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

устройства является его размер, который требует транспортировки морским путем. Существенное преимущество этого устройства пред стандартным огнестойким боном — расширенная область применения.

Усовершенствованныеустройства на базе нефтеналивной баржи (варианты НА и ИВ)

Модернизированные варианты устройства для сжигания нефтяных пленок на водной поверхно­ сти НА и ИВ (рис. 3.85) разработаны с целью уве­ личения скорости горения и снижения количества выбросов до уровня, позволяющего использовать их в случае необходимости в прибрежных водах. В обеих версиях применены два усовершенство­ ванных устройства сгорания потока воздуха (рис. 3.85, а) и современной системы горения нефти и газа (рис. 3.85, б), при этом корпус баржи такой же, как и в варианте I. В устройстве ПА сжигание нефти осуществляется в кормовой части. Нефть проходит в область сжигания, состоящую из двух систем, оборудованных для подачи избыточного количества воздуха. Каждая система способна сжигать нефть со скоростью 200 т/сут (в целом устройство ИА может сжигать до 850 т/сут нефти) с уменьшенными выбросами вредных продуктов сгорания в окружающую среду (особенно сокра­ щаются видимые выбросы). Работа данной системы сжигания нефти не приносит вреда здоровью обслуживающего персонала на борту баржи. Стоимость устройства ПА несколько выше, чем устройства I. Преимущества устройства ИА: срок службы больше, чем стандартного огнестойкого бона; повышенная эффективность сжигания и уменьшенные выбросы. Недостатки: большой раз­ мер, ограниченная транспортабельность, дополни­ тельная сложность и высокая стоимость.

Для устройства ИВ высокая производительность и низкие выбросы достигнуты путем применения нового типа горелки Expro, Ltd. Нефть из централь­ ной секции подается непосредственно к горелке. Форсунки горелки установлены на консоли в сто­ роне от баржи, чтобы уменьшить тепловую радиа­ цию и направить выбросы с подветренной стороны далеко от баржи. Таким образом, сжигание проис­ ходит за пределами баржи. На барже установлены вспомогательные системы: три компрессора для

подачи воздуха к форсункам горелки, сборщик и насос, чтобы подавать нефть к сборщикам, и водя­ ной насос с системой разбрызгивания для защиты корпуса от тепловой радиации. Модель с двумя горелками способна обеспечить сжигание нефти со скоростью 1500 т/сут. Горелки данного типа позволяют сжигать эмульсию с 50% содержанием воды.

Сложность вспыхивающей горелки и наличие вспомогательных машин требуют присутствия обученного персонала на борту баржи в течение всей операции сжигания.

Модульное транспортабельноеустройство для сжигания нефти (вариант III)

Устройство III — это, по существу, адаптация основной схемы устройства I в попытке уменьше­ ния проекта и стремление сделать его модульным, чтобы иметь возможность перемещения устройства на грузовике или самолете, а это дает возможность реагировать на разливы нефти по всему миру. Схема базовой конструкции баржи (30-метровая версия) (рис. 3.86) использует систему наклонного нефтесборщика. В стандартном нефтесборщике со­ бранная нефть подается в баржу или плавучую емкость для хранения. В описываемом устройстве нефть сжигается непосредственно в нем. Вспомога­ тельные системы, такие как системы воспламене­ ния и подавления огня, использующие баллоны со сжатым СО2, могут быть установлены на катере и защищены от высокой температуры и пламени. Охлаждающая вода подается плавучим насосом, буксируемым позади судна. Производитель «Webster Barnes, Inc.» предлагает проекты с корпусами дли­ ной 55 и 30 м, со скоростью сжигания соответ­ ственно 1700 и 700 г/сут. Модульная версия уст­ ройства, допускающая перевозку по воздуху, имеет длину 22 м, скорость сжигания приблизительно 570-725 т/сут. Преимущества устройства III: про­ стота, маневренность, транспортабельность, боль­ ший срок службы по сравнению с огнестойким боном. Недостатки: высокая стоимость, хотя она может быть компенсирована наличием одного или двух устройств, чтобы обеспечить потребности всей страны. Очень эффективно для проведения долгосрочных операций по сжиганию нефти на месте разлива.

Техника безопасности. При сжигании нефти на месте разлива необходимо предусмотреть защиту от следующих факторов:

1. Имеется большой риск получения травм от огня и воздействия высоких концентраций частиц дыма. Риск от воздействия выбросов дыма будет минимальным или несущественным, если все суда и задействованный персонал будут находиться с подветренной стороны или поперек направления ветра по отношению к пятнам нефти до воспламе­ нения и во время сжигания. На рис. 3.93 представ­ лены безопасная и опасная зоны при сжигании нефтяного пятна на водной поверхности на рас­ стоянии более 3 миль от берега, а на рис. 3.94 — концентрации вредных веществ в дыме.

