книга борьба полная версия. Аварийных разливов
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
Глава 5. ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ 5.1. Ликвидация разлива нефти на море 5.1.1. Поведение нефти, разлитой на поверхности чистой воды Вылившаяся в результате аварии нефть быстро растекается по поверхности моря, образуя поля нефтяных пленок:
Разлившаяся на поверхности воды нефть перемещается в том же направлении и с той же скоростью, что и поверхностный слой воды. Главными факторами, определяющими перемещение нефтяного пятна, является течение и ветер. Перемещение нефтяного пятна в пространстве происходит за счет действия поверхностных течений и ветра. Направление дрейфа пятна определяется путем сложения векторов направления поверхностного течения и ветра (рис. 21). Скорость дрейфа складывается из 97-95% скорости поверхностного течения и 3-5% скорости ветра (рис. 22).  Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов Р  ассеивание нефтяной пленки происходит за счет эмульгирования. При волнении 5 баллов уже через 12 часов эмульгирует около 15% нефти. Большая часть распределенной в воде нефти находится в виде эмульсии типа «нефть в воде» (прямая эмульсия). При разливах нефти образуется также эмульсия типа «вода в нефти» (обратная эмульсия). Образование прямой эмульсии может привести к исчезновению с поверхности воды. Однако при изменении условий нефтяное пятно может восстановиться. Обратная эмульсия отличается высокой стойкостью. Она характерна для смеси воды с вязкой нефтью и содержит от 50 до 80% свободной воды. Внешне она выглядит как чистая нефть. Иногда ее называют «шоколадный мусс».Нефтяное пятно при своем движении будет постоянно трансформироваться. В качестве примера на рис. 22 изображен сценарий трансформации разлива 1000 м нефти.  5.1.2. Поведение нефти, разлитой в ледовых условиях Под воздействием внешних природных факторов, в условиях ледяного покрова, растекание нефти при разливе, ее дрейф и процессы деградации имеют свои особенности. На процесс растекания большое влияние оказывает температура окружающей среды, в зависимости от которой изменяются свойства нефти (вязкость, плотность, поверхностное натяжение), направление, сила течения и ветра [35]. 294 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти Н ефть, попадая на ограниченную поверхность воды с плавающим льдом, оказывается подо льдом, на поверхности льда и во льду (сорбирована льдом).На попадание нефти под лед основное влияние оказывает плотность нефтепродукта. При температуре 0°С плотность большинства тяжелых нефтей больше плотности льда. Эта разница увеличивается по мере деградации нефти. В этом случае лед как бы наползает на нефть. Легкие сорта нефти попадают под лед под влиянием течения, ветра. Наблюдения показали, что при скорости ветра 12 м/с и скорости течения 0,5 м/с при толщине льда 15-45 см нефть легко загоняется под лед. Подо льдом нефть может сохраняться длительное время. При этом она дрейфует вместе со льдом, либо перемещается относительно льда под действием течения. На скорость перемещения влияют скорость течения, неровности нижней поверхности льда, его рыхлость, а также плотность и вязкость нефти. На дрейф нефти большое влияние оказывает ветер, а на дрейф льда - течение. Следовательно, могут иметь место случаи, когда нефть и лед двигаются в различных направлениях. Для перемещения нефти подо льдом требуется повышение определенной скорости течения воды, так называемой «предельной скорости». Установлено, что для сырой нефти, находящейся подо льдом со значительной шероховатостью нижней поверхности, величина предельной скорости течения составляет около 0,3 м/с, то есть при скорости течения ниже 0,3 м/с нефть не будет перемещаться относительна льда, а будет дрейфовать вместе со льдом. Для легких сортов нефти при ровной поверхности ледяного покрова предельная скорость составляет около 0,035 м/с. Рыхлость нижней поверхности льда и ее неровность обусловлены наличием и толщиной снежного покрова. При его неравномерном распределении на поверхности и различной толщине слоя изолирующее влияние снега также неравномерно, что приводит к различному наращиванию толщины льда. Такие неровности в нижней поверхности льда являются отличными полостями для накопления и хранения нефти подо льдом. На поверхность льда нефть попадает непосредственно из источника разлива, проникая через поры и трещины рыхлого льда, выбрасываясь на лед при раскачивании льдин во время волнения относительно друг друга. Процесс налипания резко прогрессирует при наличии на поверхности льда снежного покрова, с которым нефть образует вязкую кашу, что значительно осложняет процесс очистки и сбора нефти. Способность проникновения зависит от плотности и вязкости нефти, а также от размеров пор и каналов, образовавшихся во льду в результате его таяния. Кроме того, нефть, накопившаяся подо льдом во впадинах, в процессе намерзания льда оказывается в толще, где может находиться до полного таяния льда. 295 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов В период оттепели нефть, находящаяся на поверхности льда, проникает внутрь в силу того, что температура нефти под лучами солнца выше температуры льда и окружающего воздухе. При последующем понижении температуры подтаявший снег и лед образуют ледовую корку поверх нефти, проникшей в лед. При чередовании таких периодов образуется как бы слоеный пласт льда и нефти.При торошении таких льдов нефть задерживается среди обломков и снега, сохраняясь до таяния льдин. Основные моменты поведения нефти во льдах следующие:
