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

Продолжение табл. 3.30

Глубина, м

16,0

16,0

17,0

18,0

19,0

18,0

18,0

18,0

10,0

18,0

18,5

20,5

21,0

18,0

20,0

4,5

10,0

10,0

9,0

Q П

7,U

9,0

9,0

9,0

9,0

9,0

Применение ПБ имеет ряд п р е и м у щ е с т в перед другими видами ограждения: они не препят­ ствуют судоходству, могут служить преградой движущейся по воде горящей нефти, управляться дистанционно, что дает возможность достаточно быстро реагировать на разлив нефти, не причиняют вреда окружающей среде. Напротив, аэрируя водную толщу, ПБ улучшают экологическую обстановку

в водоеме. Эксплуатационные расходы по содер­ жанию оборудования ПБ значительно ниже расхо­ дов на БЗ. Чтобы ПБ работал безотказно, следует раз в неделю осуществлять продувку трубопро­ вода и несколько раз в год проводить общее водо­ лазное обследование для очистки от ила и замены сопел. Воздушные трубы на земле и у поверхности воды должны быть изолированы и / или нагреты

зимой для предотвращения замерзания. Источни­ ком сжатого воздуха может быть не только ком­ прессорная установка, но и баллоны со сжатым воздухом.

Поток, произведенный ПБ, может препятствовать продвижению нефти в экологически чувствитель­ ные области и направить ее в область сбора. Линию водно-воздушного ограждения могут легко пере­ секать плавающие предметы (паковый лед и др.).

Воздушный вал препятствует образованию льда над ним, если бегущий поток непрерывен.

К н е д о с т а т к а м ПБ относится следующее. При скорости течения более 0,40 м/с завеса откло­ няется и диспергируется до такой степени, что становится неэффективной, т. е. нефтяное пятно может преодолеть водно-воздушный бурун.

Основные расчеты, связанные

Скорость стекания должна быть больше скоро­ сти движения нефтяного пятна:

2. Конечное давление р к компрессора рассчи­ тывают так:

рк = р + А р ,

где А р = Ар, + А р м — потери давления (Ар, —

потери на трение при движении потока по трубе;

Арм— потери на местные сопротивления). Гидростатическое давление р будет равно:

P = PxgHe,

Ограждение потоком воды или воздуха

Ограждение потоком воды. Принцип дейст­ вия такого ограждения основан на распылении под определенным углом струи воды, подаваемой под высоким давлением, на водную поверхность, что вызывает поверхностную бегущую волну, скорость распространения которой больше скорости дви­ жения нефтяного пятна. Регулируя направление подачи водяной струи, можно управлять движением нефтяного пятна.

Конструкция ограждения потоком воды вклю­ чает в себя:

•плавучий элемент (основание);

•трубу (гибкий шланг);

•насадки (сопла), расположенные в трубопро­ воде на определенном расстоянии друг от друга.

Принцип действия ограждения потоком воды аналогичен принципу действия ПБ, но конструкция первого располагается не на дне водоема, а на вод­ ной поверхности (плавучем основании) и в качестве рабочего компонента выступает вода.

Насадки описываемого ограждения приподняты над поверхностью воды приблизительно на 0,3 м. Струя воды из насадок может подаваться как вертикально вниз (рис. 3.42), так и под углом 45° к поверхности воды.

Мощность оборудования, применяемого при ограждении потоком воды, меньше мощности,

нефть, распространяющуюся со скоростью 0,6 м/с (Laperriere, Whittaker и Yanagisawa, 1987).

Ограждение потоком воды применяется в основ­ ном для перемещения нефтяного пятна или как вспомогательное средство локализации до подхода основных сил, иногда используется в качестве постоянного средства поддержания готовности к ликвидации разливов в портах и бухтах, где раз­ ность уровней прилива и отлива менее 0,3 м. Ограждение более эффективно, если применяется совместно со сборщиками, т. к. нефтяное пятно может быть направлено к нефтесборщику со ско­ ростью около 2 м/с (Nash и Johnson, 1981). Это повышает эффективность операций по ликвидации разливов на акватории.

Основные эксплуатационные требования: про­ дувка (во избежание забивания отверстий насадок) и профилактика вмерзания оборудования.

К разновидностям ограждения потоком воды относится п о г р у ж н о е о г р а ж д е н и е , при котором рабочая струя направляется вертикально вниз со скоростью 10 м/с. В ходе турбулентности образуется колонка с пузырьками. При всплытии пузыри воздуха увеличиваются в объеме и ради­ ально разбегаются на поверхности воды, отодвигая границу нефтяного пятна. При проведении тестов на реке (Farlow и Cunningham, 1993) было отмечено, что данное ограждение способно сдвинуть нефтя­ ное пятно на расстояние около 4 м. Наблюдаю­ щееся при этом повышение уровня воды является дополнительной мерой, способствующей надежному огораживанию нефтяного пятна.

