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

1.2.6. GPS-технологии

В настоящее время широко применяются спут­ никовые системы, предназначенные для опреде­ ления параметров пространственного положения объектов. Это две системы второго поколения — американская GPS (Global Positioning System) и российская ГЛОНАСС (Глобальная навигацион­ ная спутниковая система).

Полученные с помощью систем глобального спутникового позиционирования (СГСП) данные могут применяться в различных (мониторинговых, изыскательских, исследовательских и т. п.) систе­ мах, в которых требуется жесткая пространственновременная привязка результатов измерений.

Основные преимущества СГСП:

•глобальность;

•оперативность;

•всепогодность;

•точность;

•эффективность.

Системы ГЛОНАСС и GPS двойного назначения: они применяются как в интересах безопасности собственных стран, так и в гражданских целях. Поэтому в РФ использование спутниковых прием­ ников глобального позиционирования сопряжено с определенными ограничениями.

Основные направления применения СГСП при геоинформационном обеспечении предприятий нефтегазового сектора в случае разливов нефти

инефтепродуктов:

•спасательно-предупредительные работы (геоде­ зическое обеспечение при бедствиях и катастрофах);

•экологические исследования: координатная привязка разливов нефти, оценка площадей

нефтяных пятен и определение направления их движения;

•картографирование и съемка всех видов (топо­ графическая, специальная, тематическая);

•интеграция с ГИС;

•применение в диспетчерских службах;

•навигация всех видов (воздушная, морская, сухопутная).

Вглобальных системах позиционирования выделяют три главные подсистемы:

•наземного контроля и управления;

•созвездия спутников (КА);

•аппаратуры пользователей.

Использование тех или иных видов GPSприемников и методов измерений зависит от требований к точности определения координат опорных точек (табл. 1.88). Иногда нет смысла использовать дорогие геодезические приемники и продолжительные по времени методы измере­ ний для получения координат опорной точ­ ки в целях привязки (например, снимков КА «Landsat» с разрешением 15 (30) м). Порой дос­ таточно использовать простейшие недорогие навигационные приемники, обеспечивающие приемлемую точность в 5-20 м. Важно подчерк­ нуть, что точность всех GPS-приемников зави­ сит не только от длительности проведения от­ дельных измерений и метода измерений, но и от числа видимых спутников над горизонтом, а также характера местности (равнина или за­ строенная территория), влияющего на переотражение сигнала.

Таблица 1.88

Ультрафиолетовые системы более дорогостоя­ щие и используются главным образом в сочетании с инфракрасными системами для выявления у нефтя­ ной пленки участков с различной толщиной.

Переносные приборы системы глобального позиционирования используются для определения местоположения и размера нефтяного пятна на месте выброса нефти.

Портативные измерители течений применяются для определения скорости и направления течения в летних и зимних условиях.

Подводные фонари очень эффективны при об­ наружении нефти подо льдом. Они представляют собой арматуру с кварцево-галогенным фонарем большой яркости, прикрепленную к длинной руч­ ке. Блок опускается в прорубь и зажигается при погружении в воду. После удаления снежного по­ крова по затемнению света определяется место скопления нефти.

На трубопроводах широко используются различ­ ные технические средства, обеспечивающие опера­ тивное обнаружение утечек нефти и нефтепродуктов, а также средства диагностики трубопроводов.

Для обнаружения утечек нефти на трубопроводе применяется целый ряд аналитических методов:

•анализ массового баланса;

•анализ поддержания/падения давления;

•акустический анализ волны давления;

•модель перехода в реальном времени (компью­ терный анализ);

•статистический анализ (компьютерный анализ).

Используются также методы визуального

идистанционного мониторинга:

•ручные ультразвуковые системы;

•спутниковые системы;

•волоконно-оптические системы;

•визуальный мониторинг полосы отчуждения;

•собаки.

Системы обнаружения утечек и методы мони­ торинга состояния трубопроводов приведены в табл. 1.89, а время обнаружения утечек и оста­ новки системы перекачки нефти для разных по размеру отверстий в трубопроводе — в табл. 1.90.

