книга борьба полная версия. Аварийных разливов
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти Д  ля условий открытого моря и акваторий крупных морских портов выпускаются боны из высокопрочных материалов с синтетическим неф-тестойким материалом. Часто их изготавливают полностью симметричными, т.е. они не имеют передней или задней стороны. Это обеспечивает возможность быстрой буксировки по прямой линии из одного положения в другое, и подходить к разливу с любой стороны.Боны постоянной плавучести предназначены для локализации разлива нефти в водохранилищах, затонах, реках, акваториях портов, а также для оперативного ограждения судов при приеме топлива, нефтеналивных судов при грузовых операциях. Обладают высокой разрывопрочнос-тью и обеспечивают скорость их буксировки до 3-х узлов. Конструкция обеспечивает максимальное сопротивление волновым и ветровым нагрузкам, не поглощают воду и нефтепродукты. Аварийное боновое заграждение предназначено для локализации неф-теразливов, возникающих в случае аварии на судах всех назначений при переходах по внутренним водам и прибрежной зоне морских заливов, которое хранится в аварийном запасе танкера вместе с копией Сертификата Регистра. 327 Для закрытых водоемов, рек и акваторий портов широко используются в качестве аварийных сверхлегкие нефтеограждающие боны. Они из-  Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов г отавливаются из пропилена и не требуют отмывания после использования, поскольку их просто сжигают, так как стоимость их очистки эквивалентна стоимости самих бонов.Боны заградительные предназначены для оперативной локализации разлившихся на водной поверхности нефти и нефтепродуктов с целью предупреждения их дальнейшего распространения, подвода к нефтесо-бирающим устройствам и защиты береговой полосы. Заграждение представляет собой отдельные секции, заполненные поплавками, с верхним и нижним силовыми элементами, воспринимающими продольные нагрузки. На концах каждой секции заграждения установлены универсальные замки искробезопасного исполнения из специального сплава алюминия, что обеспечивает быстрое и надежное соединение (разъединение) секций между собой как на берегу, так и на плаву. Конструкция замков полностью исключает возможность просачивания нефти и нефтепродуктов через места стыковки секций. Все стальные элементы бона имеют гальваническое покрытие. Боны работают как на стоячей воде, так и на течении со скоростью до 1,7 м/с. Всплывающие боновые заграждения отличаются высокой надежностью. Их конструкция обеспечивает оперативность развертывания (боны способны полностью перегородить реку за 2-3 минуты). Пуск осуществляется дистанционно в момент обнаружения утечки из нефтепровода. Боновый скиммер всплывает вместе с бонами. Ресивер представляет собой связку баллонов со сжатым воздухом. Ткань бонов обладает высокой прочностью, стойкостью к воздействию нефтепродуктов. Все швы выполняются методом высокочастотной сварки. Комплекс, находясь на дне, не изнашивается, круглосуточно готов к работе, как летом, так и зимой, и не препятствует судоходству. Всплывающие боновые заграждения обеспечивают эффективную локализацию и сбор нефти в акватории портов, водохранилищах, озерах, реках, тем самым представляют надежную защиту. Срок службы комплекса порядка 5 лет с момента установки, с последующим ежегодным переосвидетельствованием, не зависит от гидрометеоусловий и человеческого фактора. Всплывающие боновые заграждения очень эффективны при установке на нефтяном терминале. Для защиты береговых линий, гаваней и рек с высокими приливно-отливными течениями от разливов нефти и нефтепродуктов разработаны специальные боновые заграждения - приливные боны. Приливное боновое заграждение имеет надутую воздухом плавучую камеру и две балластные камеры с водой. Во время отлива боновое заграждение стоит вертикально на земле. Камеры с водой формируют барьер, предотвращающий прохождение нефти (которую несет течение под боном) на берег или пляж. Боны всплывают, как только глубина воды увеличивается. Приливное боновое заграждение идеально для использования 328 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти в водах с маленькой глубиной, где стандартные боны малоэффективны. Из-за тяжелого режима работы боновое заграждение имеет двойной слой полиуретанового покрытия. Все швы выполняются методом высокочастотной сварки.