Методическое пособие 796

Выводы На основании выше изложенного можно подвести итоги. Применение мазута в роли

альтернативного горючего влечет дополнительные затраты, влияющие на общую эффективность производительности ТЭЦ. Вместе с тем мероприятия по чистке тары в которой хранится мазут и сжигание самого мазута является небезопасным для окружающей среды и сопровождается выделением загрязняющих веществ в атмосферу.

Таким образом, на тепловых станциях, где мазутное топливо применяется как запасное топливо, необходимо принять меры по восстановлению мазутных комплексов с целью улучшения эффективности накопления и использования данного топлива, а также минимизировать потребность его использования. Возможно, следует подумать о том, чтобы полностью отказаться от использования этого горючего и перейти на иное, к примеру, дизельное или сжиженные углеводородные газы. Но данное решение потребует отдельного изучения и подсчетов, особенно экономических, поскольку эти виды топлива дороже мазута, и окупаемость этого события будет иметь большое значение.

Литература

1.Назмеев Ю. Г. Мазутные хозяйства ТЭС.—М.: Издательство МЭИ, 2002.— 612 с.

2.Пособие для изучения «Правил технической эксплуатации электрических сетей» (тепломеханическая часть).— М.: ЭНАС, 2014.— 416 с.

3.Мутугуллина И. А. Пути решения проблем при использовании мазута.

4.Муканов Р. В., Свинцов И.Я. Влияние электростатического поля на вязкость жидкого топлива. // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2016. № 4–18. С. 48–53.

5.М. Ф. Шагеев, Э.М. Хайриева, Р.Ф. Хуснутдинов. Хранение обводненного мазута в резервуаре. // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 8. С. 93–94.

6.Булгаков Б. Б., Булгаков А. Б. Способ подготовки и хранения жидкого топлива.

7.Клыков М. В., Алушкина Т. В., Абросимова М. О. Термическое обезвоживание мазута. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 2. С. 266–280.

8.Хранение обводненного мазута. [Электронный ресурс] http://xn--80acdifisrobafc6co2l.xn--p1ai/mazut- dlitelnogo-khraneniya

Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

S. V. Ischenko, T. V. Ashikhmina, P. S. Kuprienko

TECHNOLOGICAL PECULIARITIES OF USING MASSUTE AS AN ALTERNATIVE FUEL

AT HEAT-POWER ENTERPRISES

The article discusses different types of fuel for use in thermal power enterprises. Their positive and negative sides are considered

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

241

УДК 504(075.32)

Н. Ю. Добрынина, Т. В. Якубова

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ТЕХНОГЕННОЙ АВАРИИ НА ГАЗОНЕФТЯНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ НА РАССЕИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ГОРЕНИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

В статье рассмотрено влияние массы выброса вредных веществ, образующихся при горении газового и газонефтяного фонтана природного месторождения на распределение продуктов горения в окружающей среде

Введение

Техногенные аварии на скважинах газовых и газонефтяных месторождений представляют собой открытые пожары, в которых происходит неуправляемый выброс пластовых флюидов. Газ, содержащийся в пласте газонефтяного месторождения, находится под давлением порядка 100-200 атм и скорость его истечения составляет около 100 м3/с. Аварийное истечение фонтанирующего газа может продолжаться в течении нескольких сутокдо воспламенения. В результате вблизи скважины образуется зона загазованности протяженностьюнесколько километров и зона растекания нефти радиусом до нескольких сотен метров [1]. Действительная температура горения открытого фонтана приблизительно составляет 1600 К.Значит, аварии наносят экономический и экологический ущерб [2].

Для расчетов применяется предельно-допустимая максимальная разовая концентрация (ПДКмр), поскольку она устанавливается для атмосферного воздуха населенного пункта.ПДКмр (мг/м3) в результате выброса при аварии на газовом или газонефтяном месторождении, следующая: СO2 – 5,0; СО – 0,15; NO2 – 0,085; NO – 0,4; SO2 –

0,5; H2S – 0,008; СS2 – 0,03; CH3SH – 0,0001; C20H12 (бензпирен) – 0,00015.

