книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Самонадувные БЗ (рис. 3.7) характеризуются легкостью в обращении и наибольшей оператив­ ностью при развертывании, а также достаточной гибкостью (эластичностью). Камеры самонадувных БЗ сжаты при хранении и надуваются воздухом при развертывании через воздухозаборные клапаны благодаря силе упругости встроенных рамок, обыч­ ных или спиралевидных пружин. Из-за коррозии

иполомок могут возникать проблемы с различными внутренними элементами упругости.

Данный тип БЗ используется для локализации

иотвода нефтяных пятен в спокойных прибреж­

жесткой или полужесткой ткани, обладающей вер­ тикальной устойчивостью и достаточной попереч­ ной гибкостью. К верхней части секций крепятся пустотелые или выполненные из вспененных мате­

риалов, покрытые пластмассой поплавки, которые соединены с блоками болтами, при этом проч­ ность ткани в зависимости от условий эксплуата­ ции может меняться от минимальной до максималь­ ной. Для обеспечения вертикального расположения бонов к нижней части крепятся балластные грузы, выполненные в виде гальванизированных или оцин­ кованных металлических блоков. В отличие от других типов БЗ могут обеспечивать долгосрочную лока­ лизацию при минимуме технического обслужи­ вания, особенно в условиях воздействия мусора. Внешние поплавки могут создавать завихрения и способствовать уносу и перехлесту нефтяных пле­ нок. Буксируются при малых скоростях (до 2,6 м/с) секциями длиной до нескольких сот метров.

представлены в табл. 3.23, а нефтезаградительного экрана — в табл. 3.24.

Прочность на разрыв, Тип соединения

кг/см

268Универсальный или типа «Z» по ASTM

В

Рис. 3.9. Определение угла установки БЗ

где А — угол установки БЗ; vH— скорость п ере­ мещ ения неф тяного пятна, м/с; v,p — скорость траления, м /с.

300 м) ж елательно разместить вдоль берега. О днако

часто случается так, что ставить боны вдоль берега

п оздн о, т. к. нефть у ж е дости гл а его.

В м есте с тем не н уж н о сл еп о приним ать в рас­

чет только м атем атический результат, поскольку

теорети ч еск ую дл и н у вы ставляем ого БЗ м ож н о

сократить, используя природны е ловуш ки на водной

поверхн ости (и зм ен ен и е осн ов н ого направления

течения, при бли ж ени е бер егов к изм еняю щ ем уся теч ен и ю , заводи на поворотах и др .). Ч резвы чайно важно использовать эти «ги дравлически е отк лон е­ ния», чтобы приблизить неф тяное пятно к бер егу и в некоторы х случаях в несколько раз ум еньш ить теоретически рассчитанную дл и н у БЗ. Д ли на БЗ

не должна быть слишком большой: для скорости течения до 1,0 м/с — приблизительно 200 м, для скорости течения свыше 1,5 м/с — порядка 100 м. Такие длины позволяют уменьшить усилия, кото­ рые испытывают БЗ и их якоря после установки. Грамотная установка более коротких бонов повы­ шает эффективность сбора разлившейся на воде нефти. На практике используют боны длиной 25, 50, 100 или 200 м, но не более.

Способом повышения нефтеудерживающей способности БЗ является присоединение к его нижней кромке свободно висящего гибкого полотна, выполненного из эластичного материала и обла­ дающего необходимой жесткостью. Такой способ позволяет существенно уменьшить унос нефти либо прекратить его (рис. 3.10).

При обтекании кромки БЗ с установленным на ней полотном возникает замкнутая водоворотная область, а линии тока основного потока отклоня­ ются от внутренней поверхности пятна, уменьшая воздействие на него. Циркуляционное течение в водоворотной области вдоль поверхности бона и на границе нефть— вода направлено таким обра­ зом, что препятствует накоплению нефти и оттес­ няет ее в противоположную сторону от БЗ, умень­ шая тем самым вероятность уноса нефти. Свобод­ но висящее гибкое полотно обеспечивает плавное обтекание нижней части БЗ, что снижает его со­ противление потоку воды.

Зависимость критической скорости некоторых типов БЗ от высоты волн при установке в море представлена на рис. 3.11.

Расчет места установки БЗ. Расстояние S ме­ жду рядами БЗ (рис. 3.21) рассчитывается исходя из скорости всплытия нефти. Минимальную ско­ рость всплытия нефтяных частиц vmjn определяем

где q — ускорение; pi и рг — плотность воды неф­ ти; р. — вязкость воды.

Продолжительность всплывания /вспл определя­ ем по формуле

За это время верхняя кромка шлейфа нефти сместится по течению реки на расстояние, равное

где vTeq — скорость течения реки.

