Расчёт ущерба почве и атмосфере при проколе нефтепровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

"Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Институт природных ресурсов

Направление нефтегазовое дело

Кафедра транспортировки и хранения нефти и газа

Курсовая работа

по дисциплине: "Ликвидация аварийных разливов нефти"

на тему: "Расчёт ущерба почве и атмосфере при проколе нефтепровода"

Томск 2015



Введение

Загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами является одной из важнейших мировых экологических проблем и имеет особенно острую необходимость решения для нефтедобывающих стран, в том числе и для России.

В связи с этим при проектировании нефтегазопромысловых объектов должны быть использованы современные технологии и технические средства, наиболее экологически приемлемые для конкретных природных условий территории размещения проектируемых объектов, направленные на повышение эксплуатационной надежности проектируемых объектов, предотвращение и уменьшение негативного воздействия на окружающую среду. Так же при планировании следует учитывать экономические оценки наносимых ущербов при предупреждении и ликвидации аварийных разливов нефти.

Целью данной курсовой является расчет ущерба почве и атмосфере при проколе нефтепровода.

Задачи данной курсовой работы:

- изучить теоретические аспекты, связанные с ликвидацией аварийных разливов ННП;

-произвести расчет ущерба при проколе нефтепровода по заданным исходным данным.



1. Теоретическая часть

1.1 Локализация аварийных разливов ННП

1.1.1 Боновые заграждения

Основными средствами локализации разливов ННП в акваториях являются боновые заграждения. Их предназначением является предотвращение растекания нефти на водной поверхности, уменьшение концентрации нефти для облегчения цикла уборки, и отвод (траление) нефти от наиболее экологически уязвимых районов.

Боновые заграждения бывают следующих типов:

Постоянной плавучести

Аварийные

Всплывающие

Огнеупорные

Универсальные

Все типы боновых заграждений состоят из следующих основных элементов:

поплавка, обеспечивающего плавучесть бона;

надводной части, препятствующей перехлестыванию нефтяной пленки через боны (поплавок и надводная часть иногда совмещены);

подводной части (юбки), препятствующей уносу нефти под боны;

груза (балласта), обеспечивающего вертикальное положение бонов относительно поверхности воды;

элемента продольного натяжения (тягового троса), позволяющего бонам при наличии ветра, волн и течения сохранять конфигурацию и осуществлять буксировку бонов на воде;

соединительных узлов, обеспечивающих сборку бонов из отдельных секций;

устройств для буксировки бонов и крепления их к якорям и буям.

1.1.2 Боновые заграждения постоянной плавучести

Боновые заграждения постоянной плавучести (БПП) предназначены для локализации аварийных разливов нефти в водохранилищах, затонах, реках, акваториях портов, а также для оперативного ограждения судов при приеме топлива, при грузовых операциях нефтеналивных судов. Обладают высокой разрывопрочностью и обеспечивают скорость их буксировки до 3-х узлов. Конструкция боновых заграждений обеспечивает максимальное сопротивление волновым и ветровым нагрузкам. Боны постоянной плавучести не поглощают воду и нефтепродукты.

1.1.3 Боновые заграждения постоянной плавучести цилиндрические

Цилиндрические боновые заграждения постоянной плавучести (БПП Ц) предназначены для локализации разливов нефти, возникающих в случае аварии на судах всех назначений при переходах по внутренним водам. Они используются для локализации аварийных разливов нефти при быстрых течениях в водохранилищах, затонах, реках, акваториях портов, а также для оперативного ограждения судов при приеме топлива, при грузовых операциях нефтеналивных судов.

БПП Ц состоит из бонов постоянной плавучести, которые соединяются между собой при помощи замкового соединения двух типов:

Стандартное замковое соединение внахлест (соединяется четырьмя болтами) по краям ленты бонового заграждения.

Межсекционное соединение внутри ленты бонового заграждения осуществляется замками мягкого типа.

Конструкция БПП Ц обеспечивает максимальное сопротивление волновым и ветровым нагрузкам.

1.1.4 Аварийные боновые заграждения (надувные)

Аварийное боновое заграждение предназначено для локализации разливов нефти, возникающих в случае аварии на судах всех назначений при переходах по внутренним водам. Используется для локализации аварийных разливов нефти в водохранилищах, затонах, реках, акваториях портов, а также для оперативного ограждения судов при приеме топлива, при грузовых операциях нефтеналивных судов. АБЗ состоит из надувных бонов, которые соединяются между собой при помощи замкового соединения двух типов:

Стандартное замковое соединение внахлест (соединяется четырьмя болтами).

Быстроразъемное международное замковое соединение ASTM ("Ласточкин хвост").

Аварийное боновое заграждение обладает высокой разрывопрочностью и обеспечивает скорость буксировки до 3-х узлов. Конструкция АБЗ обеспечивает максимальное сопротивление волновым и ветровым нагрузкам.

