1 Кокшетауский технический институт Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
Типы нефтесборщиков. На основе их принципа работы нефтесборщики можно разделить на следующие четыре группы. Запрудные; Олеофильные; Вакуумные; Механические. Сливные нефтесборщики. Сила тяжести заставляет нефть, плавающую на поверхности воды, переливаться через край сборщика, установленный по возможности точно на уровне раздела между нефтью и водой, с тем, чтобы снизить до минимума количество воды, сливаемой вместе с нефтью. Более совершенным вариантом простого сливного варианта будет вариант с 38 добавлением вращающихся под водой лопастей, которые побуждают нефть двигаться к краю сборщика. Рисунок 14 - Сливные нефтесборщики Преимущества данных нефтесборщиков: Обычно прост в эксплуатации; Может снимать слои всех видов нефти, даже в водонефтяных эмульсиях, при условии не слишком высокой вязкости. Недостатки: Этот вариант хорош только в тихую погоду; Даже при идеальных условиях может собирать с нефтью до 90% воды; Всякий случайный мусор может засорить борт нефтесборного устройства. Олеофильные нефтесборщики. В их числе канатные, дисковые и ленточные нефтесборщики. Олеофильная поверхность движется через нефтяное пятно, и удерживаемая нефть затем соскребается или выжимается с поверхности в место сбора. Нефтесборные устройства, в которых используются олеофильные свойства, зачастую достигают более высокой степени извлечения нефти по отношению к воде. Максимальной эффективности они достигают, когда вязкость нефти находится на среднем уровне. Маловязкие нефтепродукты, такие, как дизельное топливо или керосин, не собираются на олеофильных поверхностях, образуя слой нефти, который был бы достаточно мощным, чтобы можно было достичь высокой степени сбора нефти. Высоковязкие материалы, такие, как бункерное топливо (флотский мазут), обладают чрезмерной липкостью, и удалять их трудно. Преимущества: Очень малый объем подбираемой воды. Недостатки: Не может работать с нефтью, обработанной диспергаторами. 39 Максимальная эффективность ограничена средневязкими нефтепродуктами. Вакуумные нефтесборщики. Применяют вакуумные насосные установки или воздушную систему вентури, отсасывающие нефть с поверхности воды непосредственно в сборный сосуд. Для повышения эффективности работы на концах всасывающих рукавов могут быть смонтированы специально сконструированные нефтесборные насадки. Откачивание вязких материалов становится возможным, когда всасываемая вода действует в качестве текучей среды. Диаметр всасывающего рукава определяет допустимых размер твердых веществ. Любое блокирование приведет либо к частичной, либо полной утрате вакуумного эффекта. По соображениям техники безопасности следует избегать сбора летучих нефтепродуктов, т. е. тех, для которых характерны низкая температура вспышки, в силу того, что вакуумный эффект несет с собой риск возгорания, так как забираются легкие пары. Используя пустые 45-галлонные бочки для сбора нефти, убедитесь, что они обладают повышенной прочностью, иначе они могут разрушиться. Преимущества: Широко доступны, особенно всасывающие трубы; Собирает все типы нефти и эмульсий; Часто существуют в портативных вариантах. Недостатки: Если не соблюдать осторожность, то этот вариант может собирать большое количество воды вместе с нефтью; Быстрый сбор в сочетании с ограниченными габаритами сборных сосудов зачастую приводит к неравномерности процесса очистки. Механические нефтесборщики. Включают в себя ленты с лопастями, металлические зубчатые диски, захватывающие черпаки и сепараторы барабанного типа. В основе их действия лежит физический принцип всасывания нефти. Если снабдить их подходящим насосом, то они смогут принимать и переносить вязкие нефтепродукты, стабильную воду в нефтяных эмульсиях и твердый мусор. Преимущества: Идеальны для сбора тяжелых нефтепродуктов; Переносят сбор нефти вместе с мусором. Недостатки: Не способны обеспечивать сбор легких нефтей Требуют большой толщины нефтяного слоя Прежде чем рассматривать такие критерии, как размеры, надежность и простота эксплуатации, обращения и технического обслуживания, необходимо прежде всего определить назначение использования и предполагаемые условия эксплуатации. Вязкость разлитой нефти является наиболее важными факторами для рассмотрения. В условиях прогнозируемых ситуаций, например, в местах морских терминалов и нефтеочистных установок, тип нефтепродуктов обычно известен, и можно выбрать специализированный нефтесборщик, а не какое-то универсальное устройство. 