Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы техносферной безопасности на водном транспорте. Учебное пособие
.pdf
определенного типа, в то время как в ряде случаев целесообразна
непосредственная передача загрязнений с транспортного судна. На ряде
причалов отсутствует механизация для передачи контейнеров с мусором и
пищевыми отходами. Конструкции устройств для мойки и дезинфекции
контейнеров несовершенны.
Анализ ситуации показывает, что следует развивать оба рассмотренных
способа (передача отходов на берег и обработка их на судне), а также искать
новые технические и организационные решения. Поскольку наибольшее
количество отходов скапливается на пассажирских судах и обработка их в
портах вызывает особые затруднения, назрела необходимость оснастить суда
данного типа автономным водоохранным оборудованием.
Обработка СВ на крупных пассажирских судах с помощью установок
ООСВ резко сокращает потребность в судах-сборщиках и снижает нагрузку на
специализированные причалы. Расчеты показали, что приведенные затраты на 1
м3 СВ, обработанных автономной установкой ООСВ на крупном пассажирском
судне, примерно в 2 раза меньше по сравнению с передачей СВ судамисборщиками на специализированные причалы. В то же время оснащение
крупных пассажирских судов установками ОНВ и печами для сжигания мусора
и шлама в каждом отдельном случае требует специального рассмотрения, так
как уничтожение мусора (включая пищевые отходы) судовыми печами
обходится значительно дороже, чем передача этого вида загрязнений на берег.
Не говоря уже о том, что при его сжигании значительно повышается расход
топлива. Нефтесодержащих (подсланевых) вод за 20 суток на крупном
пассажирском судне накапливается обычно около 8–10 м3, они также без
особых затруднений могут быть переданы один раз за рейс через судасборщики на плавучие станции очистки. Таким образом, далеко не всегда
оснащением судна автономным водоохранным оборудованием является
наилучшим вариантом обработки образующихся на нем отходов.
Дальнейшее совершенствование сбора и обработки загрязнений с судов и
решение проблемы полного запрещения сброса отходов в водоемы
непосредственно связано с расширением номенклатуры специальных судовых
устройств, которые должны обрабатывать большой объем отходов, быть
экономичными и удобными в эксплуатации. В крупных портах, где суточное
накопление СВ превышает 150-200 м3, основным техническим средством для
приема и переработки СВ и мусора, видимо, должны стать специализированные
причалы. Для приема НВ в этих портах целесообразно (как и сейчас) применять
плавучие станции очистки.
Для остальных пунктов сбора, а их достаточно много, а также для сбора
загрязнений с судов технического флота, работающих на отдаленных от портов
плесах и сбора СВ на боковых реках во время кратковременной навигации на
них, предлагается создать суда комплексной переработки отходов (СКПО).
5.2. Обработка судовых отходов на судах комплексной
переработки отходов
Теоретические исследования и опыт практических работ показали, что
СКПО, принимающее и обрабатывающее все виды судовых отходов, должно
быть оснащено устройством для приема отходов и их промежуточного
накопления, установками ООСВ и ОНВ, инсинераторами, агрегатами
обезвоживания шлама СВ и подготовки смеси отходов к сжиганию,
вспомогательными устройствами для промывки бачков из-под мусора,
приготовления реагентов и др.
Практическая работа на СКПО по обработке СВ, НВ и мусора начинается
с того, что сточная вода, принимаемая со сдающих судов, направляется в
сборную цистерну, откуда насосом подается на механический фильтр и далее в
установку ООСВ. Очищенная и обеззараженная вода сливается за борт.
Загрязнения, отделенные механическим фильтром, поступают в устройство
обезвоживания и затем в блок отделенных отходов. Загрязнения, выделенные
из воды в результате ее обработки в установке ООСВ, также проходят цикл
обезвоживания, после чего попадают в блок отделенных отходов. Выделенная из
загрязнений в процессах обезвоживания вода (фугат) возвращается в сборную
цистерну СВ.
