Пример 5. Расчет параметров разлива нефти и нефтепродуктов из ППОО

Проведем расчеты параметров процесса распространения нефтепродуктов из затонувшего теплохода "Адмирал Нахимов".

Этап: Планирование и организация оценки опасности ППОО

Оценка опасности проводится с целью установления зон действия поражающих факторов, в границах которых возможно возникновение ЧС в акватории с затопленным теплоходом "Адмирал Нахимов".

ППОО - теплоход "Адмирал Нахимов" (регистрационный номер в Реестре ППОО N 0011.00006), затонул в Черном море, Цемесская бухта в 1986 г.

Этап: Идентификация опасностей ППОО

Вид опасности - опасность разлива нефти и нефтепродуктов.

В соответствии с Реестром ППОО на затонувшем теплоходе находится 300 т мазута. Глубина затопления объекта - 45 м.

Разделение объекта на составные части не требуется.

В качестве наиболее опасного сценария рассмотрим залповый выброс ОВ ППОО при условии полного разрушения его ЗО, распространение ОВ по акватории размещения ППОО.

Этап: Оценка опасности ППОО

Объектом воздействия при разливе нефти и нефтепродуктов является окружающая среда и ее компоненты.

Критерием возникновения ЧС, согласно таблице 2-2 приложения 2 Методических рекомендаций, можно считать разлив нефти и нефтепродуктов от 20 т и выше.

При разрушении защитных барьеров и попадании нефтепродуктов в водную среду, поведение пятна нефтепродуктов будут зависеть от температуры воды. Под действием силы Архимеда мазут стремится к поверхности, приобретая температуру окружающей среды. Формируется пятно нефтепродуктов на поверхности моря, которое распространяется по направлению ветра.

Далее, можно рассчитать распространение и трансформацию пятна разлива с целью планирования мероприятий по ликвидации аварийного разлива нефтепродуктов. Расчет не учитывает влияние нефтепродуктов на береговую полосу.

Для упрощения расчетов принимаем допущение, что нефтепродукты всплывают на поверхность в едином объеме и затем начинают растекаться.

При низкой температуре воды и воздуха увеличивается вязкость нефтепродуктов и медленнее происходит их растекание по водной поверхности.

Для проведения оценки опасности анализируемого ППОО занесем исходные данные для расчетов в таблицу 1.

Таблица 1. Исходные данные для расчетов

1.

Наименование объекта (регистрационный номер в Реестре ППОО)

Теплоход "Адмирал Нахимов" (N 0011.00006)

Обозначение

2.

Вид опасности

Опасность разлива нефти и нефтепродуктов

3.

Опасные вещества

Мазут, 300 т.

4.

Место затопления, дата затопления

Черное море, Цемесская бухта, 1986

6.

Глубина затопления, м

45

h*

7.

Плотность нефтепродуктов, кг/м3

0,9557

00000176.wmz

8.

Объем нефтепродуктов, м3

344827,59

9.

Расстояние до ближайшего берега, м

3500

Радиус пленки при гравитационно-вязком режиме растекания пятна определяется по формуле:

00000177.wmz,

где K2 - константа, равная 1,45;

00000178.wmz - относительная разность плотностей воды 00000179.wmz и нефти 00000180.wmz к плотности воды;

g - ускорение свободного падения - 9,81 м/с2;

Vн - объем нефти, м3;

t - время с момента пролива нефти, с;

v - кинематический коэффициент вязкости воды;

00000181.wmz - плотность жидкого нефтепродукта, кг/м3.

