Антропогенное воздействие на гидросферу

Содержание

 

Введение 4

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЬЕКТА. 5

1.1 Характеристика  объекта. 5

1.2 Краткие  сведения о природно-климатических  условиях в районе предприятия. 6

2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ОБЪЕМА ВЫЛИВШИХСЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ  ПРИ АВАРИИ НА ОБЪЕКТАХ СИСТЕМЫ  НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЯ 3

2.1 Определение  количества нефтепродуктов вылившихся  из резервуаров вследствие аварии  в резервуарных парках 8

3. ОЦЕНКА  СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩеЙ  СРЕДЫ 3

3.1 Оценка  площади загрязнения земель и  водных объектов 3

3.2 Оценка  степени загрязнения земель 4

3.3 Оценка  степени загрязнения водных объектов 4

3.4 Оценка  степени загрязнения атмосферы 6

4 Оценка Факторов  воздействия  на природную  среду при возникновении пожара  разлития нефтепродуктов 10

5 Оценка факторов, связанных со сценарием "Пожар  в резервуаре с нефтепродуктами" 13

6 Оценка факторов, связанных со сценарием "Взрыв  резервуара с нефтепродуктами" 16

7 ОЦЕНКА УЩЕРБА, ПОДЛЕЖАЩЕГО КОМПЕНСАЦИИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ  ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  ЗЕМЕЛЬ НЕФТЕПРОДУКТАМИ 20

7.1 Оценка  ущерба природной среде от  деградации земель 22

7.2 Размер  ущерба от сверхлимитного размещения  отходов 22

8 ОЦЕНКА УЩЕРБА, ПОДЛЕЖАЩЕГО КОМПЕНСАЦИИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ  ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  НЕФТЬЮ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 23

9 ОЦЕНКА УЩЕРБА, ПОДЛЕЖАЩЕГО КОМПЕНСАЦИИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ  ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  АТМОСФЕРЫ НЕФТЕПРОДУКТАМИ 24

10 ХАРАКТЕРИСТИКА  ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ, СЛОЖИВШЕЙСЯ  НА ТЕРРИТОРИИ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА 26

10.1 Природно-климатические  условия района в период чрезвычайной ситуации . 26

10.2 Характеристика  чрезвычайной ситуации 26

10.3 Оценка  влияния разлива нефти на населенный  пункт, объекты жизнеобеспечения  и окружающую среду. 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

 

Введение

В ходе выполнения курсовой работы необходимо рассчитать общий объем и массу вылившихся нефтепродуктов вследствие аварии на складе нефтепродуктов, площадь загрязненных нефтепродуктами земель, расчет ущерба за загрязнение нефтепродуктами каждого компонента окружающей природной среды, таких как почва и атмосфера.

Основными факторами, определяющими  величину ущерба, наносимого окружающей природной среде в резервуарных парках, являются: количество вылившейся из резервуара нефти и распределение  ее по компонентам окружающей среды; площадь и степень загрязнения  земель; количество углеводородов, выделившихся в атмосферу.

Плата за загрязнение окружающей природной среды разлившейся  нефтью при авариях в резервуарных парках состоит из ущерба, подлежащего  компенсации, за загрязнение земли и атмосферы.

В результате работы должна быть охарактеризована чрезвычайная ситуация, а также должен быть определен экономический ущерб окружающей природной среде в результате аварийных разливов нефтепродуктов. На генплане предприятия должны быть обозначены границы интенсивности теплового излучения: при пожаре разлития нефтепродуктов, при пожаре 2-х близрасположеных резервуара, содержащих максимальный объем нефтепродуктов, при пожаре резервуара с выбросом горящей жидкости, и границы избыточного давления при взрыве резервуара.

 

 

 

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЬЕКТА.

1.1 Характеристика  объекта.

 

Согласно заданию рассматриваемое  предприятие  расположено в Челябинской  области. На исследуемой территории располагается резервуарный парк по хранению бензина АИ-72 /2/, с плотностью 0,76 г/см³ и температурой вспышки более 28⁰. По вместимости резервуарного парка объект относится к IIIа категории складов нефти и нефтепродуктов /1/, так как на территории базы находится 5 резервуаров объемом 3 м³ общей вместимостью склада 15  м³. По классификации относится к категории «Б» (взрывопожароопасный объект.) /6/. Обвалование резервуары не имеют. Резервуарный парк не имеет дополнительных емкостей для удержания разлива нефтепродуктов.

1.2 Административно хозяйственная зона.

