1 Кокшетауский технический институт Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан
 Скачать 2.37 Mb.
|
1 Кокшетауский технический институт Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан Любин В.Е., Кусаинов А.Б., Захаров И.А. Ликвидация чрезвычайных ситуации при разливе нефти и нефтепродуктов на воде и суше Учебное пособие Кокшетау 2014 2 УДК 614.8 ББК 38.96 Рецензенты: профессор, кандидат технических наук Р.М.Джумагалиев кандидат технических наук С.А. Карденов Любин В.Е., Кусаинов А.Б., Захаров И.А. Ликвидация чрезвычайных ситуаций при разливе нефти и нефтепродуктов на воде и на суше.Учебное пособие. - Кокшетау, 2014. – 125 с. В пособии изложены: основные свойства нефти, возможные источники разливов нефти и нефтепродуктов, воздействие её на окружающую среду. Большое внимание в пособии уделено организации борьбы с разливами нефти и нефтепродуктов, методы и стратегия ликвидации последствий аварийных разливов нефти, планирование и управление проведением работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций связанных с разливов нефти на воде и суше. Отражены вопросы мониторинга аварийных разливов нефти, описаны основные технологии и средства локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций при разливе нефти и нефтепродуктов, утилизации отходов разливов и организации безопасности работ при ликвидации разливов нефти. Учебное пособие может быть полезно широкому кругу читателей, интересующихся проблемами борьбы с разливами нефти, специалистам объектов нефтяной промышленности, местным исполнительным органам и сотрудникам подведомственных и территориальных подразделений уполномоченного органа в области гражданской защиты, организующих работы по предупреждению и ликвидации последствий разливов нефти и нефтепродуктов, а также компаниям, специализирующимся на проведении работ по ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов. ISBN 978-601-06-2985-1 © Кокшетауский технический институт, 2014 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение 5 Основные понятия и определения 6-7 Глава 1. Свойства нефти 1.1 Нефть и нефтепродукты 8-9 1.2 Физические свойства нефти 9-10 1.3 Химические свойства нефти 10-11 1.4 Классификация нефти и нефтепродуктов 11-12 Глава 2. Нефтяные разливы 2.1 Основные причины нефтяных разливов 13-16 2.2 Нефтяные разливы в мировом океане 16-20 2.3 Свойства нефтяного разлива в мировом океане 20-23 2.4 Внутриматериковые разливы 23-25 2.5 Трансформация нефти при внутриматериковых разливах 25-26 Глава 3. Ликвидация нефтяных разливов 3.1 Ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов в акваториях 27-60 3.2 Ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на материке 60-64 Глава 4. Утилизация отходов 4.1 Тип и характер отходов 65 4.2 Объекты хранения 65-67 4.3 Транспортировка 67 4.4 Варианты утилизации 67-70 Глава 5. Мониторинг и анализ 5.1 Наблюдение нефти на воде и берегу 71 5.2 Технические средства наблюдения и применяемые методы 71-72 Глава 6. Силы и средства призванные обеспечить предупреждение и ликвидацию чрезвычайных ситуаций при нефтяных разливах 6.1 Аварийно-спасательные службы 73-75 6.2 Расчет необходимого количества сил и средств 76-86 Глава 7. Практическое управление работами по ликвидации на месте событий 7.1 Организационная основа 87-88 7.2 Система управления ликвидацией аварии (СУЛА) 88 7.3 Обязанности по секциям 88-89 7.4 Объединенное управление 89 7.5 Группа оценки и планирования 89-90 7.6 Оперативная группа 90 7.7 Группа материально-технического обеспечения 90-92 4 7.8 Центр управления 92-93 7.9 Цикл планирования 93 7.10 Средства связи 93-95 7.11 Управление кризисом 95-96 7.12 Информирование о разливах нефти и ходе операции по реагированию 96-97 7.13 Работа со средствами информации 97-100 Глава 8. Планирование действий в чрезвычайных ситуациях 101-102 8.1 Управление планом и его композиция 102 8.2 Сбор информации 103-105 8.3 Основные элементы оперативного плана 105-106 Глава 9. Опасности разливов нефти 9.1 Оценка района работ на предмет безопасности 107-109 9.2 Безопасная рабочая среда 109 Глава 10. Меры безопасности при ликвидации нефтяных разливов 110-116 Глава 11. Экологические аспекты нефтяных разливов 117-121 