40 Активные боновые системы. В 1970-х годах была разработана концепция активной боновой системы сбора нефти. Компании «Бритиш Петролеум» и правительство Норвегии объединили свои усилия в работе над совместным исследовательским проектом по разработке высокопроизводительной системы сбора, которая могла бы применяться в открытом море в условиях «фонтанирования» нефти из скважины или инцидентов, связанных с затяжным выбросом нефти. Первое устройство представляло собой систему с колоссальной производительностью 600 тонн в час, которая была в основном предназначена для использования в открытом море в условиях «фонтанирования» нефти. Не было уверенности, что для проведения такой масштабной операции хватит материально-технических возможностей, и был сделан вывод, что, возможно, для работы по менее крупным инцидентам необходима компактная, более «управляемая» система. Этой цели соответствует нынешняя сливная боновая система (Weird Boom), типичный вариант которой имеет в своем составе три насоса, способные откачивать примерно 180 тонн в час. Эта сливная боновая система не является единственной активной боновой системой, так как в течение ряда лет был создан целый ряд разных вариаций. Следует отметить, что в связи с тем, что в системе используется сливной принцип сепарации, в ходе операции приходится собирать также большой объем воды. Любая система сбора, используемая с такой системой, должна иметь возможность сливать собранный материал, чтобы обеспечить максимум объемов хранения и повысить прочность на износ. Преимущества сливной боновой системы [12]: Маневренность; Способность к сбору больших объемов. Недостатки сливной боновой системы: Большие объемы собираемой воды; Ограничения по вязкости; Проблема мусора. Последние конструкции активных боновых систем были в основном представлены односекционными бонами со сливным сепаратором и мощным пропеллерным насосом. Эти системы могут быть включены в боновые системы с использованием целого ряда конфигураций: в виде буквы J, захвата одним судном и в виде буквы U. Это делает систему весьма универсальной. Типичная производительность такой системы на уровне 70 тонн в час, очевидно, что большая доля собираемого материала это вода. Активные боновые системы, представленные системами постоянного надувания или же секционной конструкции, дают весьма универсальную систему, обладающую высокой производительностью. Физические габариты этого оборудования сравнительно невелики, что позволяет использовать реактивный грузовой самолет для перевозки некоторых секционных типов. Типы постоянного надувания, представляют собой чрезвычайно сложные элементы оборудования, и чтобы научиться работать с ними, требуется весьма высокий уровень подготовки. При рассмотрении возможности развертывания 41 такого элемента оборудования, необходимо учитывать ограничения материально-технического характера, связанные с хранением собранной нефти (баржи), наличие подходящих привальных брусьев для судов (суда снабжения) и объектов утилизации нефти. Насосы. Общая эффективность нефтесборщиков зависит от соответствующих возможностей перекачки собранной нефти. Выбор нефтесборщика с соответствующим насосом имеет весьма большое значение. Всем насосам свойственны потери эффективности, хотя и разными темпами, происходящие с увеличением вязкости нефти. Некоторые специальные пропеллерные насосы обладают весьма высокой толерантностью к вязкости и могут работать с затвердевшей нефтью, однако фактором ограничения может стать внутреннее сопротивление насосных рукавов и труб. Эти проблемы можно преодолеть посредством переноса небольших количеств нефти, с помощью больших объемов всасываемого воздуха или воды, которые действуют в качестве псевдоожижающей среды. Использование де эмульгаторов для разрушения водонефтяных эмульсий способно в значительной степени снизить вязкость и увеличить эффективность откачки. Нагнетание этого химического реагента следует производить на ранней стадии. Рукава, по которым нефть переносится от нефтесборщика, должны быть снабжены соответствующим средством обеспечения плавучести, чтобы они не препятствовали действиям нефтесборщика. Замасливание рукавов может породить проблемы, и их необходимо снабдить эффективными, но простыми муфтами. Желательно иметь набор