Методология научного исследования сооружения резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

Введение

В процессе написания магистерской диссертации важными составляющими являются постановка проблемы, подлежащей изучению, формулировка цели и задач исследования, выделение объекта и предмета исследования, обоснование актуальности рассматриваемой в магистерской диссертации проблемы, выбор и применение общенаучных и специфических методов исследований, а также анализ результатов исследований.
Цель данного реферата заключается в методологическом обосновании выбора темы магистерской диссертации на тему: «Повышение надёжности работы резервуара типа РВСПК-50000», а также в выработке навыков самостоятельной учебно-исследовательской работы, анализа, обобщения и осмысления информации.
Реализация данных целей осуществляется путем решения следующих задач:
изучение образовательных, научных библиографических источников, интернет-ресурсов, нормативной-справочной литературы, по заданной теме;
сбор и обобщение материала;
анализ цели и задач, объекта и предмета исследования, актуальности проблемы, поставленной в диссертации, методов исследований;
написание реферата.


История и перспективы проектирования и сооружения резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов
 В 17 в. с увеличением добычи нефти в Баку начали строить нефтяные склады – земляные резервуары в глиняных грунтах.
На западе нефть хранили в прямоугольных металлических сосудах, которые изготавливали из плоских стальных листов. Такие сосуды не могли выдерживать высокое гидростатическое давление.
Первый стальной клепаный резервуар был построен в 1878 по проекту русских инженеров В.Г. Шухова и А.В. Бари.
В.Г. Шухов впервые построил в России стальные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, дав классический метод расчета резервуаров при наименьшей затрате металла.
В.Г. Шухов ввёл критерии, которые до сих пор применяются:
- экономия металлоконструкции – проектировочный критерий,
- меньшая трудоёмкость – технологический критерий,
- быстрая сборка – производственный критерий.
В 1880 году В.Г. Шухов решает вопрос с фундаментами – он останавливает резервуары на песчаную подушку, покрытую тонким слоем асфальта, а снизу дренажная система.
В 1935 впервые в СССР был сооружен металлический сварной резервуар емкостью 1000 м³. Этот прогрессивный метод сооружения приобрёл известность и позволил в дальнейшем перейти на индустриальный метод изготовления основных частей резервуаров. Емкость отдельных резервуаров, построенных в России, достигает 50000 м³. Ведутся работы по созданию резервуаров емкостью до 100000 м³.
С самого начала абсолютно любые вертикальные резервуары цилиндрической формы устанавливались полистовым способом, то есть, путем монтажа стенки и отдельно взятых листов. Таким образом, полистовый монтаж производится исключительно при помощи самоходных кранов, оборудованных стрелками разной длины. На сегодняшний день этот метод применяется при сооружении резервуаров большого размера.
Данный этап технологического прогресса, в основном, ассоциируется с изобретением технологии подращивания. То есть, процесс производства стальных резервуаров был частично индустриализирован за счет упрощения монтажа и выполнения сложных работ на базе крупных предприятий, что позволило увеличить скорость производства.
Однако, этот способ, помимо трудоемкости и сложности в плане доставки составляющих, также требует для себя защиты от ветровых нагрузок.
Одним из основных методов подращивания стал метод «спиральный», который был впервые применен изобретателями из Чехии. Он подразумевает под собой создание первого пояса в виде шаблона, и возможность вращения всей стены резервуара благодаря специальным приспособлениям с электроприводами, и позволяет выполнять сварку высокого качества новых поясов лишь в одном предназначенном для этого месте. К сожалению, высокие требование к технологической оснастке и оборудованию, пока не дала возможности проверить этот метод в нашей стране.
Шведы, в свою очередь, разработали способ наращивания на основе домкратов. Эти «карабкающиеся» домкраты устанавливаются на разных стойках, которые позволяют проводить все сварочные и монтажные работы буквально на уровне земли.
В 50-е годы XX века, в СССР был предложен и освоен экономичный, а также отвечающий всем существующим на тот момент требованиям рулонированный метод постройки резервуаров крупных габаритов. При этом методе, сварка деталей днища производилась на заводе, в то время как рулонные заготовки доставляются уже непосредственно на место строительства, где производилось дальнейшее их разворачивание, соединение и дальнейший монтаж кровли.
В настоящее время активно развиваются новые технологии по производству резервуаров из стеклопластика при использовании технологии намотки. Данная технология позволяет достичь высокой прочности, долговечности и надежности изделий. Так, в производстве активно используются полиэфирные смолы (ненасыщенные), а также стекломатериалы и эпоксивинилэфирные смолы. Емкости данного типа имеют целый ряд преимуществ над более старыми аналогами. Так, они будут еще более стойкими к химическим воздействиям, а также будут обладать больше механической стойкостью (1,5-1,8 г/ см3).
Сегодня рынок стеклопластиковых резервуаров в нашей стране активнее всего развивается в разработке небольших резервуаров горизонтального типа - особенно подземного хранения. Таким образом, основные преимущества материала, такие как химическая стойкость и отсутствие проблем с коррозией, сделают хранение топлива проще и безопаснее. Тем более, по длительности срока службы, такой резервуар прослужит намного больше металлического.

