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

•хорошо разработанный бон, охлаждаемый водой, при использовании в процессе сжигания на море может иметь достаточно большой срок службы, но может пропускать нефтяные пятна;

•бон из огнестойкой ткани в зависимости от конструкции при сжигании на море может исполь­ зоваться от 1 до 4 раз, затем должен быть заменен;

•охлаждаемые водой покрытия обеспечивают защиту основного бона на несколько операций по сжиганию, но очень восприимчивы к переворачи­ ванию бона;

•бон Oil Stop Autoboom-Fire Model обеспечи­ вает краткосрочную защиту.

Развертывание огнестойкого бона в основном такое же, как и бонов других типов. Он может быть развернут от причала и буксироваться на скорости 10 уз и менее к месту разлива, с палуб судов или нефтяных платформ. В воде огнестойкий бон ведет себя как и любой другой тип ограждения.

Огнестойкий бон отличается возможностью использования более длинных линий буксировки, что необходимо не только для защиты от высокой температуры горящей нефти, но и для увеличения интервала между судами и огнем. Чем больше интервал, тем больше времени для реагирования (разъединение буксировочных тросов или другие способы) при внезапном изменении в нефтяном пятне или процессе сжигания, направлении ветра и т. д. Более длинные линии буксировки также уменьшают эффекты турбулизации потоков воды, которые могут привести к нефтяному захвату ниже бона.

U-конфигурации должны использоваться с бо­ нами длиной 150-300 м. Более длинные огнестой­ кие боны обычно используются в условиях откры­ той воды, а короткие — в спокойной воде или в ледовой обстановке для обеспечения лучшей маневренности.

Название

бона

ACS

SWEPI

AFTI

Pocket

Boom

AFTI Re­

flective

Blanket 1

AFTI Re­

flective

Blanket 2

AFTI Re­

flective

Blanket 3

E/AM Fire

Boom

E/AM Hy­ dro Fire Boom

E/AM

Blanket

EMTA

Blanket

Oil Stop

Blanket

Тип бона

Огне­

упорный

материал

Сталь

Нетканый

материал Al-Zetex

SS сетка

Al-Zetex

Огне­

упорный

материал

Охлаж­

даемый

водой

То же

»

»

Пр имечание. Многоточие (...) в графах означает отсутствие данных.

Окончание табл. 3.49

Примечание

Некоторые поломки на­ блюдались после предва­ рительных испытаний перед сжиганием, увеличе­ ние количества поломок через 1 ч горения, полное разрушение. Пропускание на 2-м ч сжигания

Устройства для поджога нефти

Добавки

В последние годы появилось большое количе­ ство добавок для осуществления операций по сжи­ ганию нефти на месте разлива. Используются добавки следующих типов:

•интенсификаторы воспламенения;

•интенсификаторы сгорания;

•средства подавления дыма.

Интенсификаторы воспламенения — вещества,

добавляемые в нефтяное пятно в целях увеличения его воспламеняемости или улучшения распростра­ нения пламени по поверхности незажженной нефти. Самыми надежными и эффективными интенсификаторами воспламенения для операций сжигания на месте разлива являются сами нефтепродукты: бензин, дизельное топливо, керосин, авиационный бензин и даже новая сырая нефть.

Средние нефтепродукты (дизельное топливо, керосин и т. д.) считаются лучшими покровителями воспламенения, чем более легкие нефтепродукты (бензин и т. д.) по трем причинам:

•использование более легких продуктов более опасно из-за их быстрого растекания;

•более легкие продукты испаряются быстрее, чем средние, что приводит к более быстрому охла­ ждению нефтяного пятна;

•при применении средних нефтепродуктов температура пламени вы ш е.

Сырая нефть с широким диапазоном ее компо­ нентов является лучшим интенсификатором воспла­ менения. При вязком нефтяном пятне необходимо

распылить интенсификатор воспламенения по кон­ туру пленки.