00000182.wmz

В соответствии с разделом 10 Методических рекомендаций и рисунком 1 рассчитаем радиусы пятна растекания нефти и нефтепродуктов для температур от 5 °C до 22 °C.

t °C

t °C

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1,793

1,732

1,675

1,621

1,569

1,520

1.474

1,429

1,387

1.347

10

1,308

1,272

1,237

1,203

1,171

1,1401

1,1107

1,0825

1,0554

1,0294

20

1,0045

0,9905

0,9574

0,9353

0,9139

0,8934

0,8736

0,8545

0,8361

0,8184

30

0,8012

0,7847

0,7687

0,7533

0.7383

0,7239

0,7099

0,6964

0,6833

0,6706

40

0,6583

0,6464

0,6348

0,6236

0,6127

0,6022

0,5919

0,5820

0,5723

0,5629

Рисунок 1. Кинематические коэффициенты вязкости воды

при различных температурах (v x 106, м2/с)

Результаты расчетов радиуса гравитационно-вязкостного растекания нефтепродуктов и площади пятна в условиях различных температур моря в зависимости от продолжительности растекания приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2. Результаты расчета изменения радиуса разлива в зависимости от времени разлива и температуры воды

\ Т

\ в

t \

ч \

5 °C

15 °C

22 °C

1 час

2074,3 м

2729,9 м

3101,7 м

3 часа

2124,6 м

2796,1 м

3176,9 м

5 часов

2157,1 м

2838,9 м

3225,6 м

Для определения площади пятна принимаем условно, что площадь пятна будут стремиться к площади круга:

00000183.wmz.

Таблица 3. Результаты расчета изменения площади пятна в зависимости от времени разлива и температуры воды

\ Т

\ в

t \

ч \

5 °C

15 °C

22 °C

1 час

1,35816 км2

2,3 км2

3,0 км2

3 часа

1,41 км2

2,4 км2

3,1 км2

5 часов

1,46 км2

2,5 км2

3,2 км2

Таким образом, при допущении идеализированного растекания плавучего и нерастворимого химического соединения в спокойной воде, можно говорить о площади нефтяного пятна, исходя из полученного радиуса Rн.

Скорость перемещения нефтяного пятна по поверхности воды рассчитаем по формуле:

00000184.wmz,

где 00000185.wmz - скорость ветра, м/с.

Скорость и направление ветра взяты как наиболее часто повторяющиеся годовые значения из [1]. Роза ветров и скорости представлены на рисунке 2.

Примем направление ветра в момент аварии, согласно рисунку 1, ветер южный 3 м/с. Получим скорость ветра, равную 00000186.wmz.

За 5 часов пятно переместится на расстояние 2700 м. По направлению ветра пятно достигнет берега (расстояние 10 км) через 18 часов.

Роза ветров в Новороссийске

00000187.jpg

Рисунок 2. Роза ветров в районе г. Новороссийска

Для расчета необходимого объема емкостей для собираемых нефтепродуктов необходимо учитывать процесс эмульгирования нефтепродуктов. Объем собираемой водонефтяной эмульсии будет больше, чем объем нефтепродуктов, участвующих в разливе. Объем эмульсии рекомендуется рассчитывать с допущением, что весь объем нефтепродуктов, участвующих в разливе, эмульгируется с содержанием воды - 80% в объеме нефтепродуктов. Общий объем нефтепродуктов для сбора составит 620688,6 м3 водонефтяной эмульсии.

Для наглядности нанесем на схему зоны распространения нефтепродуктов при разливе из теплохода "Адмирал Нахимов", изображение зон разлива нефтепродуктов и перемещения пятна представлены на рисунке 3.

По результатам расчета и изображенным зонам видно, что разлив нефтепродуктов способен добраться до берега.

00000188.jpg

Рисунок 3. Параметры разлива нефтепродуктов из теплохода

"Адмирал Нахимов" и перемещение его за 5 часов разлива

Этап: Установление опасности ППОО

Оценка масштабов ЧС

Опасность объекта обусловлена суммарным объемом потенциального разлива нефтепродуктов (300 т), который в соответствии с законодательством Российской Федерации классифицируется как ЧС(Н) (таблица 2-1 приложения 2 Методических рекомендаций).

Дополнительно рассчитаны зоны возможного распространения нефтяного загрязнения в целях планирования действий по ликвидации ЧС(Н). Расчеты показывают, что примерная площадь пятна через 5 часов после разлива равна 2,5 км и переместится от места разлива на 2,7 км. До береговой полосы пятно дойдет через 18 часов. Общий объем нефтепродуктов для сбора составит 620 688,6 м3 водонефтяной эмульсии.