Боны выпускаются надувные и с упругим наполнением. Надувные боновые заграждения относятся как к оперативным средствам защиты водоемов от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, так и к стационарным заграждениям морского назначения. Надувные заграждения легко переносятся с одного судна на другой и достаточно быстро доставляются в собранном виде к удаленному месту разлива нефти. Баллоны накачиваются воздухом при помощи специальной системы, и заграждение монтируется довольно оперативно. Система отличается компактностью, надежностью и долговечностью. К недостаткам надувных бонов можно отнести повышенные требования к материалу (устойчивость к воздействию агрессивной среды) и возможность повреждения надувного баллона. Боны с упругим наполнением занимают больше места, чем надувные, но имеют ряд значительных преимуществ. Наполнение из современных синтетических материалов невосприимчиво к воздействию нефти, секции имеют небольшой вес. Для спуска на воду конструкция не требует дополнительного оборудования (компрессоры, барабаны, лебедки). Повреждений боны с упругим наполнением не боятся и даже выдерживают навал между двух судов. Оригинальная система соединения секций обеспечивает герметичность и возможность повышенной скорости буксировки (до 6 узлов). Боны с упругим наполнением имеют повышенную заграждающую способность за счет точного огибания волны. Боны сорбционно-удерживающие не только задерживают и концентрируют нефтяную пленку, но и сорбируют ее при незначительных скоростях течения и ветра. Боны обладают необходимой положительной плавучестью даже в состоянии полного насыщения нефтепродуктами при хорошей скорости сорбции и средней емкости бона порядка 3-4 кг нефтепродукта на 1 погонный метр бона. Сорбционно-заградительные боны представляют собой многослойные конструкции, состоящие из нетканого сорбента, элемента, обеспечивающего конструкции плавучесть, и сетки, придающей конструкции необходимую форму. Сорбирующие боны предназначены для ограничения распространения нефтяных загрязнений, как при аварийных разливах, так и в превентивных целях для защиты участков размещения оборудования, добывающего, транспортирующего и перерабатывающего нефть и нефтепродукты, а также для сбора с поверхности воды разливов нефти и нефтепродуктов, очистки нефтесодержащих водных стоков. Такой тип бонов имеет ряд конструктивных отличий, обеспечивающих возможность проникновения нефтепродуктов внутрь бона и их сор- 329 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов б цию. Сорбирующие боны собираются из отдельных секций различной длины, которые изготавливаются из сетного рукава или проницаемых материалов, заполненных синтетическими или природными сорбентами. Основными требованиями к сорбентам для заполнения бонов являются: отсутствие токсичности для человека и гидробионтов, гидрофобность, плавучесть, высокая сорбционная емкость и простота утилизации. Для наполнения бонов с точки зрения экологической чистоты и дешевизны сырья, наиболее приемлемыми являются сорбенты на базе органических природных вещесятв - торфа, опилок, сельскохозяйственных отходов (отрубей, соломы, рисовой шелухи и т.п.).Общим недостатком синтетических сорбентов, а, следовательно, и бонов, в которых они используются, является сложность утилизации. Как правило, она проводится путем сжигания в специальных установках. Огнестойкие боны применяются для локализации нефтяного разлива, утолщения слоя нефти с целью ее последующего поджога и сжигания. При всем многообразии конструктивных решений и принципов сбора и приема нефти работа всех механических нефтесборных систем -скиммеров, основана на различии физических свойств нефти и воды (различие в плотности и в молекулярном сцеплении нефти и воды с поверхностями различных материалов). Эти различия определяют две основные группы: гравитационные устройства, использующие различие в плотности воды и нефти, и сорбционные, в которых используются свойства нефти налипать на поверхности либо впитываться некоторыми материалами. Все типы нефтесборщиков-скиммеров включают узел для сбора нефти (плавающего или подвесного вида) и насос для перекачки собранной нефти в емкость. Гравитационные нефтесборные устройства можно подразделить на пять основных типов:
