показывают расчеты [59] два якоря по 10 кг не могут удержать 200 м боновых ограждений при существующих скоростях течения. Для удержания такого ограждения необходима масса якорей в 20 раз большая, что делает невозможным его постановку без применения специального оборудования.

Комплект предполагает наличие на нефтеналивных судах 100 кг сорбентов. В общем случае выбор сорбентов является сложной оптимизационной задачей с большим числом факторов [82]. Указанное в комплекте количество сорбента не учитывает массу возможного разлива, от которой эта величина непосредственно зависит. Размещение такого сорбента на судне так же является сложной задачей, поскольку 100 кг даже эффективного, например, пено-< графитового сорбента типа «СТРГ» с насыпной массой 13 кг/м3, потребует хранения примерно 8 м3 сорбента.

Установка бонового ограждения длиной 200 м или 2,5 длины судна с помощью рабочей или спасательной шлюпки на течении силами экипажа, во-первых, трудно выполнима, а во-вторых, займет время, за которое нефтяное пятно может уйти от судна на значительное расстояние.

В соответствии с ПЭБ РРР комплектами ЛРН оснащаются только нефтеналивные транспортные суда. Однако, как показывают статистические данные [19], результаты, обработки которых за период с 1982 по 2001, приведены на рис. 1.1, аварийные разливы нефти с нефтеналивных судов связанные со столкновениями и посадкой на мель, происходят достаточно редко и возникают не чаще одного раза в год.

Остальные разливы относятся к эксплуатационным происшествиям, которые наблюдаются при проведении различных технологических операций и происходят с частотой более 6 раз за навигацию.

Кроме того, на реках Российской Федерации эксплуатируются тысячи судов, в том числе и нефтеналивных, каждое из которых совершает более 30-ти швартовок за навигацию к бункеровочным, зачистным станциям, очистным и другим подобным судам, для производства технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями. Количество мелких разливов, возникающих во время этих операций, настолько велико, что трудно поддается учету. Тем не менее, в настоящее время в ПЭБ РРР отсутствуют требования по оснащению судов, предназначенных для технологических операций с нефтью, комплектами ЛРН, состав и конструкция элементов которые должны учитывать особенности технологии проведения операций ЛРН на этих судах. Поэтому в настоящей работе основное внимание уделено проблеме проектирования судовых комплектов ЛРН для этого типа судов.

Кроме того, в настоящее время Речным Регистром в полном объеме не предъявляются требования к основным характеристикам боновых ограждений (осадка и высота надводного борта), которые должны предотвращать унос нефти за боновое ограждение при различных скоростях течения, массе разлива и физических характеристиках нефти. Комплект рассматривается как набор отдельных устройств, не связанных общей функцией ликвидации разлива нефти, в то время как, например, учет совместной работы бонового ограждения с нефтесборным устройством может существенно улучшить удерживающую способность всего этого комплекса (далее комплекса «ПБО

ПСУ»). Проектирование комплектов ЛРН выполняется в отрыве от имеющихся на судне устройств и систем.

Таким образом, количество разливов нефти с судов различных типов по-прежнему, остается достаточно частым явлением, особенно при выполнении технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и нефтесодержащими смесями, а судовые комплекты JIPH недостаточно приспособлены для выполнения своих функций и требуют совершенствования.

Требуют уточнения по этим вопросам и Правила Российского Речного Регистра, все это показывает, что исследования в выбранном направлении являются актуальными.

Из всех технических средств, входящих в судовой комплект ЛРН, наиболее важным является комплекс, состоящий из плавающего бонового ограждения (ПБО) и нефтесборного устройства (НСУ), поэтому исследования посвящены совершенствованию проектирования этого комплекта.

При исследовании работы комплекса «ПБО - НСУ», использовались результаты исследований Rowe R.D., Delvigne, G.A.L., Leibovich S., Комаров-ский Д.П., Липский В.К., Феннелопа и Wicks М., исследовавших природу и причины возникновения уноса нефти под боновое ограждение, а также Lee С.М., Kang К.Н., Clavelle E.J., Chang-Fa An, предложивших использовать для исследования работы боновых ограждений и оптимизации их рабочих характеристик, программы моделирования движения жидкости и газа, на основе численного решения уравнения Навье-Стокса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На базе компьютерных программ моделирования движения жидкости и газа впервые был разработан «виртуальный испытательный стенд» для исследования обтекания плавающего бонового ограждения.

2. Впервые с помощью виртуального испытательного стенда исследованы особенности обтекания комплекса, состоящего из ПБО и нефтесборного устройства.

3. Разработана математическая модель работы ПБО с учетом свойств нефти, условий эксплуатации судна и производительности нефтесборного устройства.

4. Впервые исследовано влияние свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна на основные характеристики комплекса ПБО с нефтесбор-ным устройством.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана методика определения и выбора основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ», обеспечивающего отсутствие уноса нефти под боно-вое ограждение.