Нефтесодержащая вода принимается в сборную цистерну, где
предварительно отстаивается. Всплывшие на поверхность нефтепродукты
отделяются и направляются в блок отделенных нефтепродуктов, чтобы
впоследствии их можно было использовать при сжигании мусора. Затем НВ
проходит очистку, после чего сливается за борт. Отделенные при этом
нефтепродукты также направляются в специальный блок накопления.
Мусор в виде твердых отходов (в том числе пищевые, если их сжигают)
принимается на СКПО в сборный бункер и после дробления направляется в
блок подготовки к сжиганию. Здесь отходы перемешиваются с нефтешламом и
затем поступают в инсинератор. Отходы от сжигания в виде золы и
несгоревших включений накапливаются в специальном бункере и
периодически передаются на берег или, если есть специальное разрешение,
сбрасываются за борт. Использование отделенных из НВ нефтепродуктов для
сжигания мусора позволяет экономить топливо.
СКПО должно иметь технологическую линию для обработки (мытья и
обеззараживания) контейнеров из-под мусора, а также реагентное хозяйство,
включающее систему подготовки растворов химических реагентов,
используемых при очистке, обезвоживании и обеззараживании. Значительную
трудность представляет организация на СКПО технологического процесса по
обезвоживанию шлама сточных вод, прошедших очистку в установке ООСВ. В
судовых условиях данная технология ранее не использовалась. Из-за отсутствия
необходимого опыта при внедрении процесса обезвоживания на СКПО
возможны затруднения. Однако отказаться от процесса обезвоживания шлама
СВ нельзя, так как в исходном состоянии его влажность составляет примерно 98
%, поэтому для сжигания обводненного шлама требуются значительные расходы
топлива.
На СКПО предусмотрены оборудование для измельчения твердых
отходов, сгущения и подсушки шлама сточных вод, а также механическая
подача в печь твердых и жидких отходов. Уничтожение мусора и пищевых
отходов, масса которых невелика по сравнению с СВ и НВ, в значительной
степени усложняет конструкцию судна и его эксплуатацию, поэтому СКПО
следует применять там, где передача отходов на берег невозможна.
В то же время целесообразность обработки всех видов загрязнений одним
техническим средством обусловлена следующими соображениями. После
очистки СВ образуется 1–2 % шлама, который периодически необходимо
передавать на специализированные причалы. Для того чтобы увеличить
автономность СКПО, объем шлама можно уменьшить путем его
обезвоживания, а для достижения полной автономности необходимо
установить печь (инсинератор) для сжигания шлама. В этом случае СКПО
может собирать с судов также сухой мусор и твердые отходы и сжигать их
вместе со шламом.
Сжигание шлама связано со значительными затратами топлива. Этот
недостаток может быть значительно уменьшен, если судно-сборщик будет
также принимать и очищать НВ, а образующиеся в результате очистки
обводненные нефтепродукты использовать для работы инсинератора в качестве
топлива.
В настоящее время согласно действующим Санитарным правилам для
судов внутреннего плавания России допускается сброс за борт очищенных НВ с
содержанием нефтепродуктов не более 10 мг/л. В то же время на основании
Правил охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами
контролирующие органы могут при определенных обстоятельствах (если
фоновое загрязнение водоема превышает нормы ПДК) потребовать обеспечить
глубину очистки до концентрации, соответствующей ПДК и равной 0,05 мг/л.
Существующие установки ООСВ не в состоянии обеспечить такую очистку.
Однако с помощью СКПО эту задачу можно успешно решить.
На СКПО очищенные НВ могут сливаться не за борт, а в неочищенную
СВ и вместе с ней вторично проходить очистку. Есть основания полагать, что
при первичной очистке НВ до 10–5 мг/л и при их вторичной очистке совместно
с СВ концентрация нефтепродуктов в воде, сбрасываемой в водоем, будет
близкой к ПДК.