2 Обзор направлений исследований при создании резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

Одним из направлений исследований вопросов сооружения резервуаров было снижение расходов материалов на их строительство.
Исследования технико-экономических показателей резервуарных парков с подземными и наземными резервуарами показывают, что увеличение вместимости резервуаров приводит к значительному сокращению расхода основных материалов и стоимости строительства.
В нашей стране ведутся активный поиск и разработка новых методов и средств сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения.
Исследования показывают, что увеличение вместимости отдельных резервуаров приводит к уменьшению потерь нефтепродукта от испарения. Так, годовые потери от испарения при вместимости резервуара 200м3 составляют 5,75%, при 400 м3 – 5 %, при 1000 м3 – 4,25 %, при 2000 м3 – 3,75 %, при 5000 м3 – 3,25 % и при 10 000 м3 – 2,75 % от вместимости резервуара.
Последние исследования показали, что среднегодовые потери дизельного топлива при длительном хранении в наземных резерв климатических зон практически одинаковы и составляют в среднем 1,4 кг/м3 парового пространства, тогда как эти потери при хранении в полуподземных резервуарах составляют в среднем лишь 0,5 кг/м3 парового пространств Среднегодовые потери авиационных и автомобильных бензинов значительно больше и за месяц хранения в наземных вертикальных резервуарах по данным тех же исследований составляют 2,19 кг/м
Для борьбы с потерями нефтепродуктов из емкостей от «малых и больших дыханий» проводились исследования по отражающей способности поверхности резервуаров, показавшие, что наибольшей из них обладает зеркальная поверхность, а наименьшей – чёрная.
Повышенное внимание исследователей резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов привлекают вопросы безопасной эксплуатации. В частности вопросы связанные с пожарной безопасностью.

3 Объект и предмет исследования в магистерской диссертации

Объект исследования – это определенная совокупность технических элементов, их свойств и функциональных связей, которые существуют независимо от исследователя и являются конкретным полем для исследований. Иными словами, объект исследования – это то, на что направлена познавательная деятельность исследователя [1].
Объектом исследования в магистерской диссертации на тему «Повышение надёжности работы резервуара типа РВСПК-50000» являются резервуарные парки нефтехранилищ и нефтебаз.
Предмет исследования – это наиболее значимые с теоретической или практической точки зрения свойства, стороны, особенности, характеристики, проявления объекта, подлежащие изучению

. Явление, ставшее предметом исследования, понимается как целостность, изучаемая во всех своих определяющих зависимостях и комплексах, в своем функционировании и динамике [2].
Предмет и объект исследования соотносятся как общее и частное.
Предметом исследования в магистерской диссертации являются технологические процессы функционирования отдельно взятого вертикального стального резервуара с плавающей крышей.
Резервуар с плавающей крышей состоит из вертикального цилиндрического корпуса, открытого сверху, и помещенной внутри его с некоторым кольцевым зазором плавающей крыши. Кольцевая щель между краями крыши и стенкой резервуара перекрывается уплотняющим затвором. Вверху корпуса для обслуживания резервуара устраивается кольцевой балкон, на который ведет с земли наружная лестница; с балкона на плавающую крышу спускается внутренняя качающаяся лестница, шарнирно прикрепленная к верхней кромке корпуса резервуара. Внутренняя лестница перемещается по крыше при помощи катящейся опоры и не препятствует крыше изменять свое положение по высоте.
На нижней стороне крыши устраиваются опоры, на которые она садится при опорожнении резервуара. Для возможности осмотра и ремонта крыши и днища опоры делаются высотой от 1 до 2 м.
Для создания стока дождевой воды верхней поверхности плавающей крыши придается уклон по направлению к центру резервуара.
Удаление дождевой воды с поверхности плавающей крыши производится через дренажную систему, представляющую собой гибкий шланг или шарнирную трубу, прикрепленную к крыше и снабженную тремя поворотными шарнирами.
Нижняя поверхность крыши делается с подъемом к центру резервуара, чтобы образующиеся в небольшом количестве пары нефтепродуктов задерживались под крышей.
Резервуары с плавающими крышами имеют люки, лазы, замерные устройства, предохранительные и вакуумные клапаны, размещенные на крыше. Вакуумные клапаны необходимы для того, чтобы в опорожненном резервуаре не образовался вакуум, когда крыша на опорах. При заполнении резервуара предохранительные клапаны служат для выпуска воздуха, объем которого равен части объема резервуара, заключенного между крышей и днищем при нахождении крыши в нижнем положении.