Интенсификаторы сгорания — вещества, добавляемые к нефтяной пленке для повышения эффективности удаления. Эти вещества обычно действуют как фитиль или изолятор между пленкой и водой. Раньше использовали: SeaBeads, Cab-o-Sil, Aerosil, Tullanox, Fibreperl, Ekoperl, Wonderperl, Вермикулит и солому, но в настоящее время они

м о х . Он использовался в 1968 г. на месте разлива Рафаэла недалеко от берегов Финляндии, при этом эффективность сжигания нефти, пролитой во льду, составила 90% . Тесты с торфяным мхом, насыщенным дизельным топливом, в качестве интенсификатора сгорания для сжигания сырой нефти показали, чпго эффективность удаления нефтя­ ных пленок достигает 80-95% при соотношении в интенсификаторе сгорания: торф 3-5 %, дизель­ ное топливо 1 %. Из всех известных интенсификаторов сгорания только торфяной мох с дизельным топливом рекомендуется прежде всего из-за его дешевизны и готовности к употреблению. Данный вид интенсификатора сжигания наносится вруч­ ную и используется при малых разливах нефти.

Н а с ы щ е н н ы е г о р ю ч и е с о р б е н т ы (листы сорбента из полипропилена) успешно исполь­ зовались как интенсификаторы сгорания при малых разливах нефти. Наносятся вручную. Загораются легко и горят долго, даже в условиях волнения.

Средства подавления дыма. В начале 1960-х гг. было обнаружено, что дым уменьшается, если

добавить к топливу определенные металлорганические составы. Были испробованы составы, вклю­ чающие производные бария, марганца, железа, меди, магния, никеля, кобальта и бора. Наибольшую эффективность для обработки нефтяного пятна с целью подавления дыма показал Ferrocene (фер­ роцен) и его производные.

F e r r o c e n e — прозрачное тело апельсинового цвета, которое нерастворимо в воде и частично растворимо в УВ (приблизительно до 2 % к 4 % от массы). Плотность его больше, чем воды. Ferrocene относительно нетоксичен, и его можно использо­ вать при разливах на море. Применяется как топ­ ливная добавка для ракет, в дизельном топливе как средство уменьшения дымности и при нагревании нефти. Тесты с Ferrocene при сжигании нефти на месте разлива показали, что сокращение произ­ водства сажи на 90-95 % может быть достигнуто при добавлении к нефти 2 % Ferrocene.

Недостатками Ferrocene в виде порошка явля­ ются высокая стоимость и большая плотность. Последний Ferrocene, гибрид 9757 в виде жидкого концентрата, уменьшает количество сажи до 70 % при дозе внесения 0,5 % от массы и распадается быстро. Дальнейшие исследования по примене­ нию Ferrocene были прекращены из-за высокой стоимости техники и отсутствия заинтересованности в его использовании.

Воспламенители

Для поджога нефтяных пленок применяются «плавающие печи» с насадками, впитывающими нефть наподобие фитиля. На плавающую нефть наносят множество пустотелых стеклянных шари­ ков, способствующих утолщению нефтяного пятна между ними и уменьшению теплоотдачи в воду. Для поджога используют различные интенсивно сгорающие вещества и кислородные шашки.

Воспламенители условно разделены на два типа: горелки для использования с судна или с берега и горелки для применения с вертолетов.

Нефтяные пятна на воде успешно поджигались с помощью портативных горелок (пропановых или бутановых), факелов из дерева, ветоши и других горючих материалов, различными сорбентами, впи­ тавшими дизельное топливо. Пропановые горелки имеют тенденцию сдувать огонь с тонких нефтя­ ных пятен, поэтому эффективнее используются на толстых пленках.

Для поджигания нефтяной пленки применялся полиэтиленовый пакет, содержащий гелеобразный бензин Heli-факел. Содержание пакета смешива­ ется вручную, он помещается на водную поверх­ ность поджигается; затем пакет дрейфует за лодкой в нефтяном пятне, локализованном огнестойким боном.

Изготовитель Heli-факела предлагает также конструкцию, состоящую из пластмассовой бутыл­ ки, снабженной поджигательным патроном и при­ крепленной к поплавку, и конструкцию Groundtorch, состоящую из барабана хранения и насоса, свя­ занного с переносной емкостью со сгущенным бензином.