переходных приспособлений, с тем, чтобы можно было соединять рукава разных диаметров и соединять несовместимые соединительные узлы. 3.1.4 Химический способ ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов Использование химических средств - это резервный вариант механическому реагированию в зонах, где смешивание и растворение могут быстро снизить концентрацию разлитой нефти до уровней, не представляющих угрозы организмам, обитающим в воде. Выбор и применение химических средств осуществляются с учетом требований экологической безопасности и указываются в плане по предупреждению и ликвидации нефтяных разливов. После завершения всех работ по реагированию на нефтяные разливы, лица представляют в уполномоченные органы в области охраны животного и растительного мира, охраны окружающей среды и санитарно- эпидемиологического благополучия населения отчет о применении химических средств. Отчет содержит информацию о количестве химических средств, эффективности их применения, результатов мониторинга их воздействия на экосистему водного объекта. Применение химических средств должно быть скоординировано с показаниями воздушного или морского наблюдения. Визуальные наблюдения 42 проводятся для оценки эффективности применения химических средств. Воздушные и морские наблюдения также используются для соблюдения географических пределов, где необходимо рассеивать химические средства. Химический способ ликвидации разлива нефти подразумевает использование диспергентов и сорбентов. Диспергирование. Применение диспергаторов для ликвидации нефтяных разливов должно рассматриваться как вспомогательное средство к процессу естественного диспергирования. Нужно помнить, что диспергаторы не удаляют нефть. Суть действия диспергирующих химреагентов заключается в том, что они способствуют увеличению поверхностной площади разлитой нефти, приводя к образованию мелких капелек, тем самым содействуя процессу биологического распада под воздействием природных микроорганизмов, обитающих в морях. Ключом к успешному применению диспергаторов является то, насколько быстро после разлива началась ликвидация, так как устойчивость многих типов нефти к обработке быстро повышается под воздействием выветривания. Своевременное применение диспергаторов может также затруднить образование водонефтяных эмульсий или «шоколадного мусса». Диспергаторы могут применяться при широком диапазоне погодной и морской обстановки и зачастую, они служат самым оперативным методом ликвидации. Однако важно, чтобы до начала операции с применением диспергаторов, от соответствующих властей было получено согласование на их применение. Иногда, такое согласование можно обеспечить заранее, хотя часто его приходится добывать именно во время происшествия. Причины этого кроются в том, что есть места, где применение диспергаторов может оказать вредное воздействие на окружающую среду. Необходимо помнить, что нефть не удаляется, а только переходит в дисперсное состояние в толще воды, что в некоторых районах может неблагоприятно сказаться на морской экологии (особенно в местах разведения рыб или моллюсков и т. д.). Наиболее эффективными диспергаторами на сегодняшний день являются высокоэффективные концентраты, которые вносятся в неразбавленном виде. Применять их можно с морских судов, средств авиации или наземных средств, причем дозировка может колебаться от 1:10 до 1:30 (чистый диспергатор: нефть). В связи с этим необходимо тщательно продумать механизм доставки и применения диспергаторов, прежде чем нефть выветрится настолько, что внесение диспергаторов потеряет смысл. Диспергаторы состоят из двух компонентов: смеси ПАВ (поверхностно- активные вещества), состоящей из эмульгаторов и смачивающих реагентов и системы растворителей, которая выполняет роль носителя для ПАВ. Диспергаторы предназначены для эмульгирования нефти в толще воды и превращения её в маленькие капельки нефти, которые достаточно малы, чтобы оставаться под поверхностью и не реформироваться в нефтяное пятно. Естественное движение водной массы затем обеспечивает растворение нефти в море до уровней, которые не создают экологической проблемы. Молекулы ПАВ в диспергаторе предпочитают находиться на границе раздела между нефтью и водой, таким образом снижая граничное напряжение 43 между двумя жидкостями. При прикладывании энергии это способствует разрыву нефти и ее эмульгированию на мелкие капли и ускоряет