Для мониторинга дефектов в трубопроводе от внутренней коррозии используется скребок, обору­ дованный измерительными датчиками.

Таблица 1.89

ВЫВОДЫ:

•Применение радаров решило задачу авиараз­ ведки при операциях ЛРН на водной поверхности

влюбое время суток и в любую погоду.

•Использование комбинации ИКР и УФР приблизило выполнение требования о всепогод­ ном круглосуточном локальном наблюдении. Ветровые полосы и другие утолщения нефтяной пленки могут быть выделены из общей картины, наблюдаемой на экране. Погодные условия, туман и низкая облачность ограничивают возможности этих систем.

•Достигнут прогресс в измерении толщины нефтяной пленки, однако корреляция между

изображением и толщиной неоднозначна для систем ИКР с линейным сканированием, из-за влияния солнечной радиации.

•Еще не достигнуты удовлетворительные резуль­ таты в области наблюдения за процессом образо­ вания водонефтяных эмульсий, за исключением методики отбора проб.

•Ввиду перспектив лазерной флуоресценции на очереди решение задач идентификации типа нефти и обнаружения ее под водой.

•Удовлетворительно решены задачи установ­ ления навигационных данных по местоположению нефтяных пятен и их перемещению и быстрому предоставлению результатов.

Литература

Абчук В.А. Теория риска в морской практике.

Л.: Судостроение, 1983. 152 с.

Абчук В.А., Матвейчук Ф.А., Томашевский Л.П.

Справочник по исследованию операций. М.: Воениздат, 1979. 368 с.

Адаптационные характеристики водных эколо­

гических систем / Никаноров А.М., Пантюхин Я.В., Заволженский М.В. и др. // Эколог, нормир. и моделир. антропоген. воздейст. на водные экосистемы. Вып. 2. СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. С. 6-54.

Ачхименко А.П., Цветков В.Ю. Масштабы воз­

действий аварийных нефтеразливов в водной среде Ладожское озеро — река Нева — Финский залив // Тезисы докл. Междунар. эколог, форум «День Балтийского моря». Санкт-Петербург, 19-22 марта 2003 г. СПб.: Экология и бизнес, 2003. С. 96-97.

Аначиз риска — методологическая основа обес­

печения безопасности химико-технологических объектов / Горский В.Г., Курочкин В.К., Дюмаев К.М. и др.// Рос. хим. журн. Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. Т. XXXVIII. Пробл. уничтож. хим. оружия. 1994. № 2. С. 54-61.

Блинкова О. Парадная история ГНС // http://www.computer-museum.ru/histsoft/gis_hist.htm

Богдашкина В.К, Петросян В.С. Экологические

аспекты загрязнения водной среды нефтяными углеводородами, пестицидами и фенолами // Мат. II. Ереван, 11-14 мая 1988 г. М.: ЕГУ, ИХФ АН

СССР, 1988. С. 62-78.

Ваганов П.А., Им М.С. Экологические риски:

Учеб, пособие / Изд. 2-е. СПб.: Изд-во СПбУ, 2001. 152 с.

Голубев Д.А. Предупреждение и ликвидация

аварийных разливов нефти и нефтепродуктов // Охрана окруж. среды, природопольз. и обеспеч. эколог, безопасности в Санкт-Петербурге в 2001 г. / Под ред. Д.А. Голубева и Н.Д. Сорокина. СПб., 2002. С. 347-366.

Декларирование безопасности и страхование

гражданской ответственности потенциально опас­ ных предприятий Саратовской области: Орг.-метод. мат. / А.М. Козлитин, Е.А. Ларин, А.И. Попов и др. Саратов: СГТУ, 1996. 172 с.

Дикинис А.В., Иванов А.Ю. и др. Атлас анноти­

рованных радиолокационных изображений морской поверхности, полученных космическим аппаратом «Алмаз-1» / Под ред. Л.Н. Карлин. М.: ГЕОС, 1999. 119 с.

Другое Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы

при разливе нефти и нефтепродуктов: Практ. рук-во. СПб., 2000.

