Проектирование объектов нефтегазовой инфраструктуры с учетом данных аэродинамического моделирования

В статье рассмотрен комплексный подход проектирования объектов нефтегазового комплекса, реализация которого позволит повысить надежность и срок эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры в суровых климатических условиях. Представлены данные аэродинамического моделирования, на основании которых выполнена оценка распределения ветровых потоков и определены потенциальные зоны накопления снега. Полученные данные крайне важны для прогнозирования изменения состояния многолетнемерзлых грунтов, и, как следствие, предотвращения деформации фундаментов и снижения эксплуатационных рисков. На основании методов гидродинамического моделирования (CFD, модуль CFX) и использования программ ANSYS и Solidworks произведены расчеты, позволившие определить распределение статического и динамического давлений ветра на поверхностях сооружений и идентифицировать участки турбулентности. В рамках моделирования были сформулированы гипотезы, характеризирующие особенности снегонакопления вблизи объектов нефтегазовой инфраструктуры. Анализ подтвердил положительный эффект и необходимость интеграции аэродинамического моделирования в процесс проектирования нефтегазовой инфраструктуры с целью повышения эксплуатационной надежности сооружений. На основании результатов были выявлены ключевые закономерности перераспределения снеговых нагрузок и влияния ветровых потоков при изменении расположения объектов друг относительно друга и относительно преобладающих направлений ветра согласно розе ветров рассматриваемой территории. Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по оптимизации расположения зданий и сооружений с целью снижения снегонакопления на примере рассматриваемых объектах. Предложены направления дальнейших исследований, которые необходимо провести с целью верификации данных, получаемых методом аэродинамического моделирования и фактического снегонакопления на объектах, с целью успешного внедрения рассматриваемых подходов в бизнес-процессы нефтегазодобывающей отрасли.

1. Чепур, П. В. Особенности деформирования крупногабаритных резервуаров со стационарной крышей при неосесимметричном воздействии ветровой нагрузки / П. В. Чепур, А. А. Тарасенко. – Текст : непосредственный // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12–1. – С. 97–102.

2. Тарасенко, А. А. Оценка работоспособности крупногабаритного резервуара РВСПК-100000 при образовании зоны неоднородности грунтового основания / А. А. Тарасенко, П. В. Чепур, Ю. Гуань. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 4. – С. 134–136.

3. Проектирование, строительство и эксплуатация высотных зданий с учетом аэродинамических аспектов / М. К. Михайлова, В. С. Далинчук, А. В. Бушманова, Л. В. Доброгорская. – DOI 10.18720/CUBS.49.4. – Текст : непосредственный // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2016. – № 10 (49). – С. 59–74

4. Воронков, Л. С. Изменения климата и императивы круглогодичной деятельности в Арктике / Л. С. Воронков. – Текст : непосредственный // Ежегодник Института международных исследований Московского государственного института международных отношений (Университета) Министерства иностранных дел Российской Федерации. – 2015. – № 1(11). – С. 9–18. – EDN : VKQKEX.

5. Афанасьев, В. А. Моделирование и оценка снеговых нагрузок на промышленные сооружения / В. А. Афанасьев, Д. М. Лебедев. – Текст : непосредственный // Известия вузов. Строительство. – 2020. – № 7. – С. 32–39.

6. Сидоров, Н. К. Анализ моделей снегопереноса для промышленных объектов / Н. К. Сидоров. – Текст : непосредственный // Промышленная безопасность. – 2021. – № 4. – С. 22–29.

7. Белостоцкий, А. М. Ветровое нагружение высотных зданий, сооружений, комплексов (предложение по актуализации свода правил) / А. М. Белостоцкий, И. Н. Афанасьева, П. А. Акимов. – DOI 10.22337/9785432302212-2017-104-114. – Текст : непосредственный // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2016 году : сборник научных трудов РААСН / Российская академия архитектуры и строительных наук. – Москва : Издательство АСВ, 2017. – С. 104–114.

8. Горчакова, О. С. Математическое исследование аэродинамических характеристик с использованием программного комплекса / О. С. Горчакова. – Текст : непосредственный // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2020. – № 3. – С. 58–61.

9. Mahr, C. Optimization of a cloud chamber for the production of snow by CFD methods: Flow simulations using ANSYS fluent under given general conditions. – Теxt : electronic // Technische Universität Wien. – 2017. – URL: https://doi.org/10.34726/hss.2017.28493 (дата обращения : 01.03.2025).

10. Tominaga, Y. CFD prediction of flow field and snowdrift around a building complex in a snowy region / Y. Tominaga, A. Mochida. – Text : direct // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 1999. – Vol. 81, Issue 1–3. – P. 273–282.

11. Bournet P.-E., Rojano F. Advances of Computational Fluid Dynamics (CFD) applications in agricultural building modelling: Research, applications and challenges / P. E. Bournet, F. Rojano. – DOI 10.1016/j.compag.2022.107277. – Text : direct // Computers and Electronics in Agriculture. 2022. – Vol. 201. – P. 107277.

12. Thiis, T. K. Numerical simulation of snow drift development on a gabled roof / T. K. Thiis, J. Potac. – Text : direct // Proceedings of the 7th European and African Conference on Wind Engineering. Amsterdam, the Netherlands. – 2011.

13. Numerical simulation of snow drifting around building model / X. Sun, C. Hon, Y. Wu, F. Fan. – Text : direct // Engineering Mechanics. – 2014. – Vol. 31, Issue. 4. – P. 141–146.

14. Тарасенко, А. А. Особенности совместной работы кольцевого фундамента и грунтового основания при наличии зон неоднородности / А. А. Тарасенко, П. В. Чепур. – Текст : непосредственный // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2016. – № 4. – С. 9–13.

15. Tarasenko, A. A. Study of deformations in a large-capacity oil storage tank in the presence of subgrade inhomogeneity zones / A. A. Tarasenko, P. V. Chepur, A. A. Gruchenkova. – Тext : direct // MATEC Web of Conferences. Les Ulis. – 2016. – Р. 01025.