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

Кроме того, в карбонате кальция содержатся остатки отмерших микроорганизмов — коколиты, которые представляют собой продукт, легко усваиваемый мор­ скими организмами. Это способствует постепенному естественному уничтожению самой нефти. Частич­ ное загрязнение морского дна при этом представ­ ляет собой гораздо меньшую опасность, чем сплош­ ная пленка нефти на поверхности, препятствующая снабжению толщи воды растворенным кислородом.

В последнее время при использовании метода затопления применяют вещества, которые физиче­ ски являются нефтяными сорбентами.

Необходимо помнить, что при проведении опе­ раций по локализации разлива нефти на поверх­ ности воды неправильный выбор типа сорбента (с плотностью, близкой к 1, с ограниченной пла­ вучестью и т. д.) может привести к затоплению нефтяного пятна.

Стратегия ликвидации разливов нефти в регио­ нах с холодным климатом зависит от времени года. Работы по ЛАРН могут проводиться здесь в усло­ виях открытой воды, битого льда либо сплошного ледяного покрова. Выбор метода локализации и ликвидации осуществляется в зависимости от сплоченности льда (выражается в баллах), формы

во льдах имеют свои особенности. Ниже перечис­ лены факторы, способствующие проведению этих операций и препятствующие ему.

Положительные факторы:

•низкие температуры замедляют процесс вывет­ ривания;

•охлажденная нефть, обладающая более высокой вязкостью, растекается медленнее;

•образование твердого основания для ведения работ, снижение подвижности нефти и создание естественных хранилищ нефти во льду или под ним;

•снег и лед могут эффективно сдерживать нефть;

•снег является эффективным сорбентом;

•вероятность оседания тяжелой нефти снижа­ ется, если плотность воды достигает максимального значения;

•в арктических регионах зоны особой значи­ мости встречаются реже, чем в условиях умерен­ ного или тропического климата;

•береговой припай способен защитить берего­ вые сообщества приливно-отливных зон и соб­ ственно береговую линию от загрязнения нефтью;

• наличие льда может ограничить степень про­ никновения нефти в грунт на пляжах.

Отрицательные факторы:

•сбор нефти затруднен в связи с ограничением доступа и повышением уровня опасности для пер­ сонала;

•оборудование (насосы, насосные шланги с распыляющими насадками и форсунки) требует тщательного высушивания после каждого цикла использования с целью снижения объема остаточ­ ной влаги, замерзание которой может вызвать по­ вреждение оборудования или снизить его эффек­ тивность;

•в арктических условиях повторное заселение среды живыми организмами занимает больше времени, чем в регионах с умеренным и тропиче­ ским климатом;

•в условиях битого льда возникают сложности при эксплуатации оборудования, особенно ским­ меров;

•труднодоступность районов, сложность до­ ставки оборудования и персонала;

•возможность повреждения бонов, судов, скиммеров движущимися ледяными полями;

•повышены риски, связанные с транспорти­ ровкой отходов из отдаленных и особо чувстви­ тельных районов;

•требуются особые методы для защиты бере­ говой линии;

•выбор диспергентов осуществляется исходя из солености воды.

Ледовые условия

Распространение нефти во льду зависит от его типа и сплоченности. Толщина нефтяного пятна при увеличении сплоченности льда возрастает. Растекание, так же как дрейф и распределение нефти в морском льду, зависит главным обра­ зом от ледовой обстановки.

Лабораторных и экспериментальных данных недостаточно

Естественное диспергирование нефти снижа­ ется при увеличении сплоченности льда, что связано со снижением энергии диспергирова­ ния (волнения) во льду

Присутствие льда снижает волновую деятель­ ность, а следовательно, с увеличением сплочен­ ности льда эмульгирование будет снижаться

Лабораторных и экспериментальных данных недостаточно

3-2.2. Локализация разливов нефти в ледовых условиях

Рекомендуемые действия по локализации разли­ вов нефти (нефтепродуктов) на грунте и акватории в холодный период года приведены на рис. 3.114 и в табл. 3.65.

При ликвидации разливов нефти (нефтепро­ дуктов) в условиях сплошного битого льда для обеспечения свободной водной поверхности исполь­ зуют суда-экраны.