СКПО — маневренное техническое средство, которое позволит решить
проблему предотвращения загрязнения водоемов в пунктах скопления судов,
удаленных от специализированных причалов, на боковых реках с
кратковременным периодом навигации, для судов технического флота, а также
проблему удаления с судов отходов в условиях продленной навигации, когда
из-за ледовой обстановки отсутствуют подходы к специализированным
причалам и городским очистным сооружениям.
Экономические расчеты, выполненные для отдельных пунктов, показали,
что приведенные затраты на обработку 1 м3 СВ на СКПО в 2 раза меньше, чем
при транспортировке их на причалы. Разумеется, что для разных участков
водных путей соотношение приведенных затрат будет различным и применение
СКПО должно в каждом случае тщательно обосновываться.
Возможно, что в определенных случаях окажется целесообразным
использование СКПО, принимающих и обрабатывающих только часть отходов,
например СВ, мусор и твердые отходы, а НВ будут сливаться в баржи-амбары
или транспортироваться на плавучие очистные станции; в других случаях
предпочтение будет отдаваться СКПО, принимающим СВ и НВ, но не
обрабатывающим мусор, т.е. для различных районов плавания в зависимости от
количества скапливающихся загрязнений потребуются разные типы СКПО,
6. Снижение загрязнения атмосферы отработавшими
газами дизелей судов
К настоящему времени разработано и практически используется ряд
достаточно эффективных способов и методов снижения загрязнения атмосферы
ОГ дизелей судов, вот некоторые из них:
Оптимизация энергетического состояния воздушного заряда. В
существующей практике конструирования дизелей уделяется мало внимания
определению степени сжатия. Ее выбирают, как правило, в диапазоне от 12 до
17. Для того чтобы дизель работал на различных топливах с высокой
экономичностью и минимальным содержанием вредных веществ в
отработавших газах, степень сжатия необходимо рассчитывать, а не выбирать
приближенно.
Улучшение экономических и экологических характеристик дизеля
путем повышения давления впрыска топлива. Практика использования
тяжелых топлив на судах показала, что при увеличении вязкости топлива
необходимо повысить давление впрыска. Количественную оценку давления
впрыска можно установить экспериментальным путем или с помощью расчета
по специальному методу.
С изменением давления впрыска связана динамика развития струи и
факела, а, следовательно, и тонкость распыливания, при этом повышается
скорость прогрева струи или факела и соответственно возрастает скорость
сгорания топлива.
Используя методику численного эксперимента, можно рассчитать
тепловыделение для дизелей с обычным смесеобразованием по управляющим
физико-химическим параметрам. Это даст возможность прогнозировать
динамические и экономические характеристики рабочих циклов при
проектировании новых дизелей, определить оптимальные параметры работы
топливной аппаратуры полноту сгорания топлива и состав ОГ.
Улучшение качества топлива. Современные топлива для дизелей имеют
достаточно широкий ассортимент. В нашей стране для быстроходных
двигателей, как правило, используются дистиллятные нефтепродукты —
дизельные топлива марок Л, З и А. Для средне- и малооборотных дизелей
предлагаются топлива крекинг-процесса и мазуты – моторные топлива марок ДТ
и ДМ, газотурбинные топлива ГТ и ГТВК, мазуты Ф-5, Ф-12, М-40, М-40В, М100, М-100В.
Воспламеняемость дистиллятных топлив оценивается цетановым числом
(ЦЧ) или анилиновой точкой. Считается, что топливо с хорошей
воспламеняемостью имеет ЦЧ 45–50. Если ЦЧ меньше, то воспламеняемость
топлива плохая. Приблизительно аналогичным способом воспламеняемость
определяется по анилиновой точке. Данный показатель для тяжелых топлив до
последнего времени практически не оценивался.
