Пожаровзрывоопасность процесса испарения нефти с открытой поверхности в атмосферу при проведении ремонтных работ на магистральных нефтепроводах

В бывшем Советском Союзе за исторически короткий период времени была создана уникальная по протяженности и пропускной способности система магистральных трубопроводов для транспортировки нефти и ее продуктов переработки. Российская часть магистралей составляет более 200 тыс. км, причем доминируют в ней трубопроводы высокого давления и большого диаметра (до 1420 мм).

Трудно переоценить роль трубопроводной системы России, ее народнохозяйственную эффективность в снабжении энергоресурсами и химическим сырьем внутренних потребителей, в обеспечении основных валютных поступлений от поставок природного газа, нефти, нефтепродуктов зарубежным странам.

Магистральные трубопроводы России в отличие от других стран представляют единые системы снабжения потребителей [1 — 6]. Такой организационно-технический принцип построения трубопроводной системы обеспечивает их наибольшие резервные возможности, гибкое и оперативное маневрирование потоками, надежность функционирования.

Трубопроводы, несмотря на внешнюю конструктивную простоту, принципиально отличаются от других сооружений сложной схемой воздействия силовых факторов, разнообразием нагрузок, неопределенностью напряженно-деформационного состояния. К тому же, подземное расположение затрудняет их диагностику и увеличивает вероятность возникновения отказов.

Большая часть нефтепроводов России построена в 60−70е годы, в связи с этим увеличивается протяженность трубопроводов со сроком эксплуатации более 30 лет. Значительный возраст трубопроводов всегда объективно связан с увеличением рисков при эксплуатации.

Более 30% отказов происходит на трубопроводах, проработавших более 20 лет. Однако, осуществить полную замену нефтепроводов со сроком эксплуатации более 30 лет не представляется возможным, да и очевидно нормативный срок (ЗЗгода) эксплуатации трубопроводов не имеет научно-обоснованного физического смысла, а носит условный характер. В связи с этим компания «Транснефть» несколько лет тому назад перешла на новый метод выборочного ремонта на базе внутри-трубной технической диагностики нефтепроводов и определения степени его опасности, т. е. определения остаточного ресурса и прогнозирования времени безопасной эксплуатации нефтепровода. Переход на новый метод диагностики позволил снизить количество аварий на магистральных нефтепроводах.

Снижение количества аварий на нефтепроводах происходит за счет своевременного выявления аварийных участков и их замены.

Однако, динамика старения нефтепроводов свидетельствует о том, что количество ремонтных работ на них будет неуклонно возрастать, а соответственно будет увеличиваться и количество ремонтных работ, связанных с необходимостью слива нефти в земляные амбары, хранение нефти в которых сопровождается ее интенсивным испарением, что значительно увеличивает пожарную опасность данных работ. Поэтому одной из важнейших и актуальных задач, имеющих народнохозяйственное значение, является задача научного обоснования применяемых инженерно-технических решений, направленных на обеспечение пожарной безопасности ремонтных и аварийных работ на магистральных нефтепроводах.

Для обеспечения пожарной безопасности данных работ, наряду с профилактическими мероприятиями, исключающими источники зажигания, необходимо правильно оценивать ожидаемые концентрации нефтяных паров, возможные размеры взрывоопасных зон около нефтяных амбаров и у мест производства ремонтных работ. 6.

Нормативные документы, регламентирующие расстояния от мест проведения ремонтных работ до нефтяных амбаров нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Это подтверждается пожарами, происшедшими в 1995;1997 годах при ремонтных работах на магистральных нефтепроводах в результате недооценки опасности данного вида работ.

Следует также отметить, что назрела необходимость продолжить разработку расчетных методов, позволяющих прогнозировать количество испаряющейся нефти со свободной поверхности в атмосферу и образующихся при этом зон загазованности.

Данная диссертационная работа посвящена исследованию процесса испарения нефти с открытой поверхности амбара в атмосферу и рассеиванию образующихся при этом нефтяных паров.

