Расчет безвозвратных потерь разлившейся нефти

Истечение нефти и нефтепродуктов из трубопроводов и резервуаров

Расход нефти (нефтепродукта), вытекающей через отверстия в стенке нефтепроводов и резервуаров, описывается формулой:

где – коэффициент расхода; – площадь отверстия; – напор, под действием которого происходит истечение.

В общем случае величина коэффициента расхода зависит от формы отверстия, толщины стенки сооружения, числа Рейнольдса для условий истечения, а также среды, в которую вытекает жидкость. Стенка считается тонкой, если ее толщина в 5 и более раз меньше диаметра отверстия.

Расчет безвозвратных потерь разлившейся нефти

Несмотря на все прилагаемые усилия по сбору разлившейся нефти определенная ее часть все-таки теряется вследствие испарения, инфильтрации в грунт и несовершенства средств сбора.

Максимально возможные потери нефти от инфильтрации в грунтмогут быть найдены по формуле

, где - соответственно объем утечки и объем собранной нефти в результате аварийно-восстановительных работ); — площадь нефтяного пятна (зеркала нефти); – средняя высота слоя испаряющейся нефти.

расчетный коэффициент

– соответственно коэффициент фильтрации и пористость грунта; – продолжительность фильтрации, .

Для оценки площади нефтяного пятна можно воспользоваться одной из следующих зависимостей:

– на горизонтальной поверхности

– на наклонной поверхности

– при сборе разлившейся нефти в земляном амбаре с вертикальными стенками

– при сборе разлившейся нефти в земляном амбаре (обваловании) с наклонными стенками

– кинематическая вязкость растекающейся нефти, м²/с; Q_y– расход утечки, м³/с; -продолжительность растекания нефти, с; – угол наклона поверхности растечения, град; – ширина и длина амбара, замеренные на уровне свободной поверхности нефти, м; b, l – то же по основанию амбара (обвалования); – угол наклона боковых стенок амбара (обвалования).

Расчетное задание № 1

Определить какой объем жидкости вытечет через коррозионный свищ диаметром 4,2 мм в стенке резервуара, находящемся на расстоянии 1,4 м от днища. Уровень взлива в резервуаре в период истечения составлял 3,2 м. Продолжительность истечения 8 ч. Вязкость жидкости при условиях истечения принять равной 0,26*10^-4 м²/с.

Повторить расчёт при условиях примера 1, полагая, что в резервуаре хранилась иная жидкость вязкостью 0,045*10^-4м²/с

Решение

Решение

1) Напор, под которым происходит истечение

H=3,2 -1,4 =1,8 м;

2) Площадь сечения, периметр и характерный линейный размер отверстия по формулам:

N_p=3,14*4,2*10^-3=13,188*10^-3 м;

_p= 0,25*3,14*(4,2*10^-3)²=13,85*10^-7 м²;

L^'= =4,2*10^-4м;

3) Число Рейнольдса для условий истечения по формуле

Re= =96

4) Коэффициент расхода по формуле

_p= = 0,706

5) Расход бензина, вытекающего через отверстие в стенке резервуара, по формуле

Q_y=0,706*13,85*10^-7* =0,021

6) Объем бензина, вытекающего за рассматриваемый период

Vу= 0,021*8 = 0,168м³;

Повторный расчет, полагая, что в резервуаре хранилась иная жидкость вязкостью 0,045*10^-4 м²/с

1) Число Рейнольдса для условий истечения по формуле

Re= =554,65

2) Коэффициент расхода по формуле с учетом, что для круглого отверстия =l

_p=exp[-0.335+ +1*(-0.18- )+1²*(0.066+ )] = 0,43

3) Расход бензина, вытекающего через отверстие в стенке резервуара, по формуле

Q_y=0,43*13,85*10^-7* = 0.012

4) Объем бензина, вытекающего за рассматриваемый период

Vу= 0.012*8 = 0,096м³;

Вывод: Сравнивая результаты расчётов, видим, что уменьшение вязкости вытекающей жидкости в 5,8 раз приводит к увеличению расхода утечки только на 42 %.

Расчетное задание № 2

На надземном участке нефтепровода обнаружено отверстие, имеющее форму круга. Измерения на месте показали, что диагонали формы равны 1400 *10^-5 м и 1400*10^-5м, а его можно классифицировать как отверстие в толстой стенке. Давление в трубопроводе в месте обнаружения отверстия составляет 38 кгс/см²(3,7МПа). Кинематическая вязкость нефти равна 0,26*10^-4 м²/с, а е плотность –892 кг/м3. Определить расход утечки.

Решение

1 Напор, при котором происходило истечение

H= =422,83 м;

2 Площадь и периметр отверстия по формулам:

_p=0.5*1400 *10^-5*1400*10^-5=196*10^-6 м²;

N_p= =396 10^-4 м;

3 Характерный размер отверстия по формуле

L^'= =1,98*10^-2 м;

4 Число Рейнольдса для условий истечения по формуле

Re= =69400

5 Коэффициент расхода по формуле с учтом табл. 1.1

_p=exp [-0.588+ ] = 0.565

6 Расход нефтегазоконденсатной смеси при истечении по формуле

Q_y=0,565*196*10^-6* = 36,3

Вывод: Расход утечки составляет 36,3 .

Расчетное задание № 3

Используя данные примера 2, рассчитать потери нефти от инфильтрации в грунт. Истечение продолжалось в течение 4,7 часов на наклонную поверхность ( 1,3°). Грунт в месте утечки представлен торфы средней степени разложения, легкие суглинки. В результате аварийно-восстановительных работ удалось собрать 2% вышедшей нефти.

Решение

1. Объём вытекшей нефти

=10,086* 10^-4*3600*4.7=17 м³.

2. Площадь нефтяного загрязнения по формуле

= 10,71*(1,3+1)^0,205*(0,26*10^-4)^0,727(10,086* 10^-4)^-0,257 * (4.7*3600)^1,075=

=1.21м²

3.По табл. 3 Приложения выбираем величины к_ф=0,1*10^-6м/с и m_п= 0,4.

4.Расчтный коэффициент k_h по формуле

k_h= = 0.019

5.Средняя высота испаряющегося слоя нефти на поверхности грунта по формуле

h_н.п.= = 13.24*10^-2 м ;

6. Потери нефти от инфильтрации в грунт по формуле

G_нг=823*(17-0.87-1.21*13.24*10^-2)= 13143.31 кг

Вывод: потери нефти от инфильтрации в грунт 13143.31 кг