Ограждение потоком воды с вертикальной пода­ чей струи более эффективно, чем с подачей струи под углом, т. к. требует меньших затрат мощности и отверстия в насадках забиваются меньше.

Ограждение потоком воздуха (рис. 3.43). Кон­ струкция такого ограждения аналогична конструк­ ции ограждения потоком воды с подачей струи под углом. Рекомендуемый угол наклона насадки при ограждении потоком воздуха 30°. Рабочим агентом является воздух.

Аэрированная

вода

Рис. 3.42. Ограждение потоком воды с вертикальной подачей струи

Воздушный

Размер секции ограждения может достигать 10 м. Воздух подается в трубопровод под низким давле­ нием и с большим расходом посредством гибкого шланга из компрессора или баллона со сжатым воздухом.

Проведенные тесты позволили установить, что применение описываемого оборудования эффек­ тивно в водоемах, где скорость течения до 0,8 м/с (Cohen, Lindemuth и Farlow, 1979).

Основным преимуществом ограждения воздуш­ ным потоком перед ограждением водным потоком является то, что отверстия насадок засоряются меньше, т. е. оборудование более работоспособно.

Химические барьеры

Теоретически возможно применять химические ограждения в виде жирных кислот, окаймляющих нефтяной слик, в целях предотвращения его пере­ мещения и уменьшения площади поверхности (Sigwalt, 1964). Исследования (Zis-man, Pickett, 1942) показали возможность применения агентов, способствующих растеканию нефти, таких как стеариновая и олеиновая кислоты, в основном в каче­ стве средства для диспергирования горящего нефтяного пятна до тех пор, пока оно не станет достаточно тонким, а также для отделения нефти от поврежденного судна. Практически было уста­ новлено, что пленки жирных кислот неэффективны при наличии ветра и разрушаются волнами. В лите­ ратуре (Beynon, Fuller, 1971) упоминается об анало­ гичных опытах, в которых гелеобразующие агенты распылялись по периферии плавающей нефти и удер­ живали ее, однако отмечается, что на практике применение этих агентов вызывало затруднения.

Санкт-Петербургские ученые разработали веще­ ство (структуратор), способствующее изменению агрегатного состояния нефти и нефтепродуктов, которые после взаимодействия с ним переходят в гелеобразное или твердоупругое состояние и легко собираются с поверхности воды при помощи средств сбора нефти. Перспективным представляется при­ менение структуратора для ликвидации разливов нефтепродуктов в море. Специфические свойства этого вещества позволяют создать принципиально новую тактику борьбы с ними. В случае разлива нефтепродуктов пятно с помощью специальных распыляющих устройств, имеющихся на любом плавсредстве, обрабатывается структуратором по контуру, что предотвращает увеличение площади

загрязнения. Затем осуществляется подача структу­ ратора от периферии пятна к центру с одновремен­ ным использованием средств сбора нефти, напри­ мер вакуумных насосов. Вязкость геля должна быть достаточной для обеспечения эффекта стягивания пленки со всей обработанной поверхности, что позволит ускорить процесс ее сбора. Способность геля не разрушаться в морской воде в течение 5 - 7 сут дает возможность осуществлять его сбор даже в случае разрыва пятна загрязнения на отдельные части. Толщина нефтяной пленки на водной поверх­ ности при малых проливах не превышает 0,5-1 мм, при больших достигает 10-18 мм. Для ликвидации такого загрязнения потребуется 60-80 г структу­ ратора на 1 м2 В качестве структуратора можно использовать гелирующие комплексы ХИМЕКО Н и ХИМЕКО Т, разработанные в «ХИМЕКО ГАНГ».

Канадской фирмой «Environment Canada» раз­ работан реагент под торговым названием Elastol, предназначенный для предотвращения дисперги­ рования нефти в воду и интенсификации полноты ее сбора с водной поверхности. Реагент в виде порошка производят на основе полиизобутилена — эластичного компонента, входящего в состав неко­ торых жевательных резинок. Реагент Elastol пред­ назначен для увеличения эффективности сбора пролитой нефти при применении различных меха­ нических устройств. Для предотвращения диспер­ гирования нефтепродуктов достаточно всего 300600 мг порошка на 1 л разлитой нефти. Реагентыдиспергенты могут осаждать тяжелые нефтепро­ дукты. Принцип действия их заключается в дис­ пергировании нефтяной пленки для ускорения оседания нефтяной эмульсии на дно. Однако жидкие реагенты-диспергенты растворяются (диспергиру­ ются) в водной фазе, их удельный расход увеличи­ вается. При использовании реагентов-дисперген­ тов на твердых носителях уменьшаются потери реагента в воде. Реагенты-сгустители способствуют отвердению нефтяной пленки, давая возможность собрать ее механическими устройствами. Исполь­ зование реагентов на твердых носителях сопровож­ дается сорбированием части нефти непосредственно носителями.