При локализации и ликвидации разлива нефти (нефтепродуктов) в гаванях портов при большой сплоченности битого льда или при отсутствии текучести разлитой нефти из-за низкой температуры рекомендуется использовать портальные и плавучие краны, оборудованные грейферами для сбора нефти и загрязненного льда в металлические баржи и авто­ самосвалы с герметичными кузовами; кроме того, необходимо предусмотреть достаточное количество цистерн, снабженных портальными воронками для облегчения загрузки льда в танк со средствами, исключающими попадание в них мусора. Куски замазученного льда и ледяная шуга захватываются грейфером и грузятся в танк, где с помощью сис­ темы подогрева груза танка производится растопление льда. После отстоя и расслоения воды и нефте­

продукта вода из танка выкачивается, а оставшаяся нефть сдается на береговые сооружения для даль­ нейшей переработки и утилизации.

При попадании нефти под лед пятно, после обнаружения его с помощью поисковых лунок, оконтуривается. Определив границы пятна, вырубают прорубь на краю пятна по направлению течения и удаляют из нее лед. Под действием течения нефть будет попадать в прорезь и всплывать на поверх­ ность, где ее собирают с помощью нефтесборщиков. Края прорези при этом играют роль ограждения.

При попадании нефти на лед для предотвра­ щения дальнейшего растекания вокруг нефтяного пятна возводят снежные преграды, облитые водой для обеспечения непроницаемости, или вырезают траншеи во льду глубиной до 1 м, в которые нефть смывают установками для мойки горячей водой под давлением; в дальнейшем ее собирают с помо­ щью нефтесборных устройств. Для возведения снежных преград и вырезания траншей используют пилы-ледорезы и ручной труд персонала, занятого в операциях по ЛАРН.

При разливе нефти в условиях сплошного льда и при застывании нефти производят сбор замазу­ ченного снежного покрова и льда механическим способом.

Локализации разлива в зимних условиях с помощью ограждений

Боновые заграждения

В работах по локализации разлива нефти на аква­ тории при наличии плавучего льда БЗ применяют:

•для предотвращения попадания мелкобитого льда в район разлива нефти, что позволяет исполь­ зовать оборудование для сбора нефти с открытой поверхности воды и сжигать нефть на месте разлива;

•отгораживания загрязненной площади с целью отделения нефти ото льда и удаления ее при помощи обычного оборудования, что позволяет предотвра­ щать/уменьшать распространение нефти от места разлива и попадание льда в район очистки.

Для предотвращения растекания нефти на аква­ ториях до и во время установки БЗ используются струи пожарных стволов, направленные на поверх­ ность воды на расстоянии около 1 м от границы нефтяного пятна.

Особенности применения БЗ на море и озере

вледовых условиях:

•при концентрации льда свыше 30 % боны практически бесполезны, т. к. могут задержать только небольшие куски льда;

•при скорости ветра более 35 км/ч (10 м/с) боны могут быть повреждены небольшими кусками льда;

•наиболее стойкими являются БЗ из тиксо­

тропной ткани (конвейерный материал); ПВХ

иполиуретан менее прочны;

•главной характеристикой БЗ является прочность, устойчивость бонов на волне, их запас плавучести;

•установка якорей в ледовых условиях затруд­ нена или бессмысленна.

Особенности применения БЗ на реках в ледовых условиях:

•низкая надежность установки бонов в дрей­ фующем льду, их малая сохранность из-за ударов льдин;

•к факторам, ограничивающим возможность реагирования на разлив на крупных реках, отно­ сятся: противотечения, эрозия берегов, быстрое накопление наносов и мусора;

•установка бонов под углом к течению может быть неэффективной вследствие большой ширины реки (невозможно отвести пятно к берегу), больших затрат времени на установку БЗ;

•применение бонов из сверхпрочного мате­ риала с верхними и нижними растяжками;

•выше по течению следует предусмотреть установку ледозадерживающих бонов из бревен или металлических понтонов на реках с медленным течением и концентрацией льда до 30 %;

•установка заграждений при наличии битого льда затруднена;

•изменение направления движения нефтяного пятна с помощью БЗ возможно при наличии пла­

вающих обломков льда в периоды ледостава

иломки льда;

•возможен вынос нефти за пределы загражде­ ний, если сбор ее будет происходить медленнее, чем накопление;

•если ширина пятна превосходит расстояние приблизительно от одной четверти до половины длины БЗ, необходимо использовать несколько заграждений или каскадное заграждение, чтобы постепенно изменить направление движения нефти.