1.1.5 Всплывающие боновые заграждения

При совершении операций с нефтью и нефтепродуктами суда традиционно огораживаются боновыми заграждениями с помощью портового буксира. Для подхода судна к причалу и отхода судна приходится несколько раз в сутки устанавливать и снимать боновое заграждение, постоянно находящееся на плаву. Этот традиционный способ требует содержать бригаду рабочих и буксир с командой круглосуточно.

Всплывающие боновые заграждения (ВБЗ) устанавливаются единожды на много лет. После установки из них дистанционно выпускается воздух, боны ложатся на грунт и не препятствуют судоходству. В случае необходимости в боновое заграждение с причала дистанционно подается воздух, боны всплывают и на поверхности приобретают заданную форму.

Комплекс, находясь на дне, не изнашивается, круглосуточно готов к работе и летом и зимой. Кратность использования не ограничена. Всплывающие боновые заграждения могут быть установлены как в пресной, так и в морской воде.

Всплывающие боновые заграждения (ВБЗ) отличаются по использованию:

аварийные - находящиеся на дне и поднимаемые на поверхность только в случае аварии.

Каждая секция такого бона снабжена впускными невозвратными клапанами и травяще-предохранительными клапанами. Чтобы, после ликвидации аварии, положить такой бон на грунт, нужно с борта плавсредства выпустить газ из каждой секции последовательно.

Такие всплывающие боновые заграждения следует выставлять для аварийного разделения акваторий порта, закрытия входа в порт или терминал, для предотвращения распространения нефти при ее аварийном разливе.

Этот тип боновых заграждений также целесообразно выставлять на реке вблизи подводного перехода магистрального нефтепровода. Для аварийного БЗ в качестве станции газонаполнения используются баллоны высокого давления.

рабочие - всплывающие боновые заграждения, находящиеся на дне и поднимаемые для ограждения танкера при погрузке (судна при бункеровке).

По окончании нефтяных операций воздух из ВБЗ выпускается с причала без помощи плавсредства и ВБЗ ложится на грунт. Судно отходит и до окончания швартовки следующего судна ВБЗ лежит на дне.

Для такого типа ВБЗ баллонная станция газонаполнения не удобна. Оптимальным вариантом является компрессор среднего давления, работающий на ресивер такого объема, которого достаточно для наполнения ВБЗ.

Любой из перечисленных видов ВБЗ может быть установлен на глубинах 25-30 м как в морских, так и речных условиях.

1.1.6 Огнеупорные боновые заграждения

Огнеупорные боновые заграждения предназначены для сжигания нефти на поверхности воды.

Боны предназначены для многоразового использования.

При тралении с помощью такого бона одновременно со сжиганием локализованного нефтяного разлива можно ликвидировать на месте от 600 до 1800 баррелей (100 до 300 тонн) нефти в час.

Огнеупорные боны могут также использоваться для предотвращения распространения возникшего пожара, удерживая его в зоне, которая может быть эффективно обработана пеной.

1.1.7 Универсальные боновые заграждения



Универсальное боновое заграждение состоит из 2 автономных вертикально расположенных и соединенных между собой оболочек: воздушной и водонаполняемой. Вертикальная компоновка воздушной оболочки над водонаполняемой позволяет сформировать надводный борт (воздушная оболочка) и подводную часть - юбку бона (водонаполняемая оболочка).

Принцип работы заключается в следующем:

Боновое заграждение развертывается с вьюшки, находящейся на бонопостановщике (Boom's boat) и одновременно идет заполнение воздушной и водонаполняемой оболочек.

Воздух и вода подаются от воздуходувки и отвода водомета бонопостановщика либо от источника воздуха и осушительного (балластного или пожарного) насоса любого плавсредства.

Однако, для облегчения установки боновых заграждений на сильном течении, заполнение бона следует производить раздельно: сначала заполнить верхнюю камеру воздухом, выставить БЗ на якоря и только после этого заполнить водобалластную камеру водой.

По окончании локализации нефтеразлива, спускается с бонопостановщика скиммер, имеющий воздушный привод от установленного на бонопостановщике компрессора, и сбор нефтепродуктов осуществляется в водонаполняемую оболочку. При этом происходит вытеснение воды нефтью, закачиваемой в водонаполняемую оболочку. По окончании сбора нефти боновое заграждение может быть отбуксировано к месту передачи и утилизации нефти.

Преимущества универсального бонового заграждения:

Удобство хранения, транспортировки, работы системы "бонопостановщик-боновое заграждение";

Отсутствие балластной цепи, что позволяет снизить вес универсального бонового заграждения и увеличить длину секции до 250 метров;

Отказ от дополнительных емкостей для сбора нефти. Водонаполняемая оболочка выполняет функции балласта и сбора локализованных боновым заграждением нефтепродуктов.