2. Разработанная методика была использована при выполнении научно-исследовательской работы по теме: «Разработка требований к сорбентам, плавучим боновым ограждениям, спецодежде и устройству для подачи сорбента в зону разлива (средства локализации и сбора нефти)» по заказу Российского Речного Регистра. Уравнения методики применялись для назначения требований к характеристикам комплекса «ПБО-НСУ», входящего в состав судового комплекта по локализации и ликвидации разливов нефти для обеспечения его работоспособности при скоростях течения больших 0,5 м/с.

3. Методика использовалась при определении состава и характеристик технических средств ЛАРН для опорных пунктов по локализации и ликвидации аварийных разливов нефти в Волжском бассейне, в ходе выполнения научно-исследовательской работы по теме: «Выполнение исследования и разработка проекта состава, количества и дислокации технических средств и сил ЛАРН в границах ФГУ Волжского ГБУ» по заказу Федерального Государственного Учреждения Волжское Главное Бассейновое Управления Водных путей и Судоходства.

4. Основные положения методики легли в основу проекта технических условий: «Судовые комплекты по борьбе с разливами нефти» (ТУ 6416-02010699-461-05).

Достоверность полученных результатов обеспечена применением фундаментального аппарата теоретической и вычислительной гидромеханики, современного оборудования и методов исследования. При обработке экспериментальных данных использовались методы статистического анализа, при

Я) ~ влекался аппарат математической теории планирования эксперимента. Основные результаты подтверждены натурным экспериментом.

Все теоретические, экспериментальные и расчетные исследования, результаты которых приведены в диссертационной работе, выполнены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на научнотехнической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (Н. Новгород, 2003); VIII Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2003); научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» (Н.Новгород, 2003); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2004); IX Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2004); X Нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2005); научно-практической конференции «Инженерные системы - 2005» (Москва, 2005).

По теме диссертации опубликовано восемь работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка лите

Заключение Диссертация по теме "Экология", Чебан, Егор Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе были получены следующие основные результаты исследований:

1. Проведен анализ статистических данных по разливам нефти за период с 1982 по 2001 годы и выявлено, что разливы нефти судов в основном относятся к эксплуатационным происшествиям и происходят во время выполнения технологических операций с нефтью, нефтепродуктами и неф-тесодержащими смесями.

2. Анализ судовых комплектов ЛАРН, используемых для локализации и ликвидации разливов нефти показал, что они недостаточно приспособлены для выполнения своих функций на судах и требуют совершенствования.

3. Разработан «виртуальный испытательный стенд» для исследования обтекания комплекса «ПБО-НСУ» двухфазным потоком со свободной поверхностью на основе программного комплекса «РЬу/У^юп».

4. Выполнен численный эксперимент с использованием разработанного «виртуального испытательного стенда».

5. Получена математическая модель работы плавающего бонового ограждения с учетом производительности НСУ, свойств нефтепродуктов и условий эксплуатации судна.

6. Исследовано влияние производительности НСУ, свойств нефтепродукта и условий эксплуатации судна на основные характеристики комплекса «ПБО-НСУ».

7. Разработана методика определения и выбора основных характеристик комплекса «ПБО-НСУ», обеспечивающих отсутствие уноса нефти под боновое ограждение.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Чебан, Егор Юрьевич, Нижний Новгород

1. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. -М.: Металлургия, -1969.- 160с.

2. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976. -280с.

3. Аксенов A.A., Гудзовский A.B. Пакет прикладных программ Flow Vision // М.: МФТИ., сер. Аэрофизика и прикладная математика.— 1998. — С. 4556.

4. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиз-дат, -1975.-330с.

5. Алхименко А.П., Голубев Д.А., Зорохов A.A., Петров B.C., Цветков В.Ю. Обеспечение экологической безопасности при танкерных операциях и бункеровке судов. СПб.: Северо-западный НИИ Наследия, - 2002. - 54с.

6. Алферьев М.Я. Гидромеханика. М.: Речной транспорт, - 1961. — 328с.

7. Бажан П.И., Вайсблат Б.И., Трянин И.И. Основы научных исследований на речном транспорте: Учебное пособие для студентов институтов водного транспорта. Горький: Волго-Вятское книжное издательство. 1990. — 319 с.

8. Белоцерковский О.М. Прямое численное моделирование переходных течений газа и задач турбулентности. //Сб. «Механика турбулентных потоков». М.: Наука, - 1980. - с.70-108.

9. Бенькович Е., Колесова Ю., Сениченкова Ю. Практическое моделирование динамических систем. СПб.: BHV, -2001. 304с.

10. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы, каверны. М.: Мир, - 1964. -468с.

11. Боновое ограждение: Пат.2119006 Россия, МПК Е02 В15/04/Самойлов H.A., Хлесткин Р.Н., Шаммазов A.M., Дворников В.Л.; Уфим. гос. нефт. тех. ун-т. №97104575/25; Заявл. 24.3.97; опубл. 20.9.98, Бюл. №26.

12. Боновое ограждение: Пат. 2119006 Россия, МПК Е02 В15/04 /Самойлов H.A., Хлесткин, Р.Н. Шаммазов A.M., Дворников В.Л.; Уфим. гос. нефт. тех. ун-т.-№97104990/25;3аявл. 25.3.97;Опубл. 20.9.98, Бюл. №26.