Рисунок 1 – Общая схема резервуара типа РВСПК

4 Цель и задачи исследования в магистерской диссертации
Важным шагом на начальном этапе написания магистерской диссертации является постановка цели и задач, которые будут решаться в процессе её дальнейшего выполнения.
В целях исследований формулируется перечень конечных результатов, которых хотел бы достичь исследователь при завершении своей работы [1].
Целью магистерской диссертации является исследование режимов работы систем обеспечения функционирования резервуара в заданных эксплуатационных параметрах, выявление недостатков, их причин, и выработка конструктивных, технологических и эксплуатационных решений.
Под задачами исследования понимают определенные шаги, звенья, этапы достижения сформулированной цели.
Задачи – это частные, сравнительно самостоятельные цели по отношению к общей цели исследования в конкретных условиях проверки сформулированной гипотезы [3].
Для достижения поставленных целей магистерской диссертации необходимо решить следующие задачи:
- изучение и анализ нормативно-справочной литературы по теме магистерской диссертации, в том числе: руководств, технологических регламентов по эксплуатации вертикальных стальных резервуаров; изучение современной номенклатуры технологического оборудования резервуаров;
- обзор монографий и публикаций в периодических научных изданиях ведущих специалистов по теме диссертации, в том числе изучение опыта исследований физико-химических процессов в системе резервуар – хранимый продукт; изучение опыта натурных исследований свойств конструкций резервуаров; изучение опыта математического и виртуального моделирования
выполнение патентного поиска конструктивных решений выявленных проблем и недостатков и обзора публикаций по теме диссертации;
анализ опыта использования технологического оборудования резервуара и выявление проблем и недостатков;
разработка математической модели функционирования резервуара;
моделирование физико-химических процессов в системе резервуар – хранимый продукт при наполнении – опорожнении резервуара;
исследование эффективности системы контроля положения плавающей крыши;
исследование опыта эксплуатации и эффективности различных конструктивных решений системы водослива;
исследование различных способов борьбы со снеговой нагрузкой на плавающей крыше;
анализ результатов исследований;
предложение конструктивного решения устройства для борьбы со снеговой нагрузкой
предложение конструктивного решения повышения надёжности устройства водослива.

5 Обоснование актуальности темы магистерской диссертации
В ходе написания магистерской диссертации большое внимание стоит уделить обоснованию актуальности и научной новизны проводимой исследовательской работы.
Актуальность темы исследования – это степень ее важности в данный момент и в данной ситуации для решения рассматриваемых проблем, вопроса или задачи [3].
Актуальность научного исследования определяется необходимостью, потребностью изучения научной проблемы в интересах научной отрасли, науки в целом и практики. Актуальность темы диссертации определяется [4]:
нацеленностью на получение новых научно-обоснованных результатов, использование которых обеспечивает решение крупной проблемы, теоретической или прикладной задачи в соответствии с указанными требованиями;
связью с плановыми исследованиями, когда тема входит в государственную, региональную, научную, научно-техническую программы, программу международных исследований, программу фундаментальных исследований, отраслевую программу или планы научных организаций и высших учебных заведений.
Большое значение при оценивании научных работ придается новизне защищаемых диссертационных работ. Предложенные исследователем, автором работы новые решения должны быть строго аргументированы и критически оценены по сравнению с другими известными решениями, при этом научные положения могут быть полностью новыми, частично новыми или содержать новую совокупность известных положений.
В научном положении новизной является только то, что установлено впервые, а новизну научного положения следует доказать, теоретически обосновать и подтвердить практически, экспериментально. Предложенные автором новые решения должны быть строго аргументированы и практически оценены по сравнению с известными решениями [4].
Далее рассматривается актуальность и научная новизна темы магистерской диссертации «Повышение надёжности работы резервуара типа РВСПК-50000».
Технологические процессы при хранения нефти и нефтепродуктов требуют с одной стороны сохранения требуемого качества хранимых продуктов, а с другой стороны высокой степени надёжности самих резервуаров и их технологического оборудования.
Нарушение технологических режимов хранения, может повлечь за собой качественную потерю нефти или нефтепродукта и связанные с этим значительные материальные убытки, а выход из строя технологического оборудования может вызвать механические повреждения резервуара и привести к возникновению пожароопасной ситуации и загрязнению окружающей среды.
Современный опыт использования резервуаров в целом и резервуарного оборудования в частности говорит о том, что существующие конструкции в разных регионах страны с различными условиями эксплуатации не всегда обеспечивают требуемую надёжность. Поэтому актуальной является проблема исследования технологических процессов резервуарного оборудования в комплексе с условиями окружающей среды и свойств хранимых продуктов, а также разработки новых конструкций этих устройств, их принципа работы и взаимодействия. Такая интерпретация актуальности поставленных задач позволит преодолеть выявленные недостатки существующих устройств и системы их работы.

6 Методы исследований в магистерской диссертации
Методология науки – это учение о принципах построения, методах, формах организации и способах научного познания [4]