Вакуумные устройства эффективно применяются при сборе значительного количества высоковязкой нефти. Вода вместе с нефтяной пленкой направляется в скиммер воздушными струями из заградительного барьера, расположенного под углом к поверхности воды. При ускорении, создаваемом центральной воздушной струей на входе, пленка нефти втягивается в скиммер. Входное 330 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти  отверстие скиммера расположено выше уровня заградительной поверхности, поэтому в него попадает лишь тонкий верхний слой жидкости, нижние слои воды в него не попадают. За входным отверстием расположено расширенное пространство, в котором происходит снижение скорости поступившей в скиммер жидкости. При этом под действием собственного веса происходит сепарация воды и нефти. Более тяжелая по весу вода выходит из нижних отделов скиммера, а в верхнем отделе собирается нефть. При достаточном накоплении нефти анализатор уровня автоматически включает насос для откачки нефти. Главной особенностью конструкции скиммеров порогового типа является наличие самонастраивающегося слива. В зависимости от производительности насоса величина откачиваемого слоя меняется от 2 до 30 мм. Это позволяет устанавливать такой режим работы, когда на слив поступает нефть с минимальным количеством воды. Выпускаются и боновые скиммеры, которые выполняется в виде секции надувного бонового заграждения длиной 3-5 метров со встроенным оборудованием для удаления «пойманного» боновым заграждением пятна нефтепродуктов пороговым методом. 331 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов С орбционные нефтесборные устройства можно подразделить на четыре группы:
Сорбционные скиммеры эффективно работают на нефти средней вязкости. По характеру применения несамоходные нефтесборные системы и устройства можно разделить на буксируемые, навесные и переносные. Конструкция большинства сорбционных нефтесборщиков основана на апробированном принципе олеофильных дисков, сочетающем высокую производительность сбора нефти с очень низким содержанием свободной воды. Олеофильность означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазное натяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию. Щеточные нефтесборщики предназначены для эффективной работы на нефтяных разливах для сбора тяжелых, вязких нефтей в прибрежных водах, внутренних водах и портах. Щеточный скиммер имеет щеточные диски, которые при вращении создают под водой воздействующие на нефтепродукты потоки, которые и переносят нефтепродукты на щетки. Щетки состоят из миллионов щетинок, образующих большую площадь налипания нефтепродуктов. В процессе вращения дисков вода стекает сквозь щетки в канал винта и выбрасывается из головной части нефтесборщика. Собранные дисками нефтепродукты снимаются в нефтесборочный бункер и откачиваются в накопительную емкость. Щеточные скиммеры способны собирать нефтепродукты любой вязкости. Появились барабанные скиммерные установки как новая концепция в создании оборудования для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности. Принципиальная новизна технического решения, заложенного в конструкцию, заключается в оригинальных свойствах материала, из которого выполнена поверхность барабана: соприкасаясь с нефтью, рабочая поверхность притягивает и удерживает на себе нефть, а воду отталкивает. Этим объясняется минимальное количество воды в собираемой нефти (не более 3%). Для сбора нефтепродуктов и мусора с водной поверхности используются специальные суда, с установкой нефтесборщиков, среди которых широко используются нефтесборщики барабанного типа. Как пра- 332 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти в ило, такие суда имеют направляющие захваты, устройство для грубой очистки с механизмом сбора и измельчения мусора, нефтесборщик, палубную рубку с пультом управления, корзину для сбора измельченных частиц мусора, емкость для временного хранения нефти.