естественный процесс биологического распада. При формировании нефтяных капелек, вокруг них образуется слой молекул ПАВ, который препятствует слипанию, и если капли достаточно малы, то, чтобы полностью воспрепятствовать их всплыванию на поверхность, достаточно приложить лишь небольшие усилия. Визуально процесс диспергирования предстает в виде светло- коричневого облака в воде. Зачастую, если диспергирование проявляется в виде черного пятна в воде, то это потому, что нефтяные капли достаточно большие и способны всплыть к поверхности, за исключением того случая, когда поверхностная энергия моря будет велика. Типы диспергаторов. Современные диспергаторы сильно изменились с тех времен, когда произошел знаменитый разлив с «Торри Каньона» в 1967 году, когда пришлось применить большие количества очень токсичного промышленного чистящего средства и детергентов, чтобы обработать нефть, выброшенную на берег. С точки зрения человека, которому поручили приобрести диспергаторы, разнообразие и количество типов, имеющихся в продаже в наши дни, могут только запутать. Однако в основном, вся продукция подобного рода включает в себя малотоксичные растворители и вещества ПАВ, а такие ингредиенты, как ароматические углеводороды или же хлорированные углеводороды запрещены. Национальный центр экологических технологий, AEA Technology, в котором испытываются диспергаторы в Великобритании, признает три типа диспергаторов. Обозначение типа определяется способом применения диспергатора. Тип 1. Эти концентраты вносятся целиком и не разбавляются морской водой до применения. Они могут применяться для диспергирования нефти, плавающей в море. Они могут быть также использованы в неразбавленном виде для очистки берегов, когда слой нефти не превышает 6 мм. Тип 2. Это концентраты, растворимые в воде. Обычно они разбавляются в морской воде в пропорции 1:10. Они могут быть использованы для очистки берегов, при условии, что имеется в наличии источник чистой морской воды для разбавления диспергаторов. Тип 3. Концентраты применяются в неразбавленном виде. Они применяются при морских разливов с борта самолета или судна, а также для очистки берегов от нефтепродуктов, когда слой нефти не превышает 6 мм. Примечание.Тип 2 или 3 – это диспергаторы, которые можно применять либо в разбавленном виде, либо в концентрированном. Что касается объемов внесения различных типов диспергаторов, то можно ограничиться лишь некоторыми самыми общими рекомендациями и по следующим причинам: - некоторые продукты лучше, чем другие, и для рассеивания данного количества нефти их потребуется меньше; 44 - объемы внесения диспергаторов зависят от обстоятельств разлива, в частности от типа нефти и масштабов выветривания, а также от толщины нефтяного слоя; - без данных, полученных с помощью современных средств дистанционного обследования, о толщине слоя нефти можно обычно судить только на глаз, а значит – только примерно; - если техника применения оставляет желать лучшего, это может обернуться дорогостоящими потерями диспергаторных материалов. Например, если капельки распыляемого диспергатора слишком большие, они могут пробить слой нефти и уйдут в нижние слои воды. Это может повлечь за собой переоценку реального воздействия диспергатора на нефть. Однако, если предположить удовлетворительные условия, то большинство государственных организаций рекомендует вносить диспергаторы в следующих пропорциях к нефти: Тип 1. 1:3 – 1:1. Тип 2. 1:3 – 1:1 при разбавлении (эквивалентно 1:30 – 1:10 при внесении в концентрированном виде). Тип 3. 1:30 – 1:10 Контроль объемов внесения можно обеспечить двумя способами: либо меняя расход нагнетания насоса либо меняя скорость движения судна или самолета, удерживая объемы нагнетания на одном уровне. Общее взаимоотношение между переменными величинами можно выразить следующим образом: Расход нагнетания (литр/мин) = 0.003 х объемы внесения (литр/га) х скорость (узлы) х полоса охвата (м). С помощью натурных измерений установлено, что неограниченные нефтяные пятна имеют среднюю толщину пленки примерно 0.1 мм. Исходя из этого значения, применить необходимо диспергаторы 3-го типа, как наиболее эффективные из имеющихся, и их расход составит от 30 до 100 литров на гектар. Полевые исследования должны помочь сузить пределы погрешности. Однако для нефтяных пятен нехарактерна однородность толщины, и наблюдаются большие отклонения от средних величин. Довольно