ЧЕРКАСОВА Д.А. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МАССЫ ИСПАРИВШЕЙСЯ НЕФТИ ПРИ АВАРИЯХ НА НЕФТЕПРОВОДАХ.

Ключевые слова: , ,


ЧЕРКАСОВА Д.А. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МАССЫ ИСПАРИВШЕЙСЯ НЕФТИ ПРИ АВАРИЯХ НА НЕФТЕПРОВОДАХ.


Рубрика: 11.00.00 ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
// Современные научные исследования и инновации. 2012. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/04/11660 (дата обращения: 28.09.2017).

Отношения человека и природы носят достаточно сложный характер и нуждаются в тщательном и системном изучении. Человечество напрямую зависит от познания природы, её законов, рациональной добычи и использовании природных ресурсов, в том числе нефти и нефтепродуктов. Рост объёмов добычи нефти сопровождается ростом количества и масштабов аварий [6]. Они могут быть связаны с разгерметизацией оборудования, повреждением нефтепровода и разливом нефти. Среди основных причин разливов в нефтегазовом комплексе центральное место занимают [1]:

· высокий уровень износа производственных фондов;

· зачастую низкое качество проектной документации;

· недостаток инженерно-производственной культуры;

· отсутствие договоров на обслуживание с профессиональными аварийно-спасательными формированиями, как того требует Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», и др.

Классификации аварий и отказов закреплены также и другими нормативными правовыми документами, в частности «Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов», приказом Минэнергетики РФ от 19.06.2003 №232 «Об утверждении правил технической эксплуатации нефтебаз». Причины отказов на магистральных нефтепроводах представлены в табл. 1.

Таблица 1._Причины отказов на магистральных нефтепроводах [2]

Причины отказов Характеристика причин отказов
Коррозионные повреждения Наружные — возникающие вследствие естественного старения изоляционного покрытия или некачественного нанесения изоляции при строительстве, неэффективной работы системы электрохимзащиты. Внутренние — вследствие перекачки обводненных нефтей и нефтей с агрессивными компонентами
Брак строительно — монтажных работ Некачественное выполнение монтажных стыков и стыков, сваренных на стеллажах; механические несквозные повреждения трубы — вмятины царапины, задиры, нанесенные при строительстве. Отказы по этой причине стоят на первом месте по количеству
Заводской брак труб и запорной арматуры Наличие дефектов в металле труб, некачественная заводская сварка трубных швов, каверность литья корпусов задвижек, ненадежность уплотнительных элементов и др.
Механические поврежденияЭксплуатационные и прочие причины Сквозные пробоины трубопроводов строительной техникой, пов­реждения запорной арматуры, вантузов, манометрических отборов. Количество отказов по этим причинам меняется непредсказуемо и не имеет тенденции к уменьшению.К механическим повреждениям отнесены повреждения техникой и механизмами сторонних организаций из-за нарушения требований охранной зоны трубопроводов, ремонтной техникой в процессе капитального ремонта
Эксплуатационные и прочие причины Порывы трубопроводов вследствие нарушение технологий перекачки из-за ошибок оперативного и ремонтного персонала, остановок перекачки при резком исчезновении напряжения в сети электроснабжения. Имеют место преднамеренные воздействия на трубопроводы

Наибольшую опасность для объектов трубопроводного транспорта представляют коррозионные процессы, обусловленные воздействием окружающей среды. Загрязнение  природной среды нефтепродуктами создаёт новую экологическую обстановку, что приводит к глубокому изменению всех звеньев естественных биоценозов или даже их полной трансформации. Общие особенности всех нефтезагрязнённых почв – изменение численности  и ограничение видового разнообразия почвенной микрофауны и микрофлоры [6].

В настоящее время в России из 45 тыс. потенциально опасных объектов (ПОО) приблизительно 22 тыс. относятся к объектам хранения и переработки нефти и  нефтепродуктов. Безаварийная работа объекта обеспечивается множеством факторов, одним из самых важных является способность элементов, составляющих его структуры, противостоять поражающим воздействиям различной природы. С течением времени происходит износ и деградация структурных элементов объекта, что приводит к снижению их стойкости, возможности потери структурной устойчивости объекта, что как следствие может привести к возникновению аварийной ситуации на нём [6]. Современная статистика показывает, что общие потери нефти и нефтепродуктов (НП) распределяются по следующим категориям: при хранении – 37,2%; при железнодорожных и автомобильных перевозках – 27,2%; на магистральных трубопроводах – 29,4% . Рост добычи нефти, объемов ее переработки и транспортировки сопровождается увеличением объемов нефтезагрязнений и других токсичных отходов. От 3 до 7% добытых и потребляемых нефтяных продуктов теряется безвозвратно в виде загрязнений или накапливается в виде отходов [5].

Нефть и нефтепродукты – одни из наиболее опасных веществ, загрязняющих окружающую среду при аварийных разливах на трубопроводе. Их воздействие на природные среды носит различные масштабы.

При аварийных разливах нефти необходимо оценить факторы, которые определяют величину ущерба окружающей природной среде. К главным и основным факторам можно отнести:

-количество нефти, попавшей в природную среду;

-площадь и степень загрязнения земель;

-площадь и степень загрязнения водных объектов;

-количество загрязнителей, выделившихся в атмосферу.

Нефтепродукты, попавшие непосредственно на почвенную поверхность, подвергаются окислению, воздействию микроорганизмов, просачиваются, вплоть до загрязнения грунтовых вод, испаряются с поверхности земли [3].