5.1.3. Технологии ликвидации разливов нефти на море Ликвидация нефтяного разлива на море ставит перед собой цель уменьшить ущерб для экологических и социально-экономических ресурсов, сокращая при этом время, необходимое для восстановления этих ресурсов и обеспечивая приемлемые стандарты очистки [35, 67, 71]. Основные варианты ликвидации - это локализация и сбор разлитой нефти, распыление химических диспергаторов, защита береговой полосы или самоочищение ее естественным путем. Физическое удаление нефти с поверхности воды снижает угрозу для птиц, млекопитающих в прибрежных водах и на побережье. Диспергаторы, которые помогают разорвать поверхностное пятно нефти, выполняют ту же роль, но их попадание в прибрежные воды может угрожать морским организмам. Технологии ликвидации разливов нефти - это, по существу, способы сбора и извлечения нефепродуктов. Основными мерами по локализации и ликвидации разлива нефти и нефтепродуктов на воде являются:
296 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти
Выбор методов локализации и ликвидации разлива производится, исходя из условий разлива и реальных возможностей, определяющихся имеющимися силами и средствами, а также местными условиями, связанными с разрешением использования сжигания, диспергаторов для защиты районов высокой экологической ценности. Сбор нефти механическими способами Технологии и специальные технические средства, применяемые для локализации разливов нефти на воде, должны обеспечивать свое оперативное использование, а также надежное удержание нефтяного пятна в минимально возможных границах [35]. Очень важное значение имеет оперативность реагирования на разлив нефти, поскольку нефтяное пятно со временем расползается и трансформируется. В зависимости от температуры и обстановки на море и масштабов разлива, легкие продукты при благоприятных условиях фактически исчезнут с поверхности моря в течение 1-2 дней, легкие нефти - в течение 2-5 дней и нефти средней плотности - в течение 5-10 дней. Тяжелые нефти или нефти парафинового основания и тяжелые нефтепродукты сохраняются в течение более длительных периодов, но и они со временем рассеиваются естественным образом. Для сбора нефти на воде механическими способами могут быть запланированы два основных типа нефтесборных работ:
В дополнение к скиммерам и бонам при этих технологиях могут также потребоваться вспомогательные средства, такие как:
297
Сбор нефти требует знания течений (включая приливные волны) и доступа к береговой линии для того, чтобы развернуть работы по удалению нефти. Передвижные системы сбора должны планироваться таким образом, чтобы свободная нефть могла собираться в течение начальной фазы работ по ЛАРН. Рис. 23 иллюстрируют схемы развертывания оборудования в U-, J-, и V-образных конфигурациях. На рис. 24 отображены одни из возможных схем локализации нефтяного пятна с помощью бонового заграждения в море и у берега. В ряде случаев пятно нефти локализуется свободно дрейфующими боновыми заграждениями, чтобы на определенное время не допустить его растекания по водной поверхности (рис. 25). Для постановки боновых заграждений, хранящихся на лебедках с гидроприводом, требуются специализированные суда бонопоставщики. Для этих целей могут быть также использованы средние рыболовные трауле- 298 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти      299 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов р ы и большие морозильные рыболовные траулеры (СРТ и БМРТ), имеющие кормовые слипы. Для постановки заграждений на мелководье могут быть использованы самоходные плашкоуты с носовой аппарелью или самоходные баржи.Для локализации разливов нефти требуются нефтеограждающие боны различного типа, рабочие характеристики, которых, включая габариты и прочность, должны соответствовать поставленным задачам. С целью определения количества необходимого оборудования определяются эксплуатационные возможности каждого из компонентов системы сбора. Длина бонового заграждения выбирается такой, при которой оно может быть легко установлено и эффективно управляемо на участке разлива. Для локализации нефтяного пятна и определения его толщины определяется объем смеси воды с нефтью. Расчеты должны учитывать изменения в объеме вследствие испарения, эмульгирования, естественного диспергирования и других изменений в связи с нахождением во внешней среде. Большое количество относительно малых разливов, быстро локализованных в спокойных водах, вероятнее всего не будет подвержено значительному эмульгированию или испарению, а также естественной дисперсии. Выбор нефтесборного оборудования и его размеров основывается на расчетном объеме разлитой нефти, ее свойстве и условиях моря. Средства сбора обычно дают возможность работать от 8 до 12 часов в сутки в зависимости от длины светового