Логистико-топографическая модель управления транспортированием нефтезагрязненных грунтов

УДК 656.1.5

В. А. Лашков, Р. Ш. Суфиянов, Ле Куанг

ЛОГИСТИКО-ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЕМ

НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ

Ключевые слова: логистико-топографическая модель, аварийный разлив нефти, нефтезагрязненный грунт, управление транспортированием.

На основе расчета рисков аварийных разливов нефти по алгоритму Дейкстры рассмотрена логистико-топографическая модель транспортирования нефтезагрязненных грунтов, образующихся на территории южной части Республики Вьетнам. Модель представлена в виде графа, с пронумерованными местами возможных порывов нефти на трубопроводах с «весовыми характеристиками», определяющими потенциальное количество разлитой нефти. С помощью разработанной модели определяется место полигона для сбора нефтезагрязненных грунтов и последующего их обезвреживания.

Keywords: of logistics-topographic model, emergency oil spill, oil-contaminated soil, transportation management.

On the basis of the calculation of the risk of oil spills on Dijkstra's algorithm discussed logistics-topographic model of the transport of oil-contaminated soils, formed on the territory of the southern part of Vietnam. The model is represented as a graph, with numbered seats possible gusts of oil pipeline with a "weight characteristics" that determine the potential amount of oil spilled. With the help of the developed model is determined by the landfill site for the collection of oil-polluted soil and subsequent neutralization.

При добыче и транспортировке нефти по трубопроводам нередко происходят аварии, приводящие к разливам нефти, в результате которых почва загрязняется нефтью и практически становится негодной, в том числе и для нужд сельского хозяйства [1]. Нефте-загрязненные грунты(НЗГ) по степени опасности для окружающей природной среды относят к опасным отходам и если невозможно провести их рекультивацию, то НЗГ необходимо обезвреживать. При рекультивации почв, а также для их обезвреживания применяются различные методы [2]. Перед этим, как правило, НЗГ собирают на месте аварийного разлива и транспортируют на специальные полигоны, где и осуществляется их обезвреживание [3].

Масштабы загрязнения земель нефтью (нефтепродуктами) довольны значимы. В государственном докладе о состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году [4] приводятся данные Росреестра на 1 января 2016 г., согласно которым площадь всех нарушенных земель в России составляет 1037 тыс. га. При этом, в 2015 г. лишь в одной Компании «Лукойл» произошли аварии с загрязнением земель нефтью (нефтепродуктами) на площади 89 га (в 2014 г. - на площади 118 га) с экологическим ущербом от аварий на сумму 126,1 млн руб. (в 2014 г. - 0,44 млн руб.). В ПАО «Газпромнефть» и «Башнефти» за год площадь нарушенных земель увеличилась почти на 69%. Но если в ПАО «Газпром нефть» площадь рекультивированных земель увеличилась в 2015 г. почти в 4 раза, то в «Башнефти» наоборот площадь рекультивированных земель 2015 г. сократилась почти в 2 раза.

В табл.1 представлены данные об объемах отходов, образовавшихся и обезвреженных в крупнейших нефтедобывающих компаниях РФ в 2014 и 2015 годах, в том числе нефтешламов (НШ) [4].

Одной из основных причин образования НЗГ являются аварии на нефтепроводах (магистральных и промысловых) общая протяженность которых составляет десятки тысяч километров.

В табл.2 приведены данные о порывах нефтепроводов в 2015 году на предприятиях топливно-энергетического комплекса [4].

Таблица 1 - Объемы образовавшихся и обезвреженных отходов

Предприятие Образовано, тыс.т Обезврежено, тыс.т

2014 г. 2015 г. 2014 г. 2015 г.

