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

Выветренная нефть Tapis Blend (4, 8, 12 и 24 ч) не диспергируется ни при каких условиях, схожих с лабораторными, т. к. температура потери текучести выше лабораторных 29°

Выявлено, что наиболее эффективен диспергент:

•Gamlen OD 4000 — для нефтей Masila, Upper Zakum, Murban и Qatar Marine;

•Corexit 9527 — для нефти Oman.

Врезультате лабораторных исследований стро­ ятся «временные окна» для различных типов имею­ щихся диспергентов и определяются соотношения, позволяющие производить расчеты необходимого количества диспергентов в зависимости от темпе­

ратуры, силы ветра, высоты волн, типов нефти и нефтепродуктов.

Способы применения диспергентов

Диспергенты должны аккуратно и равно­ мерно наноситься по всей поверхности нефтя­ ного пятна, иначе происходит его разрушение, что приводит к увеличению расхода диспергента и уменьшению эффективности мероприятий (рис. 3.66).

Нанесение диспергентов на нефтяное пятно выполняется с учетом следующих факторов:

•обработка нефтяного пятна должна начинаться

свнешнего края наиболее толстой части пятна или

стонкой радужной пленки, окружающей нефтяное пятно, а не с середины;

•если нефтяное пятно расположено в непо­ средственной близости от берега, нанесение про­ изводят полосами параллельно береговой линии, начиная со стороны, расположенной ближе к ней;

•основная цель нанесения диспергента — пре­ дотвращение попадания нефти в особо чувстви­ тельные зоны или выноса ее на берег.

Ветровые условия существенно влияют на схему нанесения диспергентов. Ниже приведены практи­

ческие советы.

При нанесении диспергента с судов необходимо двигаться параллельно направлению ветра:

•чтобы распыленный диспергент не попал на палубу судна;

•не образовывались промежутки d между слоями диспергента, вытекающими из форсунок выносной штанги (рис. 3.67).

При нанесении диспергента с помощью авиа­ средств необходимо

•двигаться против ветра, хотя в некоторых слу­ чаях эффективнее использовать нанесение по ветру;

•учитывать изменение траектории нанесения диспергентов при боковом ветре (рис. 3.68) и из­ бегать распыления их при очень сильных боковых ветрах.

При нанесении диспергента с помощью ручных устройств следует учитывать уменьшение площади нанесения после форсунки при наличии ветра (рис. 3.69).

Они должны иметь форсунки, позволяющие обеспечивать равномерное распыление и подачу диспергента на водную поверхность перпендику­ лярно курсу движения судна.

Для обработки толстых пленок эффективно использование судов, оборудованных гидромони­ торами или другими одноточечными системами с соответствующими насадками и системами дози­ ровки диспергентов.

Наиболее универсальной и простой в эксплуата­ ции является система, основанная на вводе диспер­ гента в поток воды под принудительным давлением. В системе используются насосы, системы замера, рассчитанные на дозированное поступление дис­ пергента в струю воды.

В обеих системах предусматривается использо­ вание водорастворимых диспергентов с концентра­ цией в воде от 5 до 10%. Водорастворимые ПАВ можно применять с помощью водяного эжектора, регулируя количество диспергента, эжектируемого

вструю воды. Эта струя служит эффективным носителем диспергента и способствует хорошему покрытию и перемешиванию пятна.

Системы нанесения диспергентов при помощи гидромонитора позволяют обрабатывать площадь, которая в 4 раза превышает площадь, обрабаты­ ваемую с помощью выносных штанг. Это связано

восновном с большей шириной обрабатываемой полосы, более высокой скоростью движения судна и меньшей степенью воздействия помех, связан­ ных с качкой судна, по сравнению со штанговой системой.

Системы нанесения диспергентов при помощи гидромониторов достаточно устойчивы к условиям применения на открытой воде. Кроме того, суда, оборудованные такими системами, могут выпол­ нять иные функции в то время, когда они не исполь­ зуются в работах по ликвидации разливов.