 

Резервуары, находящиеся  на территории предприятия не имеют  обвалования для удержания разлива  нефтепродуктов. Противопожарные разрывы  между зданиями и сооружениями представлены в таблице 1.1.

Таблица1.1 Противопожарные  разрывы между зданиями и сооружениями нефтебазы.

Наименование  сооружения	Расстояние от наземных резервуаров склада /3/
Категория склада	IIIв
1.Насосная станция	10 м
2.Противопожарный  трубопровод	30 м
3.Дороги	45 м

 

1.3 Природно-климатическая  характеристика района 

 

Предприятие расположено  в близи города Челябинск, Челябинской  области, является субъектом Российской Федерации. Климат Челябинской области - континентальный. Зима холодная и  продолжительная, лето относительно жаркое, с периодически повторяющимися засухами. Особенности климата связаны  с расположением области в  глубинах Евразии, на большом удалении от морей и океанов. Максимальная температура в январе составляет -48 градусов по Цельсию, в июле +40 градусов по Цельсию. Среднегодовое количество осадков - 350 мм в год на равнине  и 600 мм в год в горах. По количеству осадков горно- лесная зона является районом избыточного увлажнения, лесостепная-умеренного, степная –  недостаточного увлажнения. В январе—мае, в основном, преобладают ветры  южного и юго-западного направления  со средней скоростью 3—4 м/с. При  метелях максимальная скорость увеличивается  до 16-28 м/с. В июне-августе ветер  дует с запада и северо-запада, средняя  скорость не увеличивается, но при грозах наблюдается кратковременное шквалистое усиление ветра до 16—25 м/с. В сентябре-декабре  ветер поворачивает на южный и  юго-западный, средняя скорость ветра  составляет 3 м/с, максимальная- 18—28 м/с. /7/.

 

 

2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА  ВЫЛИВШИХСЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ  АВАРИИ НА ОБЪЕКТАХ СИСТЕМЫ  НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЯ

 

По заданию известно, что  бензин храниться в резервуаре горизонтально  стальном. Резервуар горизонтально  стальной объемом 3 м³ имеет следующие параметры: D=1,4 м и L=2 м согласно /1/. Из условия известно, что произошло мгновенное разрушение двух близрасположенных емкостей объемами по 3 м³.

                                       V_н.п. = 0,8 V₀ ,                                        (2.1)

 

где V₀ -  вместимость резервуара , м³.

Так как произошло разрушение двух близрасположенных емкостей, то объем берется двух резервуаров.

V_н.п. = 2∙0,8∙3=4,8 м³.

 

3. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ  ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩеЙ СРЕДЫ

3.1 Оценка площади загрязнения земель и водных объектов

 

Расчет площади свободного растекания нефтепродуктов ведется  согласно

                                            ,                                        (3.1)

                                         

                                                         ,                                             (3.2)

где d- диаметр свободного растекания нефтепродуктов, м.

 

    

 м,

  м².

3.2 Оценка степени  загрязнения земель

 

Степень загрязнения земель рассчитывается только при свободном  разлитии нефтепродуктов из наземных резервуаров при отсутствии обваловки  или ограждающих стен.

Степень загрязнения земель определяется нефтенасыщенностью грунта.

Нефтенасыщенность грунта или  количество нефти впитавшейся в  грунт, определяется по соотношениям /3/:

                                            ,                                              (3.3)

         где К_н – нефтеемкость грунта

         V_гр – объем нефтенасыщенного грунта,м³

Значение нефтеемкости грунта К_н в зависимости от его влажности принимается согласно /4/.

 

Объем нефтенасыщенного грунта V_гр вычисляют по формуле

                                                                                            (3.4)

где, F_гр- площадь нефтенасыщенного грунта, м²;

 h_cp - средняя глубина пропитки на всей площади нефтенасыщенной земли, м.

V_гр=96,02∙0,35=33,6 м³.

М_вп=0,3∙0,73∙33,6=7,35 кг

3.3 Оценка степени загрязнения атмосферы

 

Масса углеводородов, испарившихся с поверхности земли, покрытой разлитой нефтью, определяется по формуле

                                            .                                       (3.5)

где, М_и.п..- масса летучих низкомолекулярных углеводородов нефти, испарившихся с поверхности почвы, т;

q_и.п.. - удельная величина выбросов углеводородов с 1 м² поверхности нефти, разлившейся на земле, г/м²;

Средняя температура поверхности  испарения определяется по формуле

                                              .                                         (3.6)

где t_и.п. - средняя температура поверхности испарения на земле, °С;

t_воз. - температура воздуха, °С;

t_n, - температура верхнего слоя земли, °С.

t_п.и.=0,5∙(-5+(-4))=-4,5 °С.