часто, большая часть разлитой нефтяной массы представляет собой более мощные нефтяные пятна или полосы – иногда толщиной до 3 мм. При такой толщине слоя потребуется вносить не менее 30-100 литров на гектар распыляемых диспергаторов, - и если будет внесено недостаточное количество, это может обернуться плохими результатами. С другой стороны, большие площади нефтяных пятен состоят из тонкой радужной нефтяной пленки (зачастую окрашенной по краям, если смотреть сверху), и в этом случае распыление 30100 литров диспергаторов на гектар будет очевидной передозировкой. Поэтому рекомендуется сосредоточить распыление на толстых нефтяных пятнах разлива, и предоставить тонкой радужной пленке рассеяться естественным образом под воздействием волн. Существуют следующие способы внесения диспергаторов [15]: 1. Распыление с судов 45 Судовые системы распыления состоят из: - первичного источника энергии для силовых насосов; - системы водяных насосов/замеров (только для диспергаторов типа 2); - диспергаторных насосов/системы измерения; - штанги с распыляющими насадками; - оединяющие трубопроводы; - системы перемешивания (иногда отсутствуют). Применение первоначальных установок не позволяло применять диспергаторы в концентрированном виде, так как для этого не подходили ни насосные установки ни насадки. Также требовались системы перемешивания. Современные установки теперь оснащены сменными насадками и дозаторами, которые позволяют вносить концентраты в неразбавленном виде в необходимых объемах. Одним из основным преимуществ этих систем распыления является то, что при возросшей эффективности распыления чистых концентратов никаких дополнительных средств перемешивания не требуется, таких, например, как, буксируемые дробильные щиты. Таким образом, суда, обеспечивающие распыление, приобретают повышенную маневренность и скорость, тем самым интенсифицируя темпы обработки разлитой нефти. 2. Распыление с летательных аппаратов с неподвижным крылом При борьбе с масштабными разливами в открытом море применение самолетов имеет целый рад преимуществ по сравнению с распылением с судов. Их скорость перемещения намного выше, так что они способны достичь района разлива тогда, когда нефть еще остается свежей и реагирует на химическую обработку. Оказавшись в районе разлива, они могут провести более оперативные действия в отношении нефти, делая это избирательно, то есть распыляя диспергаторы только на мощные нефтяные пятна, в которых содержится большая часть разлитой нефти. Самолеты также могут быть использованы как платформа для наблюдения, с которой можно легче контролировать эффективность обработки нефти. Большинство таких летательных аппаратов может быть приспособлено для распыления; от малых самолетов, используемых для опрыскивания посевов, до гигантских, и обычно размеры летательного аппарата, выбранного для того или иного инцидента, будут отражать как масштабы этого инцидента, так и его близость к берегу. 46 Рисунок 15 - Экипаж самолета «Basler BT-67» с неподвижным крылом выпускает нефтяные дисперсанты над местом утечки нефти. Распыление диспергаторов с вертолетов является чрезвычайно эффективным способом, если только они могут быть задействованы быстро после извещения о происшествии. В случае аварийного инцидента, в целях оперативного реагирования, к фюзеляжу можно подвесить бадью распыления. Вертолет – это идеальное средство обработки малых и средних разливов, так как он обеспечивает отличную видимость и маневренность. Рисунок 16 - Распыление с вертолета 47 3. Распыление в зоне берега Для береговых зон применять диспергаторы лучше всего в качестве финального косметического средства после того, как другими средствами будет удален основной объем загрязнения. Диспергаторы можно эффективно использовать для очистки берегов, при условии, что нефть не слишком вязкая и что толщина слоя нефти не превышает нескольких миллиметров. Наиболее эффективным способом для очистки побережья является применение диспергаторов за 30 минут до начала прилива, с тем, чтобы использовать энергию прибоя для эмульгирования нефти на крошечные капли. Применять можно от ранцевых распылителей до более сложных устройств распыления. В определенных обстоятельствах для распыления диспергаторов на побережье также возможно использовать воздушные средства. И вновь повторим, что маневренность вертолетов делает их идеальным средством в такой ситуации. |