В последние годы большое внимание стало уделяться исследованию
возможности использования в дизелях альтернативных топлив, например
спиртов, жидких топлив из углей и сланцев газ. Имеются результаты испытания
дизелей, работающих на альтернативных топливах. Необходимо отметить, что
топлива из углей могут быть с хорошей и плохой воспламеняемостью,
существуют синтетические топлива, цетановое число которых не выше 30-38
единиц. Аналогичные свойства показали топлива из сланцев. Все спирты
имеют низкие цетановые числа - 8–15 единиц. Следовательно, к этим топливам
целесообразно добавлять легковоспламеняющиеся присадки.
Легковоспламеняющимися компонентами могут быть не только углеводороды,
но и нитросоединения различного строения.
Для лучшего распыливания топлива в него могут вводиться специальные
вещества, снижающие поверхностное натяжение топлива и, следовательно,
скорость прогрева и испарения.
В настоящее время уже получено много присадок различного назначения,
добавляемых к топливу. Их можно разделить на следующие группы:
стабилизирующие, антикоррозионные, депрессорные, интенсификаторы
горения топлива, противодымные, диспергирующие и присадки, снижающие
содержание окислов серы в составе ОГ.
На уменьшение вредных веществ в ОГ непосредственно влияют четыре
последних вида присадок.
Интенсификаторами горения служат соединения, ускоряющие
накопление необходимой концентрации активных радикалов. Наиболее
эффективны присадки, включающие нитросоединения (алкилнитраты,
алкилнитраты), альдегиды и пироксиды.
В качестве присадок, улучшающих воспламеняемость дизельных топлив,
применяются активные окислители, содержащие низкоэнергетические связи,
которые легко раскрываются или разрываются при температуре сжатого
воздушного заряда.
К таким присадкам относятся простейшие нитроалкены (этил, пропил и
амилнитраты), производные азотной кислоты, перекиси ацетила, петролина и
органических кислот. Эффект, аналогичный действию присадок, получается
также при озонировании дизельного топлива. В продуктах диссоциации
присадок, как правило, содержатся радикалы, способные к развитию цепных
реакций окисления углеводородов дизельного топлива.
Задержка воспламенения топлива. Определив задержку воспламенения,
можно установить, какое количество топлива в струе испарится к началу
горения и в какой момент воспламенится топливо.
Степень гомогенизации заряда к началу воспламенения дает возможность
оценивать качество и полноту сгорания, а, следовательно, и количество
вредных выбросов с ОГ.
Добавка воды в топливо. Экспериментально установлено, что вода
повышает скорость сгорания топлива примерно в 4–5 раз при более низкой
температуре горения. Применительно к ДВС определено, что p
двигателя
max
при работе с добавкой воды ниже, чем на обезвоженном топливе.
В настоящее время наряду с вспрыском воды во всасывающий тракт
применяются водотопливные эмульсии (ВТЭ). Вода оказывает благоприятное
действие на топливоподготовку — улучшает распыливание топливной струи и
интенсифицирует процесс смесеобразования.
Механизм действия воды на процесс сгорания топлива в дизелях до конца
не изучен. Но не вызывает сомнения, что вода оказывает благоприятное
влияние на испарение топлива в факеле и его сгорание.
Улучшение качества сгорания ВТЭ. Добавление к топливу воды
открывает широкие возможности использования различных улучшающих
свойства топлива присадок. В добавляемую к топливу воду можно вводить
химические вещества и получать многофункциональные водорастворимые
присадки, использование которых в совокупности с присадками к топливу
позволит существенно раздвинуть границы применения тяжелых топлив в
судовых дизелях. Практически уже сейчас можно переводить среднеоборотные
дизели на тяжелое топливо с вязкостью до (170-250)×10-6 м2/с при 50 оС, а
высокооборотные – на топливо с вязкостью до (3680)×10-6 м2/с при 50 оС. Это
значит, что почти весь водный транспорт можно перевести на тяжелые топлива,
высвободив дефицитное дизельное топливо.
