Решение

Задачу решаем по Методике определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах (утв. Минтопэнерго РФ 1 ноября 1995 г.)

 

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.

Объем V₁ нефти, вытекшей из нефтепровода с момента _a возникновения аварии до момента _o остановки перекачки, определяется соотношением

. (1)

Время повреждения _a и остановки _o насосов фиксируется системой автоматического контроля режимов перекачки.

Расход нефти через место повреждения Q₁ определяется из выражения:

Q₁=Q^{`</sup> - Q<sub>0</sub> {(1/( ℓ - x*))[Z<sub>1</sub> –Z<sub>2</sub>+( P' - P")/ g – i<sub>0</sub> x*(Q<sup>`}/Q₀)^2-m₀]/ i₀}^1/(2-m0) . (2)

Расход нефти в исправном нефтепроводе при работающих насосных станциях Q_o определяется режимом загрузки нефтепровода и фиксируется по показаниям приборов на нефтеперекачивающих станциях (НПС).

Протяженность поврежденного участка нефтепровода ℓ, заключенного между 2 НПС, протяженность участка нефтепровода от НПС до места повреждения x*, геодезические отметки начала Z₁ и конца Z₂ участка ℓ определяются по профилю трассы нефтепровода.

Расход Q', давление в начале P' и в конце P" участка ℓ в поврежденном нефтепроводе при работающих НПС определяются по показаниям приборов на НПС на момент аварии.

В соответствии с рекомендациями, показатель режима движения нефти по нефтепроводу m_o равен 0,25.

Результаты расчетов:

Q₁ = 0,97 – 0,78*{0,000017*(60 + 430,86 – 380,16)}^-1,25 = 0,963 м³/с

V₁ = 0,963*20 = 1155,6 м³

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 ₂ с момента остановки перекачки _o о закрытия задвижек _з разбивается на элементарные интервалы _i, внутри которых режим истечения (напор и расход) принимается неизменным.

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

Общий объем выхода нефти из нефтепровода за время ₂ = (_o - _з) определяется как сумма объемов V_i нефти, вытекших за элементарные промежутки времени _i:

. (3)

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

. (4)

Напор в отверстии, соответствующий i-му элементарному интервалу времени, рассчитывается по формуле

. (5)

Величина Z_i является геодезической отметкой самой высокой точки профиля рассматриваемого участка нефтепровода, заполненного нефтью на i-й момент времени.

За элементарный промежуток времени _i освобождается объем нефтепровода V_i, что соответствует освобождению ℓ_i участка нефтепровода:

. (6)

Освобожденному участку ℓ_i соответствуют значения x_i и Z_i, определяющие статический напор в нефтепроводе в следующий расчетный интервал времени _i+1.

Значение Z_i подставляется в формулу (5) и далее расчет повторяется полностью для интервала времени _i+1. Операция расчета повторяется до истечения времени ₂ = _o - _з.

Коэффициент расхода  через дефектное отверстие диаметром d_отв. определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re в соответствии с таблицей.

Таблица

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

Число Рейнольдса Re рассчитывается по формуле

. (7)

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

. (8)

В этом случае в формулу (4) подставляем d_отв. = d_экв..

Перепад напора h* в точке истечения зависит от давления P' в начале участка ℓ, гидравлического уклона i', удаленности места повреждения от НПС, глубины h_T заложения нефтепровода, напора h_a, создаваемого атмосферным давлением, и определяется из выражения

; (9)

Результаты расчета:

h* = 479 – 360 – 2 = 117 м

d_экв = (0,001019)^1/2 = 0,032 м

Re = (0,032*47,91) / (0,076*10^-4) = 201,7*10³

µ = 0,599 + 5,5 = 0,604

Zм = 30+120.3 = 150,3 м

Zi = 180,3 – 150,3 – 2 – 10 = 18 м

Qi = 0,604*0,0008*(18,79) = 0,0091 м³/с

Vi₁ = 0,0091*900 = 8,1 м³

Li = 4*8,1 / (3,14*0,5*0,5) = 41,75 м

Zi не изменяется, поэтому Vi₁ = Vi₂

V₂ = 2*8,1 = 16,2 м³

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

Основной объем вытекающей после закрытия задвижек нефти определяется по формуле

. (10)

Значение ℓ' находится как сумма длин участков нефтепровода между перевальными точками или 2 смежными с местом повреждения задвижками, возвышенных относительно места повреждения M(x*, Z_м) и обращенных к месту повреждения, за исключением участков, геодезические отметки которых ниже отметки места повреждения.

В зависимости от положения нижней точки контура повреждения относительно поверхности трубы и профиля участков нефтепровода, примыкающих к месту повреждения, возможно и частичное их опорожнение. Дополнительный сток V_з, определяемый объемом участка нефтепровода с частичным опорожнением

Объем стока нефти из нефтепровода с момента закрытия задвижек равен

. (11)

V₃’ = 3,14*0,5*0,5*2000 / 4 = 3925 м³

L₁’ = 20 км

Поскольку весь трубопровод представляет собой единый аварийный участок большой протяженности, то дополнительный сток V_з пренебрежимо мал и его можно не рассчитывать.

V₃ = V₃’

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

V = V₁ + V₂ + V₃,

или M =  V. (12)

V = 1155,6 + 16,2 + 3925 = 5096,8 м³

М = 860*5096,8 = 4383 т.

Вариант №2

Задача №1 Расчет вероятности головного события методом логического дерева событий.

На станции автоматической заправки цистерн произошла авария с переполнением цистерны по причине излишне продолжительной работы насосов из-за их не отключения вовремя.

Составить логическое «дерево отказов» и рассчитать вероятность головного события.

Исходные и промежуточные события представлены в таблице.

№ п/п	Исходное событие	Вероятность события Р i	Промежуточные событие
1	Система автоматической выдачи дозы (САВД) оказалась отключенной (ошибка контроля исходного положения)	0,0008			САВД не выдал команды		Команда на отключение не поступила
2	Обрыв цепей передачи сигнала от датчиков объема дозы	0,0003	Отказ средств передачи сигнала
3	Ослабление сигнала выдачи дозы помехами (нерасчетное внешнее воздействие)	0,00001
4	Отказ усилителя-преобразователя сигнала выдачи дозы	0,002
5	Отказ расходомера	0,0003	Отказ средств выдачи сигнала
6	Отказ датчика уровня	0,0001
7	Оператор не заметил световой индикации о неисправности САВД (ошибка оператора)	0,005	Оператор не среагировал на отказ САВД			Оператор не выдал команды
8	Оператор не услышал звуковой сигнализации об отказе САВД (ошибка оператора)	0,0002
9	Оператор не знал о необходимости отключения насоса по истечении заданного времени	0,0015		Оператор не пытался отключить насосы
10	Оператор не заметил индикации хронометра об истечении установленного времени заправки	0,004	Оператор не смог отключить насосы вовремя
11	Отказ хронометра	0,00001
12	Отказ автоматического выключателя электропривода насоса	0,00001	Команда на отключение не осуществлена
13	Обрыв цепей управления приводом насоса	0,00003