Иванов А.Ю. Нефтяные загрязнения моря на

радиолокационных изображениях КА «Космос-1870» и «Алмаз-1» // Исслед. Земли из космоса. 1997. № 6. С. 70-80.

Иванов А.Ю.. Литовченко К.Ц., Ермаков С.А.

Наблюдение нефтяных загрязнений моря радио­ локаторами с синтезированной апертурой КА «Алмаз-1» и ERS-1 // Электромагнитные волны и электронные системы. 2001. Т. 6, № 5. С. 49—57.

Иванов А., Островский А. Применение средств

космической радиолокации для мониторинга мор­ ской добычи и транспортировки нефти // Экология. 2003. № 6.

Измачков В.И., Измалков А.В. Техногенная и эко­

логическая безопасность и управление риском. СПб.: НИЦЭБ РАН, 1998.482 с.

Ильин НЕ. Изучение опасности перераспреде­

ления загрязнителей химической и биологической природы в водной среде // Гигиена и санитария. 1986. № 6. С. 8-11.

Исидоров В.А. Введение в химическую экотокси­

кологию: Учеб, пособие. СПб.: Химиздат, 1999. 144 с. Козелецкий Ю. Психологическая теория реше­

ний. М.: Прогресс, 1979.

Козлитин А.М., Попов А.И. Методы технико­

экономической оценки промышленной и экологи­ ческой безопасности высокорисковых объектов техносферы. Саратов: СГТУ, 2000. 216 с.

Козчитин А.М., Попов А.И., Козлитин П.А. Теоре­

тические основы и практика анализа техногенных рисков. Вероятностные методы количественной оценки опасностей техносферы. Саратов: СГТУ, 2002. 180 с.

Количественная токсикология / Голубев А.А.,

Люблина Е.И., Толоконцев Н.А., Филов В.А. Л.: Медицина, 1973. 288 с.

Кудрявцев А. 100 великих катастроф XX века.

М.: Мартин, 2000. 463 с.

Лазарев И.В. Неэлектролиты. Опыт биолого-

физико-химической их систематики. Л.: Медикосанитарное изд-во, 1944.

МартынюкВ.Ф. Прусенко Б.Е. Защита окружаю­

щей среды в чрезвычайных ситуациях. М.: Нефть и газ, 2003.

Мониторинг качества вод: оценка токсичности /

Никаноров А.М., Хоружая Т.А., Бражникова Л.В., Жулидов А.В. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 160 с.

Музалевский А.А., Воробьев О.Г Потапов А.И.

Экологический риск: Учеб, пособие. СПб.: СЗТУ,

2 0 0 1 . 1 1 0 с.

Неумывакин Ю.К., ПерскийМ.И. Геодезическое обеспечение землеустроительных и кадастровых работ. М.: Картгеоцентр — Геоиздат, 1996. 344 с.

Оксенгендлер Г.К Химические аварии // При­ рода. 1992. № 2. С. 31-41.

Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. М.: ВНИРО, 2001.247 с.

Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. М.: ВНИРО, 1997.

Проект «Сахалин-Н». Разработка ПильтунАстохского и Лунского месторождений нефти

игаза на условиях Соглашения о разделе продук­ ции. М., 2004.

Радиолокация поверхности Земли из космоса / Под ред. Л.М. Митника и С.В. Викторова. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 200 с.

Савиных В.И, Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. М.: Картгеоцентр — Геоиздат, 2001. 228 с.

Серпинас Б.Б. Глобальные системы позициони­ рования. М.: ИКФ «Каталог», 2002. 106 с.

Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир, 1982. 280 с.

Управление риском: Устойчивое развитие. Синер­ гетика/ Владимиров В.А., Воробьев Ю.Л., Салов С.С.

идр. М.: Наука, 2000. 431 с.

Фрумин Г. Т. Анализ риска — методологическая основа обеспечения безопасности транспортных коридоров: Пути решения экологических проблем транспортных коридоров // Сб. статей, подготов­ ленный к 111 Междунар. евроазиатской конфер. по транспорту (Санкт-Петербург, 11-12 сентября 2003 г.) www.eatu.ru.