Рис. ЗЛО. Структура течения воды под скоплением нефти:

1 — гибкое полотно; 2 —замкнутая водоворотная область;

3 — линии тока основного потока

Рис. 3.11. Использование БЗ с учетом высоты волны: 1— критическая скорость для пожарного бона; 2 — средняя скорость первых потерь для бона; 3 — пожарный бон — первые потери; 4 — средняя критическая скорость для бона

/

Расчет нагрузки на БЗ. Усилие от действия течения на БЗ определяют по формуле

У /

(3.6)

2 sin a ’

где у — плотность воды; vTe4 — скорость течения; a — угол между направлением течения и линией Б З ;/— площадь подводной части БЗ;

где b и И— соответственно длина и осадка БЗ. Ветровую нагрузку Рв на БЗ определяем по

формуле

>БЗ

16F

где vB— скорость ветра; F — площадь парусности;

Общее продольное усилие на БЗ находим по формуле

Массу каждого якоря для БЗ определяем из условия, что держащая сила якоря составляет 3-4- кратную его массу, т. е.:

где К= 3-^4 (для якоря системы Холла).

Для определения эффекгивности удерживающей способности БЗ может быть применена следующая методика.

При скорости потока v = 0,12; 0,15 и 0,18 м/с нефтяное пятно принимает форму клина, для кото­ рого характерно постепенное увеличение толщины от края до поверхности пластины (рис. 3.12).

При этом было замечено, что при некотором значении hs толщина пятна 5 становится равной глубине погружения пластины; такой случай называют критическим.

Когда глубина погружения бона hg оказывается меньше критической, происходит интенсивный унос нефти; в противном случае нефть удерживается заграждением.

Равновесное состояние нефтяного пятна, удер­ живаемого БЗ, описывается условием К0= 0,11.

Безразмерный параметр

Re

служит критерием, показывающим, удерживается ли нефтяное пятно БЗ или нет. Если параметры пятна таковы, что Ко <0,11, БЗ удерживает нефтяное пятно, если Ко > 0,11, то эффективность заграждения снижается и начинается унос нефти.

Рейнольдса.

На рис. 3.13 представлена зависимость числа Fr

от числа Re для различных отношений — согласно

к

равенству (3.12). Если точка, определяемая пара­ метрами БЗ, лежит ниже соответствующей прямой на графиках (рис. 3.13), то БЗ удерживает нефтяное пятно на водотоке; в противном случае происходит унос нефти.

Представим равенство (3.12) в безразмерном виде и графически (рис. 3.14):

режим работы заграждения в зависимости от объ­ ема V нефтяного скопления.

Прямые линии — это критические линии,

течения реки, в которую эти продукты попадают. Задаваясь глубиной hg погружения бона в воду (либо принимая эту глубину по каталогу изготови­ теля), рассчитываем:

При этом ширину пятна Вп принимаем рав­ ной длине БЗ. Если ширина пятна меньше дли­ ны БЗ, то принимаем ее фактическое значение. По найденным значениям Re и Fr (рис. 3.14) определяем точку, характеризующую взаимо­ действие заграждения и водотока. Если эта точка

лежит ниже соответствующей прямой, то БЗ с заданной глубиной /?б удержит предполагае­ мый объем нефти; если же точка лежит выше прямой, то оно не удержит весь объем нефти, и в таком случае необходимо принимать допол­ нительные меры.

Fr

Рис. 3.13. График зависимости числа Fr от числа Re при разном отношении L/ h6:

1 — 10; 2 — 25; 3 — 50; 4 — 100; 5 — 300

Расчет юбки БЗ для сбора плавающих загряз­ нений. Рассматривается конструкция тканевого рукава, снабженного юбкой (экраном), позволяю­ щим перекрывать больший поверхностный слой воды. Рассчитываются силовые и геометрические параметры тканевой оболочки юбки, позволяющей обоснованно назначить длину оболочки L0б, погон­ ный вес грузового пояса mg в зависимости от тол­ щины перекрываемого слоя //, относительной скорости воды и конструкции v, а также определить погонную силу F, прикладываемую к грузовому поясу (в данном случае кривизна конструкции в плане не учитывается — задача плоская).

При составлении расчетной схемы приняты следующие д о п у щ е н и я :

1.Задача плоская.

2.Оболочка конструкции невесома.

3.На оболочку действует нагрузка в виде пря­ моугольной эпюры давления с ординатой, равной

Fr

Рис. 3.14. График зависимости числа Fr от числа Re при

В И:

п о

1— 1; 2 — 2; 3 — 5; 4 — 10; 5 — 30

р = yhy, где у — удельный вес воды, a hv =- -------

2g

скоростной напор.

4. Материал оболочки нерастяжим.

При решении задач на проектирование мембран­ ных конструкций используется уравнение оболочки:

Р da

(3.14)

T~~ds

Из уравнения (3.14) и уравнений треугольника получается система уравнений оболочки:

dx =ds sin а

da =ds— l T

воболочке.

2.Координаты начала оболочки определяются:

7. После реализации процедуры расчета обо­ лочки анализируются.

В соответствии с расчетной схемой начальные параметры Т внизу оболочки, а также координаты х' и z t ее узлов считаются найденными в случае,

Вероятность того, что эти условия будут вы­ полнены после первых расчетов, практически ну­ левая. Поэтому подбор начальных параметров оболочки проводится как нахождение решения нелинейного уравнения. В данном случае — мето­ дом хорд, а также используется метод стрельбы, который сводится к нахождению конечных дан­ ных по начальным. Причем в качестве уравнения принимается процедура расчета оболочки с вход­ ным параметром Т, а выходным/ = уh^z„ - wgtg(a).