Заключение 122 Литература 123-124 5 ВВЕДЕНИЕ Нефть - этоприродная горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли. Нефтяная отрасль Казахстана — одна из основных отраслей экономики Казахстана. Годом добычи первой казахской нефти считается ноябрь 1899 года в месторождении Карашунгул, где на глубине 40 метров из загипсованных пород карстовой полости был получен первый фонтан легкой нефти. На сегодняшний день добыча нефти в Казахстане составляет более 50 млн тонн. Первые сведения о наличии нефти на территории Атырауской области были обнаружены в записках Бековича-Черкасского, организовавшего по Указу Петра I военно-типографическую экспедицию в Хиву через нижнее течение р.Эмба в 1717 году. В первые годы при обнаружении месторождений нефти казалось, что нефть будет приносить только пользу, но постепенно выяснилось, что использование нефти и нефтепродуктов имеет и оборотную сторону. С увеличением объемов добычи, переработки, транспортировки, хранения и потребления нефти и нефтепродуктов, расширялись масштабы их разливов и загрязнения ими окружающей среды. Вероятность возникновения и масштаб последствий чрезвычайных ситуаций связанных с разливом нефти зависят от широкого спектра природных и технологических факторов. Любой технологический процесс, в том числе и нефтедобыча не может быть абсолютно безопасной. Как показывает мировой опыт, число чрезвычайных ситуаций на объектах нефтедобычи, транспортировки и переработки неуклонно возрастает, в связи с чем, и возрастает и количество углеводородов попадающих в окружающую среду. Наибольшие потери нефти связаны с ее морской транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Как показывают снимки поверхности Земли, сделанные со спутников, уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря и Атлантического океана [12]. Нефтегазоносные районы Казахстана занимают около 62% площади страны, и располагают 172 нефтяными месторождениями, основная доля которых расположена в акватории Каспийского моря. При этом на долю нефтяного сектора приходится около 15 % ВВП республики. В этой связи, вопрос обеспечения безопасности при добыче углеводородного сырья и её переработки на сегодняшний день является актуальным. 6 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Нефть - сырая нефть, газовый конденсат и природный газ, а также углеводороды, полученные после очистки сырой нефти, природного газа и обработки, горючих сланцев или смолистых песков [5]. Нефтяные операции - работы по разведке, добыче, строительству и (или) эксплуатации подземных хранилищ и резервуаров нефти, проводимые на суше, в пределах рек, озер и иных внутренних водоемов, а также нефтяные операции на море [5]. Добыча - весь комплекс работ (операций), связанный с извлечением полезных ископаемых из недр на поверхность, а также из техногенных минеральных образований, включая первичную переработку и временное хранение минерального сырья [5]. Предохранительная зона - зона, простирающаяся от береговой линии моря на пять километров в сторону суши на территории Республики Казахстан [5]. Море - поверхность и толща воды, а также дно Каспийского и Аральского морей в пределах казахстанской части Каспийского и Аральского морей (озер) [5]. Морские охранные зоны или зоны безопасности - зоны, определяемые Правительством Республики Казахстан, устанавливаемые вокруг морских сооружений в целях обеспечения безопасности человека, биологических ресурсов моря, окружающей среды, а также судоходства, рыболовства и другой деятельности физических и юридических лиц на море в соответствии с законодательством Республики Казахстан [5]. Загрязнение моря - поступление в морскую среду материалов, веществ, энергии, шума, вибраций, а также образование различных типов излучений и полей, причиняющих вред или создающих угрозу причинения вреда здоровью людей, живым ресурсам моря и морской экосистеме либо создающих помехи, либо причиняющих или способных причинить убытки физическим или юридическим лицам, осуществляющим законную деятельность в море либо на его побережье [5]. Морские сооружения - искусственно созданные сооружения, находящиеся в море, включая искусственные острова, дамбы, установки, неподвижное и плавучее оборудование