1.2 Ликвидация аварийных разливов ННП

1.2.1 Методы ликвидации разливов ННП

Существует несколько методов ликвидации разлива ННП: механический, термический, физико-химический и биологический. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Механический метод

Одним из главных методов ликвидации разлива ННП является механический сбор нефти. Наибольшая эффективность его достигается в первые часы после разлива. Это связано с тем, что толщина слоя нефти остается так же достаточно большой. (При малой толщине нефтяного слоя, большой площади его распространения и постоянном движении поверхностного слоя под воздействием ветра и течения цикл отделения нефти от воды достаточно затруднен.) Помимо этого осложнения могут возникать при очистке от ННП акваторий портов и верфей, которые зачастую загрязнены всевозможным мусором, щепой, досками и другими предметами, плавающими на поверхности воды.

Применение механического метода ликвидации разлива ННП возможно при соответствии технических характеристик используемых средств условиям разлива.

К достоинствам данного метода можно отнести высокую эффективность при проведении работ, возможность сбора различных видов ННП, всесезонную возможность использования данного метода. Тем не менее, в местах механического сбора на поверхности воды всё равно остаётся тонкая плёнка ННП.

Осуществляется механический метод путём применения судов-нефтесборщиков или скиммеров. Ниже приводятся некоторые их модели.

Суда-нефтесборщики

Суда-нефтесборщики - самоходные суда, осуществляющие самостоятельный сбор нефти в акватории.

1.2.2 Бортовой нефтесборный катер для спасательных судов "ЭКО-5"

"ЭКО-5" представляет собой стальной плоскодонный катер с кормовым туннелем и подвесным мотором. Площадь рабочей палубы - 11 м2. Предназначен для сбора нефтепродуктов и наплавного мусора с поверхности воды.

Компактные размеры позволяют погрузить катер на спасательное судно и доставить его к месту разлива.

Успешно производит работы по очистке акватории на мелководье, в непосредственной близости от берега и иных местах, недоступных для больших судов-нефтесборщиков.

1.2.3 Скиммеры

Нефтесборные устройства, или скиммеры, предназначены для сбора нефти непосредственно с поверхности воды. В зависимости от типа и количества разлившихся нефтепродуктов, погодных условий применяются различные типы скиммеров как по конструктивному исполнению, так и по принципу действия.

По способу передвижения или крепления нефтесборные устройства подразделяются на самоходные; устанавливаемые стационарно; буксируемые и переносные на различных плавательных средствах. По принципу действия - на пороговые, олеофильные, вакуумные и гидродинамические.

Пороговые скиммеры отличаются простотой и эксплуатационной надежностью, основаны на явлении протекания поверхностного слоя жидкости через преграду (порог) в емкость с более низким уровнем. Более низкий уровень до порога достигается откачкой различными способами жидкости из емкости.

Олеофильные скиммеры отличаются незначительным количеством собираемой совместно с нефтью воды, малой чувствительностью к сорту нефти и возможностью сбора нефти на мелководье, в затонах, прудах при наличии густых водорослей и т.п. Принцип действия данных скиммеров основан на способности некоторых материалов подвергать нефть и нефтепродукты налипанию.

Вакуумные скиммеры отличаются малой массой и сравнительно мизерными габаритами, благодаря чему легко транспортируются в удаленные районы. Но они не имеют в своем составе откачивающих насосов и требуют для работы береговых или судовых вакуумирующих средств.

Большинство этих скиммеров по принципу действия являются также пороговыми. Гидродинамические скиммеры основаны на использовании центробежных сил для разделения жидкости различной плотности - воды и нефти. К этой группе скиммеров также условно можно отнести устройство, использующее в качестве привода отдельных узлов рабочую воду, подаваемую под давлением гидротурбинам, вращающим нефтеоткачивающие насосы и насосы понижения уровня за порогом, либо гидроэжекторам, осуществляющим вакуумирование отдельных полостей. В этих нефтесборных устройствах также используются узлы порогового типа.

В реальных условиях по мере уменьшения толщины пленки, связанной с естественной трансформацией под действием внешних условий и по мере сбора ННП, резко снижается производительность ликвидации разлива нефти. Также на производительность влияют неблагоприятные внешние условия. Поэтому для реальных условий ведения ликвидации аварийного разлива производительность, например, порогового скиммера нужно принимать равной 10-15% производительности насоса.

Скиммер пороговый

Скиммер пороговый (СП) предназначен для сбора с поверхности воды светлых нефтепродуктов, различных масел и сырой нефти. Скиммер изготовлен из алюминиевого сплава АМГ-5 на базе пневмоприводного насоса.

Скиммер пороговый изготавливается в двух вариантах:

с жестким корпусом;

со съемными надувными плавучестями, из нефтестойкого ПВХ.

Для привода скиммера необходим сжатый воздух под давлением 6-8 бар. (При снижении давления воздуха, но не ниже чем до 3,5 бар. скиммер сохраняет работоспособность, но снижается производительность). Для использования порогового скиммера СП-6 автономно (не с судна, обеспеченного сжатым воздухом) возможна комплектация силовым блоком (электро или дизель компрессором).