Фрумин Г. Т. Экологическая химия и экологиче­ ская токсикология: Учеб, пособие. СПб.: РГГМУ, 2002. 204 с.

Фрумин Г. Т., Жаворонкова Е. И. Токсичность и риск воздействия металлов на гидробионтов // Эколог, химия. 2003. Т. 12, вып. 2. С. 93-96.

Хаустов А.П., Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти. М.: Дело, 2006.

Ecotoxicology: Problems and Approaches / Levin S.A., Harwell M.A., Kelly J.R., Kimball K.D. Springer-Verlag. New York Inc., 1989. P. 3-35.

Gade M., Ufermann S. Using ERS-2 SAR Images for Routine Observation of Marine Pollution in Euro­ pean Coastal Waters / Proceedings of IGARSS’98. July 6-10, 1998. Seattle, USA.

Hutchinson T.C., Hellebust J.A., CotoS. 11 Can. J. Bot. 59. 742.

Oil Spill Detection Using Satellite Based SAR: Experience from a Field Experiment / BemT.-I., Wahl T., Andersson T., Olsen R. // J. of Geophysical Research. 1988. V. 93. P. 3642-3648.

Stroop D. V. Behavior of Fuel Oil on the Surface of the Sea. In: Report on Oil Pollution Experiments, US. House of Representatives Committer on Rivers and Harbors (doct. 10525). Washington, 1930. P. 41-49.

Techniques for Assessing Industrial Hazards: a Manual. World Bank Tech. Paper No. 55, 1988.

http://www.navycollection.narod.ru/library/- shiprising/40.htm.

ГОСТ 12.3.047-98 ССБТ. Пожарная безопас­ ность технологических процессов. Общие требо­ вания. Методы контроля.

РД 03-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей

РД 03-418-01. Методические указания по про­ ведению анализа риска опасных производственных объектов (Утв. пост. Госгортехнадзора России № 30 от 01.09.01).

РД. Методика определения ущерба окружаю­ щей природной среде при авариях на магистраль­ ных нефтепроводах (Утв. Минтопэнерго РФ, АК «Транснефть», 1996 г.).

РД. Методика расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов (Утв. пр. ГК ООС № 90 от 5.03.97).

РД. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах (Утв. ОАО «АК «Транснефть» — пр. №152 от 30.12.99; согл. Госгортехнадзором России — пр. № 10-03/418 от 07.07.99).

СТО РД Газпром 39-1.10.-084-2003. Методиче­ ские указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов газотранспорт­ ных предприятий ОАО «Газпром».

Инструкция по безопасному ведению работ

С первых же минут после разлива в нефти и нефтепродуктах в окружающей среде происходят изменения, зависящие от их физико-химических свойств.

Недостаточное знание свойств нефти и нефте­ продуктов, попавших в воду или на грунт в ре­ зультате утечки или залпового сброса, приводит к ошибкам при ликвидации нефтяного загрязнения. Например, нередко, отождествляя свойства нефтя­ ного пятна на поверхности воды со свойствами нефти, такое пятно пытаются поджечь, однако сделать это без специальной подготовки невоз­ можно. Следует учитывать, что нефтяное пятно взаимодействует с водой и воздухом, образуя эмульсию с трудно прогнозируемыми характери­ стиками. Поскольку сбор нефти с поверхности воды может осуществляться с помощью техниче­ ских средств, необходимо учитывать наличие в нефтяном загрязнении фракций с температурой вспышки паров менее 60 °С, что недопустимо

сточки зрения пожарной безопасности. Локализация и сбор нефти и нефтепродуктов

снизкой температурой вспышки (бензин) обычно не рекомендуются в связи с опасностью пожара или взрыва, т. к. они представляют дополнитель­ ную опасность в случае разлива. Нефтепродукты

сболее высокой температурой вспышки (дизель­ ное топливо) могут быть собраны с помощью

большинства технологий ликвидации аварийного разлива нефти (ЛАРН).