для проведения нефтяных операций на море [5]. Сырая нефть - любые углеводороды вне зависимости от их удельного веса, извлекаемые из недр в жидком состоянии при нормальных атмосферных температуре и давлении, включая жидкие углеводороды, известные под названием дистиллята или конденсата, образованные из природного газа путем естественной конденсации [5]. Поисковые работы - стадия геологоразведочных работ, проводимая в целях выявления и оконтуривания перспективных участков и проявлений полезных ископаемых, определения прогнозных ресурсов, их предварительной 7 геолого-экономической оценки и обоснования дальнейших геологоразведочных работ [5]. Внутренние водоемы - озера, искусственные водохранилища и другие поверхностные водные объекты [5]. Баррель - мера вместимости и объема, применяемая в США, Англии и ряде стран, использующих английскую систему мер. В США различают баррель сухой, равный 115,628 дм 3 , и баррель нефтяной, равный 158,988 дм 3 [12]. 8 ГЛАВА 1. СВОЙСТВА НЕФТИ 1.1 Нефть и нефтепродукты Нефть (греч. Ναφθα — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость, являющаяся в основном смесью углеводородов. Нефть имеет специфический запах [10]. Рисунок 1 – Нефть Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Согласно «Статистическому обзору мировой энергетики» (Statistical Review of World Energy), подготовленному британской компанией BP, на конец 2012 года Казахстан по запасам нефти занял 12-е место. Британская BP оценила запасы нефти в Казахстане на уровне 30 млрд баррелей, или 3,9 млрд тонн, что составляет 1,8% мировых запасов. Лидерами по запасам нефти в мире стали Венесуэла (46,5 млрд тонн, 17,8%), Саудовская Аравия (36,5 млрд тонн, 15,9%) и Канада (28 млрд тонн, 10,4%). Общемировые запасы нефти на конец 2012 года составили 235,8 млрд тонн. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет 48%. Нефтегазоносные районы Казахстана занимают 62% площади страны, и располагают 172 нефтяными месторождениями, из которых более 80-ти находятся в разработке. Более 90% запасов нефти сосредоточено на 15 крупнейших месторождениях – Тенгиз, Кашаган, Карачаганак, Узень, Жетыбай, Жанажол, Каламкас, Кенкияк, Каражанбас, Кумколь, Северные Бузачи, Алибекмола, Центральная и Восточная Прорва, Кенбай, Королевское. 9 Месторождения находятся на территории шести из четырнадцати областей Казахстана. Это Актюбинская, Атырауская, Западно-Казахстанская, Карагандинская, Кызылординская и Мангистауская области. При этом примерно 70% запасов углеводородов сконцентрировано на западе Казахстана. Рисунок 2 - Месторождения углеводородов Казахстана Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Однако на глубинах свыше 4,5-5 км. преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1-3км. Нефть уникальна комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углём), и, из нефти легко получить технически необходимые продукты. В нефти содержится столько же углерода, сколько и в каменном угле – около 86%, а водорода больше – 13% против 5-6% в угле. Кислорода в нефти совсем мало – всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества. 1.2 Физические свойства нефти Цвет - нефть - жидкость от светло-коричневого до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы изумрудно-зелёной нефти, есть даже бесцветная нефть). Средняя молекулярная масса 220-300 (редко 450—470) г/моль. 10 Плотность 0,65-1,05 (обычно 0,82-0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83 г/см³, называется лёгкой, 0,831-0,860г/см³- средней, выше 0,860г/см³ - тяжёлой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Температура начала кипения Нефть содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 C, реже ≥100°C в случае тяжелых нефтей). Фракционный состав — выход отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450-500°С (выкипает 80% объёма пробы), реже 560-580°С (90-95%). Температура кристаллизации от − 60 до + 30°C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных нефтей), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1,7—2,1кДж/(кг∙К); Удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; Диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; Электрическая проводимость от 2∙10 -10 