Традиционная технология локализации и сбора нефти на реках в зимних условиях (при наличии сплошного ледяного покрова) — это создание во льду направляющих прорезей. Развертывание системы локализации включает:

• расчистку от снега подъездных путей к рабо­ чим площадкам и их самих на берегу реки, створа БЗ, рабочей площадки на льду в районе майны

иподъездной дороги к ней;

•проведение замера толщины льда для обеспе­ чения безопасности работы на льду людей и снего­

очистительной, ледорезной и других видов техники. Возможность передвижения по льду технических средств оценивают по предельно допустимой нагрузке для данной толщины ледяного покрова. Рекомендации по безопасности проведения работ

вледовых условиях приведены в табл. 3.66;

•вынос и закрепление на местности створа БЗ, ловчей майны и подъездной дороги на льду;

•нарезку прорези в ледяном покрове для уста­ новки БЗ;

•вырубку ловчей майны (размером до 3 * 4 м).

Таблица 3.66

Ширина прорези выбирается с расчетом всплы­ тия нефти в зависимости от скорости течения и толщины льда (0,15-3,0 м).

Правила проведения ледорезных работ:

•для исключения ухода нефти из майны при малой толщине льда (до 30 см) с обеих сторон майны под лед устанавливаются (рыбацким мето­ дом) защитные надувные БЗ. Для этого нефтяное пятно оконтуривается через лунки, пробуренные по сетке 10 х Юм. Площадь пятна разбивается поперек русла на участки (полосы) шириной 30 или 45 м (оптимальная величина определяется на практике);

•намечается и размечается полоса, в которую устанавливается (рыбацким способом) подледная волокуша из пневмобонов; тяговые и удерживаю­ щие канаты заводятся на лебедки (ручные или элек­ трические), работа которых должна быть строго синхронизирована;

•для предотвращения «разбегания» нефтяного пятна при движении волокуши по краям полосы устанавливается подледное защитное ограждение из таких же бонов;

•в конце полосы, поперек нее, также устанав­ ливается БЗ, в контур которого включен нефте­ сборщик-скиммер. При движении волокуши на ограниченной со всех сторон площади нефть «сго­ няется» к поперечному БЗ и забирается подледным нефтесборщиком.

По окончании работ на первой полосе волокуша и БЗ перетаскиваются подо льдом на следующую полосу и т. д. Скиммер извлекается и снова заво­ дится под лед через новую прорубь на полосе.

Возможно применение в качестве волокуши сорбционных бонов, наполненных сорбентом с диапазоном рабочих температур, позволяющим работать в зимних условиях. Толщина (диаметр) волокуши, т. е. количество нефтяного сорбента,

определяется количеством нефти, которое волокуша должна впитать в себя по длине обрабатываемой полосы.

Для обработки такой волокуши предусматрива­ ется одна или несколько узких майн; всплывшую волокушу извлекают из воды. Волокушу утилизи­ руют или отжимают из нее нефть и снова заводят под лед.

Для удаления нефти из приурезовых (мертвых) зон, недоступных для боновой волокуши, реко­ мендуется вдоль берега сделать во льду прорезь шириной 0,5-1,0 м, постепенно наращивая длину. Через нее в подледное пространство «загоняется» скиммер или оболочка с нефтяным сорбентом или подается дисперсный плавучий сорбент. Ликвида­ ция разлива нефти в этой зоне обеспечивается при полном вскрытии льда и сборе сорбированной нефти.

Зимние БЗ предназначены для улавливания и локализации нефтяного пятна на реках в период

к месту сбора предпочтительнее применять жест­ кие БЗ из листового материала в виде непрерыв­ ного полотна (пластик, сталь), опускаемого на глубину не менее 0,5-0,7 м и вмораживаемого верхней кромкой в лед.