дня, времени транзита к очищаемому участку и от него. Планировщики должны также учитывать время, отпускаемое на техническое обслуживание, передислокацию скиммера и рабочей платформы, перекачку извлеченной нефти и воды в хранилища, а также время, потерянное вследствие плохой погоды. Однако разные скиммеры имеют разные номинальную и реальную скорость сбора, что также должно быть принято в расчет. Выбор скиммера для работы в порту рекомендуется проводить, исходя из емкости наибольшего бортового танка танкера, подходящего к терминалу или заходящего в порт. Производительность сбора должна быть такой, чтобы, по крайней мере, 50% объема наибольшего бортового танка было собрано за 12 часов. При разливах нефти регионального и федерального значения суммарная производительность устройств сбора нефти принимается: через два часа после начала работ - 200 куб. м/ч, через восемь часов - 2 тыс. куб. м/ч и через 24 часа - 20 тыс. куб. м/ч. Характеристики различных типов скиммеров приведены в таблице 31. 300 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти Т аблица 31Производительность скиммеров
Следует учесть, что расчетная производительность сбора конкретных скиммеров достигается, только если пленка нефти имеет толщину порядка 10 мм (производительность сбора нефти будет равна 100%), то есть нефть после разлива была сразу же ограждена бонами. На практике такие случаи относительно редки, нефть успевает растечься на большой площади и толщина пленки обычно составляет 0,5-5 мм (это не относится к высокопарафинистым сырым нефтям и мазутам, толщина пленки которых на воде может быть более 10 см). В этом случае реальная производительность сбора нефти резко падает. Кроме того, на производительность сбора влияют также неблагоприятные погодные условия, при которых обычно происходят аварии. Поэтому для реальных условий ведения ЛРН производительность сбора разлитой нефти принимается равной 10-15% производительности насоса скиммера. Производительность сбора будет зависеть также от скорости траления, ширины полосы траления и толщины пленки нефти. Достижению высокой скорости сбора препятствует ряд физических ограничений, которые трудно преодолеть. Олеофильные, основанные на сорбционном принципе действия скиммеры, работая самостоятельно, могут успешно производить сбор нефти при относительно высокой скорости передвижения (2-5 узлов), однако их ширина захвата небольшая. Ширина захвата может быть увеличена путем присоединения к скиммеру бонов. Но при этом скорость траления резко снижается до 1 узла и ме- 301 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов н ее. В большинстве случаев ордер, состоящий из бонов и скиммера, может эффективно работать в диапазоне скорости 0,75-1,0 узла. Поэтому скорость траления может быть увеличена только за счет увеличения ширины захвата, то есть длины бонов. Траление нефти обычно проводят ордерами, построенными в виде U-, V- и J-конфигурации.Длина бонов, буксируемых в виде U-конфигурации, обычно не превышает 250 м, при этом ширина траления будет около 100 м. В некоторых случаях (при благоприятных гидрометеоусловиях, наличии соответствующих судов и прочных бонов) длина бонов может быть увеличена до 500— 600 м, при этом ширина захвата будет составлять порядка 150-200 м (из-за низкой маневренности таких систем они применяются очень редко). На практике нефть будет растекаться и в процессе ее сбора. Кроме того, проход нефтесборной системы через пятно нефти не будет означать, что позади нее останется чистая поверхность воды, так как под действием ветра и течений нефть будет продолжать распространяться и вновь покроет очищенную поверхность. Поэтому все расчеты по силам и средствам ЛРН, необходимых для обеспечения адекватного реагирования на бассейне, могут служить, в основном, для ориентировочного планирования их минимального количества. Для планирования требований, предъявляемых к вместимости хранилищ под собранные жидкости необходимо определить общий объем воды с нефтью, собираемой ежесуточно (или ежечасно в случае небольших разливов): Общий объем воды с нефтью = = Скорость сбора х Продолжительность дневных работ. В результате расчета по данной формуле получается величина, равная объему воды и нефти, который скиммеры будут собирать ежесуточно (а для небольших разливов - ежечасно) и общая вместимость хранилищ, которую необходимо обеспечить. При использовании нефтесборщиков (скиммеров) порогового типа предусматриваются емкости, рассчитанные на прием нефтеводяной смеси, содержащей примерно 10% нефти и 90% воды, то есть при разливе 1000 тонн нефти следует предусмотреть танкер и т.п. общей емкостью не менее 10 000 тонн. Вместимость должна быть также определена для каждого из типов хранилищ в отдельности. Хранилища должны быть совместимы с типами планируемых работ по сбору с тем, чтобы размещаемые на воде и суше хранилища соответствовали глубине воды, морским условиям, условиям рабочей зоны, типу остатков, требуемым транзитам и погрузоч-но-разгрузочным работам. Скорость сбора воды с нефтью определяется типом нефти, площадью поверхности и толщины пятна, производительностью скиммеров. Произ- 302 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