Методика исследования влияния параметров выброса вредных веществ на распределение в атмосферном воздухе

Воснове расчета лежит методика определения концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, предложеннаяГоскомгидрометом. Методика предназначена для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распределения концентраций на расстояниях, не превышающих 100 км. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.

Также методика позволяет учесть большое количество факторов, среди которых, параметры поступления газов в атмосферу (высота источника выброса вредного вещества, размер источника, масса выброса, температура поступающего в атмосферу вредного вещества), а такжевлияние других параметров (условия рассеивания загрязняющих веществ в географическом районе, температуры окружающего воздуха, рельефа местности). В итоге, методика позволяет сделать выводы о влиянии изучаемых факторов на организм человека и экологическое состояние окружающей среды.

Вданной статье представлены результаты применения методики расчета вредных выбросов в атмосферу применительно к выбросу от факела пламени газового или газонефтяного фонтана.

Объектом исследования являлся одиночный точечный источник – факел пламени газового или газонефтяного фонтана открытого пожара образующийся в результате техногенной аварии.

Для анализа рассеивания вредных веществ предусмотрено изменение следующих параметров:

1)H (м) высота факела пламени;

2)D (м) диаметр устья трубы;

3)w0 (м/с) скорость выхода газо-воздушной смеси;

242

4)Тг (0С) температура газо-воздушной смеси;

5)Тв (0С) температура окружающего атмосферного воздуха;

6)M (г/с) масса выброса;

7)А коэффициент стратификации атмосферы;

8)η коэффициент рельефа местности;

9)F коэффициент оседания аэрозолей;

10)ПДКмр (мг/м3).

Авторами работы видится целесообразным сузить число параметров, влияющих на

рассеивание вредных веществ в атмосферу и найти наиболее значимые среди них. Можно не анализировать те параметры, которые слабо влияют на рассеивание или являются нормированными. Среди них можно выделить следующие: температура горения предельных углеводородов, которая составляет 1300-1350 0С; температура окружающего атмосферного воздуха, т.к. слабо влияет на разность температур: Т = Тг – Тв; диаметр устья трубы составляет от 200 до 250 мм; коэффициент оседания аэрозолей необходимо принять равным 3, в связи с отсутствием очистки вредного выброса; коэффициент стратификации атмосферы примем равным 200; коэффициент рельефа местности примем равным 1. Не учитывается изменение высоты факела пламени, т.к. на реальных пожарах ламинарный режим горения практически не встречается. Турбулизация пламени приводит к замедлению роста высоты факела пламени [1] с увеличением расхода газа, что отражается в известной эмпирической формуле. Дебит газового фонтана составляет (Deb, млн. м3/сутки):

Зависимость высоты факела пламени при выбранном диаметре устья (250 мм) от дебита (или секундного расхода газа) представлена в таблице.

Зависимость высоты факела пламени газового фонтана от его дебита

Из предложенных параметров модели в таблице 1 в наибольшей степени изменяется параметр w0, м/с – эффективная скорость истечения газовой струи:

где Vг , м3/с – секундный расход газа.

Эффективная скорость истечения газовой струи связана с массой выброса вредного вещества по формуле (3):

где ρг – плотность газа при заданной температуре; N – мольная доля газа.

Таким образом, для анализа выброса будем использовать параметр – массу выброса.

Результаты расчетов

В расчете используется приведенная концентрация вредного вещества. В результате получены следующие параметры рассеивания вредного вещества в окружающую среду в зависимости от массы выброса:

– область рассеивания вредного вещества х'i – х''i, м;

243

–расстояние с максимальным значением вредного вещества хм , м;

–максимальная концентрация выброса См, мг/м3;

–приведенная максимальная концентрация выброса См / ПДКмр, в долях.

Анализ расчетов показал: для масс выбросов М1=80; М2=160 г/с концентрации не превышают ПДКмр на любом расстоянии от источника выброса. Для масс выброса, превышающих 160 г/с, установили границы зоны рассеивания продуктов горения.

Масса выброса М3=320 г/с – превышение ПДКмр на расстоянии, равном 300-2800 м; М4=640 г/с – превышение ПДКмрна расстоянии 210-4500 м; для массы выброса М5=1280 г/с – превышение ПДКмр на расстоянии от 170 и до более чем 5000 м.