В качестве ВТЭ для высокооборотных дизелей могут применяться
бензины. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя в среднем на 30 %,
следовательно, все жидкие топлива целесообразно сжигать в дизелях, а
карбюраторные двигатели перевести на газообразное топливо. ВТЭ и
водорастворимые присадки дают возможность существенно расширить
ассортимент моторных топлив для дизелей. Применение водорастворимых
присадок к моторным топливам в настоящее время все еще не вышло из стадии
исследования.
Использование нейтрализаторов. Совершенствование рабочего
процесса позволяет значительно снизить содержание вредных выбросов в ОГ.
Но существуют переходные режимы работы дизелей, когда трудно выдержать
минимальное содержание вредных выбросов с ОГ. Для снижения вредных
выбросов дизеля используют специальные устройства — нейтрализаторы,
обеспечивающие дополнительную очистку ОГ.
Существует несколько видов нейтрализации: термическая,
каталитическая, жидкостная, комбинированная и др.
Термическая нейтрализация основана на дожигании продуктов неполного
сгорания, т.е. дополнительного окисления СО и СН в конечные продукты СО2 и
Н2О, а также SO2 в SO3. Окислы азота при таком способе практически не
уничтожаются.
Каталитическая нейтрализация используется для удаления токсичных
веществ при окислительных (СО и СН до СО2 и Н2О, SO2 до SO3) и
восстановительных реакциях (разложение NOx в исходные вещества О2 и N2).
Использование каталитической нейтрализации ускоряет процесс катализаторов:
металлических (платиновых, палладиевых из монель-металла и др.) и окислов
переходных металлов (меди, никеля, хрома, железа и др.).
7. Предотвращение попадания нефти в водную среду
и распространения по ее поверхности
7.1. Предотвращение попадания нефти на поверхность воды
Многолетний опыт эксплуатации судов и перевозки нефти, включая и
нефтепродукты, водными путями позволил разработать ряд мероприятий,
предотвращающих ее разлив. Исследованиями, проведенными во многих
странах, установлено, что наиболее часто разлив нефти происходит при
перекачке по вине обслуживающего персонала и при авариях судов, когда
пробивается корпус судна.
Чтобы устранить утечки нефти через пробоины, многие современные
танкеры и все речные суда, перевозящие нефть, оборудуют двойным дном и
двойными бортами. Палубы судов наращивают вертикальными стальными
листами высотой 100–200 мм, что позволяет предотвратить утечку нефти в
случае попадания ее на палубу. Такая мера наиболее эффективна для
устранения случаев мелкого разлива (около 50 %).
Другой эффективный метод — приварка к соединительным фланцам
специальных стаканов. Подтекающая из фланцев нефть собирается в эти
стаканы и сливается обратно в емкости.
На палубах плавучих нефтепричалов для стока попавшей на палубу
нефти и дождевой воды предусмотрены специальные сточные карманы, из
которых сток поступает в специальную цистерну. На таких причалах
используются специальные металлические шарнирные трубопроводы, которые
предотвращают утечку нефти. Для своевременного отключения грузового
трубопровода в случае аварийного разъединения устанавливают задвижки с
дистанционным управлением. Грузовые трубопроводы перед перекачиванием
нефтепродуктов большой вязкости продувают азотом в направлении течения
топлива.
Для очистки грузовых судов и танкеров существуют специальные станции.
Зачистные станции могут быть плавучими и береговыми стационарными, а
зачистку можно осуществлять как механическим, так и химико-механическим
способом (с добавками различных веществ к воде для лучшей очистки емкостей).
Назначение очистных станций — очистка грузовых судов и танкеров от
различного мусора и нефти. Все станции работают по одному принципу: мойка
судов горячей водой под большим давлением и сбор остатков в специальные
цистерны с последующей обработкой. Твердые остатки собирают с помощью
вакуумных установок. Для удобства выполнения операций на станции имеются
навесная палуба и стрела-трубопровод для передачи на обрабатываемое судно и
возврата моечного раствора. Зачистка судов в портах с помощью станций
позволяет предотвратить загрязнение водной акватории.