ЛУКОЙЛ, в т.ч. НШ 1213,8 42,3 807,3 37,9 40,8 0,14 6,8 4,6

ПАО «Газпром-нефть», в т.ч. НШ 657,3 107,9 1105,8 123,0 123,5 0,02 10,2 0,04

ОАО «Славнефть», в т.ч. НШ 348,7 22,8 383,6 24,5 258,1 271,7

«Башнефть» в т.ч. НШ 64,1 43,4 103,0 53,1 29,4 26,8 32,9 30,0

ПАО «Татнефть», в т.ч. НШ 75,3 32,2 61,2 35,3 0,49 0,09 0,15 0,15

Таблица 2 - Порывы нефтепроводов

Предприятия Порывы трубопроводов, случай Количество потерянной нефти, т

Нефтяные компании 19818 66192

Прочие производители 935 1927

Всего по РФ 20753 68118

В настоящее время значительная часть нефтепроводов изношена и требует капитального ремонта, и эти обстоятельства обуславливают возникновение аварий в системе транспорта нефти. Проблема может быть решена заменой старых нефтепроводов, но в настоящее время это является маловероятным т.к. для этого необходимы весьма значительные средства. Тем не менее, НЗГ образуются и их необходимо транспортировать к месту обезвреживания на специальные полигоны, создание которых является одной из приори-

тетных задач, решение которой будет способствовать эффективному обезвреживанию НЗГ [5].

Место аварийного разлива нефти и количество НЗГ, образующего при аварии с определенной долей вероятности можно рассчитать в соответствии с методическим руководством [6] и на основании данных расчетов можно определить место размещения полигона для обезвреживания НЗГ [7,8].

Как правило, для удобства монтажа и обслуживания, трассы трубопроводов проектируют вдоль проездов, дорог или полотен железной дороги. Для количественной оценки риска (тяжести) R А потенциальной аварии используем одну из таких известных формул

RA =1 Г=1 Р(А)Р(С,/А)у, = = [Р(А)][е ¡=1 Р(С,/А)]у,

где Р(А) - вероятность события А (аварии); Р(С,) -вероятность 1= 1...Бпоследствий С, (событий)с образованием нефтезагрязненных грунтов у,.

Расчет Р(А)проведем на основе анализа причин, способствующих возникновению аварии с использованием статистических данных по аварийности и анализе «дерева отказов», а при определении последствий возможных аварий применяли метод «дерева событий».

Обобщающий показатель качества и состояния дороги Пд определим по следующей формуле [9]

ПД = КПДКобКэ

Д Д об э

где КПД - комплексный показатель транспортно-эксплуатационного состояния дороги; Коб - показатель инженерного оборудования и обустройства; Кэ -показатель уровня эксплуатационного содержания.

При этом значения КПд может меняться в интервале от 0,15 до 1,25 и значения весов ребер графа могут быть заданы в зависимости от состояния автодороги, т.е. с учетом КП .

Общие затраты на утилизацию НЗГ складываются из двух составляющих: транспортные расходы от места образования до перерабатывающего предприятия и затраты на обезвреживание. При этом, затраты первого рода существенно зависят от выбора места расположения предприятия.

Для определения его месторасположения разработаны соответствующие алгоритм и программа, включающие три основных этапа: Этап. 1. Определение координат Ох и Оу «центра

тяжести» О .

Расчет производится по формулам

Ох =1 ¡=1ГЛ /I !=1 г,,

Оу =1 !=1 г,у, /I !=1 г,,

где ! - количество учтенных потенциальных источников образования НЗГ; Г - риск (вероятность) аварийного разлива нефти (нефтепродуктов); X - опасность (математическое ожидание количества НЗГ).

Этап. 2. Определение ближайших к «центру тяжести» населенных пунктов.

Вводится рамка с центром в точке О , размерами Lx , Ly , и задается число населенных пунктов к . Если в исследуемой области число населенных пунктов было меньше к , то размеры рамки увеличивают. Процедура повторяется до тех пор, пока в выбранной рамке не оказывается к населенных пунктов - альтернатив для выбора месторасположения предприятия.

Этап. 3. Поиск «перспективного» населенного пункта.

