Основы экологии

Формула (4) позволяет по данным испытания оборудования на герметичность определить значение коэффициента негерметичности.

В качестве исследуемого газа при испытании на герметичность можно использовать рабочий газ или воздух. Если испытания проводят воздухом при T=293 K, то расчет ведут по формуле:

где 8,3 103 коэффициент, учитывающий время испытания(1ч, Т=293К) и

газовую постоянную воздуха Rвозд. 287 Дж ;

кг К

коэффициент запаса, учитывающий ухудшения состояния герметизации между капитальными ремонтами оборудования (выбирают в интервале 1,5 2.0); Тр, К рабочая температура;Мр молекулярная масса рабочего газа, 29 кг/кмоль для воздуха.

Пример расчета

Рассчитать количество диоксида серы, выделяющегося за 1 час из трубопровода, имеющего внутренний диаметр 100 мм и общую протяженность 100 м, и коэффициент негерметичности. При испытаниях на герметичность в течение 24 ч. Установлено, что давление диоксида серы (SO2) в этом трубопроводе снизилось с 1 106 Па до 9,909 105 Па,

Тн=Тк=293К.

Решение:

1.Находим значение газовой постоянной для диоксида серы:

где SO2 молярная масса SO2,

R =8314 Дж/(кмоль К) универсальная газовая постоянная. 2.Рассчитаем объем трубопровода:

3.По формуле (2) находим количество диоксида серы, выделяющегося из трубопровода:

4.Коэффициент негерметичности найдем из формулы (4):

5.Из таблицы 2.1 для рассчитываемых условий: mтеор. 0,05 10 2 ч 1 .

6.Из сравнения значения коэффициента негерметичности, полученные путем расчета и значения, взятые из таблицы, следует, что рассчитываемый трубопровод имеет требуемую герметичность.

Таблица 3.2.1

Коэффициент негерметичности m для оборудования и газопроводов

Порядок оформления практической работы

Название работы Цель работы

Краткая теоретическая часть (необязательна) Условия задания

Рисунок прибора для измерения падения давления при испытании оборудования на герметичность

Ход работы:

1)расчет по испытания коэффициента негерметичности

2)сравнение значения коэффициента негерметичности полученного путем расчета, с нормативным значением

Выводы о герметичности оборудования

Варианты заданий к практической работе А: Рассчитать количество газа Х, выделяющегося за один час из

сосуда, подвергающегося повторному испытанию, и коэффициент его негерметичности. Сосуд имеет внутренний диаметр d, мм и высоту h, м. При испытаниях на герметичность в течение 24 часов установлено, что давление оксида азота в сосуде снижалось с Pн, Па до Рк, Па, а температура изменялась с Тн, К до Тк, К (табл.3.2.2 и 3.2.3)

Таблица 3.2.2

Данные к практическому занятию

Б: Рассчитать количество газа Х, выделяющегося за один час из трубопровода, подвергающегося повторному испытанию и коэффициент его негерметичности. Трубопровод имеет внутренний диаметр d, мм и длину l, м. При испытаниях на герметичность в течение 24 часов установлено, что давление оксида азота в сосуде снижалось с Pн, Па до Рк, Па, а температура изменялась с Тн, К до Тк, К.

Контрольные вопросы к практической работе

24.Как рассчитать количество вредных веществ, выделяющееся из оборудования, работающего под давлением?

25.Что такое герметичность данного оборудования?

26.Какой порядок испытания оборудования на герметичность?

27.Что такое коэффициент негерметичности, его единицы измерения?

28.Как рассчитать коэффициент негерметичности?

29.Какое условие должно выполняться между измеренным и нормативным коэффициентом негерметичности, чтобы оборудование было допущено к дальнейшей эксплуатации?

Литература:

30.Природоохранные нормы и правила проектирования: Справочник/ Сост: Ю.Л. Максименко, В.А. Глухарев.-М.: Стройиздат, 1990-572 с.