2. В течение первых 24 ч (или около того) после разлива персонал может находиться под воздействием летучих соединений УВ, включая бензол, по мере испарения легких фракций или сероводорода (при сжигании сернистой нефти. Содержание S 02, СО, H2S и летучих соединений УВ (включая бензол) определяют с помощью де­ текторных трубок, персональных сигнализаторов и/или измерительных приборов с непосредствен­ ным отсчетом. В зависимости от концентрации загрязняющих веществ на участке реагирования химический противогаз со смешанными фильтрами может обеспечить надлежащую защиту от S 02, твердых частиц и летучих соединений УВ (вклю­ чая бензол).

3.Должна быть определена безопасная зона (зоны) для персонала, занятого на работах по сжиганию нефти на месте, с учетом основных опасностей для него, включая риск от обратного удара пламени, повторного или непроизвольного воспламенения, воздействия выбросов тепла и дыма из пламени

идр., а также участки, приемлемые для таких работ. Необходимо выявить площади, где воспламенение

идлительные операции по сжиганию на месте не допускаются.

4.Огнестойкие БЗ могут быть серьезно повреж­ дены во время проведения операций по сжиганию нефти на месте, и их извлечение может оказаться затруднительным. Нефть может глубоко проникнуть

исмочить внутреннюю часть БЗ, и его подъем на палубу судна может сопровождаться значитель­ ным загрязнением. Однако извлечение БЗ должно быть сравнено с работой со скиммерами, шлангами для перекачки и контейнерами для хранения во

время проведения обычных операций по удалению нефти механическими средствами.

5. По соображениям безопасности пилоты воз­ душных судов обычно предпочитают работать с вос­ пламеняющими системами, которые не имеют детонаторных шнуров внутри воздушного судна, и выгружают воспламенитель вручную через окно или дверь.

Перед поджогом нефтяного пятна и в процессе его горения необходимо проводить следующие мероприятия:

•рассмотреть возможные пути рассеивания дыма для уменьшения вредного воздействия на окружающую среду;

•подготовить оборудование и провести инструк­ таж персонала, задействованного в организации процессов поджога и горения;

•контролировать возникновение вторичных очагов возгорания и предпринимать меры к их погашению;

•дать время на охлаждение остатков горения перед их удалением;

•получить одобрение проведения процедуры сжигания на месте разлива у соответствующих органов;

•перед началом операции проверить скорость

инаправление ветра, чтобы гарантировать безопас­ ность персонала и контролировать распространение огня (сжигание не начинают при скорости ветра более 12 м/с);

•проконтролировать, чтобы весь персонал, задействованный в операции по сжиганию нефти на месте разлива, был обеспечен защитной одеждой

исредствами индивидуальной защиты.

Следует помнить, что нефтепродукты горят эффек­ тивно и производят мало остатка, но могут быть токсичными, и что процесс горения может быть остановлен несколькими способами:

•увеличением скорости буксировки БЗ, что вызывает проскальзывание нефти под бонами, однако при этом, прежде чем пятно уменьшится

втолщине и погаснет, диаметр горящего пятна временно увеличивается в 10 раз;

•откреплением бона одним из судов, что позво­ ляет нефти растекаться, уменьшаться толщине пленки

иприводит к прекращению процесса горения. Этот способ также приводит к временному увеличению диаметра горящего пятна в 10 раз.

3.1.4. Сорбционный метод локализации

Сорбент — это материал, собирающий нефть путем адсорбции или абсорбции.

При применении сорбционного метода локали­ зации разливов нефти и нефтепродуктов очень важен выбор сорбента.

Ранее считалось, что нефтяные сорбенты пред­ назначены для использования только на завершаю­ щей стадии очистки водоемов от нефтяных загряз­ нений, т. к. они способны собирать с поверхности воды толстые пленки нефти и нефтепродуктов, с которыми не справляется ни один адгезионный, вакуумный или пороговый нефтесборщик. Однако существуют сорбенты, могущие успешно исполь­ зоваться для локализации нефтеразлива на поверх­ ности воды. Сорбционный метод локализации осо­ бенно актуален при разливах на реках с быстрым течением и на акваториях при неблагоприятных погодных условиях, когда применение других методов локализации невозможно или не так эффективно.

Основы сорбционной технологии

Для производства нефтяных сорбентов исполь­ зуют различное сырье, поэтому, чтобы разобраться в их многообразии и выбрать наиболее оптималь­ ные для определенной практической деятельности, необходимо четко знать требования к свойствам сорбентов.

По принципу действия сорбенты можно раз­ делить на две основные группы — адсорбенты и абсорбенты.

Адсорбенты — это материалы, для которых ха­ рактерен процесс поглощения, или «связывания», нефти путем физической, поверхностной адсорб­ ции. Явление адсорбции возникает из-за наличия силы взаимного притяжения между молекулами адсорбента и нефти на границе раздела соприка­ сающихся фаз. Количество поглощаемого данными материалами вещества зависит прежде всего от их свободной площади и свойств поверхности.

Увеличение площади поверхности материалов может быть достигнуто различными методами, из которых наиболее распространены измельчение, увеличение пористости и грануляция. Полученные таким образом вещества различаются не только уровнем развитости поверхности, но и механизмом осуществления сорбционного процесса.