Для данных к населенных пунктов проводится уточненный анализ. Выполняется прямой ход метода Дейкстры по определению минимального маршрута, на котором на всех остальных пунктах, характеризующихся значениями р, проставляются метки М ^ ^ которые отражают стоимость перевозок из р,.

Выполняется определение полной стоимости перевозок из к населенных пунктов с учетом качества дорог при S¡ ^ ! П

в, =1

к ГМ

Данная ситуация является характерной и для Социалистической Республики Вьетнам, которая являясь страной с быстроразвивающейся экономи-кой,потребляет все увеличивающееся количество сырьевых и энергетических ресурсов. Важную роль в экономике страны играет нефть, которая экспортируется, но с каждым годом возрастает число и собственных открытых месторождений. На рис.1 представлены соответствующие данные.

Быстрое промышленное развитие страны не всегда «идет в ногу» с требованиями техносферной безопасности. Значительная часть нефти в стране транспортируется по нефтепроводам, существенная доля которых составляют нефтепроводы, находящиеся в эксплуатации десятки лет и также как в Российской Федерации, нуждаются в капитальном ремонте. Увеличивается риск аварийных разливов нефти и высока вероятность крупных пожаров из-за возгорания, как нефти, так и образовавшихся при аварии НЗГ.

На рис.2 представлена условная схема трубопроводного транспорта нефти южной части Вьетнама с автомобильными дорогами, связывающими населенные пункты с указанием в километрах расстояний между ними.

Для расчета рисков аварийных разливов нефти и для оперативного реагирования для ликвидации возможных аварий разработана программа на основе алгоритма Дейкстры, фрагмент которой представлен на рис.3. На схеме, представленной в виде графа, пронумерованы места возможных порывов нефти на трубопроводах с рассчитанными «весами», характеризующими потенциальное количество разлитой нефти.

Рис. 1 - Добыча и экспорт нефти во Вьетнаме по годам

Рис. 2 - Схема трубопроводов и автодорог в условных координатах Х-Y

Рис. 3 - Фрагмент программы

На основе данных расчета рисков аварийных разливов нефти с помощью разработанной программы можно определить место расположения полигона для сбора НЗГ с целью последующего их обезвреживания, а также рассчитать наиболее рациональный маршрут транспортирования НЗГ с учетом «плеча» перевозки.

Литература

1. Р.Ш. Суфиянов, Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе,5, 36-39 (2010).

2. В.А.Лашков, Р.Ш. Суфиянов, Вестн. Казан. технол. унта, 17, 2, 284-286 (2014).

3. К.Х.Ле, Р.Ш.Суфиянов,// Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и экологии» (Тверь, Россия, 2016). Тезисы доклада. Тверь, 2016. С. 285-287.

4. Государственный доклад Министерства природы России «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». НИА-Природа,Москва, 2016. 639 с.

5. Р.Ш. Суфиянов Вестн. Казан. технол. ун-та, 16, 8, 307309 (2013).

6. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах. Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, Москва, 2002. 45 с.

7. Р.Ш. Суфиянов, Известия МГТУ «МАМИ», 4, 2, 205-209 (2012).

8. Я.С.Мухтаров, Р.Ш.Суфиянов, Н.И.Гданский, В.А.Лашков, Вестн. Казан. технол. ун-та,11, 201-205 (2012).

9. Н.В.Пеньшин, Вопросы современной науки и практики, 1, 145-148 (2009).

© В. А. Лашков - д.т.н., профессор, зав. каф. машиноведения Казанского национального исследовательского технологического университета (КНИТУ), lashkov_dm@kstu.ru, Р. Ш. Суфиянов - д.т.н., проф. Московского политехнического университета, Ле Куанг - магистрант МПУ.

© V. A. Lashkov - Professor, Head of Department. Mechanical Engineering, Kazan State Technological University (KNRTU), lashkov_dm@kstu.ru, R. S. Sufiyanov - Professor Moscow Polytechnic University (MPU), Le Quang - Master MPU.