Эффективный сбор разлитых на водной поверхности нефтепродуктов обеспечивает ленточный жесткощеточный конвейер, который монтируется на носу судна. Нефть и вода фильтруются через щетки несколько раз, вследствие чего вода становится чистой уже на выходе с ленточного коллектора. Скорость сбора обычно составляет 2-3 морских узла, причем мусор и нефтепродукты разделяются автоматически. Традиционным методом борьбы с нефтяными загрязнениями в настоящее время на воде является механический сбор с помощью нефтяных сборщиков на корабельной основе. Теоретические расчеты показывают, что оптимальный диапазон толщины пленки нефти при разливе на воде до десятых долей миллиметра от нескольких сантиметров легко и эффективно убираются механически. Однако практика реальных аварий демонстрирует, что даже при относительно комфортных погодных условиях и толщине пленки в несколько десятков миллиметров и более, стандартный сборщик нефти обычно собирает до 50-60% воды вместо нефти, в т.ч. в виде эмульсии (вода в нефти), которая требует дополнительной сепарации от нефти. Даже если такая сепарация осуществляется при сборке нефти и вода очищается до уровня ПДК (а это возможно только на крупнотоннажных судах сборщиках), невозможно собрать таким образом более 60% нефти. Кроме того, на волне более 0,5-1 метра и на малых глубинах такая техника мало эффективна или, чаще, вообще не применима. Силы и средства Госморспасслужбы Минтранса России базируются в морских портах и не в состоянии обеспечить оперативную ликвидацию аварийных разливов нефти на расстоянии 100-150 км от них. В случае волнения на море спасательные суда не смогут на максимальной скорости идти к месту аварии, следовательно, время реагирования на ЧС затянется на 8-10 часов и более. За такой срок под воздействием ветра нефтяное пятно существенно увеличится в размерах. В результате масштаб аварии может возрасти и привести к серьезным экологическим бедствиям. С целью повышения оперативности реагирования на разливы нефти в море по заказу МЧС России ОАО НПК «ПАНХ» совместно с ЗАО «Северное море» создают вертолетную технологию установки надувных боновых заграждений повышенной длины (до 600 м). Для Ми-8 разрабатывается, в частности, мобильная система, которая включает в себя боны и устройство, обеспечивающее подцепку их к вертолету, транспортирование на внешней подвеске на большие расстояния и оперативную раскладку на водной поверхности в зоне разлива. 333 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов Б оны ставятся с подветренной стороны. Этот процесс корректируется переносом якорных систем с помощью самоходного плавсредства, тоже доставляемого на внешней подвеске вертолета.Операция уничтожения остаточной нефтяной пленки внутри боново-го заграждения может быть выполнена посредством вертолетного опрыскивателя подвесного (ВОП-3) емкостью 3 м3. Он был разработан в 2001 году НПК «ПАНХ» и принят на снабжение МЧС России. При сборе «толстых» слоев нефтепродуктов серьезные проблемы создает консистенция нефтепродукта, которая существенно зависит как от типа нефтяного продукта, так и от температуры воды. При низких температурах воды многие нефтепродукты, включая сырую нефть и мазут, образуют вязкие конгломераты, которые быстро засоряют скиммеры, приводя их в нерабочее состояние. Для ликвидации последствий разлива используют преимущественно механические и сорбционные методы. Однако при толщине нефтяной пленки менее 1-2 мм, а также при малой глубине водоема использование механических средств становится невозможным. В таких условиях наиболее эффективны специальные нефтесорбирующие материалы. Сорбенты - это материалы, собирающие нефть адсорбции и абсорбции (налипания или впитывания). Сорбция (от лат. sorbeo поглощаю) - поглощение твердым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды. Основные разновидности сорбции адсорбция, абсорбция, хемосорбция. Абсорбция - поглощение какого-либо вещества из окружающей среды всей массой поглащающего тела (абсорбента). Адсорбция (от лат. ad -на, при - и sorbeo - поглощаю) - поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости. Физическая адсорбция - результат действия дисперсионных или электростатических сил. Если адсорбция сопровождается химической реакцией поглощаемого вещества с адсорбентом, то она называется хемосорбцией. Главными требованиями, предъявляемыми к нефтесорбирующим материалам, являются: безвредность для окружающей среды; нефтеем-кость (количество поглощенного нефтепродукта на единицу веса сорбента); плавучесть (в исходном и насыщенном состоянии); гидрофоб-ность (сорбент не должен впитывать воду); возможность регенерации и повторного использования; технологичность изготовления и применения (удобство нанесения на поверхность и удаление); доступная стоимость. Именно по совокупности этих факторов определяется эффективность применения нефтесорбирующих материалов. Сбор нефти сорбентами является одним из возможных методов ликвидации разливов, когда работа других нефтесборных средств и специа- 334 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти л изированных плавсредств затруднена (малые глубины, ограниченные площади и т.