Скиммер СП отличается высокой надежностью, пожаро/взрыво безопасен, не требует специального обучения персонала.

Скиммер Magnum 100

Скиммер Magnum 100 предназначен для сбора разлитой нефти и нефтепродуктов на море в открытых акваториях.

1.3 Физико-химический метод

Физико-химический метод с использованием диспергентов и сорбентов анализируется как эффективный в тех случаях, когда механический сбор ННП невозможен, например при малой толщине пленки или когда разлившиеся ННП представляют реальную угрозу наиболее экологически уязвимым районам.

Диспергенты

Диспергенты представляют собой специальные химические вещества и применяются для активизации естественного рассеивания нефти с целью облегчить ее удаление с поверхности воды раньше, чем разлив достигнет более экологически уязвимого района.

Диспергенты применяются в жёстких условиях, когда механический сбор ННП затруднён или невозможен, т.е. при глубине свыше 10 метров, температуре воды ниже 5 °C и температуре наружного воздуха ниже 10 °C. Диспергенты дают возможность оперативного проведения ликвидации. Также их использование возможно совместно с различными техническими средствами. К недостаткам диспергентов относятся токсичность и ограниченность применения по температуре.

Сорбенты

Для локализации разливов ННП обосновано применение и различных порошкообразных, тканевых или боновых сорбирующих материалов. Сорбенты при взаимодействии с водной поверхностью начинают немедленно впитывать ННП, максимальное насыщение достигается в период первых десяти секунд (если нефтепродукты имеют среднюю плотность), после чего образуются комья материала, насыщенного нефтью.

К достоинствам сорбентов относятся независимость применения от внешних условий и минимальные расходы на хранение и транспортировку.

Ниже приведены некоторые типы сорбирующих изделий.

Сорбирующие элементы

Сорбирующие элементы могут использоваться с боновыми заграждениями постоянной плавучести всех типов. Успешно применяются не только для ликвидации аварийных разливов нефти и топлива, но и в превентивных целях в местах возможных разливов: в окрестностях морских платформ, нефтеналивных терминалов. Сорбирующие элементы собирают с поверхности воды нефтяные загрязнения и другие нерастворимые органические соединения, вплоть до удаления радужной пленки. За счет установления боновых заграждений с сорбирующими элементами на несудоходных реках можно улучшить экологическое состояние этих рек.

Сорбирующие боны

Сорбирующие боны предназначены для защиты береговой линии от нефтяных загрязнений, сорбции нефти на закрытых водоемах, выпускных коллекторах ТЭЦ, локализации разливов нефтепродуктов на палубах судов, нефтехранилищах. Также возможно использование в качестве дополнительного рубежа сорбирующего бонового заграждения совместно с бонами других модификаций.

1.4 Термический метод

Термический метод основан на выжигании слоя нефти.

Применяется непосредственно после загрязнения при следующих условиях: толщине плёнки ННП более 3мм, скорости ветра менее 35 км/ч, безопасном расстоянии до 10 км от места сжигания по направлению ветра.

К достоинствам метода относят быстроту ликвидации аварийного разлива ННП, применение при ликвидации малого количества технических средств и минимальные затраты. Однако, в результате применения термического метода должны быть осуществлены дополнительные меры пожарной безопасности. Негативным последствием применения метода является то, что из-за неполного сгорания ННП образуются стойкие канцерогенные вещества.

1.5 Биологический метод

Биологический метод используется после применения механического и физико-химического методов при толщине пленки не менее 0,1 мм.

В основе биологического метода лежит понятие биоремедитации.

Биоремедитация - это технология очистки нефтезагрязненной почвы и воды, в основе которой лежит использование специальных, углеводородоокисляющих микроорганизмов или биохимических препаратов.

Число микроорганизмов, способных ассимилировать нефтяные углеводороды, относительно невелико. В первую очередь это бактерии, в основном представители рода Pseudomonas, и определенные виды грибков и дрожжей. В большинстве случаев все эти микроорганизмы являются жесткими аэробами.

Существуют два основных подхода в очистке загрязненных территорий с помощью биоремедитации:

стимуляция локального почвенного биоценоза;

использование специально отобранных микроорганизмов.

Стимуляция локального почвенного биоценоза основана на способности молекул микроорганизмов к изменению видового состава под воздействием внешних условий, в первую очередь субстратов питания.

Наиболее эффективно разложение ННП происходит в первый день их взаимодействия с микроорганизмами. При температуре воды 15-25 °С и достаточной насыщенности кислородом микроорганизмы могут окислять ННП со скоростью до 2 г/м2 водной поверхности в день. но при низких температурах бактериальное окисление происходит медленно, и нефтепродукты могут оставаться в водоемах длительное время - до 50 лет.