При использовании гидромонитора или пожар­ ного шланга максимальная дальность струи с дис­ пергентом достигается при угле насадки 32° от горизонтали. Установка распылительной сетки (крупноячеистой — 4 нити на 25,4 мм) на насадке обеспечивает возможность нанесения диспергента на большую площадь. На уровне поверхности воды капли должны быть подобны мелкому дождю, а не водяной пыли или аэрозолю. Если на каждый гид­ ромонитор предусмотрена регулируемая насадка, оптимальной является почти прямая струя.

Итак, суда являются хорошими средствами рас­ пыления, потому что они имеют большую вмести­ мость диспергента и могут работать длительное время. Суда способны работать при погодных условиях, которые могут мешать использованию самолетов, и оставаться в зоне разлива ночью (не распыляя диспергент). Однако они тихоходны по сравнению с самолетом и могут не успеть к месту разлива в момент, удобный для использования диспергента. При разливах нефти вблизи главных портов и гаваней, где резервные суда присутствуют по другим причинам, системы нанесения диспер­ гента, установленные на судах, эффективны. Несом­ ненно, такие системы будут использоваться, осо­ бенно там, где суда могут быстро достичь места разлива, а оборудование их будет обновляться.

Главные потенциальные преимущества систем нанесения диспергентов с борта судна — высокая вместимость полезного груза и возможность долгого нахождения в районе разлива — уравновешивает малую маневренность и небольшие скорости нане­ сения. При соответствующих обстоятельствах эти системы могут быть очень эффективными.

Некоторые суда, типа вспомогательных судов или буксиров, могут быть постоянно оснащены системами распыления диспергентов, если они используются обычно около нефтяных установок. Вес этих систем невелик, и поверхностные разби­ раемые системы могут быть убраны так, чтобы они не мешали ежедневным операциям. Другие системы могут быть быстро развернуты на судах поддержки.

Операции по нанесению диспергентов с судна ограниченны из-за низкой скорости передвижения судна (5-12 уз), низкой скорости распыления (3 - 4 уз для судов, оборудованных выносными штан­ гами, и 5-10 уз для судов с гидромониторами).

Системы распыления, устанавливаемые на судах, относительно дешевы и могут быть смон­ тированы на многих типах судов, но скорость сближения с нефтью, которую они обеспечивают, сравнительно низкая. Исследования, проведенные в последнее десятилетие, показали, что скорость сближения можно увеличить, применив пожар­ ную распылительную систему для внесения диспергентов в тех случаях, когда отсутствует устройство для их распыления. Однако в этом случае диспергент разводится водой и, таким об­ разом, теряет свою эффективность по сравнению

точки их падения на поверхность нефтяного пятна. В свою очередь, это увеличивает вероятность того, что площадь пятна между точками падения капель останется необработанной, в то время как в точках падения капель нефть подвергнется избыточной обработке. Соответственно размер капель, с одной стороны, должен быть достаточно большим, чтобы они достигли поверхности нефтяной пленки, а с дру­ гой — достаточно малым для однородной обра­ ботки поверхности, т. е. зоны воздействия отдель­ ных капель диспергента для обеспечения эффек­ тивной обработки должны, насколько это возможно, перекрываться. Степень такого перекрытия зависит от толщины слоя нефти и принятого соотношения нефть— диспергент. Эта простая схема соответст­ вует размеру капель 50-100 мкм. Более мелкие капли этого диапазона не пройдут насквозь через слой нефти, чего следует опасаться при крупных каплях дождевого типа.

Крупные капли совместимы с режимом ветра, действующим вдоль нефтяной полосы. Однако дис­ пергирование под прямым углом к направлению ветра может оказаться необходимым вблизи берега. Это ведет к тому, что диспергирование под углом к направлению ветра в зонах, покрытых сплошной пленкой нефти, может дать увеличение ширины обрабатываемой полосы по сравнению с шириной, на которую рассчитана стрела с соплами. Это, в свою очередь, позволяет достичь большей производи­ тельности обработки за один проход авиасредства. В подобной ситуации снос диспергента является положительным явлением, и подача насоса должна быть отрегулирована соответственно потенциально более высокой интенсивности обработки.

