Размещено на http://www.allbest.ru/

Инженерная школа природных ресурсов (ИШПР)

Направление подготовки (специальность) 21.03.01 "Нефтегазовое дело"

Профиль "Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки"

Отделение нефтегазового дела

Курсовая работа

Расчет ущерба почве и атмосфере при порыве нефтепровода

А.А. Новейченко - студент

Руководитель Н.А. Антропова к.г-м.н.

Томск - 2019 год



Введение

В данной курсовой работе необходимо провести расчеты, согласно заданным исходным параметрам:

1. Произвести оценку факторов, определяющих величину ущерба окружающей природной среде;

2. Необходимо оценить степень загрязнения почвы и воздуха;

3. Расчитать количество вылившейся и потерянной нефти;

4. Оценить ущерб для окружающей природной среды, атмосферы, водных объектов;

5. Определить общий ущерб, нанесенный окружающей среде, в денежном выражении.



1. Условия расчета

1.1 Условия, при которых произошла авария

нефтепровод авария ущерб

Подземный нефтепровод диаметром 1020 мм с толщиной стенкой 16,0 мм, длиной 152 км, глубина заложения 2 м. В результате аварии на 140 км произошел порыв на полное сечение. Нефтеперекачивающая станция находится на 152 км.

В результате аварии на 140 км нефтепровода произошел его разрыв на полное сечение. Площадь загрязнения пахотной земли составила 1620 м². Время возникновения аварии - 10.01.2008 в 14.20. Время остановки перекачки нефти - 10 минут. Время закрытия задвижек - 9 минут. Температура наружного воздуха рана минус 15єС, температура верхнего слоя земли минус 10є С.

На рис. 1 представлен профиль трассы трубопровода.

Рис. 1 Профиль трассы трубопровода



1.2 Исходные данные

Регион - Воронежская область;

Период восстановления земель - 4 года;

Степень загрязнения - средняя;

T_а=14 ч 20 мин - время повреждения нефтепровода;

T_о =14 ч 30 мин - время останова насосов;

T_з=14 ч 39 мин - время закрытия задвижек;

Q_o= 2,33 м³/с - расход нефти в неповрежденном нефтепроводе при работающих насосных станциях;

Q' = 2,58 м³/с - расход нефти при работающих насосах в поврежденном нефтепроводе;

L = 152 км - протяженность аварийного участка нефтепровода;

x* = 140 км - расстояние от начала участка до места повреждения;

l_задв1= 127 км - расстояние от НПС до задвижки 1;

l_задв2= 147 км - расстояние от НПС до задвижки 2;

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

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

g = 9,81 м/с²- ускорение силы тяжести;

с= 850 кг/м³- плотность нефти;

Р₀ = 5,02 Мпа - рабочее давление;

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

d_вн= 0,988 м - внутренний диаметр нефтепровода;

n = 0,076Ч10^-4м²/с- кинематическая вязкость нефти;

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

h_Т= 2 м - глубина заложения нефтепровода;

Z_м= 188,0 м - геодезическая отметка места повреждения;

h_ср=0,06 м - глубина пропитки грунта нефтью;

F_гр= 1620 м²- площадь нефтенасыщенного грунта;

t_п= -10°С - температура верхнего слоя земли;

t_воз= -15°С - температура воздуха;

F_а= 1000 м²- площадь земляного амбара;

К_н = 0,20 - коэффициент нефтеемкости грунта, принимаем торфяной грунт влажностью 60 %;

К_п^*= 3,2 - коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению загрязненных сельскохозяйственных земель;

К_в= 0,6 - коэффициент пересчета в зависимости от степени загрязнения земель нефтью;

К_г= 1,0 - коэффициент пересчета в зависимости от глубины загрязнения земель;

Н_с =2538000- норматив стоимости сельскохозяйственных земель, руб/га;

К_э(i) = 1,6- коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории i-го экономического района;

m_пл.ост.=0,4 г/м² - удельная масса пленочной нефти на 1 м² после ликвидации аварии;

T_н.п.= 46 ч - продолжительность испарения свободной нефти с поверхности земли; q_н.п. =658 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 м² поверхности амбара;

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

К_т.н. = 4 - класс токсичности нефти.

Значения коэффициентов взяты в соответствии с постановлениями правительства №77 от 1997 года и №344 от 2003 года.

К нормативам платы, установленным в 2003 г. (постановление Правительства РФ от 12 июня 2003 г. N 344), применяется коэффициент инфляции - 2,01 в 2010 году.