2. Практическая часть

2.1 Условия аварии

Подземный нефтепровод диаметром 1220 мм с толщиной стенкой 16,2 мм, длиной 152 км, глубина заложения 2 м. Давление в нефтепроводе 4,2 МПа. Нефтеперекачивающая станция находится на 152 км. Расход нефти при работающей нефтеперекачивающей станции равен 171506,8 т/сутки. Плотность нефти равна 0,85 т/м3.

В результате несанкционированной врезки на 140,5 км нефтепровода образовалось отверстие диаметром 50мм. Площадь загрязнения пахотной земли составила 1620м2.

Левая задвижка от места аварии находится на 134 км трассы, правая - 113км.

Время возникновения аварии - 10.01.2008 в 14:00. Время остановки перекачки нефти - 30мин. Время закрытия задвижек - 9 минут.

Температура наружного воздуха равна минус 15°С, температура верхнего слоя земли минус 10°С. Остальные необходимые данные задаются преподавателем.

Исходные данные:

Таблица 1 - Точки перелома профиля нефтепровода

№ п/п	X, м	Z, м	№ п/п	X, м	Z, м
1	0	46,4	10	128000	129,2
2	104000	49,8	11	129000	145,7
3	105000	36,6	12	130000	129,1
4	121000	27,2	13	131500	150,4
5	121800	4,6	14	134000	105,8
6	123500	152,5	15	136500	223,4
7	124000	130,0	16	140500	187,2
8	125000	123,1	17	147000	195,4
9	127000	156,3	18	152000	72,9

Рисунок 1 Профиль трассы нефтепровода

Tа=14 ч 00 мин - время повреждения нефтепровода;

Tо =14 ч 30 мин - время останова насосов;

Tз=14 ч 39 мин - время закрытия задвижек;

Ti=0,1 ч - элементарный интервал времени, внутри которого режим истечения принимается неизменным;

Qo=0,78 м3/c = 2808м3/ч - расход нефти в неповрежденном нефтепроводе при работающих насосных станциях;

Q'=0,93 м3/c = 3348м3/ч - расход нефти при работающих насосах в поврежденном нефтепроводе;

l=152 км - протяженность аварийного участка нефтепровода между двумя насосными станциями;

x*=140,5 км - расстояние от насосной станции до места повреждения;

lзадв1= 134 км - расстояние от НПС до задвижки 1;

lзадв2= 113 км - расстояние от НПС до задвижки 2;

Z1= 46,4 - геодезическая отметка начала аварийного участка;

Z2= 72,9 - геодезическая отметка конца аварийного участка;

P1= 4,2 * 10 6 Па - давление в начале участка;

Р2 = 1,5 * 10 6 Па - давление в конце участка;

g=9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести;

ро= 0,85 т/м3 = 850кг/м3- плотность нефти;

mо =0,25 - показатель режима движения нефти по нефтепроводу;

dвн=1,1876 м - внутренний диаметр нефтепровода;

w= 0,157 м2 - площадь отверстия повреждения;

n=0,076*10 -4 м 2/с - кинематическая вязкость нефти;

h а =10м.вод.ст. - напор, создаваемый атмосферным давлением;

h Т =2 м - глубина заложения нефтепровода;

Zм= 187,2 - геодезическая отметка места повреждения;

Ро=4,2*10 6 Па - рабочее давление;

iо =0,006 - гидравлический уклон;

hср=0,055 - глубина пропитки грунта нефтью;

Fгр=1620 м2 - площадь нефтенасыщенного грунта;

t п =-10°С - температура верхнего слоя земли;

tвоз=-15°С - температура воздуха;

Fа=400 м2 - площадь земляного амбара;

Dп = 0,01 м - толщина слоя нефти на поверхности земли;

Tн.п.=48 ч - продолжительность испарения свободной нефти с поверхности земли;

q н.п. =556 г/м2 - удельная величина выбросов углеводородов с 1 м2 поверхности нефти, разлившейся на земле;

q н.а. =4620 г/м2 - удельная величина выбросов углеводородов с 1 м 2 поверхности амбара;

qн.т.в.=141 г/м2 - удельная величина выбросов углеводородов с 1 м 2 поверхности талых вод;

Кн =0,4 - нефтеемкость земли;

Ки=4,9 - коэффициент инфляции;

Кв=2 - коэффициент пересчета в зависимости от степени загрязнения земель нефтью;

Кп=2,5 - коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению загрязненных сельскохозяйственных земель;

Нб.а. =50 руб./т - базовый норматив платы за выброс 1 т углеводородов в пределах установленного лимита;

Нб.в. =221750 руб./т - базовый норматив платы за сброс 1 т нефти в пределах установленного лимита;

Нс=2271000 руб./т - норматив стоимости сельскохозяйственных земель;

Кэ.а. =2 - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы в данном регионе;

К э (i)=5 - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости грунта в данном регионе;

Кг=1,3 - коэффициент пересчета в зависимости от глубины загрязнения земель;

Уiv =80 руб./т - удельные затраты за размещение токсичных отходов IV класса;

Кт.н.=4 - класс токсичности нефти.

