Пример расчета ущерба окружающей природной среде при аварии на магистральном нефтепроводе

К _э.а.= 1,6  - коэффициент    экологической ситуации  и экологической значимости  атмосферы в данном регионе;

К _э(i)=1,9  - коэффициент    экологической ситуации  и экологической значимости  грунта  в   данном регионе;

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

Кт.н.=4      - класс токсичности нефти.

 

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.

 

 Истечение нефти с момента повреждения нефтепровода до остановки перекачки

Форма разрыва приложение А.

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

   V₁ = Q₁ τ₁ = Q₁(τ_о-τ_а).                                    (1)

V₁ = 6,6(0,69) = 4,554 м³

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

Расход нефти через место  повреждения Q₁ определяется из выражения

  Q₁ = μ ω .                                                              (2)

Q₁ = 0,595*0,00224 = 6,6 м³/ч.                                                        

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

Коэффициент расхода μ через  дефектное отверстие диаметром d_отв. Определяется в зависимости от числа Рейнольдса  Re в соответствии с табл. 3.

 

Таблица 3 – Значение числа Рейнольдса

 

Re	<25	25….400	400…10000	10000..300000	>300000
Коэффициент расхода μ	Re/48	Re/(1,5+1,4 Re)	0,592+0,27/	0,592+5,5/	0,595

 

Число Рейнольдса Re рассчитывается по формуле

  Re = (d_отв. )/v.                                                                       (3)

Re = (0,053 )/0,076*10^-4 = 584210,53

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

 d_экв.= .                                                                                 (4)

d_экв.= = 0,053 м.                                                                             

В этом случае в формулу (3) подставляем  d_отв = d_экв.

Перепад напора h* в точке истечения зависит от давления P_о в начале участка l, гидравлического уклона I_о, удаленности места повреждения от НПС, глубины h_T заложения нефтепровода, и определяется из выражения (см. исходные данные):

.                                                              (5)

h^* = 52,4*10⁵/0,85*9,81- 0,005*54*0,8 = 357,91 м.

 

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  τ_о до закрытия задвижек τ_з разбивается на элементарные интервалы τ_i ,внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.

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

Общий объем выхода нефти из нефтепровода за время τ₂=(τ_о – τ_з) определяется  следующим образом:

.                                                                                                              (6)

= 5,157 м³                                                         

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

Q₂ = .                                                                         (7)

Q₂ = = 0,9 м³/ч                                                             

где h₂ – напор в отверстии, соответствующий времени истечения нефти с момента остановки НПС до закрытия задвижек рассчитывается по формуле (8):

h₂=Z_а-Z_м-h_T-h_a.                                                                    (8)

h₂=210-192,94-0,5-10 = 6,56 м.

Величина Z_а является геодезической отметкой самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода, Z_м – геодезическая отметка места повреждения нефтепровода; h_а – напор, создаваемый атмосферным давлением;  h_т – глубина залегания нефтепровода, м.

 

 

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

 

Основной объем вытекающей после  закрытия задвижек нефти V₃, определяется по формуле

V₃ = πD²_вн ℓ'/4.                                       (9)

V₃ = 3,14*0,8²*1000/4 = 502,4 м³

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*, Z_м) и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки места повреждения.

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

V_общ = V₁  + V₂ + V₃                                                                          (10)

V_общ = 4,554+5,157+502,4 = 512,111 м³.                                                       

М = ρV_общ.                                                                                        (11)

М = 0,85*512,111= 435,29 м³.

 

Оценка степени  загрязнения  земель

 

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

М_вп = К_н p V_гр,   кг;

V_вп = К_н V_гр,   м³.                                (12)

М_вп = 0,08*0,85*240 = 16,32 т.

V_вп = 0,08*240 = 19,2 м³.

Значение нефтеемкости грунта К_н в зависимости от его влажности принимается по табл. 1 приложения Е.

Объем нефтенасыщенного грунта V_гр вычисляют по формуле

V_гр = F_гр  h_ср.                                                               (13)

V_гр = 8000*0,03 = 240 м^3.

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

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.

 

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:

- для водоемов

М_{н в-м} = 5,8 ×10^-3 М_р (С_н-С_ф),                                                               (14)

- для водотоков

М_{н в-к} = 8,7 ×10^-4 М_р (С_н-С_ф).                                                        (15)

М_{н в-к} = 8,7 ×10^-4 *0,678*121,95 = 0,072

Концентрация насыщения С_н принимается по табл. 2 приложение Д или в исходных данных  в зависимости от типа водного объекта.

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

Масса М_р 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.

В случае если определение массы  разлитой на водной поверхности нефти производится несколькими способами, дающими разные результаты, в расчете получается большая величина.

Для получения предварительных  данных может использоваться метод специальных оценок загрязнения водных объектов без применения его в расчете ущерба окружающей среде.

Расчет массы разлитой на поверхности  водного объекта нефти по наличие количества производится по формуле:

М_р=М – М_п - М_ип.                                                             (16)

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

М_р=(m_p – m_ф)F_н*10^-6 + (С_р-С_ф)V_p*10^-6.                                     (17)

М_р=(0,65 –0,2)10000*10^-6 + (10-0,05)0,3*10^-6 = 0,67785 т.                           

Для получения данных инструментальных измерений, входящих в формулу (17), необходимо:

• в 2…6 точках разлива произвести отбор нефти проотборником с            площадью поперечного сечения. Точки  отбора проб выбираются так, пробы 2…3 из них находились ближе к центру разлива, а другие 2…3 – с периферии. Из отобранных проб составляется общая проба, в которой особым методом определяется масса нефти. По найденной массе рассчитывается масса m_p;
• в точках, в которых производится отбор нефти, с глубины 0,3 м отбираются пробы воды для определения концентрации С_р растворенной и эмульгированной в воде нефти;
• в 1…2 точках поверхности водного объекта, не подверженных влиянию разлива нефти, пробоотборником с известной площадью поперечного сечения отбираются пробы воды для определения наличия на ней нефти и  по найденной массе рассчитывается масса m_ф;
• в точках, в которых производится отбор проб воды для нахождения массы m_ф, отбираются пробы воды с глубины 0,3 м для определения фоновой концентрации С_ф нефтепродуктов в воде (отбор проб воды производится в случаях, когда данные о фоновой концентрации в месте разлива нефти не известны).

 На основе экспертных оценок  характера поверхности воды и  внешних признаков нефтяной пленки расчет массы разлитой на поверхности водного объекта нефти производится по формуле:

М_р =(m_p-m_ф)F_н*10^-6 .                                                  (18)

Способ экспертных оценок может  применяться в случаях, когда  толщина слоя нефти в месте  разлива значительно меньше 1 мм.

 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.