Воспламенитель EPS, или PYROID, — это пиро­ техническое устройство, разработанное в Канаде

(размеры 25 х 25 х 12,5 см, вес 4 ^ фунта). Состоит

из горючих материалов и механизма поджога, зажатого между двумя поплавками из пенопласта. После активизации устройства его в течение 25 с следует бросить в нефтяное пятно. Зажигательный состав — твердое ракетное топливо, состоящее из перхлората аммония (от 40 до 70 %), металличе­ ских составляющих (магний или алюминий, 10% к 30 %), других компонентов (от 14 % к 22 %). Эти материалы имеют срок годности приблизительно 5 лет. Все компоненты воспламенителя, кроме механизма поджога, горючи, после сжигания в окружающей среде оставляют мало отходов. Температура, которую создает воспламенитель EPS, порядка 1300 °С; продолжительность его действия 2 мин.

Воспламенитель Dome Petroleum, Ltd — пиро­ техническое устройство, предназначенное для сбрасывания вручную с низколетящего вертолета. Воспламенитель Dome (рис. 3.80) весит ~500 г, габариты его приблизительно 25 х 15 х Юсм. Представляет собой проволочную топливную кор­ зину с твердым ракетным топливом и гелеобразным керосином, закрепленную между двумя металли­ ческими поплавками. Система поджога состоит из плавкой проволоки, 12-вольтовой батареи и на­ гревательного элемента — батарея обеспечивает нагрев проволоки в течение 2 с. После запуска устройства плавкие предохранители длиной 25 см позволяют произвести задержку горения на 45 с, чтобы было возможно бросить воспламенитель в пределы нефтяного пятна. Загоревшись, твердое

образный керосин, который обеспечивает темпера­ туру горения 700-800 °С. Время полного сгорания воспламенителя 10 мин.

Относительно длинный период горения для разового воспламенителя позволяет поджигать нефтяную пленку, даже если ветер временно отде­ ляет воспламенитель от мест с большей концен­ трацией нефти. После завершения сжигания все металлические компоненты воспламенителя оста­ ются на поверхности воды (прикреплены к двум поплавкам).

Воспламенитель Helitorch (рис. 3.81) — прове­ ренный на практике топливный воспламенитель, который может использоваться на вертолетной подвеске. Выпускаются модели с емкостями 110, 210 и 1100 л для гелеобразного топлива. Модель с емкостью 210 л наиболее часто используется для поджога нефтяных пятен.

Система воспламенения представляет собой автономный блок, состоящий из топливной емко­ сти, насоса, системы канатной подвески к вертолету и электрокабеля. Подача сигнала на зажигание осуществляется из кабины пилота. Приготовленная горючая смесь на выходе поджигается пропановым факелом, который, в свою очередь, зажигается с помощью электричества. Топливо насосом пода­ ется через клапан к специальному наконечнику. Для загущения бензина (преобразования в геле­ образное состояние) используется специальная присадка, которая добавляется в топливо; нужная вязкость горючего достигается в течение нескольких минут. Горящая смесь имеет высокую вязкость и разбивается на капли еще при падении. Вертолет­ ная горелка используется с высоты 7-23 м при скорости 40-50 км/ч. Эти диапазоны обеспечи­ вают достаточную точность при сбросе горючего материала и уменьшают его потери при горении в воздухе.

Лазерный воспламенитель. В последние годы проводились серьезные исследования по изучению возможности использования лазеров для поджига­ ния нефтяных пятен на поверхности воды. Поджог с применением лазера значительно отличается от поджога с помощью пиротехнических устройств, описанных выше. Цель исследований — поджига­ ние большого количества отдаленных друг от дру­ га нефтяных пятен. Такая необходимость может

возникнуть при аварии танкера или при разливе в зимних условиях, когда нефть перемешивается со льдом и при таянии образуется огромное коли­ чество микроразливов нефти.