2.2 Определение количества нефти, вылившейся из нефтепровода вследствие аварии

Расчет количества нефти, вылившейся из трубопровода, производится в три стадии, определяемыми разными режимами истечения:

- истечение нефти с момента повреждения до остановки перекачки;

- истечение нефти с момента остановки перекачки до закрытия задвижек;

- истечение нефти с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.

Суммарный объем аварийной утечки нефти равен:



V=V1+V2+V3,

где V1 - объем нефти, вытекшей с момента повреждения до остановки перекачки, м3;

V2 - объем нефти, вытекшей с момента остановки перекачки до закрытия задвижек, м3;

V3- объем нефти, вытекшей с момента закрытия задвижек до прекращения утечки (до полного опорожнения отсеченной части трубопровода), м3.

Стадия 1. Объем нефти V1 вытекшей на первой стадии в напорном режиме, определяется:

V1 = Q1 · Т1 = Q · (Т0 - Та),

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

Т1 - продолжительность истечения нефти из поврежденного нефтепровода при работающих насосных станциях, ч;

Т0 - время остановки насосов после повреждения, ч;

Та - время повреждения нефтепровода, ч.

Расход нефти через место повреждения с момента возникновения аварии до остановки перекачки, м3/ч

где Q? - расход нефти в НП в поврежденном состоянии, м3/ч;

Q0 - расход нефти в НП при работающих насосных станциях в исправном состоянии, м3/ч;

Z1 - геодезическая отметка начала участка нефтепровода, м;

Z2 - геодезическая отметка конца участка нефтепровода, м;

P? - давление в начале участка НП в поврежденном состоянии, Па;

P?? - давление в конце участка НП в поврежденном состоянии, Па

с - плотность нефти, кг/м3;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

i0 - гидравлический уклон при перекачке нефти по исправному НП;

x* - протяженность участка НП от насосной станции до места повреждения, м;

m0 - показатель режима движения нефти по НП в исправном его состоянии;

l - протяженность участка НП, заключенного между двумя насосными станциями, м.

Подставив данные, получим:

Q1 = 3366,63 м3/ч;

V1 =3366,63 · Т1 = 563 · (14,5 - 14)=1683,31 м3

Стадия 2. После отключения насосных станций происходит опорожнение расположенных между двумя ближайшими НПС возвышенных и обращенных к месту повреждения участков, за исключением понижений между ними. Истечение нефти определяется переменным во времени напором, уменьшающимся по мере освобождения НП столбом нефти над местом истечения.

Для выполнения расчетов продолжительность T2 истечения нефти с момента остановки перекачки T0 до закрытия задвижек T3 разбивается на элементарные интервалы Ti, внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным. Для практического применения Ti принимают равным 0,25 ч, для более точных расчетов значения Ti можно уменьшить до 0,01…0,1 ч.

Общий объем нефти

Для каждого i-го элементарного интервала времени определяется соответствующий расход Qi нефти через дефектное отверстие

Напор в отверстии, соответствующий i-му элементарному интервалу времени, рассчитывается по формуле

где Zi - геодезическая отметка самой высокой точки профиля рассматриваемого участка НП, заполненного нефтью на i-й момент времени, м;

ZМ - геодезическая отметка места повреждения, м;

hт - глубина заложения НП, м;

hа - напор, создаваемый атмосферным давлением, м.

Для того, чтобы в каждый момент времени Ti коэффициент расхода нефти через место повреждения м, необходимо определить число Рейнольдса по формуле:

При подстановке данных получим:

Re1 = 143355, 2481

Полученное значение больше 30000, значит согласно таблице 1 значение будет равно 0.595

Таблица 2

Определим значение Q2:

Q2=0,595•0,157•(2•9.81•24,2)0.5=2,0355 м3/c

Определим значение V2:

V2=2, 0355•0.1•3600=732,785м3

Стадия 3. Истечение нефти из НП с момента закрытия задвижек до прекращения утечки.

Основной объем нефти, вытекающей после закрытия задвижек до прекращения самопроизвольного истечения нефти через место повреждения, м3, определяется по формуле:

где l? - суммарная длина участков НП между двумя перевальными точками или двумя смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки повреждения, м. В зависимости от положения нижней точки контура повреждения относительно поверхности трубы и профиля участков НП, примыкающих к месту повреждения, возможно и частичное их опорожнение. Дополнительный сток ДV3, определяемый объемом участка НП с частичным опорожнением, для различных условий в зависимости от диаметра НП определяется в соответствии с данными, приведенными в таблице 3.

Таблица 3

Объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек равен:

V3 =V'3 + ?V3

Так как 3 стадия истечения - это истечение нефти самотеком, то тут на нефть действует лишь гравитация и она будет течь только вниз.

По профилю нефтепровода (рисунок 1) определим участки, из которых нефть будет вытекать под действием гравитации:

Это участок от 136,5км до 147км.