2.Оценка факторов, определяющих величину ущерба окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах

2.1 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.

Этап 1. Объем V₁ нефти, вытекшей из нефтепровода с момента ф_а возникновения аварии до момента ф_о остановки перекачки, определяется соотношением:

V₁= Q₁· Т₁= Q₁ · (Т₀- Т_а)

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

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

Т₀- время остановки насосов после повреждения;

Т_а- время повреждения нефтепровода.

Расход нефти через место повреждения с момента возникновения аварии до остановки перекачки:

где - расход нефти в НП в поврежденном состоянии, м³/с;

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

- геодезическая отметка начала участка НП, м;

- геодезическая отметка конца участка НП, м;

- давление в поврежденном НП в начале участка, Па;

- давление в поврежденном НП в конце участка, Па;

- плотность нефти, кг/м³;

- ускорение силы тяжести, м/с²;

- гидравлический уклон при перекачке нефти по исправному НП;

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

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

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

Расчет гидравлического уклона НП в исправном состоянии:



где - коэффициент гидравлического сопротивления;

- скорость перекачки в неповрежденном НП, м/с:

- внутренний диаметр НП, м.

Коэффициент гидравлического трения зависит от режима течения флюида, т.е. от числа Рейнольдса, которое определяется по формуле:

где - кинематическая вязкость флюида, м²/с.

Определим граничные значения числа Рейнольдса:

где - коэффициент относительной шероховатости:



где - эквивалентная шероховатость, принимаем для стальных сварных труб, после нескольких лет эксплуатации.

Так как , то расчет будет вестись по формуле Альтштуля для зоны смешанного трения:

Таким образом, гидравлический уклон исправного НП равен:

Т.к. Р^//=0

Время повреждения ф_а и остановки ф_онасосов фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки.

Этап 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 T₀до закрытия задвижек T₃разбивается на элементарные интервалы T_i, внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным. Для практического применения T_i принимают равным 0,25 ч, для более точных расчетов значения T_iможно уменьшить до 0,01…0,1 ч.

Общий объем нефти, вытекший из НП за время T₂= (T0 - T3), определяется, как сумма объемов V_iнефти, которые вытекли за элементарные промежутки времени T_i

(5)

Для каждого i-го элементарного интервала времени определяется соответствующий расход Qiнефти через дефектное отверстие:

где - коэффициент расхода нефти через место повреждения;

- площадь отверстия, м².

Для того чтобы в каждый момент времени T_iкоэффициент расхода нефти через место повреждения м, необходимо определить число Рейнольдса для каждого из моментов времени по формуле:

где - диаметр отверстия.

Напор в отверстии, соответствующий i-му элементарному интервалу времени, рас считывается по формуле:

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

Z_М- геодезическая отметка места повреждения, м;

h_т- глубина заложения НП, м;

h_а- напор, создаваемый атмосферным давлением, м.

За элементарный промежуток времени Тiосвобождается Viобъем НП, что соответствует освобождению li участка НП:

Освобожденному участку liсоответствуют значения xiи Zi, определяющие статический напор в НП в следующий расчетный интервал времени фi+1. Значение Ziподставляется в формулу определения напора и далее расчет повторяется полностью для интервала времени Тi+1. Операция расчета повторяется до истечения времени Т2= (Т0 - Т3).

Участок 0 - 140 км

Примем T₂= 9 мин.

Определим перевальную точку на профиле трубопровода Z_П = 190,1 м, берем ее за Z₁. Проведем расчеты по временному отрезку:

Согласно таблице Б.1 в приложении Б, значение м равно:



Общий объем нефти, вытекший из НП за время T₂

Этап 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 Б.2 в приложении Б, в нашем случае ?V₃=0

Объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек равен:



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

По профилю нефтепровода (рис. 1) определим участки, из которых нефть будет вытекать под действием гравитации при условии, что задвижки закрыты. Опорожнение произойдет с участка 136,5-140 км.

l'= 140000 - 136500 =3500 м

Тогда найдем :

V₃ = 2681,96+0 = 2681,96 м³

Общий объем вылившейся нефти:

V = V₁+V₂+V₃ = 1548 + 2035,8 + 2681,96= 6265,76 м³

Массавылившейся нефти:

М = V • = 6265,76 • 0,85 = 5325,9 т

2.2 Оценка степени загрязнения

2.2.1 Оценка степени загрязнения земель

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

М_вп= К_н. ·с · V_гр

V_вп= К_н.·V_гр,

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

V_вп- объем нефти, впитавшийся в грунт, м³;

К_н. = 0,20- нефтеемкость грунта, принимается по табл. П.2 [2]

с - плотность нефти, т/м³;

V_гр- объем нефтенасыщенного грунта, м³.

