Информацирнно- аналитическая система геотехнического мониторинга и управления магистрального газопровода «ямал торжок» 05. 13. 01 Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технол (стр. 2 из 5)
Практическая значимость представляют собой следующие результаты:
1. Разработанное техническое обеспечение системы автоматизации наблюдений за температурами грунтов и деформациями сооружений подсистемы ГТМ системы магистральных газопроводов «Ямал – Торжок».
2. Рассчитанные параметры технологической подготовки газа, обеспечивающих однофазное транспортирование газа по МГ
3. Результаты прогноза теплового воздействия и мерзлотно-температурной динамики грунтов на период строительства и эксплуатации газопровода, которые применены в практике проектирования.;
4. Методика организации сети геотехнического мониторинга на объектах системы магистральных газопроводов «Ямал – Торжок».
5. Методика технико-экономического обоснования организации оборудования и эксплуатации сети геотехнического мониторинга природно-техническими объектами системы магистральных газопроводов «Ямал - Торжок»;
Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы:
· корректным использованием идей и методов системного анализа при структуризации проблемы исследования влияния на экологию регионов проекта строительства системы магистральных газопроводов «Ямал - Торжок» и синтеза системы ГТМ;
· корректным использованием математических методов решения трехмерной осесимметричной задачи теплопроводности с подвижными границами раздела фаз в неоднородных средах;
· совпадением с точностью до 10-15% результатов математического моделирования и реальных экспериментальных данных, связанных с распространением тепла в зоне прокладки газопровода.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Юбилейной Международной научной конференции памяти В.В.Кафарова «Методы кибернетики в химии и химической технологии». (г.Москва, 2004 г.) и заседаниях научно-технических советов в Инженерно-техническом центре экологической безопасности газовой промышленности "Оргэкогаз" (г.Москва, 2005 г.), секции Автоматизации и секции Охраны окружающей среды в ОАО "Газпром" (г.Москва, 2002-2005 гг.), на семинарах по экологическому мониторингу НПО ДИЭМ (г.Москва, 2003-2005 гг.) и МГГУ (г.Москва 2003-2005 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного содержания, заключения, где сформулированы основные результаты, и библиографического списка из 49 наименований. Содержание диссертации изложено на 118 страницах текста и содержит 23 рисунков и 24 таблицы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе диссертационной работы рассматривается состояние окружающей природной среды в районе расположения объектов системы магистральных газопроводов «Ямал - Торжок», дается характеристика инженерно-геологических условий и оценка экологического воздействия газопровода на окружающую среду. Обзорная схема трассы системы магистральных газопроводов Ямал-Центр представлена на рис. 1. Территория, строительства магистральных газопроводов, и, прежде всего, на участке Бованенково-Ухта, характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями. Трасса проходит в трех природно-климатических зонах (с севера-востока на юго-запад): тундровой, лесотундровой и таежной и попадает в различные по тектоническому строению области. Первые 115 км трассы, относящихся к полуострову Ямал, расположены на крайнем северо-западе Западно-Сибирской плиты. Следующие 200 км трассы проходят по территории Полярного Урала и Предуральского краевого прогиба. Трасса газопровода на головном участке пересекает Байдарацкую губу протяженностью около 70 км. Остальная часть трассы до Ухты расположена на Печорской синеклизе Русской плиты. На участке Ухта-Торжок трасса проходит в одном коридоре с действующей системой газопроводов ОАО «Газпром».
Рис. 1. Схема расположения трассы магистрального газопровода Ямал-Центр.
Для головного участка трассы газопровода характерны следующие природные криогенные процессы и явления:
· криогенное пучение грунтов, которое распространено почти на всей территории выделенных геокриологических участков трассы Бованенково-Ухта;
· наледеобразование, которое развивается, в основном, в северной части исследуемой территории в пределах области развития вечномерзлых пород;
· процессы эрозии и термоэрозии, в разной степени развитые на ряде геокриологических участках и вызывающие возникновение процессов оседания, обрушения, осыпания, оползания и др;
· солифлюкция и оползнеобразование, развитые в пределах некоторых геокриологических участков и по воздействию на инженерные сооружения также относящихся к числу опасных;
· термокарст, который образуется в связи с оттаиванием льдонасыщенных грунтов и вытаиванием подземных льдов, приводящий к проседанию поверхности земли, возникновению отрицательных форм рельефа и их заболачиванием.
Игнорирование объективных закономерностей развития ландшафтов криолитозоны, обусловленных геодинамическим или геотехническими факторами и наличием многолетнемерзлых пород (ММП), при строительстве газопроводов в условиях Крайнего Севера, неизбежно приводит к нарушению нормального функционирования возведенных на них инженерных сооружений уже в первые годы их эксплуатации, что чревато возникновением значительных аварий, последствиями которых являются значительные разрушения и гибель людей, огромные экономические потери и значительные масштабы экологических бедствий. Основные потенциально опасные геотехнические процессы, требующие контроля при ГТМ объектов системы газопроводов на примере системы МГ "Заполярное-Уренгой" систематизированы в диссертации и представлены на рис. 2. На основании выполненной систематизации в диссертации показано, что в основе новой концепции строительства объектов газовой промышленности на Крайнем Севере должна быть положена смена принципа "контроль воздействия" на мерзлые ландшафты на принцип "предупреждение воздействия". Поставленная цель достигается посредством создания системы комплексного геотехнического мониторинга (ГТМ) как линейной части газопроводов, так и площадок КС и объектов инфраструктуры на этапах проектирования, строительства и эксплуатации. Система ГТМ позволяет осуществлять комплексную диагностику ГТС, своевременно выявлять отклонения от проектов, строительных норм и правил, которые могут повлечь за собой снижение эксплуатационной надежности строящихся объектов, возникновение аварийных ситуаций и нанести ущерб окружающей среде.
Для исследования и прогнозирования условий формирования геокриологической обстановки в зоне теплового влияния подземного газопровода Бованенково-Ухта на участке КС Байдарацкая-КС Ярынская (переход через Байдарацкую губу) были исследованы двухмерные математические модели нестационарного теплообмена в породах при наличии произвольного числа фронтов фазовых переходов в исследуемой области. Расчет температурных полей и пространственного перемещения фронтов промерзания-оттаивания осуществлялся по программе «Тепло», разработанной на кафедре геокриологии геологического факультета МГУ под руководством профессора Л.Н.Хрусталева. Была выполнена калибровка модели, включающую в себя проверку и коррекцию всех исходных параметров (граничных и начальных температурных условий) на соответствие результатов математического моделирования мерзлотно-температурной обстановки реальным геокриологическим условиям. Для этого решалась серия упрощенных задач для различных участков выбранной расчетной области с использованием некоторого диапазона изменения набора входящих в модель параметров. В их числе: решение ряда одномерных задач для определения величины среднегодовой температуры пород и глубин их сезонного оттаивания или промерзания. На основе указанного предварительного моделирования при использовании в модели среднемноголетних данных по среднемесячным температурам воздуха проводился подбор
Рис.2. Систематизация техногенных воздействий на ММП при строительстве системы МГ “Заполярное – Уренгой”
теплоизоляционных свойств напочвенных покровов, при которых расчетная геокриологическая обстановка хорошо соответствует реально наблюдающимся условиям на площади участков береговых переходов. Такое соответствие достигнуто при средне зимнем значении термического сопротивления снежного покрова порядка 0,9-1,1 м2час град/ккал (что соответствует средне зимней мощности снежного покрова порядка 0,25-0,35 м) и термических сопротивлениях относительно маломощного напочвенного растительного покрова 0,1-0,2 м2час град/ккал.
Расчетная область математической двухмерной модели представляет собой вертикальную полуплоскость, перпендикулярную оси трубы, ограниченную сверху поверхностью земли. В силу симметричности тепловой задачи относительно вертикальной плоскости симметрии, проходящей через осевую линию трубы, расчетная область составляет половину полупространства грунтового массива.
Общее количество внутренних блоков составляло в разных вариантах модели 800-1100. Точность геометрического соответствия модели в пределах трубы и ближней ее окрестности составляет 0,1-0,2 м. В каждом блоке задаются свои теплофизические характеристики (5 параметров) и начальная температура пород. В случае засоленных грунтов в каждом блоке задается также важная шестая теплофизическая характеристика – температура фазового перехода влаги в порах пород. В граничных блоках назначаются переменные по времени (по месяцам) или постоянные граничные условия I, II или III рода. Ноль вертикальной и горизонтальной осей координат выбран на поверхности земли над осевой частью трубы.