Установлены два эксплуатационных режима: для толстых пленок нефти и узких ветровых полос; для тонкой сплошной пленки свежей нефти. Для каждого из этих режимов должны быть подобраны соответствующие распыляющие сопла и направ­ ление полета в зависимости от направления ветра. Эти режимы должны быть увязаны с необходимо­ стью, с одной стороны, ограничить поперечный снос (крупные капли, движение по ветру), а с дру­ гой — использовать преимущества сноса (мелкие капли, движение под углом к направлению ветра).

Для самолета определяющими факторами являются:

• расстояние (время), которое пролетает само­ лет в режиме распыления;

• время, которое требуется самолету, чтобы по­ вернуть на 180° и повторить пролет.

Главные ограничения по использованию само­ лета — погода и видимость. Было бы выгодно, если бы эксплуатационное окно могло быть рас­ ширено с помощью радарных систем, но требова­ ния безопасности будут всегда ограничивать воз­ можные операции с участием самолетов. Вмести­ мость полезного груза и время пребывания в зоне разлива необходимо знать при планировании опе­ раций, но это не критические ограничения по использованию самолетов. Хорошая видимость существенна для операций с самолета, и самолетразведчик должен быть доступным, чтобы напра­ вить самолет с системой распыления, пилот кото­ рого не может визуально определить области, покрытые толстым слоем нефти, и наблюдать результаты, пролетая на малых высотах.

Для вертолетных систем действуют многие из ограничений, существующих для самолета, плюс более низкий полезный груз и более короткое время нахождения в зоне разлива. Ведутся работы по совершенствованию технологии нанесения диспергентов с помощью вертолетов за счет уве­ личения размеров подвесных устройств (рис. 3.73 на цв. вклейке) для распыления диспергента и обес­ печения возможности загружать подвесные устрой­ ства диспергентами в море с судов.

Емкость ТСЗ составляет 910 л. Во время работы систему допускается перемещать по воздуху со скоростью 85 уз, а во время перевозки в заполнен­ ном состоянии — со скоростью 120 уз. Размеры охватываемой территории обработки (ширина полосы распыления) могут быть отрегулированы (от 6,1 до 9,1 м) во время полета через удаленную панель управления в зависимости от размера обрабатываемой площади.

Как и самолеты, вертолеты могут проводить операции распыления в дневные часы при относи­ тельно хорошей видимости и летных условиях.

Расчет дозировки диспергентов

Нефтяные пятна не распространяются равно­ мерно по морской поверхности, т. к. состоят из участков с толстым слоем нефти, окруженных областями с намного более тонкими слоями нефти, часто только радужной пленкой. Опыт показывает, что 90 % нефтяного объема находится в толстых слоях, которые занимают 10% нефтяного пятна.

Толщина таких слоев (часто 1-3 мм и более) намного больше средней толщины всей пленки. В реальных условиях при разливах нефти средства нанесения диспергента больше времени тратят на передвижение между участками нефтяных пятен, чем на фактическое распыление диспергента. При планировании же реагирования, как правило, про­ должают основываться на предположении о равно­ мерном распределении нефти в пятне, потому что фактическое распределение в течение разлива явля­ ется переменным и зависит от различных факторов.

Вычисления основаны на том, что средняя толщина 0,1 мм позволяет минимизировать время, требующееся для определения местонахождения и перемещения средств нанесения от одного уча­ стка с толстым слоем к другому, так же как и число проходов, необходимое для средства нанесения диспергента, чтобы эффективно покрыть нефтяное пятно.

При обработке обычных нефтяных пятен рас­ ход диспергентов принимается за -0,002-0,01 л/м2 В зависимости от толщины пятна соотношение объемов диспергента и нефти меняется от 1 100 до 1 10.