Для расчёта оценки степени загрязнения атмосферы воспользуемся двумя разными методами.

На  магистральном нефтепроводе (МН) диаметром 0,53м. с толщиной стенок 0.008 м. в июне произошел разрыв по нижней образующей трубы в 20° от вертикальной оси, длинной 0,17 м., с максимальным раскрытием кромок 0,01м.  Суммарная длина участков стока 3 600 м., объем перекачки нефти по участку МН 2 900 т/ч, для обнаружения утечки затрачено 0.17ч. Вылившаяся нефть имеет плотность 0.86 т/м³.

Вследствие аварии вылилось 9,86 т. нефти, площадь нефтезагрязненного грунта составила 467.45 м²., толщина слоя нефти – 0,02 м. Для расчета массы испарившейся нефти воспользуемся двумя методиками.

1. Воспользуемся «Методикой определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах».

Масса углеводородов, испарившихся с поверхности земли (Ми.п.), покрытой разлитой нефтью, определяется по формуле

Удельная величина выбросов qи.п. – табличная величина, зависящая от следующих параметров: плотности нефти р, средней температуры поверхности испарения tп.и., толщины слоя нефти на дневной поверхности земли Dп, продолжительности процесса испарения свободной нефти с дневной поверхности земли Tи.п.  [3].

Средняя температура поверхности испарения определяется по формуле

tп.и = 0,5(tп+tвоз) ,

Толщина слоя свободной нефти на поверхности земли рассчитывается по формуле:

∆п =(Мп.с./Fгр.)ҏ0

В соответствии со справочными данными удельная величина выбросов углеводородов в атмосферу с поверхности нефти (плотность нефти 0,851…0,885 т/м3) q =686 г/м² при продолжительности испарения до 6ч. В результате получаем, что

М и.п = 686 г/м² *467,45 м²* 10̄ 6 = 0.32 т.

2. Воспользуемся «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (ПБ 09-540-03) для определения массы испарившейся нефти с поверхности почвы. В соответствии с используемой методикой [4].

Ми.п. = mиFжτи;

   mи = 10-6ηРнM;

ти – интенсивность испарения;

М – молекулярная масса;

Fж – площадь поверхности зеркала жидкости;

η – безразмерный коэффициент;

Рн – давление насыщенного пара при расчетной температуре;

Безразмерный коэффициент η, учитывает влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью разлитой нефти. Для анализируемой задачи коэффициент η = 2.6 (tо.с, =15°С, скорость воздушного потока над зеркалом испарения = 0.1 м/с). Взят компонентный состав нефти с давлением насыщенного пара (при расчетной температуре) равным 7 кПа. По методике τи – время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимается 3600с.

mи=10-6 *2/6*7*√226 = 0.000269 (кг*с-1* м-²);

Ми.п.= 0.00269*467.45*3600 = 0.452 т.

В результате проведенных расчетов получается, что по 1 методике масса испарившейся нефти составляет 3.25% от общей массы вылившейся нефти, по 2 методике – 4.58%. Основные параметры, необходимые для проведения расчетов в обеих методиках одинаковы, но в первом случае мы рассчитываем удельную величину выбросов при продолжительности испарения менее 6 ч, которая учитывает толщину слоя нефтяной пленки. Во втором же случае рассчитывается интенсивность испарения нефти за 1сек с 1м² нефтяного загрязнения, не учитывающая толщину нефтяной пленки, но включающая метеорологический параметр – скорость ветра. Продолжительность испарения принимается 1ч, возможно, это связано с образованием загустевшего слоя и значительного уменьшения интенсивности испарения нефти и нефтепродуктов.

При испарении нефтяных углеводородов наблюдается  постепенное увеличение вязкости и плотности нефтяного пятна, поверхностное натяжение нефтяной пленки уменьшается, а растекание прекращается. Скорость испарения углеводородов с поверхности почвы зависит от плотности нефти и нефтепродуктов, от температуры среды, от площади растекания. Очевидно что, чем быстрее нефть растекается, там и быстрее она испаряется. Не маловажную роль играет наличие ветра, он увеличивает скорость растекания и площадь нефтяного пятна, ускоряется процесс испарения [7].

 

Литература

1. Забела К.А., Красков В.А, Москвич В.М., Сощенко А.Е. Безопасность пересечений трубопроводами водных прегрд. – М.: Недра, 2001. – 195 с.

2. Серов Г.П., Серов С.Г. Техногенная и экологическая безопасность в практике деятельности предприятий: Теория и практика. – М. : Изд-во «Ось-89», 2007. – 512 с.

3. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах (утв. Минтопэнерго РФ 1 ноября 1995 г.)

4. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03)

5. Хаустов А.П., Редина М.М. Экологические проблемы оценки образования нефтешламов приавариях// Экологический вестник России, 2011, №7. – С. 24-30; № 8. –С. 34-39.

6. Галлеев А.Д., Поникаров С.И. Моделирование испарения нефти с поверхности аварийного пролива// Научно-технический журнал Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2010 №7 – С.13-17.

7. Лобков А.М. Сбор и обработка нефти и газа на промысле, 1968. УДК: 622.323Число страниц: 285 § 1. Механизм испарения нефти. Режим доступа:  www.nglib.ru.



Все статьи автора «Дарья Черкасова»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: