Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (стр. 33 )

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 (по принципу непосредственного всасывания);

-  пороговые (по принципу перетекания нефти через порог, удержи­
ваемый ниже уровня воды);

-  погружного типа (с устройствами, вызывающими погружение неф­
ти и улавливание ее в сборные емкости);

-  с горизонтальным шнеком, имеющим постепенно убывающий шаг;

-  центробежного типа, использующие энергию для образования вса­
сывающей нефть воронки).

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

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

Сорбционные нефтесборные устройства можно подразделить на четы­ре группы:

-  с горизонтальным олеофильным барабаном;

-  дисковые, диски которых вращаются частично погруженными в воду,
а налипающая на них нефть удаляется скребками;

-  ленточные, оборудованные транспортерной лентой с отжимным или
скребковым механизмом;

-  канатные, с плавающей трос-шваброй и отжимной роликовой
системой.

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

вило, 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 «ПАНХ» совместно с 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

Боны 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

лизированных 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

Несмотря 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

лекулярные 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:

-  применение диспергентов уменьшает воздействие разливов нефти
на береговые линии, уязвимые места обитания птиц, представите­
лей животного мира и т. д. за счет предотвращения контакта с
нефтью;

-  возможность применения в условиях сильного волнения моря и те­
чений, причем данные условия усиливают эффективность приме­
нения диспергентов, в то время как другие альтернативные вариан­
ты, такие как механическое удаление, становятся неэффективными;

-  применение диспергентов позволяет быстро обработать большие
площади, что является ключевым условием преимущества перед дру­
гими методами, поскольку даже небольшое количество разлитой
нефти может охватить обширную акваторию;

337

Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

-  позволяет проводить быстрые, экономичные мероприятия по лик­
видации последствий разлива нефти в отдаленных районах;

-  предотвращает образование эмульсий вода в нефти (мусса) и уве­
личивает время, возможное для принятия ряда контрмер (эмуль­
сия - механическая смесь двух жидкостей, которые не смешивают­
ся естественным путем, например, нефть и вода);

-  ускоряет естественный процесс биодеградации, многократно увели­
чивая поверхность контакта бактерий с нефтью;

-  снижает прилипаемость нефти, уменьшая тем самым степень ее при­
липания к различным млекопитающим и птицам, береговой поверх­
ности, судам и т. д.;

-  дополняет другие технологии, используемые при ликвидации раз­
лива нефти и, в определенных условиях, является более эффектив­
ным по сравнению с другими.

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

Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

Таблица 35 Последовательность действия биосорбента типа «Биосорб» на нефть в воде

Низкие температуры воды и воздуха тормозят естественные процессы химического, биологического и микробиологического окисления углево­дородов даже в летний период.

Вспомогательные средства.

К вспомогательным средствам, используемым при разливах нефти, можно отнести: резервуары для временного хранения нефти и нефтепро­дуктов; устройства сжигания (инсиниаторы); различные транспортные средства (сухопутные, морские и воздушные); разбрасыватели гранули­рованного сорбента; насосы; шанцевый инструмент; установки для от-мыва от нефти береговых зон (гидропушки); отжимные устройства; сред­ства связи; индивидуальные средства защиты и др.

Контейнеры для сбора нефти и мусора представляют собой полиэти­леновые мешки, мягкие и жесткие резервуары.

Мешки из ламинированной влагонепроницаемой ткани могут быть ис­пользованы для сбора и транспортировки всех типов сыпучих материа­лов, продуктов и веществ на автомобильном, железнодорожном и морс­ком транспорте. Изготавливаются контейнеры различных конструкций и размеров объемом до 2 м.

Для сбора и временного хранения собранной нефти используются ре­зервуары наземные и плавающие.

В качестве наземных резервуаров используются автоцистерны, стаци­онарные емкости, разборные резервуары, резинотканевые контейнеры.

Разборные резервуары предназначены для сбора и временного хране­ния нефти и нефтепродуктов, для отмыва оборудования, используемого при ликвидации аварийных разливов, а также плановых работ по очист­ке нефтяных амбаров, нефтехранилищ, прудов-отстойников и т. п. Могут использоваться и для хранения запаса воды. Резервуар представляет со-

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36