13. Броунштейн Б.И. Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. Л.: Химия, 1988. - 104с.

14. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах. Л.: Химия, 1977. 279с.

15. Ваганов А.Б. Определение условий удержания судна-земснаряда на оси траншеи при работе в штормовых условиях моря. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 2 НГТУ. Нижний Новгород, 1995. с.35-53.

16. Ваганов А.Б. Разработка методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Нижний Новгород, 2003.

17. ГОСТ 26098-84 Нефтепродукты.

18. Гупта А., Лили Д., Сайрад Н. Закрученные потоки, /пер. с англ. М.: Мир, -1987.-588с.

19. Данные по случаям разливов нефтепродуктов в ОАО «Волготанкер» за период с 1982 по 2001. Исх. № 100-СМР 46-3071, от 23.04.02.

20. Дейли Дж., Харлеман Л. Механика жидкости. М.: Энергия, - 1971. - 480с.

21. Законодательный Акт США ОРА-90. Меры по предотвращению аварий, связанных с разливами нефти.

22. Звездунов С.И. Проблемы защиты окружающей среды при эксплуатации морских портов. — СПб.: Северо-западный НИИ Наследия, -2002. — 160с.

23. Зубрилов С.П., Ищук Ю.Г., Косовский В.И. Охрана окружающей среды при эксплуатации судов. — Л.: Судостроение, 1989. - 255с.

24. Калиткин H.H. Численные методы. — М.: Наука, 1978. — 512 с.

25. Владимиров В.А., Измалков В.И., Катастрофы и экология. Министерство Российской Федерации по делам Гражданской обороны и Чрезвычайных ситуаций — М.: Б.и.,2000. — 379с.

26. Комаровский Д.П., Липский В.К. Взаимодействие нефтяного пятна на поверхности водотока с боновым заграждением.//Природные ресурсы №4. Изд. Академии наук Республики Беларусь. Минск, 2003 г.

27. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкости. Пер. с англ. JL: Судостроение, - 1979. - 264с.

28. Кондранин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В., Евдокимов A.B., Зуев А.П. Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: Учебное пособие — М.: МФТИ, 2005. — 104 с.

29. Кондранин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В., Евдокимов A.B., Зуев А.П. Использование средств компьютерного моделирования в курсах механики жидкости и газа: учебно-методическое пособие — М.: МФТИ, 2005. — 112 с.

30. Кормак Д. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. Пер. с англ. М.: Транспорт, - 1989. - 365с.

31. Краснощеков П.С., Петров A.JI. Принципы построения моделей. М.: Изд-во МГУ, 1983.-264с.

32. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, - 1977. - 408с.

33. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Гидродинамика. Т. 6. — М.: Наука, 1986. 736с.

34. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. — М.: Наука, 1987. —840 с.

35. Малышкин А.Г., Морозов Н.П. Технология и организация нефтеперевозок на речном транспорте. — М.: Транспорт, 1981. 210с.

36. Мейз Д.Ж. Теория и задачи механики сплошных сред. М.: Мир, -1974. -318с.

37. Международная конвенция МАРПОЛ-73/78, Приложение 1 правило 26.

38. Метод сбора с поверхности воды нефтяных остатков нефти, нефтеводяной смеси и других загрязняющих жидкостей и устройство для его реализации. Залька 3913129 ФРГ, МКИ5 В63 В 35/44, Е02 В15/04 опубл. 10.01.91г.

39. Милн-Томпсон Л.М. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир, -1964. — 630.

40. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1997. 4.1 464с.; 4.2.-360с.

41. Норри Д., де Фриз Ж., Введение в метод конечных элементов. — М.: Мир, -1981.-304с.

42. Нунупаров С.М. Предотвращение загрязнения моря с судов. М.: Транспорт, - 1985.-287с.

43. Патрашев А.Н. Прикладная гидромеханика. М.: Воениздат, -1970. — 684с.

44. Постановление Правительства РФ от 5 ноября 1995 г. N 1113 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» (с изменениями от 22 апреля 1997 г).

45. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000г. № 613 «О неотложных мерах по предотвращению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».

46. Постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2002 г. № 240 «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации».

47. Постановление Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

48. Приказ Министерства Речного флота Российской Федерации от 16.08.94г. № 69 «Положение о классификации, распространении и учете транспортных происшествий на внутренних судовых путях РФ».

49. Приказ Минтранса от 29 декабря 2003г № 221 «Об утверждении Положения по расследованию, классификации и учету транспортных происшествий на внутренних водных путях Российской Федерации».

50. Приказ Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий от 08.07.2004 № 329.

51. Плавучее заграждение для локализации и сбора нефти с поверхности воды: A.c. 1783063 СССР, МКИ Е02 В15/04/Савинов Г.Ф.;ЦКБ Шельф-№4874204/15;3аявл. 16.10.90;0публ. 23.12.92, Бюл.№47.

52. Пояснительная записка к первой редакции проекта требований ПРРР «Требования к судовому оборудованию и устройствам для предотвращения60.