Кроме того, установлено, что масса выброса не влияет на положение максимума хм, равное 980 м.

В итоге, устанавлена прямопропорциональная зависимость между увеличением массы выброса и изменением концентации выброса вредного вещества, при котором в окружающей среде достигается максимальное значение ПДК по расстоянию х от источника выброса.

Литература

1.Расчет основных характеристик техногенной аварии, сопровождающейся горением газовых и газонефтяных фонтанов [Тест] : учебно-методическое пособие по выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Физико-химические основы пожароопасных процессов в техносфере». Направление подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность / авт.-сост. Е. В. Гайнуллина, Н. Ю. Добрынина. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2018. – 41 с.

2.Гайнуллина, Е. В. Пожароопасные процессы в техносфере [Текст] : учебное пособие. Направление подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность / Е. В. Гайнуллина, А. В. Кокшаров, Н. Ю. Добрынина. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2018. – 123 с.

Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, г. Екатеринбург, Россия

N. Yu. Dobrynina, T. V. Yakubova

THE EFFECT OF HARMFUL SUBSTANCES EMISSION PARAMETERS AT THE GAS-OIL FIELD ON THE DISPERSAL OF COMBUSTION PRODUCTS IN THE ENVIRONMENT

The article considers the impact of the mass of harmful substances emissions, formed by the burning of the gas and gas-oil gusher of the natural field on the distribution of combustion products in the environment

Ural Institute of the State Fire Service of EMERCOM of Russia, Yekaterinburg, Russia

244

УДК 631.95

А. В. Линкина

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ И МОНИТОРИНГА АГРОЛАНДШАФТОВ

В статье рассмотрен мониторинг экологического состояния агроландшафтов и их динамика с помощью данных дистанционного зондирования. Отражены возможности геоинформационного обеспечения организации и мониторинга агроландшафтов с помощью векторизатора (на примере программы Easy Trace) и использования растровых файлов (на примере ГИС компании ESRI). При оценке состояния рельефа территории объекта исследования был сделан следующий вывод. Значительные по размерам площади, подвергшиеся эрозии почвы, напрямую зависят от первоначального наличия разветвленной овражно-балочной сети. При этом для восстановления разрушенных компонентов агроландшафта и минимизации неблагоприятных антропогенных факторов требуется вложение значительных средств, что не обеспечивается получением соразмерного приростасельскохозяйственной продукции. Отмечается, что использование атрибутивных данных (почвенные разности, структура посевных площадей, рельеф, происходящие эрозионные процессы и т.д.) при построении геоинформационной модели позволяют эффективно обрабатывать сведения о состоянии земель сельскохозяйственного назначения с дальнейшей возможностью интеграции этих сведений в различные информационные системы

Одним из наиболее современных способов организации мониторинга агроландшафтов является использование данных дистанционного зондирования (ДДЗ) с дальнейшей их обработкой в геоинформационных системах. На данный момент этот подход способствуетобеспечению получения наиболее точных сведений о состоянии окружающей среды.

Вместе с этим, переход агропромышленного комплекса на принципы адаптивноландшафтного земледелия предполагает использование обширных баз данных с геоинформационной и тематической привязками. Подобными базами данных располагаютразличные организации, выполняющие научно-исследовательские и проектные работы в области землеустройства. Вместе с тем, большой объем требуемой информации содержится только на бумажных носителях (особенно это актуально для таких архивных данных как данные топографической съемки, почвенные карты, генерализованные карты и др.) [8]. Обработка и использование в работе таких сведений приводит к значительным затратам производственных и временных ресурсов, а такжечастичной потере информации или увеличению погрешности, что снижает точность полученных результатов.

Оптимизации процесса получения и обработки информации способствует автоматизация производственного процесса. Значительная роль при осуществлении мониторинга, анализе, прогнозировании и накоплении данных отводится географическим информационным системам (ГИС), позволяющим существенно повысить уровень исследований и обрабатывать очень большие объемы получаемой и хранящейся информации. Однако подобные технологии при землеустройстве и формировании экологоландшафтных систем земледелия не используются повсеместно, а значит, требуют разработки новых подходовдля их использования. Частично это связано с их высокой стоимостью и необходимостью наличия высококвалифицированного персонала.