Объем нефтенасыщенного грунта вычисляется по формуле:

V_гр= F_гр· h_ср,

где F_гр- площадь нефтенасыщенного грунта, м²;

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

V_гр= F_гр · h_ср= 1620 · 0,06 = 97,2 м³;

V_вп= К_н. ·V_гр= 0,20·97,2 = 19,44 м³;

М_вп= К_н.·с · V_гр= 150· 0,85 = 16,5 т.

2.2.2 Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха

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

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

М_и.п. = q_и.п. · F_гр· 10^-6,

где q_и.п. - удельная величина выбросов летучих углеводородов с 1 м²поверхности 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 t_п.и.; толщины слоя нефти на дневной поверхности почвы;продолжительности процесса испарения свободной нефти с дневной поверхности почвы ф_и.п.. Плотность нефти принимается по данным документов о качестве нефти, перекачиваемой по нефтепроводу перед его аварийной остановкой.

Средняя температура поверхности испарения определяется по формуле:

t_п.и.= 0,5(t_п+ t_воз),

где t_п- температура верхнего слоя почвы, єС; t_воз- температура воздуха, єС. Если t_п.и. < 4єС, то удельная величина выбросов принимается равной нулю.

t_п.и.= 0,5· (-10 + (-15)) = -12,5^оС

Так как t_п.и. < 4єС, то q_и.п=0, следовательноМ_и.п. =0. Так же вычислим массу нефти, испарившуюся с поверхности амбара:

М_и.амб. = q_и.а. · F_амб· 10^-6

Так как t_и.а.< 4єС, то q_и.п=0, следовательноМ_и.амб. =0.

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

М_и= М_и.п. + М_и.в+М_и.амб

Если в результате аварии нефть загрязняет только почву или только водный объект, то соответственно в формуле слагаемое М_и.в. или М_и.ппринимается равным нулю.



М_и= 0т.



3.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 окружающей природной среды с последующим соблюдением баланса между массой вылившейся из трубопровода нефти М и собранной М_сб. и безвозвратно потерянной М_б.п. нефти:

М = М_б.п. + М_сб. ,

М_б.п. = М_в.п. + М_у+ М_и ,

где М_в.п. - масса, впитавшейся в грунт нефти, т;

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

М_и- масса, испарившихся летучих низкомолекулярных углеводородов нефти, т

М_б.п. = 16,5 + 0+ 0 = 16,5 т.

М= 16,5 + 5235,07 = 5251,57 т.

Масса же разлитой нефти М, рассчитанная в самом начале - 5325,9т, что отличается от полученной только что цифры на 1,4 % (менее, чем на 5%), значит расчеты верны.



4. Оценка ущерба

4.1 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 У_зот загрязнения земель нефтью определяется по формуле:

У_з= Н_с· F_гр· К_п· К_в· К_э(i) · К_г,руб,

где Н_с- норматив стоимости сельскохозяйственных земель, руб/га,

F_гр- площадь нефтенасыщенного грунта, га;

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

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

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

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

У_з= 2538000· 1,62· 3,2· 0,6· 1,6· 1 = 12630712 руб.,

4.2 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



У_к.а.=5.· К_и.· Н_б.а.· К_э.а.· М_и

где К_и - коэффициент инфляции;

Н_б.а - базовый норматив платы за сброс 1 т нефти в атмосферу в пределах установленного лимита, руб/т;

К_э.а - коэффициент экологической ситуации состояния атмосферы.

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

Так как удельная величина выбросов принимается равной нулю, то:

У_к.а.= 0 руб.

4.3 Оценка ущерба, подлежащего компенсации, окружающей природной среде от загрязнения нефтью водных объектов

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

У_к.в.=5.· К_и.· Н_б.в.· К_э.в.· М_у

где Н_б.в - базовый норматив платы за сброс 1 т нефти в поверхностный водный объект в пределах установленного лимита, руб/т;

К_э.в - коэффициент экологической ситуации состояния водных объектов.

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

Так как водным объектам ущерба нанесено не было, то:



У_к.в.=0.

4.4 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 = У_з+ У_к.в. + У_к.а., руб.

П= 12630712+0+0= 12630712 руб.



