Приложение. План по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в ОАО "Нефть"

Приложение

к распоряжению Губернатора Саратовской области

от 14 ноября 2003 г. N  934-р

План
по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в ОАО "Нефть"

Введение

Настоящий План разработан в соответствии с постановлениями Правительства Российской Федерации от 21 августа 2000 года N 613 "О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов" и от 15 апреля 2002 года N 240 "О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации".

Указанными постановлениями Правительства Российской Федерации утверждены основные требования к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов и правила организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации, которые относятся к чрезвычайным ситуациям локального, муниципального, территориального, регионального и федерального значения, а также порядок организации взаимодействия сил и средств, привлекаемых для ликвидации чрезвычайной ситуации.

В Плане приведены общие сведения об объекте ОАО "Нефть", порядок действий по локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (оперативная часть), организация материально-технического, инженерного, медицинского и финансового обеспечения мероприятий по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.

В приложениях даны график проведения операции по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов и ситуационный план объекта.

Чрезвычайные ситуации на ОАО "Нефть" могут быть лишь локального значения. Аварийный вылив из нефтепровода в самом тяжелом по своим последствиям сценарии не превышает 78 тонн нефти и может быть локализован в нормативное время - 6 часов при разливе нефти на почве.

Справка об использовании аналитических зависимостей

1) К разделу 1.2.1.

До закрытия задвижек, когда движущий напор остается постоянным и расход нефти (q_нр) через аварийное отверстие определяется разностью внутреннего и внешнего давления с учетом высот геодезических отметок, расстоянием от сборной емкости до места разрыва, условным диаметром аварийного отверстия и рассчитывается по известной формуле:

Формула (1)

Под величиной дельта_H понимается разность напоров внутри трубы H(*)_внтр и вне полости трубы H(*)_внш в сечении, где расположено аварийное отверстие. Для определения дельта_H запишем систему уравнений:

Формула (2)

Масса М_нр нефти, вытекшей из трубопровода с момента возникновения аварии до момента закрытия задвижки на сборной емкости, определяется с учетом уравнений (1) и (2) и будет равна:

Формула (3)

Для определения количества вытекшей в самотечном режиме нефти М_ср необходимо решить нелинейное уравнение Бернулли.

В это уравнение входит скорость жидкости, а также напор внутри полости трубы в аварийном сечении. При этом по мере истечения нефти напор изменяется во времени.

Для сегмента трубопровода, заключенного между сечениями 1 и 2, имеет место уравнение Бернулли:

Формула (4)

Потери напора на трение в трубопроводе h_тау вычисляются по формуле Дарси-Вейсбаха:

Формула (5)

Для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления ламбда могут быть применены классические формулы гидравлики.

В зависимости от режима течения нефти в трубопроводе используются формулы Пуазейля-Стокса, Блазиуса, Альтшуля или Шифринсона.

Применимость той или иной формулы гидравлики определяется диапазоном изменения числа Рейнольдса Re = V_пр x D/тэта (где тэта - кинематическая вязкость нефтепродукта; V_пр - скорость перекачки).

Потери напора на преодоление местных сопротивлений h_м вычисляются для трубопроводов с достаточной степенью точности из следующего выражения h_м = k_m x hтау, где k_m ў 0,02-0,05.

При выполнении практических расчетов по уравнению (4) необходимо определить высотную отметку Z(t), соответствующую свободной поверхности нефти в сечении X(t). Для этого трубопровод разбивается, в соответствии с профилем трассы, на элементарные линейные участки и предполагается, что в пределах этих участков ось трубы прямолинейна.

Вследствие чего положение оси каждого из элементарных участков трубы описывается линейным уравнением:

                   Z(t) = k_i x (X(t) - L_x2) + Zx2,                  (6)

где

k_i = (Z_x1 - Z_x2)/(L_x1 - L_x2) - коэффициент        наклона       i-го

                                    элементарного линейного участка;

L_x1, Z_x1 и L_x2, Z_x2           - координаты  соответственно  начала  и

                                    конца      элементарного    линейного

                                    участка.

Исключая Z(t) из уравнения Бернулли и решая его относительно скорости перемещения свободной поверхности столба жидкости в трубопроводе для гидравлически гладких труб, получаем уравнение для определения длины j-го элементарного участка, опорожняемого за время j-го шага истечения t_j. Определяя по времени, необходимом для ликвидации аварии, число шагов дискретизации процесса истечения нефти, рассчитываем массу аварийного выброса для иота-го режима истечения r-ой ветви трубопровода

Формула (7)

Совместное решение уравнений (3) и (7) позволяет рассчитать массу аварийного вылива нефти в зависимости от профиля трассы, диаметра аварийного отверстия и времени истечения в каждом из рассматриваемых режимов опорожнения нефтепровода. При расчетах время истечения и диаметр аварийного отверстия задаются сценариями развития аварии на рассматриваемом участке трубопровода.

Расчет массы аварийного вылива нефти реализован программно в среде Mathcad 2001i Professional.