Легкие нефтепродукты, авиационный бензин, конденсаты, топливо самолетное (ТС), дисперги­ руются и испаряются естественным путем.

При попадании механических примесей, испаре­ нии, растворении в воде, окислении, эмульгировании изменяются масса и свойства нефти.

Плотность и вязкость нефти — важные показа­ тели, которые следует учитывать при очистке водной поверхности. При плотности нефти, при­ ближающейся к 900 кг/м3, возникает угроза ее осаждения на дно. Это же явление наблюдается

ипри уменьшении плотности воды вследствие понижения ее температуры с 4 до 0 °С. Однако нефть может всплыть на поверхность даже через большой промежуток времени при повышении ее температуры и соответствующем изменении плотности.

Вязкость некоторых видов нефти и нефтепродук­ тов с высоким содержанием асфальтенов и многих выветренных видов нефти может достичь таких значений, при которых они застывают при темпе­ ратуре окружающего воздуха. Застывание разли­ той нефти исключает применение большинства вариантов реагирования, за исключением исполь­ зования оборудования для сбора твердых веществ

инекоторых специальных насосов.

2.1.1. Общие сведения

Нефть (греч. vacpOa, или через тур. neft, от перс, «нефт»; восходит к аккад. «напатум» — вспыхи­ вать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость красно-коричневого, иногда почти чер­ ного цвета, хотя встречается и слабоокрашенная в желто-зеленый цвет, и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах.

Нефть образуется вместе с газообразными угле­ водородами (УВ) обычно на глубинах более 1 ,2 -

ладают газовые и газоконденсатные залежи с не­ значительным количеством легких фракций. Мак­ симальное число залежей нефти располагается на глубинах 1-3 км. Вблизи земной поверхности нефть преобразуется в густую мальту, полутвер­ дый асфальт и др. (например, битуминозные пески и битумы).

По химической природе и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Иногда все эти горючие иско­ паемые объединяют под общим названием петролитов и относят к еще более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минера­ лов биогенного происхождения, которые включают в себя также ископаемые твердые топлива (торф, бурые и каменные угли, антрацит, сланцы). По способности растворяться в органических жидко­ стях (сероуглероде, хлороформе, спирто-бензольной смеси) нефть, как и другие петролиты, а также вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа, ископаемых углей или продуктов их пере­ работки, принято относить к группе битумов.

Молекулярная масса нефти (средняя) 220-300 (редко 450—470).

Плотность нефти 650-1050 (обычно 820-950) кг/м3. Нефть содержит большое число разных органи­ ческих веществ и поэтому характеризуется не тем­ пературой кипения, а температурой начала кипе­ ния жидких УВ (обычно >28 °С, реже, в случае тяжелых нефтей >100 °С) и фракционным соста­ вом — выходом отдельных фракций, перегоняю­ щихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определенных температурных

пределах: как правило, до 450-500 °С (выкипает ~80 % объема пробы), реже 560-580 °С (90-95 %).

Температура застывания нефти от -60 до +30 °С; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура засты­ вания выше) и легких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже).

Вязкость нефти изменяется в широких преде­ лах (от 1,98 до 265,90 мм2/с для различных видов нефти, добываемых в России), определяется фрак­ ционным составом нефти и ее температурой (чем она выше и больше количество легких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолистоасфальтеновых веществ (чем их больше, тем вяз­ кость выше).

Удельная теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/(кг • К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7-46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2 ,0 - 2 ,5; электриче­

температура вспышки от -35 до +120 °С (зависит от фракционного состава и содержания в ней рас­ творенных газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях нерастворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии подготовки нефти прово­ дят обезвоживание и обессоливание для отделения от воды и растворенной в ней соли.

Определение характеристик нефти и нефтепро­ дуктов — довольно сложная задача; обычно ее упрощают в зависимости от интересов конкретного потребителя.

Для специалистов в области ликвидации ава­ рийных разливов наиболее важными параметрами нефти являются:

•фракционный состав,

•содержание асфальтенов,

•содержание парафина,

•вязкость,

•плотность,

•температура застывания,

•температура вспышки.