Найдем длину этой части:

lуч =1000 - 1000 •(190,1 - 187,2 )/(195,4-187,2) = 646,341м

Согласно данным, приведенным в таблице 2 найдем ?V3:

Нашему случаю соответствует формула:

?V3=A•Dвн3

Угол ? = 180о - 22,5о=157.5о, переведем это значение в радианы:

? = 157.5•3.14/180 = 2,747,

такое значение есть в таблице и ему соответствует значение коэффициента

А = 0.784

Из той же таблицы 2 видно, что коэффициенты k(xi) и k(xj) есть ни что иное, как арктангенсы углов наклона трубопровода относительно места прорыва до и после него соответственно. Тогда, используя рисунок 1, получим:

k (xi) = 40.11/1000 = 0,04011

k (xj) = 79.3/1000 = 0,0793,

значит

?V3=0,784•0,53=3,68 м3.

V3=715,603+3.68=719,283 м3

Общий объем вылившейся нефти:

V = V1+V2+V3 = 3135, 38 м3

Масса вылившейся нефти:

М = V• = 3135,38•0,855 = 2680,75т,



2.3 Оценка степени загрязнения земель

Степень загрязнения земель определяется нефтенасыщенностью грунта (количество нефти, впитавшейся в грунт), которая определяется по соотношениям:

Мвп = Кн ·с · Vгр

Vвп = Кн ·Vгр ,

где Мвп - масса нефти, впитавшаяся в грунт, т;

Vвп - объем нефти, впитавшийся в грунт, м3;

Кн - нефтеемкость грунта, принимается по табл. П.2

с - плотность нефти, т/м3;

Vгр - объем нефтенасыщенного грунта, м3.

Объем нефтенасыщенного грунта вычисляяется по формуле:

Vгр = Fгр · hср ,

где Fгр - площадь нефтенасыщенного грунта, м2;

hср - средняя глубина пропитки грунта на всей площади нефтенасыщенного грунта, м.

Все необходимые для вычислений значения есть в исходных данных.

Вычислим:

Vгр = 1620 · 0,05 = 81 м3 ,

Vвп = 0,4 ·81=32,4 м3 ,

Мвп = 0,4•0,855•81 = 27,7 т.



3. Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха

Степень загрязнения атмосферного воздуха вследствие аварийного разлива нефти определяется массой летучих низкомолекулярных углеводородов, испарившихся с поверхности почвы или водоема.

3.1 Масса летучих низкомолекулярных углеводородов, испарившихся с поверхности почвы, покрытой разлитой нефтью, определяется по формуле

Ми.п. = qи.п. · Fгр · 10-6,

где qи.п. - удельная величина выбросов летучих углеводородов с 1 м2 поверхности нефти, разлившейся на почве, г/м2, выбирается из справочника "Удельные выбросы в атмосферу". В ПП "Аварии на нефтепроводах" эта величина автоматически выбирается в зависимости от: плотности нефти с; средней температуры поверхности испарения tп.и.; толщины слоя нефти на дневной поверхности почвы дп ; продолжительности процесса испарения свободной нефти с дневной поверхности почвы фи.п.. Плотность нефти принимается по данным документов о качестве нефти, перекачиваемой по нефтепроводу перед его аварийной остановкой.

Средняя температура поверхности испарения определяется по формуле:

tп.и. = 0,5(tп + tвоз),

где tп - температура верхнего слоя почвы, єС;

tвоз - температура воздуха, , єС.

Если tп.и. < 4єС, то удельная величина выбросов принимается равной нулю.

Вычислим:

tп.и. = 0,5(-10-15)=-12,5оС< 4єС,

значит qи.п=0,

Ми.п. = 0

3.2 Так же вычислим массы нефти, испарившиеся с поверхности амбара

Ми.амб. = qи.а. · Fамб · 10-6

Ми. т.в. = qи.т.в. · Fт.в. · 10-6,

где Ми.амб. , qи.а., Fамб, Ми. т.в. , qи.т.в., Fт.в - масса, удельная величина выбросов с 1м2 и площадь амбара и талых вод соответственно.

Вычислим:

Ми.амб. = 4620 · 400· 10-6=1,848т

Ми. т.в. = 141 · 62000 · 10-6=8,74т

3.3 Масса нефти, принимаемая для расчета платы за выбросы летучих низкомолекулярных углеводородов нефти в атмосферный воздух при авариях на нефтепроводах, рассчитывается по формуле

Ми = Ми.п. + Ми.в+ Ми.амб+ Ми. т.в.

Если в результате аварии нефть загрязняет только почву или только водный объект, то соответственно в формуле слагаемое Ми.в. или Ми.п принимается равным нулю.