На примере данной статьи покажем некоторые возможности геоинформационного обеспечения организации и мониторинга агроландшафтов. В данной работе для этого были использованы геоинформационные программные продукты компании ESRI, которые обладают большими возможностями для управления объёмов растровых данных, хранения пространственных данных в СУБД и интеграции с другими информационными системами. Графические модели были разработаны с применением пространственной геоинформационной среды Arcgis 10.3., тематическая и атрибутивная информация обрабатывалась в Arccatalog 10.3.

245

В программном продукте MGIS (GEOM) авторами проводился анализ и перевод в картографическую форму количественной информации (на основе xml-разметки геодезической и другой информации с пространственной привязкой).

Также использовались растровые и векторные данные, в том числе и архивные спутниковые снимки, с открытого ресурса GoogleEarth, автоматизированные базы данных федерального органа государственной статистики и публичная кадастровая карта.

Район нашего исследования был ограничен муниципальными районами Воронежской области. Объектом исследования и мониторинга явились агроландшафты и состояние их компонентов, таких как рельеф, почвенный покров, растительный покров, наличие биоразнообразия и продуктивность угодий. Общая площадь исследуемой территории составила 5,2 млн га, из них на долю земель сельскохозяйственного назначения приходитсяболее 4,1 млн га. На долю пашни приходится 2,8 млн га, что составляет более 69 %. Сенокосы и пастбища занимают 0,2 млн га и 0,7 млн га, что соответствует 3,6 % и 16,2 %. Таким образом, на долю дестабилизирующих угодий приходится большая часть территории, в связи с чем большинство агроландшафтов Воронежской области находится в состоянии разрушающихся и неустойчивых.

При оценке состояния рельефа территории объекта исследования был сделан следующий вывод. Значительные по размерам площади, подвергшиеся эрозии почвы, напрямую зависят от первоначального наличия разветвленной овражно-балочной сети. При этом для восстановления разрушенных компонентов агроландшафта и минимизации неблагоприятных антропогенных факторов требуется вложение значительных средств, что не обеспечивается получением соразмерного приростасельскохозяйственной продукции.

Также по данным дистанционного зондирования можно выделить агроландшафты, в которых имеются недостатки проектирования, такие как нерациональное расположение полезащитных и стокорегулирующих лесных полос либо их расположение с нарушением нормативов удаленности, обработка вдоль склонов, отсутствие необходимых противоэрозионных гидротехнических объектов. Устранение имеющихся недостатков положительным образом скажется на экологическом состоянии земельных угодий.

При изучении геоинформационного обеспечения мониторинга агроландшафтов было произведено создание географической (электронные карты) и атрибутивной информации по ландшафтам и агроландшафтам региона.

Были сформированы следующие карты: почвенная карта, карты структуры посевных площадей, карты внутрихозяйственного устройства территории с показом дифференциации севооборотов с учетом природно-климатических характеристик территории.

Покажем фрагмент сформированных почвенных карт для сельскохозяйственных предприятий Воронежской области на рис. 1 и 2. Почвенные карты для территории Воронежской области составлялись при проведении почвенно-геоботанических обследований ЦЧО НИИ Гипрозем в 1991-1996 гг. Более современных данных для рассматриваемой территории не имеется. При этом архивные карты составлялись на бумажных носителях, что представляет невозможность их дальнейшего использования в таком виде для осуществления землеустройства территории сельскохозяйственных предприятий. В связи с этим была проведена векторизация имеющихся бумажных носителей с помощью программы Easy Trace. Для этого карты сканировались при разрешении не менее

400 dpi.

246

Почвенный покров Воронежской области в большей степени представлен черноземами, которые являются наиболее плодородными почвами. Вместе с тем, мониторинг наблюдений за различными деградационными процессами на территории земель сельскохозяйственного назначения Воронежской области показывает, что почвенный покров постоянно ощущает на себе влияние антропогенной деятельности человека, которая проявляется дальнейшим разрушением почвы.

Развитие эрозии приводит к формированию эрозионно-опасных земельучастков, на которых происходит смыв (водная эрозия) и выдувание (дефляция) верхних горизонтов почв. Плоскостная (поверхностная) и линейная эрозия наносят огромный ущерб сельскому хозяйству.