Заключение

Таким образом, в ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны общий объем вытекшей нефти, оказавшийся равным 6265,76м3, масса вытекшей нефти 5325,9т, а также ущерб, нанесенный окружающей среде ? почве, водным объектам и атмосфере.

Общий ущерб, нанесенный окружающей среде, в денежном выражении оказался равным 12630712 руб.

В зависимости от объема и площади разлива нефти и нефтепродуктов на местности, авария приурочена к аварии федерального значения.

Это доказывает, что нанесен огромный вред окружающей природной среде и также экономике региона.



Список литературы

1. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. - Утв. Минтопэнерго 1 ноября 1995. - Режим доступа:http://meganorm.ru/Index2/1/4293836/4293836449.htm.

2. Учебное пособие по расчёту ущерба окружающей природной среде при авариях на нефтепроводах с использованием программногопродукта «Аварии на нефтепроводах». Фомина Е.Е. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009. - 56 с.

3. Лурье М.В. задачник по трубопроводному транспорту нефти,нефтепродуктов и газа: Учеб.пособие для вузов. - М.: ООО«Недра-Бизнесцентр», 2003. - 349 с.

4. Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ: методическое руководство к выполнению индивидуального задания для студентов специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (в нефтяной и газовой промышленности)» / А.В. Панкратов, А.В. Шадрина. - Томск: Изд-во Томскогополитехнического университета, 2011. 54 с.

5. Трубопроводный транспорт нефти / Г.Г. Василев, Г.Е. Коробков, А.А. Коршак и др.; под редакцией С.М. Вайнштока: Учеб. Для вузов: - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - Т. 1. - 407 с.



Приложение А

Таблица А.1. Точки перелома профиля трубопровода

№п/п	Х,м	Z,м
1	0	46,4
2	104000	49,8
3	105000	36,6
4	121000	27,2
5	121800	4,6
6	123500	152,5
7	124000	130,0
8	125000	123,1
9	127000	156,3
10	128000	129,2
11	129000	145,7
12	130000	129,1
13	131500	150,4
14	134000	105,8
15	136500	190,1
16	140500	187,2
17	147000	165,4
18	152000	72,9



Приложение Б

Таблица Б.1. Коэффициент расхода нефти через место повреждения м

Дополнительный сток ДV3, определяемый объемомучастка НП с частичным опорожнением, для различных условий взависимости от диаметра НП

Таблица Б.2



Приложение В

Коэффициенты пересчета Кп* нормативов стоимости сельскохозяйственных земель Н_с в зависимости от периода времени по их восстановлению

Таблица В.1

Продолжительность периода восстановления, годы	Коэффициент пересчета	Продолжительность периода восстановления, годы	Коэффициент пересчета
1	0,9	8…10	5,6
2	1,7	11…15	7,0
3	2,5	16…20	8,2
4	3,2	21…25	8,9
5	3,8	26…30	9,3
6…7	4,6	31 и более	10,0

Коэффициенты К_в для расчета размеров ущерба в зависимости от степени загрязнения земель химическими веществами

Таблица В.2

Уровень загрязнения	Степень загрязнения земель	Кв
1	Допустимая	0
2	Слабая	0,3
3	Средняя	0,6
4	Сильная	1,5
5	Очень сильная	2,0

Таблица В.3 Коэффициенты Кэ экологической ситуации и экологической значимости территории

Экономические районы Российской Федерации	Кэ
Северный	1,4
Северо-Западный	1,4
Центральный	1,6
Волго-Вятский	1,5
Центрально-Черноземный	2,0
Поволжский	1,9
Северо-Кавказский	1,9
Уральский	1,7
Западно-Сибирский	1,2
Восточно-Сибирский	1,1
Дальневосточный	1,1

Таблица В.4 Коэффициенты Кг для расчета ущерба в зависимости от глубины загрязнения земель

Глубина загрязнения земель, см	Кг
0…20	1,0
0…50	1,3
0…100	1,5
0…150	1,7
> 150	2,0

Таблица В.8 Коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферы территорий экономических районов Российской Федерации

Экономические районы Российской Федерации	Коэффициент
Северный	1,4
Северо-Западный	1,5
Центральный	1,9
Волго-Вятский	1,1
Центрально-Черноземный	1,5
Поволжский	1,9
Северо-Кавказский	1,6
Уральский	2,0
Западно-Сибирский	1,2
Восточно-Сибирский	1,4
Дальневосточный	1,0

Размещено на Allbest.ru

...