Вычислим:

Ми = 1,848+8,74=10,588т



4. Учет количества вылившейся и потерянной нефти

На всех стадиях ликвидации аварии на нефтепроводах с момента ее возникновения до полной ликвидации ее последствий должен соблюдаться баланс между массой М вылившейся нефти из трубопровода и распределением ее по компонентам ОПС с последующим соблюдением баланса между массой вылившейся из трубопровода нефти М и собранной Мсб. и безвозвратно потерянной Мб.п. нефти:

М = Мб.п. + Мсб.,

Мб.п. = Мв.п. + Му + Ми,

где Мв.п. - масса, впитавшейся в грунт нефти, т,

Му - масса нефти, причинившая ущерб, принимаемая для расчета платы за загрязнение водного объекта, т,

Ми - масса, испарившихся летучих низкомолекулярных углеводородов нефти, т

Вычислим:

Мб.п. = 27,7+10,588 = 38,288 т

М = 38,288 + 1800 + 83 + 745 = 2666,29т,

Масса же разлитой нефти М, рассчитанная в самом начале - 2680,75 т, что отличается от полученной только что цифры менее, чем на 5%, значит расчеты верны.



5. Оценка ущерба окружающей природной среде, подлежащего компенсации, от загрязнения земель

В соответствии с нормативным документом "Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами" ущерб Уз от загрязнения земель нефтью определяется по формуле:

Уз = Нс · Fгр · Кп · Кв · Кэ(i) · Кг=7819830,72 руб,

где Нс - норматив стоимости сельскохозяйственных земель, руб/га

Fгр - площадь нефтенасыщенного грунта, га;

Кп - коэффициент пересчета, принимаемый в зависимости от периода времени по восстановлению загрязненных сельскохозяйственных земель;

Кв - коэффициент пересчета, принимаемый в зависимости от степени загрязнения земель, которая характеризуется 5 уровнями;

Кэ(i) - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории i-го экономического района;

Кг - коэффициент пересчета, принимаемый в зависимости от глубины загрязнения земель.



6. Оценка ущерба, подлежащего компенсации, окружающей природной среде от загрязнения атмосферы

Расчет ущерба ОПС от выбросов углеводородов нефти в атмосферу при аварийных разливах выполняется по формуле

Ук.а.=5КиСаМи

Ущерб, подлежащий компенсации, Ук.а. рассчитывается как плата за сверхлимитный выброс загрязняющих веществ применением повышающего коэффициента 5.

Са=Нб.а.Кэ.а

Вычислим:

Са=50•1,4 = 70

Ук.а.=5•4,9•70•55,14 = 945650,1 руб,



7. Плата за загрязнение окружающей природной среды при авариях на магистральных нефтепроводах

Плата за загрязнение окружающей природной среды разлившейся нефтью при авариях на магистральных нефтепроводах П складывается из ущерба, подлежащего компенсации, за загрязнение земли, водных объектов и атмосферы:

П=Уз+Ук.в.+Ук.а., руб

П = 7819830,72+945650,1=8765480,82 руб.

аварийный нефть боновый биоремедитация



Заключение

Вероятность возникновения разливов нефти велика, и это подразумевает комплексное реагирование и борьбу с разливами нефти различными средствами. Своевременная и качественная борьба с разливами нефти может существенно снизить размеры экологического и экономического ущерба. Серьезные разливы нефти невозможно предугадать заранее, однако, в случае возникновения разливов, борьба с ними должна производиться всеми возможными и целесообразными методами локализации и ликвидации.

В заключение необходимо отметить, что каждая чрезвычайная ситуация, обусловленная аварийным разливом нефти и нефтепродуктов, отличается определенной спецификой. Многофакторность системы "нефть - окружающая среда" зачастую затрудняет принятие оптимального решения по ликвидации аварийного разлива. Тем не менее, анализируя способы борьбы с последствиями разливов и их результативность применительно к конкретным условиям, можно создать эффективную систему мероприятий, позволяющую в кратчайшие сроки ликвидировать последствия аварийных разливов ННП и свести к минимуму экологический ущерб.

Подводя итоги, можно сделать вывод о том, что при выборе метода ликвидации разлива ННП нужно исходить из следующих принципов:

все работы должны быть проведены в кратчайшие сроки;

проведение операции по ликвидации разлива ННП не должно нанести больший экологический ущерб, чем сам аварийный разлив.

Так же в ходе курсовой работы были выполнены расчёты ущерба почве и атмосфере при проколе нефтепровода.

Общий объем нефти, вытекший при аварии на подводном переходе составил 3135,38 м3.

Общий ущерб окружающей среде составил 8765480,82 рублей



Список используемой литературы

1. Каменщиков Ф.А., Богомольный Е.И. Удаление нефтепродуктов с водной поверхности и грунта. - М. - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", Институт компьютерных исследований, 2006. - 528с.

2. Фомина Е.Е. Учебное пособие по расчету ущерба окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах с использованием программного продукта "Аварии на нефтепроводах" - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009. - 56 с.

3. Электронный ресурс - http://larn32.ru/article/detail59.htm

4. Электронный ресурс - http://poli.ru/products/larn

5. Электронный ресурс - http://www.kron.spb.ru/catalog/category/49/

Размещено на Allbest.ru