Всвязи с этим вопросы, которые касаются состояния плодородия почв, их мониторинга являются крайне важными. В настоящее время оценка риска возникновения почвенной эрозии и степень ее проявления может быть смоделирована при помощи информационных систем.

Вданной работе авторами также исследовались участки земель, на которых по снимкам со спутников Landsat в программе Google Earth можно выявить наличие проявлений водной эрозии на пахотных землях.

На степень и скорость протекания процессов деградации влияют такие факторы как частота и количество выпадающих осадков, их характер (талые или ливневые воды), роза ветров, растительный покров и его геоботанический состав, рельеф поверхности (длина и крутизна склонов, их экспозиция), свойства почвенного покрова (грансостав, структура почвенных агрегатов, подопоглотительная способность, толщина горизонтов почв и т.д.).

Все происходящие эрозионные процессы можно разделить на поверхностные и плоскостные. Динамика их развития может быть очень интенсивной. При этом по данным дистанционного зондирования при мониторинге агроландшафтов проявление поверхностной

247

плоскостной эрозии хорошо заметно даже на ранних стадиях развития, поскольку потенциально эрозионно-опасные земли чаще всего располагаются при наличии разветвленной овражно-балочной сети и имеют более светлый фототон [1].

Кроме того, для южных и юго-западных районов Воронежской области (Калачеевский, Кантимировский, Бутурлиновский) характерны карбонатные почвы. При эрозии таких почв на поверхность выходят меловые горизонты, что исключает их дальнейшее использование в сельском хозяйстве без ущерба для сохранения плодородия почв. На космоснимках такая эрозия проявляется в виде очагов белых пятен. При сравнении снимков разных лет можно исследовать динамику изменения их размеров. Что отражено на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Овражно-балочная сеть в Калачеевской районе Воронежской области, космоснимок 2014 года

Рис. 4. Овражно-балочная сеть в Калачеевской районе Воронежской области, космоснимок 2019 года

При сравнении двух снимков видно, что произошел рост водоподводящих ложбин оврагов, увеличение площади оврагов, а также формирование новых оврагов из ложбин (отмечены красной областью на рис. 4).

248

Рис. 5. Выход карбонатов на пахотных территориях, Кантемировский район, космоснимок 2019 г.

Изучение полученных сведений, таких как почвенно-климатические характеристики, рельеф, происходящие эрозионные процессы, экономико-производственная ориентация сельскохозяйственного предприятия позволяют с помощью геоинформационных систем выполнять проектирование устройства территории пахотных земель с целью повышения продуктивности аграрного производства. Это означает разумный подход и дифференциацию севооборотов. Малопродуктивные угодья рекомендуется переводить в другие виды угодий, например. Низко продуктивные пастбища целесообразнее отводить под самооблесение. Также необходимо поступать с территорией, занятой овражно-балочной сетью. Пашня с уклоном до 1,5° может использоваться в полевом севообороте с пропашными культурами, пашня с уклоном до 3° рекомендуется к использованию в полевом севоообороте без использования пропашных культур, пашня с уклоном от 3° до 5 ° может быть использована в почвозащитном севообороте, насыщенном многолетними травами, пашню с уклоном до 7° возможно использовать под УПЗ, а свыше 7° не рекомендуется трансформация в другие виды угодий.

С помощью геоинформационной системы ArcGis можно выполнять проектирование устойчивых агроландшафтов. На рис. 7 представлен фрагмент проекта устройства территории пахотных земель в ООО «Свобода» Россошанского района Воронежской области.

249

Рис. 7. Фрагмент проекта устройства территории пахотных земель в ООО «Свобода» Россошанского района Воронежской области

С помощью использования информации в данной ГИС были определены площадные объекты на основе атрибутивной таблицы, протяженность линейных объектов, задана их постоянная либо дискретная ширина и т.п. На рис. 8 представлен фрагмент таблицы атрибутов для площадей различных типов севооборотов.

Рис. 8. Таблица атрибутивной информации площади полей севооборотов выполненных с помощью геоинформационной системы ArcGis

250