При более высокой температуре воздуха приме­ няются боны постоянной плавучести. На открытых участках воды могут использоваться обычные БЗ. Перед установкой секции БЗ доставляют снегоходами с разгрузочной площадки на берегу реки непо­ средственно к прорези и раскладывают вдоль нее.

Устанавливают БЗ в соответствии с рекоменда­ циями изготовителей. Обычно высота бонов вы­ бирается таким образом, чтобы они выступали над водой не менее чем на 20-30 см, а под нижней стороной льда — 50-70 см. Это исключает выход нефти на поверхность льда, «подныривание» нефти под БЗ и способствует направлению нефти в ловчую майну. На установку в рабочее положе­ ние одной секции подледного БЗ длиной 3 м бри­ гада из трех человек обычно тратит 5-6 мин. Для извлечения БЗ из них с помощью мотопомпы откачивается вода, после чего боны извлекаются из-подо льда одним рабочим. Время свертывания одной секции 4-5 мин.

Техническая характеристика и условия эксплуата­ ции БЗ некоторых производителей приведены ниже.

Боновое заграждение подледное БЗ-П (производитель «Северное море», Санкт-Петербург):

Боновые заграждения серии «Рубеж-зима» (производитель «ЭКОсервис-НЕФТЕГАЗ», Россия):

Ледовые нагрузки и сопротивление БЗ

Нагрузки, которые воздействуют на БЗ, разме­ щенное в условиях дрейфующего льда, зависят от граничных условий, толщины, сплоченности и форм льда, скорости течения и ветра, а также их направлений.

—>

Г

Рис. 3.118. Схема внешних сил, действующих на льдину

На рис. 3.118 приведены основные силы, дей­ ствующие на льдину с единичной длиной и шири­ ной: сила ветра Fz, сила трения воды о нижнюю поверхность льдины Б„ сила лобового сопротив­ ления Fd.

Суммарная сила Ft может быть записана в виде:

Fi = FI - F d + Fw

2РгСги]

+ 2рy„K+cdy

где р2 — плотность воздуха; С2 — коэффициент аэродинамического сопротивления; v2 — скорость ветра на некотором горизонте измерения hz (обычно 10 м); рн, — плотность воды; vw— скорость течения на некотором уровне измерения hwниже поверхно­ сти воды (обычно 1 м); Cw — коэффициент гидро­ динамического сопротивления нижней поверхности льда; Cj — коэффициент лобового сопротивления (или коэффициент сопротивления формы).

Среднее значение коэффициента С2составляет:

•для торошенных льдов С2 = (2,46 ± 0,04) • 10"3;

•для ровного льда С2 = (1,69 ± 0,05) • 10~3 Среднее значение коэффициента Cw = (6+27) • 10"3 При отношении толщины льдины к ее ширине,

равном 0,1, коэффициент С</= 0,6 (при умень­ шении этого отношения коэффициент Сд будет существенно увеличиваться, а при увеличении отношения — незначительно уменьшаться).

В соответствии с рис. 3.119 при сплоченности льда ниже 7 баллов суммарная максимальная сила воздействия льда на БЗ будет определяться следую­ щим образом:

F = {Fz - F w)A + FdD,

где А — площадь, ограниченная БЗ и треугольни­ ком «уплотненного» ядра; D — величина основа­ ния треугольника «уплотненного» ядра.

Уравнение для определения суммарной макси­ мальной силы воздействия льда на БЗ справедливо при небольшой сплоченности льда.

Угол «уплотненного» ядра принимается:

•при установке БЗ на относительно узких реках, где сказывается влияние берегов, — 20°;

•при установке на открытых акваториях — 45°. На рис. 3.120 показана зависимость ледовой

нагрузки на БЗ различной ширины, установленные на реке или канале, от относительной скорости дрейфа льда при скорости ветра 14 м/с, угле «уплотненного» ядра 20°; лобовое сопротивление клина «уплотненного» ядра не учитывается.

Направление

дрейфа

а

Рис. 3.119. Схема расчета нагрузки на БЗ в ледовых условиях