Определение количества нефти, вылившейся из нефтепровода вследствие аварии

5 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ                                                                                                                    Определение количества нефти, вылившейся из нефтепровода вследствие аварии

               Расчет количества нефти, вылившейся из трубопровода, производится в 3 этапа, определяемых разными режимами истечения:

- истечение нефти с момента повреждения до остановки перекачки;

- истечение нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек;

-                   истечение нефти из трубопровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.

5.1 Истечение нефти с момента повреждения нефтепровода до остановки перекачки

Профиль нефтепровода и форму разрыва см. в прил. З и И.

Объем V1 нефти, вытекшей из нефтепровода с момента τа возникновения аварии до момента τо остановки перекачки, определяется соотношением

                         V1 = Q1 τ1 = Q1(τо-τа).                                                                           (1)

      где    Q1 - расход нефти через место повреждения с момента возникновения аварии до остановки перекачки, м3/ч;

                τо - время остановки насосов после повреждения, ч;

                τа -  время повреждения нефтепровода, ч;

              Время повреждения τа и остановки τо насосов  фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки (см. исходные данные).

Расход нефти через место повреждения Q1 (рисунок) определяется из выражения (2)

                                      Q1 = μ ω .                                                (2)

                    где     μ -   коэффициент расхода нефти через место повреждения

                              ω -   площадь дефектного отверстия, м2.              

                               h* - перепад напора в точке истечения через место повреждения при работающих НС, м;

Площадь дефективного отверстия ω в зависимости от формы разрыва стенки нефтепровода, которая дана в исходных данных.

Коэффициент расхода μ через дефектное отверстие диаметром dотв. Определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Число Рейнольдса Re рассчитывается по формуле

                    Re = (dотв. )/.                                                                    (3)

         где  dотв - диаметр дефектного отверстия, м;

                  - кинематический коэффициент вязкости нефти, м2/с;

Для определения коэффициента расхода μ отверстий, форма которых отличается от круглой, рассчитывается эквивалентный диаметр

                    dэкв.= .                                                                      (4)

В этом случае в формулу (3) подставляем dотв = dэкв.

Перепад напора h* в точке истечения зависит от давления Pо в начале участка l, гидравлического уклона Iо, удаленности x* места повреждения от НПС, глубины hT заложения нефтепровода, и определяется из выражения:

                                     .                                                      (5)

h* = (40,4 ∙ 10 5 / 0,86 ∙9,81 ) – 0,006∙52000 –2 = 478551,894 м

= 0,5(а+b)h = 0,5(0,005+0)0,008 = 2∙10 - 5   м2

dэкв=√4∙ 2∙ 10 -5/ 3,14= 5,05∙ 10 -3

Re=(5,05∙ 10 -3 √2∙ 9,81∙ 478551,894) / 0,076∙ 10- 4 = 203,607∙ 10 4

μ = 0,595

Q1 = 0,595∙2∙10 -5 √2∙ 9,81∙ 478551,894 = 0,037м3/ч

                            V1  = 0,037∙(15ч20мин-14ч30мин) ∙3600 =106,56  м3

5.2 Истечение нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижки.

После отключения насосных станций происходит опорожнение расположенных между двумя ближайшими насосными станциями возвышенных и прилегающих к месту повреждения участков, за исключением понижений между ними. Истечение нефти определяется переменным во времени напором, уменьшающимся вследствие опорожнения нефтепровода.

Для выполнения расчетов продолжительность истечения нефти τ2 с момента остановки перекачки  τо до закрытия задвижек τ3 разбивается на элементарные интервалы τi ,внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.

Для практического применения обычно достаточна точность расчетов, получаемая при τi равном 0,25 ч, для более точных расчетов значения τi можно уменьшить (τi = 0,01…0,1 ч).

Общий объем выхода нефти из нефтепровода за время τ2=( τо - τ3) определяется  следующим образом:

                                    ,                                                            (6)

                         где    Q2 – расход нефти через место повреждения с момента остановки НПС до закрытия задвижек, м³/ч.

                      τ2 - продолж. истечения нефти с момента остановки перекачки о до закрытия задвижек з, ч;        

                                 τ2 = 16ч00м – 15ч20м = 0ч40м = 0,67ч

                             Q2= .                                                          (7)

                        где  h2 – напор в отверстии, соответствующий времени истечения нефти с момента остановки НПС до закрытия задвижек рассчитывается по формуле:

h 2=Zа-Zм-hT-ha.                                                   (8)

                                   h 2 = 210,00 – 123,64 – 2 – 10 = 74,36 м

Q2 = 0,595∙2∙10 -5 √2∙ 9,81∙ 74,36= 22,73∙10-5 м3/ч

V2 = 22,73∙ 10 –5∙0,67∙3600 = 0,55 м3

              где Zа - геодезической отметкой самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода,

                    Zм – геодезическая отметка места повреждения нефтепровода;

                    hа – напор, создаваемый атмосферным давлением;

                    hт – глубина залегания нефтепровода, м.

             5.3 Истечение нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек до  прекращения утечки.

               Основной объем вытекающей после закрытия задвижек нефти V1, определяется по формуле

                                               V3 = πD2вн l’/4.                                                                        (9)

Значение l’  находится как сумма длин участков нефтепровода между перевальными точками или 2-мя смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения М(х*, Zм) и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки места повреждения.