д.).Сорбенты разделяются на три типа: неорганические, природные органические и искусственные органические. Выпускаются в виде полос, ковриков, матов, валиков, боновых заграждений, подушек и свободно разбрасываемого сорбента. Сегодня наша промышленность предлагает не менее двухсот типов сорбентов. Характеристика некоторых сорбентов нефти и нефтепродуктов приведена в таблице 34. Таблица 34 Характеристика сорбентов нефти и нефтепродуктов
Важная особенность всех представленных в таблице сорбентов - это их плавучесть, аналогичная нефти и нефтепродуктам. Способ нанесения сорбента на водную поверхность и под нефтяное пятно - с помощью распылителя бункерного типа с использованием в качестве носителя воздух (комплектуется компрессором) или воду (комплектуется насосом). Освоено производство сорбентов многоразового пользования для сбора разлитой нефти (нефтепродуктов) с поверхности воды, почвы, вплоть до удаления радужной пленки. Сорбенты удерживаются на поверхности воды, не тонут, хорошо сорбируют нефть при температурах от 0 до 30°С. Выпускаются в различной форме - рулонах, матах, салфетках и используются в зависимости от условий. Маты армированы волокнами из полипропилена и предназначены для использования в качестве плавучих нефтепоглощающих боновых заграждений (тралов) различной конструкции. Сорбционная емкость составляет 15-20 кг нефти на 1 кг адсорбента. Регенерация (отжим нефти) до 10 циклов снижает емкость на 1-2 кг. Общий объем сбора нефти - на 1 кг адсорбента до 150 кг нефти. Использованные сорбенты могут применяться как топливо, гидроизоляционный материал. 335 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов Н есмотря на получение первичного экологического эффекта - разрыва сплошного пленочного загрязнения, сорбции растворенных и эмульгированных нефтей, - они имеют и существенный недостаток - требуют сбора и утилизации, которые не всегда на практике осуществимы.Наибольшую трудность в технологическом аспекте представляет очистка водных поверхностей от плавающей нефти с помощью гидрофобных плавающих сыпучих сорбентов-собирателей. Обычно нефтесорбент пневматическим устройством распыляется на загрязненную водную поверхность и после поглощения нефти собирается механическими средствами, например, сетчатым черпаком или специальным сепаратором. Диспергаторы - это специальные химическое вещества, которые превращают плавающую на поверхности нефтяную пленку в водорастворимую эмульсию в виде мелких капель, взвешенных в большом объеме воды, в результате чего ускоряются естественные процессы биологического разложения нефти [35, 71, 82, 91]. К детергентам относятся различные растворители и вещества, образующие эмульсию, которые химически воздействуют на молекулы углеводородных соединений и изменяют их поверхностное натяжение. Наибольшее число этих соединений относится к алкилбензолсульфонатам натрия, которые отличаются по длине углеродной цепи, связанной с бензольным кольцом. Следует отметить, что токсичность детергентов для морских организмов часто выше, чем самой нефти, и широкое применение детергентов только усугубляет поражающее действие нефтяного загрязнения на гидробионты. Широко применяемые диспергаторы представляют собой маслянистые нейтрализующие жидкости от светло-коричневого до темно-коричневого цвета. Наибольшую опасность для экосистем гидросферы, мореплавания, береговых зон, влаго-, газо- и теплообмена между океаном и атмосферой представляет нефтяное загрязнение в виде пленки или сликов. Однако естественное разрушение нефтяной пленки протекает медленно. Для интенсификации этого процесса используют химические диспергирующие средства (ДС), в состав которых входят синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), без которых невозможен перевод пленки нефти в устойчивую