Так как t_п.и. < 4 °С, то удельная величина выбросов принимается равной нулю.

М_и.п.=0∙96,02∙10⁶=0

При возгорании разлива учитывается  масса загрязняющих веществ выбрасываемых  в атмосферу при горении. Оценка массы загрязняющих веществ М_α, выбрасываемых в атмосферу при горении нефтепродуктов, производится в соответствии с методикой /8/

                                    M,                                             (3.7)

где k_α - коэффициент эмиссии альфа-го вещества, кг/кг;

k_нп - коэффициент полноты сгорания нефтепродуктов;

М - масса горящих нефтепродуктов, кг.

Коэффициент полноты сгорания нефтепродуктов  k_нп зависит от типа подстилающей поверхности в зоне горения.

Определяем по таблице  приложения /8/ коэффициенты эмиссии загрязняющих веществ при горении дизельного топлива:

для оксида углерода k_α = 3,11 ∙10^-1;

для сероводорода k_α = 1∙10^-3

для оксидов азота k_α = 1,51∙10^-2

для оксидов серы k_α = 1∙10^-3

для сажи k_α = 1,47∙10^-3

для синильной кислоты k_α = 1∙10^-3

для пятиокиси ванадия k_α = 1∙10^-6

для бензапирена k_α = 6,1∙10^-8

 

получим для оксида углерода:

кг

для сероводорода

 кг

для оксидов азота

кг

для оксидов серы

 кг

для сажи

кг

для синильной кислоты

кг

для пятиокиси ванадия

кг

для бензапирена

кг

Масса горящих  нефтепродуктов М  -  часть  общей  массы разлитых нефтепродуктов, пропорциональная площади области разлива, попавшей на данный тип подстилающей поверхности, М = 7,35 кг. 

4 Оценка Факторов  воздействия  на природную  среду при возникновении пожара  разлития нефтепродуктов

 

Интенсивность теплового  излучения q, кВт/м², рассчитывают по формуле:

,                                         (4.1)

где E_f -среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени,кВт/м²;

      F_q — угловой коэффициент облученности;

      t — коэффициент пропускания атмосферы.

      По  таблице  4.1 /2/ определяем  среднеповерхностную плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельную массовую скорость выгорания: для бензина при диаметре резервуара менее 10 м, m = 0,06 кг/м²·с.

Определяем угловой коэффициент облученности F_q по формуле

,                                      (4.2)

Определяем коэффициент пропускания атмосферы t по формуле

t = exp [-7,0 · 10^-4 (r - 0,5d)],                            (4.3)                                          

где r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

Рассчитаем эффективный  диаметр пролива d, м, по формуле

 ,                                                 (4.4)                                              

где S — площадь пролива, м², получим:

 м.

Рассчитаем высоту пламени Н, м, по формуле

,                                        (4.5)

где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, m = 0,06 кг/м²·с для бензина /2/;

r_в — плотность окружающего воздуха, _в=1,322 кг для t_воз.=-4 °С, согласно приложению /2/.

 м.

Значения F_v и F_н рассчитываются по формулам:

(4.6)

 

 

,    (4.7) 

 

,                                    (4.8)

       ,                                                 (4.9)

B = (1 + S²) / (2S),                                        (4.10)

где r — расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта.

Результаты вычислений сведены  в таблицу:

Таблица 4.1

r	11,81		74,04	61,85
А	3,44		7,08	6,05
В	48,015		48,015	48,015
S	96,02		96,02	96,02
	0,184		-0,008	-0,007
	-0,022		-0,020	-0,023
Fq	0,185		0,021	0,024
t	0,996		0,953	0,961
q	11,1		1,2	1,4
S1	2,14	13,4		11,19

      Расстояние  от геометрического центра пролива  до облучаемого объекта определяется  методом подбора для различных  степеней поражения и интенсивности  теплового излучения.

 

 

 

 

Таблица 4.2  Зависимость  степени поражения человека от интенсивности  теплового излучения.