Исследовано изменение интенсивности испарения Сургутской нефти во времени при различных погодных условиях и толщине слоя нефти, а также изменение образующихся при этом размеров пожаро-взрывоопасных зон и концентраций нефтяных паров на территории прилегающей к нефтяным амбарам. В результате проведения исследований получены новые экспериментальные данные, обобщение которых позволило установить закономерность изменения интенсивности испарения Сургутской нефти из нефтяных амбаров, а также размеры образующихся опасных зон загазованности на прилегающей к ним территории при различных погодных условиях. Получены расчетные формулы, позволяющие оценивать массу испарившейся Сургутской нефти с единицы площади в различные моменты времени, текущую интенсивность испарения нефти в различные моменты времени, а также образующиеся при этом зоны загазованности, на основе которых разработан инженерный метод расчета величин противопожарных разрывов и предельно-допустимых расстояний от нефтяных амбаров до возможного источника зажигания, который нашел применение в разработке Ре7 комендаций по обеспечению пожарной безопасности ремонтных и аварийных работ на линейной части магистральных нефтепроводов.

На защиту выносятся: методика исследования количества испаряющейся нефти с открытой поверхности амбара в атмосферу при различных климатических условияхрезультаты экспериментальных исследований интенсивности испарения Сургутской нефти с открытой поверхности амбара в атмосферу и размеров пожаровзрывоопасных зон, образующихся при этомобобщающие эмпирические зависимости для определения массы испарившейся Сургутской нефти и интенсивности ее испарения при различных толщинах слоя нефти и погодно-климатических условияхметодика расчета интенсивности испарения нефти с открытой поверхности амбара в атмосферу и размеров образующихся при этом пожаровзрывоопасных зон.

1. Состояния вопроса. Постановка задачи исследования.

ВЫВОДЫ.

1. Анализ большинства методик расчета зон загазованности показал, что основными параметрами необходимыми для проведения расчетов являются масса испарившейся нефти и интенсивность ее испарения.

2. Экспериментальные исследования, проведенные в условиях соответствующих реальной эксплуатации нефтепроводов, позволили получить достоверные данные по испарению Сургутской нефти с открытой поверхности в атмосферу.

3. В ходе анализа опытных данных было установлено, что доминирующее влияние на интенсивность испарения нефти с открытой поверхности в атмосферу оказывают толщина слоя нефти, скорость ветра, температура поверхности нефти и время испарения.

4. Обобщение экспериментальных данных по испарению Сургутской нефти с открытой поверхности в атмосферу позволило получить эмпирические зависимости для определения интенсивности и массы испарившейся нефти. Представленные зависимости позволяют описывать экспериментальные данные, полученные при скорости ветра изменяющейся от 0 до 3.5 м/с, высоте слоя нефти от 0.01 до 0.5 м, температуре поверхности нефти от 276 до 305 К, времени испарения от 0.03 до 20 ч, с погрешностью не превышающей 15%.

5. Апробация предложенных зависимостей на целом ряде экспериментальных данных других авторов позволяет полагать, что они могут быть использованы для различных нефтей при соответствующей корректировке коэффициентов, которая может быть легко осуществлена на основании имеющихся экспериментальных данных или проведения контрольных экспериментов.

6. Исследование процесса испарения нефти при низких температурах выявили аномально низкую интенсивность испарения при температурах нефти ниже 10 °C, вследствие образования загустевшего слоя. Установлено, что в условиях низких температур нефть в течение длительного времени сохраняет потенциальную опасность, которая может реализоваться при изменении внешних температурных условий.

7. Экспериментально исследованы размеры пожаровзровоопас-ных зон загазованности в широком диапазоне изменения параметров окружающей среды, выявлено количественное и качественное влияние различных факторов на размеры зон загазованности.

8. Разработана методика расчета количества испаряющейся Сургутской нефти с открытой поверхности в атмосферу и образующихся при этом пожаровзровоопасных зон загазованности.

9. На основе проведенных исследований разработаны «Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности ремонтных и аварийных работ на линейной части магистральных нефтепроводов», которые согласованы с ГУГПС МВД России.