прямую эмульсию, способную рассеиваться в поверхностном слое водоема. Диспергирование - весьма полезный и часто единственный способ ликвидации разливов нефти в море, когда основной целью является предотвращение попадания нефти на побережье. Однако, при низких температурах воды, свойственных большинству морей России, естественные процессы разложения чрезвычайно медленны. В условиях штормовой погоды и низких температур основная масса нефти будет находиться в виде эмульсий с содержанием воды до 80%. Высокомо- 336 Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти л екулярные соединения, входящие в состав нефти, способствуют этому; при этом увеличивается объем и вязкость нефти. Для разрушения водно-нефтяных эмульсий («шоколадного мусса») пока не создано эффективных средств.Диспергенты состоят из поверхностно-активных веществ и растворителей. Диспергенты уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела воды и нефти, что приводит к взвешиванию нефти в верхнем слое водной толщи от 5 до 10 метров в виде мельчайших (от 20 до 70 микрон) капелек. Морские течения быстро разносят нефть, уменьшая ее концентрацию до очень низких значений (менее 1 части на миллион), что не приводит к ущербу морским формам жизни. В результате этого процесса нефть становится легкодоступной бактериям, разлагающим в естественных условиях углеводороды, что ускоряет ее удаление из окружающей среды. Именно в результате этих процессов природа удаляла просачивающуюся в морскую среду нефть в течение миллионов лет. Диспергенты удаляют нефть с водной поверхности, уменьшая потенциальное воздействие на птиц, представителей животного мира, уязвимые береговые линии и морские организмы, обитающие в приливных зонах. Предохраняя побережье от контакта с нефтью, диспергенты предотвращают ее воздействие на береговую линию или, по крайней мере, сводят масштабы такого воздействия к минимуму. Применение диспергаторов целесообразно в тех случаях, когда не могут быть использованы механические средства сбора, при малой толщине нефтяной пленки (около 0,1 мм), при опасности воспламенения и взрыва разлитой нефти или при необходимости быстрой защиты экологически чувствительных и экономически важных участков побережья. Наиболее эффективным считается применение диспергаторов при толщине пленки нефти в пределах от 0,1 до 1 мм. Метод борьбы с разливами нефти путем применения диспергаторов называется диспергированием. Некоторые факторы в пользу применения диспергентов:
337 Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов
Диспергаторы - это химические реагенты. Химические реагенты нельзя вносить в море бесконтрольно, без соблюдения определенных норм и правил. Бездумное применение диспергаторов может привести к образованию очень высоких концентраций диспергированной нефти на мелководье, в результате чего морской флоре и фауне будет нанесен серьезный ущерб. Риск, связанный с использованием диспергаторов, заключается в том, что некоторые морские организмы попадут под воздействие повышенных концентраций диспергированной нефти (и растворимых в воде нефтяных компонентов). При этом птицы страдают больше от нефтяной пленки на поверхности моря, чем от диспергированной нефти, а рыба (и другие представители морской флоры и фауны) страдает больше от диспергированной нефти, чем от нефтяной пленки на поверхности моря. Биохимические препараты - это органические сорбенты, предназначенные для ликвидации загрязнений воды и почвы нефтью и нефтепродуктами, перевода остаточной замазученности до экологически нейтральных соединений, для ускорения полной рекультивации загрязненных нефтепродуктами земель. Эти препараты получаются на основе штаммов микроорганизмов. В зависимости от способа поучения (простой обработки или синтеза) они делятся на природные и искусственные. Широко известные биосербенты типа «Путидойл» и «Деворойл» имеют форму порошка. Расход биосорбента составляет порядка 3-10 кг/га или 150-200 кг на тонну нефтепродуктов. Биосорбенты применимы для ликвидации разливов сырой нефти и любых нефтепродуктов. Последовательность действия биосорбента (типа «Биосорб») на нефть в воде приведена в таблице 35. Микробиологические средства, основанные на использовании бактерий-нефтеразрушителей, эффективны при температурах воды не ниже +10 - +15°С. 338 |