Степень поражения	Интенсивность теплового  излучения, кВт/м2	Радиус (расстояние от геометрического  центра пролива  до облучаемого объекта), м
Непереносимая боль через  3-5с,  ожог 1-й степени через 6-8с,  ожог 2-й степени через  12-16с	11,1	11,81
Без негативных последствий  в течение длительного времени	1,4	61,85
Без негативных последствий  в течение длительного времени	1,2	74,04

 

    При нанесении на генплан территории предприятия диаметров зоны пожара разлития нефтепродуктов наблюдаем, что в зону воздействия негативного теплового излучения попадают дороги внутренней сети и технологические трубопроводы, здания и сооружения: административное здание, склад, гостевая автостоянка на 21 автомобиль, трансформаторная подстанция 2*630 кВа, мастерские склад, 17 резервуаров объемами по 3 м³, площадка выдачи ЛВЖ в автоцистерны с навесом.

 

 

5 Оценка факторов, связанных со сценарием "Взрыв резервуара с нефтепродуктами"

 

Рассматривается комбинированный  детонационно - дефлаграционный  взрыв  топливно - воздушной смеси при  групповом взрыве двух близрасположенных  емкостей, содержащих максимальные, по требованиям условий эксплуатации данного объекта СНПО, объемы нефтепродуктов.

Во взрыве в качестве топливно-воздушной  смеси участвует 90% суммарной массы  нефтепродуктов.

Плотность паров определяется по формуле кг · м^-3,

,                                             (5.1)

где М - масса одного кило-моля газа кг · кмоль^-1, согласно /10/, М=172,3 кг · кмоль^-1 ;

      V₀ - объем киломоля газа при нормальных условиях, равный

22,413 м³ · кмоль^-1;

a = 0,00367 град^-1 - коэффициент температурного расширения газа;

t_p - расчетная температура воздуха, °С.

       За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура наружного воздуха в населенном пункте (климатической зоне) согласно /7/,соответственно для Челябинской области 40^◦С, получим:

 кг · м³

 

Согласно /10/ находим значения констант Антуана А, В и С_А для дизельного топлива (А=4,195, В=682,876, С_А=222,066) и определяем давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_р по формуле:

_,                                          (5.2)

           

кПа

Интенсивность испарения W, кг/(с·м²), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле (Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С)

W = 10^-6 p_н,                                    (5.3)

Где М - молярная масса бензина, кг · кмоль^-1, /10/;

       p_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_р, кПа.

Получим:

  кг/(с·м²)

Избыточное давление Dp, кПа, развиваемое при сгорании газопаро-воздушных смесей, рассчитывают по формуле

,                  (5.4)

где р₀ — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

Приведенная масса газа или пара, кг рассчитывается по формуле

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z,                                     (5.5)

где Q_сг — удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг, согласно /10/,

Q_сг =44,239· 10⁶ Дж/кг для дизельного топлива(зимнего);

Z— коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;

Q₀— константа, равная 4,52 · 10⁶ Дж/кг;

Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяют массу т, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата.

m_г.п = W×F×T,                                                (5.6)

где m_г.п — масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Т – продолжительность  испарения паров ЛВЖ в открытое пространство, принимается Т=3600 с.

F – площадь резервуара с максимальным объемом, F = 1,54 м².

Соответственно получим:

m_г,п = 392,48· 10^-6× ×3600 = 2,17 кг,

m_пр = (44,239· 10⁶ / 4,52 · 10⁶) · 2,17 · 0,1=2,12 кг.

Импульс волны давления i, Па · с, рассчитывают по формуле:

.                                                      (5.7)

Методом подбора находятся  расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, при заданном избыточном давлении. Результаты расчетов сводятся в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Зависимость степени поражения зданий и сооружений от избыточного давления взрыва.

Характеристика поражающего действия избыточного давления	Здания и сооружения  склада	Критичес-кое значение избыточ-ного давления, кПа	Радиус (расстояние от геометрического  центра газопаровоздушного облака), м	Импульс волны давления i, Па
50% расстекление зданий	Мастерские-склады	1,58	70	2,89
50% расстекление зданий	Гостевая автостоянка  на 21 автомобиль	1,65	67,25	3,0
50% расстекление зданий	Административное здание	1,74	64,08	3,95
Умеренное повреждение	Резервуар V=3 м3	9,43	15	13,46
Слабое разрушение	Резервуар V=3 м3	14,9	10,7	18,88
Слабое разрушение	Резервуар V=3 м3	15,3	10,5	19,24

 

 

6 ОЦЕНКА УЩЕРБА, ПОДЛЕЖАЩЕГО КОМПЕНСАЦИИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

 

В соответствии с /8/, ущерб У_з от загрязнения земель нефтью определяется по формуле

                   У_з=Н_с·S_з·К_п·К_в·К_э(i)·К_г      (6.1)