В результате исследований было разработано устройство, состоящее из сдвоенного лазера. Непре­ рывная волна энергии от первого лазера CCL нагревает ограниченную область нефтяного раз­ лива, чтобы создать поверхностные температуры нефтяной пленки, превышающие температуры воспламенения нефти. Время нагрева в зависи­ мости от типа нефти, температуры воздуха, силы ветра и т. д. колеблется от 3 до 30 с. Сосредоточен­ ный мощный пульс от второго лазера нацеливают на пары выше горячего нефтяного слоя, чтобы зажечь их. Исследования проводились также в целях

Рис. 3.80. Конструкция воспламенителя Dome (а) и топливной корзины (б):

I —топливная корзина; 2 —топливо; 3 — воспламенитель; 4 — керосин; 5 — огнепровод

Требования по охлаждению являются доста­ точно важными т. к., например, химический лазер LCA потребляет 21 кВт, чтобы создать 1 кВт лазер­ ной мощности. Соответственно 20 кВт должны быть рассеяны в окружающей среде. Лазер охлаждается водой. В вертолете не может быть никакой внешней поставки воды. Таким образом, вода охлаждается или через теплообменник воздухом, или нагревая своего рода холодный бассейн типа контейнера, заполненный жидким азотом или сухим льдом. Возможна и комбинация этих методов при усло­ вии, что лазер не будет использоваться непрерывно.

Требования к вертолетной установке — носи­ телю лазера: достаточные вместимость, грузо­ подъемность, ширина дверей, размеры каюты.

Недостатком способов лазерной очистки вод­ ной поверхности является то, что значительная (до 50 %) доля энергии лазерного излучения может тратиться на испарение пленки нефтепродукта. При этом пары нефтепродукта, образующиеся от

Шарнирный

механизм

воздействия лазерного пучка на водную поверх­ ность в процессе очистки акватории, загрязняют окружающую атмосферу, а сам нефтепродукт прак­ тически теряется. Кроме того, вследствие наличия на водной поверхности, покрытой нефтяной плен­ кой, хотя бы небольших волн (волновой ряби) лазерное излучение, направляемое на поверхность, поглощается ею неравномерно, вследствие чего на поверхности возникают зоны воспламенения, кипе­ ния и непрогрева. С другой стороны, чем меньше толщина нефтяной пленки, тем легче она испаря­ ется под воздействием лазерного пучка. При этом также формируется пятнистая структура поверх­ ностной нефтяной пленки, в которой зоны очищен­ ных участков поверхности воды постепенно затя­ гиваются соседними неочищенными участками, и процесс может повторяться многократно до прак­ тически полного испарения или сгорания пленки, на что затрачивается повышенное количество лазер­ ной энергии.

Компьютер/

---------► сервопривод

Компьютер или человек

Виброизоляция Поддержание фокуса Визуальное подтверждение

ИК-луч или визуально

Компьютер или человек

Востаменителъ Premo (Plastics Engineering,, Ltd) —

новый образец воздушно-складного воспламени­ теля, который хорошо себя зарекомендовал при поджоге разливов на грунте и контроле лесного пожара. Он представляет собой пенопластовый сферический контейнер (диаметр приблизительно

1 дюйма), заполненный перманганатом калия

(приблизительно 3 г). Как только в контейнер вво­ дится небольшой объем (обычно 1 мг) гликоля, начинается экзотермическая реакция, длящаяся при­ близительно 20-30 с и приводящая к разрушению сферического контейнера с огнем. Объем и кон­ центрация используемых химикалий определят норму получающейся химической реакции. Опыт показал,

например, что при вводе водного раствора гликоля с концентрацией в пределах от 50 до 100 % проис­ ходит задержка времени воспламенения до 30 с. Изменяя размер зерен и объем перманганата калия, можно подобрать оптимальную реакцию и размер пламени. Химический состав, используемый в вос­ пламенителе Premo для применения на земле, в настоящее время не соответствует требованиям, необходимым для поджога нефти на водной поверх­ ности. Однако с незначительными модификациями этот воспламенитель может быть использован в опе­ рациях по поджогу нефти.

Сведения об используемых воспламенителях представлены в табл. 3.50.

Таблица 3.50

Требования по обслу­ живанию

Восприимчивость к высо­ ким или низким темпера­ турам во время хранения/транспортировки