Используя данную программу расчета, определяется матрица масс аварийных выбросов нефти M_ij для всех возможных сценариев развития аварии на рассматриваемом участке магистрального трубопровода.

Масса аварийного выброса в значительной степени зависит от диаметра аварийного отверстия d_i и полного времени истечения нефти t_j. Время истечения нефти можно разбить на два в достаточной степени самостоятельных, независимых этапа: время закрытия задвижки на сборной емкости и время самотечного режима до полной ликвидации истечения аварийно-восстановительными бригадами. Для каждого r-ого этапа рассчитываются матрицы масс аварийных выбросов. Сумма данных матриц определяет исходную для дальнейших расчетов матрицу.

2) К разделу 1.2.2.

Применяемые физико-математические модели и методы расчета линейных размеров и площади зеркала аварийных разливов нефти при аварии трубопровода. Растекание горючих жидкостей зависит от таких факторов, как расход, продолжительность истечения, вязкость и т.п. Характерный размер растекания горючих жидкостей на стандартной поверхности выражается произведением степенных функций критерия Галилея и критерия гомохронности:

                         L/l = A x Ga(m) x Ho(n)                      (8)

где

L                - характерный размер растекания жидкости;

l                - определяющий размер;

А                - постоянная величина;

Ga = gl(3)/ню(2) - критерий Галилея (g - ускорение свободного падения;

ню               - кинематическая вязкость жидкости);

Но = gt2/l       - преобразованный     критерий     гомохронности (тау  -

                   продолжительность истечения);

m и n            - показатели степени, учитывающие условия растекания нефти.

Для оценки размера зеркала разлития (пятна) нефти на подстилающей поверхности в данной работе использованы исследования, проведенные В.Ч.Реуттом при 10(3) <= Ga <= 6 x 10(7) и 1,5 x 10(3) <= Но <= 4 x 10(8), устанавливающие зависимость характерного размера растекания от продолжительности, вязкости, объема и расхода вытекающей при аварии горючей жидкости, а также структуры подстилающей поверхности. Эта зависимость для непрерывного истечения описывается следующим уравнением:

Формула (9)

Форму площади растекания потока жидкости, необходимую для определения границ зоны разлива на прилегающей к продуктопроводу территории, определяли, исходя из следующих соображений. Для неограниченных территорий с уклоном рельефа местности до 1 процента площадь растекания определяется площадью приведенного круга с радиусом Lр. Для неограниченных территорий с уклоном от 1 процента до 3 процентов площадь растекания соответствует площади эллипса с отношением длины большой оси Х к малой Y в пределах 1,5-3,5 (исходя из условия равенства площадей приведенного круга с радиусом Lр и эллипса с осями X и Y). Точка разгерметизации трубопровода расположена в одном из фокусов эллипса, а вектор потока жидкости направлен в сторону уклона местности по большой оси. Для неограниченных территорий с уклоном более 3 процентов площадь разлива имеет площадь вытянутого эллипса с отношением осей в пределах 3,5-5. Для территорий, ограниченных относительно продольной оси прокладки трубопровода естественными или искусственными боковыми препятствиями для растекания жидкости (при X/Y > 5), малая ось эллипса определяется реальным расстоянием между данными препятствиями. При этом большая ось эллипса рассчитывается по величине малой оси и величине ожидаемой площади разлива нефти Sp = f(Lp) с учетом продолжительности, вязкости, расхода вытекающей при аварии нефти, а также условий растекания и структуры подстилающей поверхности.

Определение времени гравитационного растекания нефти. Скорость гравитационного растекания "цилиндрического" слоя жидкости определяется из уравнения материального баланса:

Формула (10)

Применяемые физико-математические модели и методы расчета линейных размеров и площади зеркала аварийных разливов нефти при аварии в резервуарных парках. При оценке количества опасного вещества, участвующего в аварии в резервуарных парках, рассматривались случаи квазимгновенного раскрытия резервуара с полным выбросом содержимого в окружающую среду. На уровне инженерной оценки времени растекания горящей нефти будем исходить из предположения, что "цилиндрический" слой жидкости, образовавшийся в результате квазимгновенного разрушения резервуара, растекается под действием только гравитационных сил (рисунок 1).

Рис. 1. Принцип расчета гравитационного растекания цилиндрического слоя жидкости

Запишем уравнение материального баланса для скорости гравитационного растекания "цилиндрического" слоя жидкости:

Формула (11)

Текущая толщина слоя h(t) для данного объема растекающейся жидкости зависит от массы вещества участвующего в аварии, его плотности при заданной температуре, текущего значения площади зеркала разлива и определяется выражением:

Формула (12)

Учитывая вышесказанное, запишем дифференциальное уравнение первого порядка:

Формула (13)

Решая дифференциальное уравнение (13), определим время добегания жидкости (t_P) до точки, расположенной на расстоянии R_i от аварийного резервуара:

Формула (14)

Характер изменения времени разлития нефти в функции расстояния от аварийного резервуара (РВС-1000) до рассматриваемой точки территории показан на рисунке 2.

Рис. 2. Характер изменения времени растекания нефти по прилегающей к аварийному резервуару территории