При расчете важно также учитывать следующее: 1. Большие дозы диспергента (до 0,01 л/м2)

и (или) многоразовое нанесение применяются только при наличии толстых слоев высоковязких нефтей.

2. Небольшие дозы применимы к тонким слоям легких нефтей.

Необходимое количество диспергента может быть определено по формулам:

Р = 1,002АЛ;

Q = 0,523-1 (Г4 VdhR,

где Р — доза диспергента, л/м2; Q — скорость подачи, л/с; h — средняя толщина слоя нефти, мм; R — требуемое объемное отношение диспергента к нефти; V — скорость движения морского или воздушного судна, уз; d — ширина обрабатываемой полосы на поверхности воды, м.

Например: при скорости движения К=140уз (I уз = 1,85 км/ч), ширине обрабатываемой полосы d= 50 м, средней толщине нефти И= 25 мм, отно­ шении диспергента к нефти Л = 1:50

Р = 1,002 -50 1/50 = 1 л/м2;

(? = 0,523 10^ -140 - 50 - 25 -1/50 «0,183 л/с.

Ширина обрабатываемой полосы может быть рассчитана или измерена при проведении испыта­ ний на суше. Для того чтобы рассчитать ширину полосы обработки с судна с использованием вынос­ ной штанги с распыляющими насадками, расстоя­ ние от борта судна до наиболее удаленной кромки воздействия умножается на 2. Ширина полосы при использовании пожарного брандспойта определя­ ется в зависимости от его технических характери­ стик. При использовании воздушных судов ширина обрабатываемой полосы при распылении с высоты 10 м равна расстоянию между концевыми форсун­ ками, а при распылении с высоты 15 м она в 1,2- 1,5 раза больше. Ширина обрабатываемой полосы зависит от высоты полета и скорости ветра.

Число форсунок обусловлено требуемой величи­ ной расхода. Для обеспечения наивысшей эффек­ тивности распыления разница между скоростями движения авиасудна и выхода жидкого диспергента из насадки должна быть менее 64 м/с.

ЛУ = Уа-У х ;

где АУ — разница между скоростями, м/с; Уг — скорость авиасудна, м/с; Уж— скорость выхода потока жидкости, м/с; О — скорость подачи, л/с; d — диаметр форсунки, мм; п — число форсунок.

Для нанесения диспергентов можно использо­ вать малую авиационную технику. Для малых авиасудов использовать форсунки с диаметром наружного отверстия менее 4 мм не рекомендуется.

Частота выброса капель из форсунки должна быть как можно ниже (предпочтительно менее 10 000 с"1), чтобы избежать образования тонко­ дисперсных капель. Частота выброса / (с~1) опре­ деляется по формуле

/ = 1012 720 -% ,

J d3

где q — расход, л/с; d — диаметр отверстия, мм.

Водородный показатель (pH)

Минерализация воды

Растворенный кислород

Биохимическое потреб­ ление кислорода БПКподн

Химические вещества

Токсичность воды

Не должен выходить за пределы 6,5-8,5

Нормируется согласно таксации рыбохозяйственных водных объектов

Взимний (подледный) период должен быть не менее 6,0 (4,0) мг/дм3

Влетний (открытый) период во всех водных объектах должен быть не менее

6 мг/дм3 При температуре 20 °С не должно превышать 3,0 (3,0) мг/дм3

Если в зимний период содержание растворенного кислорода в водных объектах сни­ жается до 6,0 (до 4,0) мг/дм3, то можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют ВПК воды

Не должны содержаться в воде водотоков и водоемов в концентрациях, превышающих нормативы, установленные п. 2.2. Правил охраны поверхностных вод (см. табл. № 2 - 4 данного документа)

Сточная вода на выпуске в водный объект не должна оказывать острого токсического действия на тест-объекты. Вода водного объекта в контрольном створе не должна оказывать хронического токсического действия на тест-объекты