Необходимо отметить, что, несмотря на создание специальных станций
по зачистке судов, этот процесс весьма трудоемок, так как многие суда не
приспособлены к механической мойке топливных танков. Другой недостаток,
который отмечается при использовании зачистных станций,— это то, что суда
простаивают длительное время в очереди на зачистку.
В некоторых странах уже имеются стационарные береговые станции
зачистки судов, например голландская станция «Верлом» имеет свой пирс, с
которого осуществляется зачистка нескольких судов, в том числе
супертанкеров. Причал оборудован башней и трапами для сообщения с судами,
грузоподъемными средствами для подачи на судно шлангов и специального
оборудования, сепарационными установками большой производительности. На
обрабатываемое судно подаются горячая вода, пар, сжатый воздух. Причал
оборудован тремя нефтяными цистернами вместимостью до 500 м3 и двумя
цистернами по 2 тыс. м3, резервуаром для приема балласта вместимостью 25
тыс. м3. Мойку танков осуществляют горячей водой с помощью
гидромониторов. Для очистки междудонных отсеков и удаления
неоткачиваемых остатков топлива используют вакуумную установку.
Предусмотрена вентиляция моющих помещений.
Комплексные мероприятия по предотвращению утечки нефти и ее
своевременный сбор с судов в значительной мере позволяет предотвратить
загрязнения водной акватории речных и озерных причалов, а также морских
портов.
7.2. Предотвращение распространения нефти по водной поверхности
Наиболее эффективным средством предотвращения распространения
нефтяного пятна по водной поверхности являются боновые заграждения. В
настоящее время применяются различные типы таких заграждений.
Применяются боновые заграждения следующих трех классов:
1-й класс — боны для использования на мелководье, в частности на
реках. Бон представляет собой полотнище из синтетической ткани, в верхней
части которого находятся цилиндрические поплавки, из вспененного
полистирола, а в нижней — балластная цепь, также воспринимающая нагрузки
при натяжении ограждения.
2-й класс — боны для прибрежной зоны морей и озер, перекрытия входов
в гавани, порты, акватории судоремонтных заводов. Это стационарное
плавающее ограждение представляет собой полый металлический барьер
каплевидного сечения. Барьер имеет внутри горизонтальную продольную
перегородку, делящую внутреннюю его полость на две части: верхнюю —
непроницаемую, придающую ограждению плавучесть, и нижнюю —
проницаемую, которая заполняется водяным балластом и удерживает
ограждение в вертикальном положении.
3-й класс — боны для использования в открытом море.
Исследованиями установлено, что боновые заграждения наиболее
эффективно задерживают нефть, если они установлены перпендикулярно
направлению течения. Боновые заграждения эффективно работают, когда
скорость течения не превышает 0,2–0,6 м/с. При скорости течения выше
указанной нефтепродукты могут попадать под боны.
Перед боновым заграждением скапливается толстый слой нефти, который
испытывает гидродинамическое воздействие движущейся воды. В нижней
части бона на границе раздела нефть — вода повышается турбулентность
потока, что приводит к дроблению (эмульгированию) нефти, частичному их
отрыву и переносу через заграждения.
Необходимо помнить, что при достижении критической скорости течения
воды (или движения бона при тралении) удерживание нефти не зависит т
высоты подводной части, т.е. при больших скоростях течения воды нефть будет
прорываться даже при большой глубине погружения боновой защиты.
При увеличении глубины боновой защиты увеличивается высота
встречного потока, который способствует уносу оторвавшихся капель нефти
под заграждение. Интенсивность турбулентности на лобовой поверхности
доков возрастает из-за неровности поверхности заграждения. Короткая и крутая
волна также увеличивает турбулентность потока. С учетом этого
обстоятельства проведены экспериментальные исследования по выбору
скорости траления и углу раскрытия бонового заграждения, в ходе которых
установлено, что при скорости потока (или движении бона), равной 1–1,5 узлов
(0,5–0,75 м/с), угол его раскрытия может достигать 18–20 градусов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]