                                           l’ = 2000 м;

                               V3 = 3,14 * (0,5) 2∙2000/4 = 392,5 м 3

Общий объем (общая масса М)  выливавшейся при аварии нефти определяется суммой объемов истечения нефти с момента возникновения аварии до прекращения утечки:     

                                Vобщ = V1  + V2 + V3                                                (10)

                               Vобщ = 106,56 + 0,55 + 392,5 = 499,61 м 3

                                     М = ρV.                                                            (11)

где       - плотность нефти, т/м3;

                                М = 0,85∙499,61 = 429,6646 т

5.4 Оценка степени  загрязнения земель

Степень загрязнения земель  определяется нефтенасыщенностью грунта. Нефтенасыщенность грунта или количество нефти (масса Мвп или объем V, впитавшейся в грунт, определяется по соотношениям

Мвп = Кн  Vгр,   кг;

                                                Vвп = Кн Vгр,   м3.                                                         (12)

  где  Кн - нефтеемкость земли;

         Vгр - объем нефтенасыщенного грунта;

Объем нефтенасыщенного грунта Vгр вычисляют по формуле

                                Vгр = Fгр  hср.                                                                  (13)

            где   Fгр  - площадь нефтенасыщенного грунта, м2;

                     hср- средняя глубина пропитки на всей площади нефтенасыщенной      земли, м;

             Средняя глубина   hср  пропитки грунта на всей площади Fгр  нефтенасыщенного грунта определяется как среднее арифметическое из шурфовок (не менее 5 равномерно распределенных по всей поверхности).

                                     Vгр = 22000∙ 0,04 = 880 м3.

                                     Vвп = 0,4∙880 = 352 м3.

                                      Мвп = 0,4 ∙0,86∙880 = 302,72 кг.

            Степень загрязнения насыщенного нефтью грунта определяется отбором и последующим анализом почвенных проб на содержание нефтепродуктов.

Почвенные пробы отбираются с глубины от 0 до 0,2 м и от 0,2 до 0,4 м по диагонали загрязненного участка через каждые 8…10 м, начиная с края.

5.5 Оценка степени загрязнения водных объектов

Степень, загрязнения  водных объектов определяется массой растворенной и (или) эмульгированной в воде нефти. Масса нефти, загрязняющей толщу воды, рассчитывается по формулам ИПТЭР:

- для водотоков

                        Мн.в-м =8,7∙10-4 Мр (Сн-Сф)                                                  (14)

где   Мр - масса нефти, разлитой на поверхности водного объекта, т;

        Сн-концентрация насыщения растворенной и (или) эмульгированной нефти в поверхностном слое воды водного объекта, г/м3;

Сф - фоновая концентрация растворенной и (или) эмульгированной нефти в водном объекте на глубине 0,3 м вне зоны разлива, г/м3;

Данные о фоновой концентрации Сф могут быть получены в местных органах, контролирующих водные объекта, или определены по результатам лабораторных анализов проб воды, отобранных вне зоны загрязнения (Сф= ПДК воды =0,05 г/м3).

Масса Мр нефти, разлитой на поверхности водного объекта, определяется одним из следующих способов:

                       по балансу количества нефти, вылившейся из магистрального нефтепровода при аварии, и ее распределения по компонентам окружающей воздушной среды;

                       по результатам инструментальных измерений на загрязненной нефтью  поверхности водного объекта;

                       по количеству нефти, собранной нефтесборными средствами при  случае аварийных разливов.

При использовании данных инструментальных измерений расчет нефти, поступившей в одной объект, производится по формуле:

                  Мр=(mp – mф)Fн*10-6+ (Ср-Сф)Vp*10-6.                                     (15)

VР=0,3∙18000=5400 м3

Мр=(70-0,2 )∙18000∙10-6+(8-0,05)5400∙10-6=1,299 т

             Где: mф- удельная масса пленочной нефти до аварии;

                      mр- удельная масса пленочной нефти после аварии;                                  

                      Fн- площадь поверхности реки покрытой разлитой нефтью

Мн.в-м = 8,7∙ 10-4∙1,299∙(26 – 0,05) = 0,0293 т

              Для водоемов допускается проведение контрольных замеров фактических концентраций эмульгированной и растворенной нефти под поверхностью разлива, а также толщины загрязненного слоя воды водного объекта после проведения мероприятий по сбору разлитой нефти.

Масса пленочной нефти, оставшейся на водной поверхности после проведения обязательных мероприятий по ликвидации последствий разливов нефти, рассчитывается по формуле:

                        Мпл.ост.=mпл.ост. *Fн.ост.                                                       (16)

где   mпл.ост.- удельная масса пленочной нефти на 1 м2 поверхности воды после завершения сбора разлитой нефти, г/м2;

         Fн.ост - площадь поверхности воды, покрытая пленочной нефтью после завершения работ по ликвидации разлива нефти, м2;

                         Мпл.ост.= 0,4∙5400∙10 –6 = 0,00216т

Масса нефти, принимаемая для расчета платы за загрязнение одного объекта при авариях на магистральных нефтепроводах

                                Му = Мн + Мпл.ост.                                                        (17)