Приложение N 7

к Руководству по безопасности

"Методика анализа риска аварий

на опасных производственных объектах

морского нефтегазового комплекса",

утвержденному приказом Федеральной

службы по экологическому,

технологическому и атомному надзору

от 10 февраля 2023 г. N 51

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ПОРЯДОК
РАСЧЕТА ИСТЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
ИЗ МОРСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

В большинстве случаев взрывопожароопасный поток, перекачиваемый по морскому трубопроводу, представляет собой многофазную среду. И если на стадии стационарной перекачки поток во всей трубе с определенным приближением можно считать однородным, то движение, возникающее в трубопроводе с высоким содержанием массовой доли жидкой фазы, после остановки перекачки носит чрезвычайно сложный характер.

Истечение описывается системой уравнений сохранения массы, импульса и энергий газовой и конденсированной фаз, формулы (7-1) - (7-7):

; (7-1)

; (7-2)

; (7-3)

; (7-4)

; (7-5)

; (7-6)

; (7-7)

где: x - координата по пространству (вдоль трассы трубопровода), м;

t - время, с;

- плотность смеси, кг/м³;

u - компонент вектора скорости газовой смеси в направлении x, м/с;

e - полная удельная энергия газовой смеси, Дж/кг;

- плотность газовой фазы, кг/м³;

- плотность i-й фракции жидкой фазы, кг/м³;

u_жi - компонент вектора скорости i-й фракции жидкой фазы в направлении x, м/с;

e_жi - полная удельная энергия i-й фракции жидкой фазы, Дж/кг;

n_жi - концентрация частиц i-й фракции жидкой фазы, м^-3;

p - давление, Па;

S_j - члены уравнений, учитывающих потери на трение на стенках, теплообмен трубопровода с окружающей средой, обмен импульсом, энергией между фазами.

После остановки перекачки происходит расслоение потока: в нижних точках трассы (карманах) оседает жидкая фаза, в верхних точках собирается газовая фаза (подушки). За счет разницы давлений по трассе будет происходить передавливание жидкой фазы из одного кармана в другой, прорыв газа из одной подушки в другую. Поэтому на подводных трубопроводах после остановки перекачки возможен выброс значительной массы транспортируемого продукта. Дополнительно это обусловлено тем, что на подводных трубопроводах невозможно оперативно ликвидировать утечку, так как задвижек на подводных участках трубопровода нет, и аварийные участки могут иметь значительную протяженность.

Таким образом, расчет массы выброса строится на уравнениях гидрогазодинамики истечения многофазной продукции не только с учетом времени обнаружения утечки и остановки насосов (компрессоров), но и принимая во внимание необходимость учета расслоения фаз при самотечном режиме истечения вещества из дефектного отверстия.

Общая масса аварийного выброса углеводородов М_уг в данном случае может рассматриваться как сумма масс углеводородов, выброшенных до и после остановки перекачки (формула (7-8)).

М_уг = М_{уг напор} + М_{уг сам}, (7-8)

где: М_уг - общая масса выброшенных углеводородов, кг;

М_{уг напор} - общая масса углеводородов, выброшенных в напорном режиме (до остановки перекачки), кг;

М_{уг сам} - общая масса углеводородов, выброшенных в самотечном режиме (после остановки перекачки), кг.

Масса выброса до остановки перекачки (напорный режим) определяется исходя из массового расхода в номинальном режиме и времени до остановки перекачки, а также исходя из размера разрушения.

Для стадии самотечного режима истечения в ситуации, когда движение в трубопроводе отличается высокой неоднородностью (расслоением) и существенными перепадами давления, наиболее оптимальным подходом к определению массы выброшенных углеводородов (как в жидкой, так и газообразной фазе) является подход, основанный на определении оставшейся в трубе массы углеводородов. Масса же выброшенных углеводородов после остановки перекачки будет определяться как разница масс, находившаяся изначально и оставшаяся в трубопроводе.

Для расчета массы углеводородов в трубопроводе после окончания выброса предложен подход, при котором конечное состояние рассматривается как механически равновесное: давление в нижних точках трубопровода уравновешивается давлениями в прилегающих столбах жидкости в сумме с давлением газовых подушек (рисунок 1 настоящего приложения, формула (7-9)).

Рис. 1. Схема распределения углеводородов в трубопроводе после окончания выброса

, (7-9)

где: , - давление газообразных углеводородов в локальном максимуме (верхней точке) профиля трубопровода;

, - высоты столбов жидкости в участках, прилегающих к i-му локальному минимуму (нижней точке);

- плотность жидкой фракции, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Такое условие должно выполняться в каждом локальном минимуме на трассе трубопровода. На месте аварии должно учитываться противодавление воды.

Результаты расчета масс утечек могут быть представлены в виде диаграмм, как приведено на рисунках 2 - 5 настоящего приложения.

Рис. 2. Распределение массы утечек по трассе (жидкость) при гильотинном разрыве трубопровода (осреднено в пределах 1 км)

Рис. 3. Распределение массы утечек по трассе (газ) при гильотинном разрыве трубопровода (осреднено в пределах 1 км)

Рис. 4. Распределение массы утечек по трассе (жидкость) при свище на трубопроводе (осреднено в пределах 1 км)

Рис. 5. Распределение массы утечек по трассе (газ) при свище на трубопроводе (осреднено в пределах 1 км)