Н_с – норматив стоимости сельскохозяйственных земель. Для Московской области согласно Приложения 10.1 /9/, принимаем Н_с=1579 тыс.руб/га;

К_п – коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению загрязненных сельскохозяйственных земель, согласно Приложения  10.2 /9/, К_п=10;

Показатель К_п определяется как сумма разрядов r, которые в свою очередь складываются из индексов q:

q₁ = 3+4+4+1=12, r₁ = 3

Согласно исходным данным, на рассматриваемом объекте:

• поглотительная способность грунтов высокая, следовательно (cогласно приложения 11) q₁₁=3;
• плотность почвы очень рыхлая < 1 г/см³ следовательно (cогласно приложения 11) q₁₂=4
• ландшафтно-геохимическое положение – аккумулятивные ландшафты, следовательно (cогласно приложения 11) q₁₃=4;
• характер почвенного покрова – полное отсутствие напочвенного покрова, следовательно,( cогласно приложения 11) q₁₄=1.

q₂ = 2+1=3, r₂ = 2

• интенсивность биологического круговорота – 7-50 средний и выше среднего (cогласно приложения 11) , q₂₁=2;
• окислительные условия, (согласно приложения 11), q₂₂=1.

q₃ = 3+4+4=11, r₃ = 4

• тип водного режима –выпотной, следовательно (cогласно приложения 11), q₃₁=3;
• гранулометрический состав – торф, следовательно (cогласно приложения 11), q₃₂=4;
• ландшафтно-геохимическое положение – аккумулятивные ландшафты, следовательно (cогласно приложения 11), q₃₃=4;
• скорость восстановления и тип растительности – сухие леса, следовательно (cогласно приложения 11), r₄ = 1;
• скорость восстановления и тип растительности – более 31 лет тундровая растительность, следовательно (cогласно приложения 11), r₅ = 8

        Соответственно получим:

r = r₁ + r₂+ r₃+ r₄+ r₅ = 3+3+4+1+8=18, К_п = 10.

К_в – коэффициент пересчета в зависимости от степени загрязнения земель нефтью. Степень загрязнения земель очень сильная, согласно Приложения 10.3 /9/ ,  К_в=2;

К_э(i) – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории i-ого экономического района. Экономический район – Центральный, тогда согласно Приложения 10.4 /9/,  К_э(i)=1,7;

К_г – коэффициент пересчета в зависимости от глубины загрязнения земель, согласно Приложения 10.5 /9/, глубина загрязнения земель равна 32 см, К_г=1;

S_з – площадь нефтенасыщенного грунта, га, S_з =96,02 м², тогда

У_з=1579·96,02·100·2·1,7·1=2577464,86 руб.

6.1 Оценка ущерба природной среде от деградации земель

 

Размер ущерба от деградации  земель  С_з  рассчитывается  по формуле /4/

С_з = Н_с·S_з·К_п·К_здп·К_э(i)·К_зд,      (6.2)

Где К_зд - коэффициент пересчета в зависимости от  изменения степени деградации почв и земель, К_зд=0,3 ;

К_здп- коэффициент для особо охраняемых территорий, К_здп = 1,0.

С_з = 1579·96,02·10·0,3·1,7·1 = 773239,458 руб.

6.2 Размер ущерба от сверхлимитного размещения отходов

 

Размер ущерба от сверхлимитного размещения отходов С_отх рассчитывается по формуле:

            С_отх = 5·H_бо·S_з·h·po_з·К_и·10^-3  ,                                              (6.3)

H_бо – базовый норматив  платы за  размещение  отходов 3  класса

токсичности, Н = 4000 руб./5/;

S_з – площадь загрязненных земель, кв. м, S_з = 96,02 м²;

h – глубина снимаемого слоя h = 0,1 м;

ro_з – плотность почвогрунтов,  т/куб.  м, ro_з = 1,5 т/м³;

К_и – коэффициент индексации.

С_отх = 5·4000·96,02·0,1·1,5·1·10^-3 = 288,06 руб.

 

7 ОЦЕНКА УЩЕРБА, ПОДЛЕЖАЩЕГО КОМПЕНСАЦИИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

 

Расчет ущерба окружающей природной среды от выбросов углеводородов  нефти в атмосферу при испарении вычисляется по формуле                

   У_к.а=5·К_и·С_а·М_и       (7.1)

К_и – коэффициент инфляции, К_и=1;

С_а – ставка платы за выброс одной тонны углеводородов в атмосферу в пределах установленного лимита, руб/т;