В качестве химического барьера, препятствую­ щего растеканию нефтяного пятна, можно приме­ нять ДН-75. Это обусловлено тем, что при нанесе­ нии на водную поверхность он способен создавать прочную мономолекулярную пленку с давлением

растекания (до 45 мН/м), превышающим давление растекания нефти (порядка 10-20 мН/м). При исполь­ зовании ДН-75 в качестве собирающего средства его следует наносить на водную поверхность строго по контуру нефтяного пятна. Препарат пригоден для локализации, концентрирования и удержания нефтяных пленок толщиной до 1 мм, обеспечивает сбор нефтяной пленки в изолированные пятна толщиной до 5-6 мм и сдерживает их растекание.

Технологические рекомендации по применению ДН-75 при локализации разлитой нефти и концен­ трировании нефтяной пленки на водной поверхности:

•температура воды выше 0 °С;

•волнение до 2 баллов;

•расход препарата 2-5 кг на 1 км;

•концентрация применения 10-20% .

Для увеличения кратности сокращения площади нефтяного загрязнения используется состав, содер­ жащий ПАВ и носитель. В качестве ПАВ приме­ няют мылонафт, а в качестве носителя — нефтяные кислоты при следующем соотношении компонентов, масс. %: нефтяные кислоты 5-35, мылонафт 65-95. Мылонафт может быть получен при воздействии серной кислоты на отходы, образующиеся при ще­ лочной очистке нефтяных дистиллятов (керосино­ вых, соляровых, масляных), и состоит из нафтенатов натрия и неомыляемых органических продуктов (минерального масла). При неполном разложении нафтената получается асидол-мылонафт, который является хорошим эмульгатором и обеспечивает стягивание поверхности нефтяного загрязнения.

По второму методу обработку растекшегося нефтяного пятна рекомендуется вести по его кон­ туру сначала дисперсным магнитным материалом, а затем реагентом-собирателем. В качестве дисперс­ ного магнитного материала используется коллоид­ ный раствор магнетита в керосине с намагничен­ ностью насыщения 0,5-5 Гс, а в качестве реагентасобирателя — водный раствор смеси оксиэтилированных жирных спиртов фракций Сю-С^ олеи­ новой кислоты и дизельного топлива в соотно­ шении 5 1 4 — 6 : 1,5 : 2,5.

С использованием оксиэтшшрованных жирных спиртов СЮ-C 20 и таллового масла разработан состав, препятствующий растеканию пленки нефти на поверхности воды и увеличивающий ее толщину, что облегчает сбор нефти. Известен также состав для локализации пленочной нефти, включающий

побочные продукты сульфатно-целлюлозного

производства. Компонентами состава являются талловое масло от варки лиственных пород древе­ сины, сульфатное мыло от варки тех же пород дре­ весины и растворитель. Соотношение компонентов, масс. %: талловое масло 4-20 %, сульфатное мыло 2-10 %, остальное — растворитель (этиловый или изопропиловый спирт, дизельное топливо, гексанол). Указанные компоненты смешивают и нагре­ вают при 50-60 °С в течение 10-30 мин. Полу­ ченный раствор отделяют от взвешенных частиц таллового лигнина и используют по назначению.

Медицинская школа Хадасса (Израиль) рекомен­ дует использовать для ликвидации разлива нефти в море лецитин, являющийся побочным продуктом, извлекаемым из масел многих растений (семян рапса, хлопчатника, сои и т. д.). Молекулы леци­ тина на одном конце гидрофильные и несут элек­ трический заряд, на другом — липофильные. При нахождении в воде молекулы лецитина образуют слои, которые превращаются в липосомы — шаро­ видные структуры с захваченной водой. В загряз­ ненной нефтью воде липосомы образуют пленку, покрывающую разлитую нефть. Это приостанавли­ вает распространение нефти. Позднее слой нефти дробится на мелкие плавучие шарики, которые можно легко собрать. Кроме того, это благоприят­ ствует проникновению в воду кислорода, что хорошо сказывается на морских организмах, а также способ­ ствует развитию бактерий, поглощающих нефть.

Существует способ локализации аварийных разливов нефти на водной поверхности, основан­ ный на обработке загрязненной поверхности неор­ ганическим сорбентом, азеритом (или стеклозитом) или их смесью с размером зерен не менее 3 мм, после чего на нее наносят жидкий парафин в количестве 4-8,5 масс. % от объема нефти.

Ограждение с помощью сетей Сети (сетчатые БЗ) используются в качестве

подводных заградителей и применяются для захвата, локализации и/или сбора нефти, находящейся ниже поверхности воды: выветренной, эмульгированной сырой нефти или смоляных комков. С их помо­ щью невозможно проводить сбор легкой нефти с низкой вязкостью, т. к. она может просочиться сквозь сетку БЗ.

Сетчатые БЗ предназначены для сбора нефти вдоль пляжей и береговых линий при значительном волнении (рис. 3.44). Этот тип БЗ может устанав­ ливаться непосредственно под линией наибольшего