РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ВИТІКАННЯ НАФТИ ПРИ ВИНИКНЕННІ АВАРІЙНОЇ СИТУАЦІЇ
2.1. Обґрунтування вибору напрямку досліджень
Сучасні методи внутрішньотрубної діагностики нафтопроводів за допомогою
інтелектуальних поршнів дозволяють з високою точністю визначити місце
розташування дефектів в тілі труби та їх розміри, які необхідно знати при
прогнозуванні можливих витікань нафти при розриві труби в дефектних місцях та
моделюванні розтікання нафти. При цьому трубопровід повинен розглядатися як
одне ціле з місцевістю в околицях трубопроводу.
Техногенна взаємодія нафтопроводів з довкіллям приводить до деградації
природного середовища навіть в умовах безаварійної експлуатації трубопроводів.
Техногенні аварії є одними з найбільш екологічно небезпечними. І тому дуже
важливим є їх попередження [39].
Прогнозування можливості виникнення аварійних ситуацій на об’єктах
магістральних трубопроводів є актуальним, оскільки значна частина трубопроводів
експлуатується більше двадцяти років.
Значний термін експлуатації призводить до старіння матеріалу труб, появи
корозійних явищ, що є причиною утворення дефектів різних форм і розмірів в тілі
труби, які спричиняють виникнення аварійних ситуацій.
Першочерговість та значення досліджень в області забезпечення безпеки при
експлуатації трубопровідного транспорту підкреслюється в Законі України “Про
об’єкти підвищеної небезпеки” [59].
Прогноз ризику аварій – це процес виявлення небезпек і оцінка ризику аварій на
об’єктах підвищеної небезпеки для людей, їх майна та довкілля.
Метою даної роботи є зменшення впливу магістральних нафтопроводів на довкілля
шляхом прогнозування екологічного та технічного ризиків.
Вихідними даними для реалізації поставленої мети є: дефекти в тілі труби,
виявлені при проходженні інтелектуального поршня.
Фактори, які впливають на екологічний ризик:
* прогнозована витрата рідини через наявні дефекти в тілі труби;
* площа забрудненої території.
Фактор, який впливає на технічний ризик:
* тиск в місці дефекту.
Для досягнення поставленої мети побудована схема прогнозування ризиків при
експлуатації магістральних нафтопроводів (рис. 2.1).
Втрати нафтопродуктів за їх фізичним станом можна розділити на втрати в
газоподібному та рідкому стані, а за причинами утворення – на експлуатаційні та
аварійні.
Виникнення експлуатаційних втрат пов’язане з технічною недосконалістю
транспортування. Аварійні втрати виникають внаслідок порушення правил технічної
експлуатації, стихійного лиха, навмисного просверлення отворів. Особливо велика
кількість аварій виникає через навмисне просверлення отворів. При цьому площа
нафтової плями S, яка утворюється при постійному витіканні, визначається в
залежності від кількості розлитої нафти [112]. Точно розрахована величина
витікань дасть можливість з більшою вірогідністю одержати інформацію про площу
забруднення довкілля нафтопродуктами.
Для прогнозування очікуваних витоків з труби використаємо відому залежність з
гідромеханіки
де Q – витрата; м – коефіцієнт витрати; S – площа отвору; g –прискорення
вільного падіння; H – напір в точці пошкодження трубопроводу.
Рис. 2.1. Схема прогнозування ризиків при експлуатації магістральних
нафтопроводів
Зв’язок напору Н з тиском р в трубопроводі такий
де с – густина рідини, яка залежить від температури.
Зміна густини внаслідок зміни температури Т визначається за формулою
де сТ, с293 – густина нафтопродукту при температурах Т і 293 К; вt – коефіцієнт
температурного розширення.
В літературних джерелах приведені залежності для визначення коефіцієнта витрати
для отворів різної форми. При цьому застосування деяких з них для отворів
неправильної форми вимагає визначення параметрів, які важко отримати в умовах
аварійної ситуації, тому виникає необхідність удосконалення цих залежностей.
Виникає питання, як впливають найбільші поперечні та поздовжні розміри отворів
на значення коефіцієнта витрати?
Вплив в’язкості на коефіцієнт витрати, як правило, досліджується при
ламінарному режимі течії. При турбулентному режимі в’язкість рідини на значення
коефіцієнта витрати практично не впливає. Режим руху нафт в магістральних
нафтопроводах, як правило, турбулентний в зоні гідравлічно гладких труб.
Із збільшенням числа Рейнольдса, тобто із зменшенням впливу сил в’язкості,
коефіцієнт швидкості ц зростає внаслідок зменшення коефіцієнта опору ж , а
коефіцієнт стиску е зменшується, що призводить до гальмування рідини біля
кромки отвору.
Коефіцієнт витрати м, який визначається добутком ц на е, із збільшенням числа
Рейнольдса спочатку збільшується, що обумовлено стрімким зростанням ц, а потім,
досягнувши максимального значення (мmax= 0,69 при Re = 350 (для круглих
отворів)), зменшується внаслідок значного падіння е і при більших значеннях
числа Рейнольдса практично стабілізується. Для круглих отворів приймають
наступні осереднені їх значення: м=0,62, ц =0,97, ж =0,065, е = 0,64 [21].
Для визначення коефіцієнтів витрати при витіканні рідини через отвори
неправильної форми, які утворюються при аварійних ситуаціях, проведені
дослідження на експериментальній установці, опис якої, техніка експерименту,
похибка вимірювань, методика проведення експериментів, обробка результатів
експериментів наведені в пунктах 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 даного розділу.
Оскільки кількість витоку рідини залежить від тиску в точці витоку, то потрібно
знати характер розподілу тиску вздовж трубопроводу для прогнозування можливих
витоків. А для екологічної безпеки необхідно корегувати тиск на початку
трубопроводу, оскільки він є найбільш небезпечний з точки зору виникнення
проривів на трубопроводі.
Для розв’язку поставленої задачі
- Київ+380960830922