до 0,3∙10 −18 Ом −1 ∙см −1 1.3 Химические свойства нефти Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологическом процессе для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80- 90% по массе) и гетероатомные органические соединения (4-5%), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты - растворённые углеводородные газы (C 1 -C 4 , от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка) [9]. Но в основном, нефть – сложная смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы – тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато соответственно, большее 11 количество водорода и кислорода. Главную, углеводородную часть нефти составляют три группы углеводородов – алканы, нафтены и арены. Алканы (предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула С n H 2n+2 . Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы газообразны. При 5-16 атомах углерода это жидкости, а свыше – уже твердые вещества, парафины. Нафтены. К ним относят алициклические углеводороды состава C n H 2n , C n H 2n-2 и C n H 2n-4 . В нефти содержится преимущественно циклопентан С 5 Н 10 , циклогексан С 6 Н 10 и их гомологи. Арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. 1.4 Классификация нефти и нефтепродуктов Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, присутствует в количестве более 50%. При присутствии углеводородов также и других классов (причем один из классов составляет не менее 25%) выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25%, второго - более 50%. Сырая нефть непосредственно почти не применяется. Её подвергают переработке для получения технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности. На первой стадии из нефти удаляют растворенные газообразные алканы, главным образом метан. Затем сырая нефть поступает на фракционную перегонку, или ректификацию. Ректификацией (перегонкой) называют разделение сложных смесей на фракции или на индивидуальные компоненты на основании различий в температурах кипения. Фракционная перегонка нефти позволяет получить ряд фракций с широким интервалом температуры кипения [10]: - углеводородный газ – смесь пропана и бутана, температура кипения которых ниже +20 о С; - бензиновая фракция (бензины прямой перегонки), обладает наиболее низкой температурой кипения от 20 до 200 о С, состоит обычно из углеводородов, содержащих от С 5 до С 11 атомов углерода в молекуле. Это самая ценная низкокипящая фракция нефти, которая после повторной ректификации дает ряд конечных продуктов: - легкий бензин – так называемый петролейный эфир (газолин), температура кипения 20-60 о С; плотность 0,64-0,66 г/см 3 . Применяется главным образом в качестве растворителя. - средний бензин (собственно бензин); температура кипения от 70 до 120 о С; в зависимости от назначения различают несколько видов бензина: 12 автомобильный (температура кипения 60-100 о С), авиационный (100-120 о С), и т.д. Средний бензин – фракция, используемая для двигателей внутреннего сгорания. Как правило, выход бензиновой фракции не превышает 20% от массы нефти. - лигроиновая фракция (тяжелый бензин) – смесь, содержащая углеводороды от С 8 до С 14 , температура кипения которых изменяется от 120- 140 о С; плотность 0,73-0,77 г/см 3 . Применяется в качестве топлива для дизельных двигателей. - керосиновая фракция – смесь, содержащая углеводороды от С 12 до С 18 , температура кипения 150-300 о С. Керосин используют как топливо для двигателей реактивных самолетов и ракет, а также подвергают крекингу. - газойль или дизельное топливо. Температура кипения 275-400 о С, применяют в качестве топлива для дизельных двигателей. - мазут – это остаток после перегонки нефти. Содержит углеводороды с большим числом углеродных атомов. Его подвергают дальнейшей переработке. Для предупреждения разложения мазута, которое происходит при температурах выше 300 о С, его перегоняют с водяным паром или в вакууме (под уменьшенным давлением). Первая фракция перегонки – соляровые масла; их подвергают очистке (рафинированию). Соляровые и смазочные масла широко применяются в технике: первые в качестве моторного топлива, вторые для смазки механизмов. Из некоторых сортов нефти получают вазелин и парафин. 13 |