31.Л.Г. Телегин, Б.И. Ким, В.И. Зоненко «Охрана окружающей среды при сооружении и эксплуатации газонефтепроводов»: Учеб. пособия для вузов.-М.: Недра, 1988-188 с.

32.Мазур И.И. Шишов В.Н. Основы окружающей среды при строительстве нефтегазовых объектов: Учебник для техникумов.-М.:

Недра, 1992-150 с.

МОДУЛЬ 14 ОХРАНА ПРИРОДЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДНЫЕ ПРЕГРАДЫ

ВВЕДЕНИЕ

Данная тема посвящена изучению воздействия на реки и водоемы при строительстве переходов магистральных трубопроводов. Загрязнение рек и водоемов нефтью и нефтепродуктами является наиболее опасным видом загрязнения, поэтому в модуле большое внимание уделено вопросам минимизации последствий аварийных разливов нефти.

Схема изучения нового материала

Основы научно теоретических знаний по модулю 1. Характеристика техногенных воздействий на реки и водоемы в

процессе строительства и эксплуатации подводных трубопроводов

Процесс механизированной разработки береговых и русловых траншей сопровождается существенным увеличением концентрации взвешенных минеральных частиц грунта в воде, охватывающего в результате переноса их потоком воды участки реки в несколько километров. Особенно характерны сильное взмучивание воды и значительное распространение загрязнения при устройстве траншей в глинистых грунтах.

Эти воздействия пагубно сказываются на водных организмах, условиях обитания рыб, планктона и бентоса. Наблюдаются забивание жабер рыб, загрязнение или полное уничтожение мест нереста, кормовых угодий и нагульных площадей. Неправильный выбор места подводного складирования разрабатываемого грунта нарушает миграции рыб или приводит к засыпке зимовальных ям.

Существенные воздействия на водные организмы связаны с производством взрывных работ на переходах трубопроводов через русла,

сложенные скальными грунтами. Разработку траншей в этих случаях выполняют путем рыхления тяжелых грунтов взрывами с последующим извлечением их плавучими землеройными механизмами, а также взрывами на выброс из траншеи с применением шпуровых, скважинных, накладных или комбинированных зарядов.

Поражение рыб в зоне взрывных работ обусловлено действием гидроударной волны. Радиус зоны поражения (с летальным исходом или травмированием особей) в зависимости от массы и типа зарядов достигает несколько десятков, иногда сотен метров.

Вторично водоем подвергается загрязнению при обратной засыпке траншеи.

Восстановление нарушенного профиля русла в створе перехода происходит в течение длительного времени.

Нарушение структуры грунтов при разработке траншеи на берегах и в русле приводит к заметному изменению их свойств по сравнению с грунтами целиков. В частности, возрастает пористость грунта, снижаются сцепление грунта и сопротивление его сдвигу. Эти изменения являются одной из причин размыва трубопроводов, особенно на береговых участках.

Воздействия на природную среду рек и водоемов обусловливаются также несоблюдением требований проекта и правил производства работ. Это недостаточное заглубление трубопроводов, несвоевременное сооружение берегоукреплений, сдача перехода без обратной засылки траншеи, засорение территории береговых монтажных площадок строительными и бытовыми отходами, горючесмазочными материалами, в том числе при работе плавучих землеройных механизмов. «Шрамы», образованные незасыпанными береговыми траншеями и в русловой части, ускоряют процессы размыва трубопровода и перехода его в аварийное состояние.

Значительный, часто непоправимый ущерб, наносится малым рекам при строительстве переходов магистральных трубопроводов. (К малым относятся реки шириной по зеркалу воды в межень до 30 м, глубиной до 1,5 м и протяженностью, как правило, до 200 км). Разработка траншей на таких переходах производится экскаваторами с берегов или временных дамб, канатно-скреперными установками, пневматическими и гидравлическими грунтососами, канавокопателями, взрывом (в скальных грунтах). Иногда предусматривается временный отвод русла и выполнение земляных работ непосредственно на дне русла реки. После завершения перехода строительные организации не всегда восстанавливают русла реки

(частичное удаление дамбы), в результате чего наблюдаются смена русла, заболачивание территории, зарастание берегов, нарушение их режима и водности.

