محاسبه پیامد نشت مایعات نفتی از نفتکش‌های دریایی

مهندس کیابد

امروزه صنعت دریانوردی به سرعت در حال توسعه می‌باشد. بنابر گفته‌ی دپارتمان حمل و نقل آمریکا، هشتاد میلیون آمریکایی در هر سال از سیستم حمل و نقل دریایی استفاده می‌کنند که نود درصد جمعیت آمریکا به وسیله‌ی کشتی‌های مسافربری و ۹۷% تجارت انگلستان از راه دریا انجام می‌گیرد. سازمان دریایی آمریکا می‌گوید‌: کشتیرانی به امنیّت بین‌المللی‌، اقتصاد و حمل و نقل وابسته است. اگرچه صنعت حمل و نقل دریایی دارای سابقه ایمنی نسبتاً خوبی است، با این حال تصادفات دریایی به صورت بالقوّه می‌تواند فاجعه به ‌بار آورد. حمل و نقل تانکرهای نفتی یکی از موارد فاجعه بار و پرخطر در دریا و اقیانوس‌ها هستند. نشت مواد‌ نفتی در آب‌های آزاد علاوه بر زیان‌های غیرقابل جبران به محیط‌زیست جهانی، خطرات آتش‌سوزی را به همراه دارد. با وجود گذشت ۲۵ سال از نشت ۴۲ میلیون لیتر نفت در سال ۱۹۸۹ از یک کشتی نفتی در آلاسکا، هنوز آثار آن وجود دارد. به دلیل زیان‌بار بودن انتشار نفت به محیط‌های دریایی و وارد آوردن صدمات زیست‌محیطی و اقتصادی زیاد به این محیط‌ها، تجزیه و تحلیل آسیب‌های ناشی از نشت نفت امری بسیار ضروری است. محاسبه سرعت و مقدار نشت مواد نفتی از مخازن دریایی می‌تواند در اقدامات کنترلی مؤثر باشد. مقدار جریان نشت مایع نفتی می‌تواند از فرمول ذیل محاسبه شود. در تعادل انرژی مکانیکی‌، جریان سیّالات با شکل‌های گوناگون انرژی ارتباط دارد.

تصویر ۱

P  : فشار پشت‌سر مایع (force/area)

ρ : چگالی مایع نفتی (mass/volume)

ū : سرعت ثابت متوسط مایع (length/time)

gc : ثابت چگالی مایع ((length mass/force time2‌

α : ضریب تصحیح سرعت مایع (‌برای جریان آرام ۰٫۵= α‌، برای جریان تند و توربولانسی ۱= α‌)

g : شتاب گرفتن مایع به دلیل وزن آن (length/time2)

z : ارتفاع از بالای مخزن تا سوراخ ایجاد شده (length)

f : واژه نیروی اصطکاکی خالص (length force/mass)

Ws : طول نیروی عمودی مایع (length force)

m : مقدار جرم جریان (mass/time)

ضریب ∆ همیشه برای نشان دادن تفاضل مقدار اولیه با مقدار پایانی به کار می‌رود. چگالی سیّالات تراکم‌ناپذیر همیشه مقدار ثابتی است و برابر است با‌:

تصویر ۲
[auth]

 

باید به این نکته توجه شود، هنگامی که مایع در حال فرار از سوراخ ایجاد شده است، اندازه قطر منفذ بیشتر می‌شود. بنابراین فشار سیّال همراه با فرآیند بسط ‌دادن سطح منفذ به انرژی جنبشی تبدیل می‌‌شود. نیروی اصطکاک ایجاد شده بین حرکت سیّال و دیواره دهانه منفذ که به انرژی جنبشی سیّال تبدیل شده است به انرژی گرمایی و در نتیجه باعث کاهش سرعت سیّال خواهد شد. حال فرض کنیم میزان نشت سیّال از دهانه منفذ در یک فرآیند، واحد متناسب با ثابت فشار خروجی Pg باشد. فشار خارجی همان فشار اتمسفری است بنابراین  ∆P=Pg . طول نیروی سیّال صفر و سرعت جریان در یک فرآیند واحد ناچیز فرض می‌شود. همچنین تغییرات ارتفاع سیّال در مدت زمان تخلیه سیّال از منفذ ناچیز است، پس‌ ∆Z=0 . ضریب ثابت تخلیه  C 1از فرمول زیر بدست می‌آید.

تصویر ۳

متوسط سرعت تخلیه سیّال حاصل از نشتی، با جایگزینی و اصلاح فرمول فوق برابر است با:

تصویر ۴

و ضریب تخلیه سیّال به این ترتیب تعریف می‌شود.

تصویر ۵

همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید دبی جرم سیّال Qm  را از فرمول زیر بدست آورد.

تصویر ۶

این محاسبات در تعیین احتمال و پیامد وقوع نشت نفتکش‌های دریایی بسیار مؤثر است. این فرآیند می‌تواند به ابزاری برای اولویت‌بندی آسیب‌های ناشی از انتشار نفت با توجه به احتمال وقوع و پیامد آن‌ها در سناریوهای مختلف نشت نفت تبدیل شود.
[/auth]