Сила, необходимая для движения оболочки с определенной скоростью 1 пог. м конструкции, определяется как F - 7cos(a).

Схемы постановки БЗ

Траление. Как уже говорилось выше, удержи­ вающая способность БЗ при критической скорости мало зависит от высоты его подводной части. При увеличении высоты подводной части соответственно увеличивается высота образующегося при букси­ ровке бонов (или на течении) встречного потока, вызываемого лобовым сопротивлением подводной части бонов; он способствует уносу оторвавшихся капель нефти под заграждение.

Чем короче и круче волна, тем активнее процесс турбулизации. Наиболее опасна «портовая толчея».

Установлено, что наибольший эффект достига­ ется, если при тралении используется следующие

сх е м ы :

1. U-образная конфигурация БЗ (рис. 3.15, а). При использовании данной схемы два судна могут производить буксировку БЗ, дрейфуя вниз по тече­ нию и оставаясь в одном положении или двигаясь вверх по течению к источнику разлива. При этом расположение судов должно обеспечивать следую­ щую основную зависимость: ширина БЗ должна быть равной 1/3 его общей длины.

2. V-образная конфигурация БЗ (рис. 3.15, б). В данной схеме задействованы три судна и скиммер. Обычно для поддержания данной конфигурации необходимо соединение буксирных тросов.

ЗЛ-образная конфигурация БЗ (рис. 3.15, в). При использовании данной схемы нефть отводится к скиммеру, что способствует не только локализации, но и сбору.

а б в I

Рис. 3.15. Конфигурации БЗ:

а) U-образная, б) V-образная, в) J-образная; 1— катер; 2— замыкающий катер (скиммер);

3— соединение буксирныхтросов; 4— буксир-скиммер

Стационарное использование БЗ. При разливах нефти, дрейфующих под действием ветра и тече­ ния продолжительное время в одном направлении, применяют U-образный способ постановки БЗ (рис. 3.16, а). Заграждения применяют как в «пассив­ ном» варианте (с помощью крепления на плавучих якорях за оба конца), так и в «активном», когда БЗ удерживают с помощью плавсредств или букси­ руют в виде трала.

На реках и в других местах, где скорость тече­ ния обычно превышает 0,6 уз и невозможно удер­ жать разлитую нефть, применяют так называемые направляющие (отводные) БЗ (рис. 3.16, б). Нефть отводят с помощью бонов, расположенных под острым углом к течению, в места с меньшей скоро­ стью течения или в места, где нефть легче собрать.

При значительной ширине реки можно уста­ новить БЗ по ступенчатой схеме, т. е. в виде нескольких секций, расположенных под углом, с частичным перекрытием (рис. 3.17, 3.18). Исполь­ зование береговых бонов, а также плавучего бона

ибереговой ловушки показано соответственно на рис. 3.19 и 3.20.

На рис. 3.21 приведена схема установки на реке трех рядов БЗ, а на рис. 3.22 и 3.23 — схемы лока­ лизации и сбора разлива нефти с помощью соот­ ветственно нефтесборщика и нефтесборного уст­ ройства.

Пр и с п о с о б л е н и е «Boom Vane» служит для ускоренной установки заграждений на воде с берега

ис судоходных средств. Конструкция приспособ­ ления имеет форму решетки из вертикальных створок, установленных в прямоугольную раму. «Boom Vane» приводится в движение течением

иудерживается оттяжкой, раскручивается до про­ тивоположного берега, держа на буксире БЗ. При­ способление стабильно идет по воде со скоростью 1-5 уз независимо от действия волны и колебания течения. При развертывании приспособления с судна оно приводится в действие ходом судна по воде.

Схема использования «Boom Vane» на судоход­ ной реке приведена на рис. 3.24.

Для того чтобы создать надежное заграждение распространению нефтяного пятна, необходимо правильно установить БЗ. Небольшие отклонения угла установки могут привести к неудаче всей операции сдерживания. Схема установки БЗ на якорь показана на рис. 3.25. Различные типы яко­ рей представлены на рис. 3.26-3.28, технические

характеристики некоторых типов якорей даны в табл. 3.25 и 3.26.

Для надежного заякоривания необходимо пра­ вильно подобрать длину и вес цепи. Длина якор­ ной цепи должна быть примерно 1,8-2,5 м, а якор­ ного троса — в 5-7 раз больше глубины водоема в месте постановки. Якорный трос должен обеспе­ чивать надежное горизонтальное закрепление. Бакен устанавливается приблизительно в 3 м от бона. Система установки долговременного БЗ должна быть разработана с учетом всех возможных условий.

Течение

Рис. 3.16. Схемы постановки БЗ:

а) U-образный способ постановки; 6) направляющие (отводные) БЗ

/

Рис. 3.17. Оптимальная схема установки бонов при равномерном распределении нефти

по ширине водотока: 1 — БЗ; 2 — нефть