Малые реки между тем играют большую роль как места нерестилищ и кормовые угодья для рыб, а также источники питания средних и крупных рек и озер.

Аварии на подводных трубопроводах вследствие механических ударов (якорями, волокушами и т.п.), резонансных явлений на размытых участках переходов, нарушения гидроизоляционного покрытия и коррозии приводят к утечкам транспортируемых продуктов и загрязнению водоемов.

В отличие от стационарных источников (таких как сбросы нефтеперерабатывающих заводов) загрязнение при нарушении герметичности подводного трубопровода характеризуется значительно большим объемом и высокой концентрацией ингредиента, попадаемого в водоем за относительно короткий промежуток времени. Имеют место и продолжительные утечки из трубопровода, например через коррозионные свищи.

Однако основную опасность для водоемов представляют все же залповые выбросы при нарушении герметичности подводных нефте- и продуктопроводов, аммиакопроводов, конденсатопроводов и т.д.

Взаимодействие нефти и воды характеризуется сложными физикохимическими процессами, протекающими с различной интенсивностью на разных стадиях формирования нефтяного загрязнения. Основными из них являются растекание, испарение, диспергирование, эмульгирование, окисление, биодеградация и седиментация.

Растекание нефти по поверхности воды обусловливается действием сил гравитации и поверхностного натяжения и является доминирующим процессом начального периода (примерно 6 10 ч) формирования нефтяного загрязнения.

Испарение легких фракций приводит к уменьшению объема нефти в пленке, снижению воспламеняемости и токсичности, но увеличивает вязкость и плотность остатка.

Растворение нефти в воде, главным образом легких фракций, протекает с незначительной скоростью, зависящей от состава и физикохимических свойств нефти, толщины пленки, температуры воды и состояния водоема.

Диспергирование заключается в образовании мелких капель нефти вследствие механического перемешивания пленки волнами. Поэтому

скорость диспергирования зависит от состояния водоема и свойств нефти. Эмульгирование представляет собой процесс образования смеси

воды и нефти, отличающейся при определенных соотношениях высокой вязкостью и устойчивостью к распаду. Эмульсию типа «вода в нефти» с содержанием воды до 80 % по объему называют «шоколадным муссом», весьма характерным для аварийных разливов нефти. Эмульгирование сопровождается увеличением первоначального объема в несколько раз.

Углеводороды относятся к достаточно устойчивым к окислению соединениям. Однако в контакте с водой в присутствии света процессы окисления заметно активизируются.

Биодеградация обусловливается использованием нефти отдельными микроорганизмами в качестве источника углерода и энергии. Скорость биодеградации зависит от свойств нефти, температуры воды и т.п.

Седиментация происходит вследствие увеличения плотности нефти при ее испарении, а также в результате абсорбирования нефти минеральными частицами, содержащимися в воде.

Масштаб загрязнения определяется при прочих равных условиях процессами растекания и испарения.

При попадании на поверхность воды нефть растекается тонким слоем от нескольких сантиметров пленки. Гравитационная составляющая пропорциональна разности плотностей воды и нефти, толщине слоя нефти и градиенту толщины. Силы инерции зависят также от плотности воды, толщины пленки и ускорения частиц нефти при растекании.

Сила поверхностного натяжения представляет собой результирующую сил поверхностного натяжения на границе вода нефть, нефть воздух и вода воздух.

Силы трения обусловливаются вязкостью нефти и зависят от ее кинематической вязкости и скорости движения.

В результате загрязнения воды нефтью изменяются ее физические, химические и органолептические свойства, ухудшающие условия обитания в воде организмов и растительности, затрудняются все виды водопользования. Допустимый уровень загрязненности воды определяется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», которые устанавливают требования к составу и свойствам воды и предельно допустимые концентрации вредных веществ в водоемах различного назначения.

Таким образом, практически любая авария подводного нефтепровода (для простоты условимся рассматривать в качестве ингредиента только