различных материалов, является площадь поверх­ ности этих материалов. При дроблении достигается уменьшение геометрического размера частиц в 10 раз, что приводит к соответствующему увели­ чению площади поверхности. Вместе с тем, предел измельчения частиц с целью увеличения их погло­ тительной способности по отношению к нефти и нефтепродуктам не бесконечен. С уменьшением размера отдельных частиц происходит уменьшение их массы; при этом снижение может достигнуть критической точки, когда сила воздействия частицы на поверхность адсорбируемой жидкости не пре­ высит силы ее поверхностного натяжения. Вслед­

предел измельчения в технологии производства адсорбентов зависит от использованного материала, но в целом составляет не менее 0,1 мкм.

Увеличение п о р и с т о с т и материалов в про­ мышленной практике достигается термическими, механическими, химическими и другими методами. Пористость адсорбентов характеризуют показате­ лем их плотности. Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность адсорбента.

Под истинной плотностью понимают массу единицы объема плотного материала (без учета пор).

Кажущаяся плотность — это масса единицы объема пористого материала.

Насыпная плотность — это масса единицы объема свободно лежащего слоя адсорбента, вклю­ чая объем пор собственно в адсорбенте и в проме­ жутках между его частицами.

Пористые адсорбенты Moiyr состоять из макропор, переходных пор и микропор.

Средние радиусы макропор находятся в преде­ лах 1 0 0 0 - 2 0 0 0 А , а удельная поверхность (поверх­ ность, отнесенная к единице массы адсорбента) составляет 0,5-2 м2/г. Малая величина удельной поверхности свидетельствует о том, что макропоры не играют заметной роли в величине адсорбции, однако они являются транспортными каналами, по которым молекулы адсорбируемого вещества про­ никают в глубь гранул адсорбента.

Эффективные радиусы переходных пор распо­ ложены в интервале от 15-16 до 1 0 0 0 - 2 0 0 0 А , что значительно превышает размеры обычно адсорби­ руемых молекул. Удельные поверхности их могут

достигать 40 м2/г. Переходные поры заполняются до конца при достаточно высоком парциальном давлении пара сорбируемого компонента.

Средние радиусы ниже 15-16 А. По размерам микропоры соизмеримы с молекулами адсорби­ руемого вещества. Энергия адсорбции в микропорах значительно выше, чем в переходных порах и макропорах. Вследствие этого адсорбция в микропорах приводит к их объемному заполнению. Удельный объем микропор (объем, отнесенный к единице массы адсорбента) составляет примерно 0,2-0,6 см3/г.

Общая суммарная площадь поверхности для пористых адсорбентов может составлять 10-250 м~/г. Они могут быть выполнены из олеофильных орга­ нических и неорганических материалов.

Абсорбенты — это материалы, для которых характерен диффузионный процесс поглощения нефти и нефтепродуктов всем своим объемом. Эффективность данного процесса зависит прежде всего от химического родства материалов сорбен­ тов и впитываемой жидкости, а также от структуры вещества абсорбента. Впитывание нефти в абсор­ бент происходит в результате начальной быстропротекающей адсорбционной стадии, при которой нефть смачивает поверхность абсорбента, а затем более медленно проникает в пористую структуру материала и заполняет все имеющиеся пустоты под действием в основном капиллярных сил.

По с т р у к т у р о о б р а з у ю щ е м у м а т е р и а л у все абсорбенты можно разделить на волокнистые и объемно-пористые. Общим для этих материалов является наличие у них объемной структуры, а их пористость обусловлена прежде всего пустотами структуры. При этом стенки, ограничивающие данные пустоты, образованы собственно из мате­ риала абсорбентов. Макро- и микропоры по отно­ шению к данному объему составляют не более 1 %, поэтому на уровень процесса абсорбции практически не воздействуют. Пористая структура волокнистых абсорбентов хаотична и может быть изменена в результате уплотнения, перемещения или другого внешнего воздействия. Объемно­

ные пустоты данных материалов геометрически правильной формы.

Основные принципы п р о ц е с с а п о г л о щ е н и я нефти и нефтепродуктов абсорбентами описываются

с использованием модели явления капиллярности. Общим для всех структурообразующих материалов абсорбентов является гидрофобность и олеофильность их поверхности. Если представить структуру абсорбентов в виде системы капилляров, то про­ цесс абсорбции нефтепродуктов можно рассматри­ вать как два процесса с различными направлениями действия. Известно, что в капиллярах с гидрофоб­ ными поверхностями неполярная жидкость под действием атмосферного давления может подни­ маться выше их начального уровня за счет так называемого капиллярного эффекта. Чем меньше диаметр капилляра, тем выше уровень подъема. На этом принципе построено явление, получившее название капиллярного насоса, при котором в кон­ такт с нефтью входит наибольший по диаметру капилляр и далее последовательно капилляры мень­ ших диаметров, что обеспечивает максимальный подъем нефти по высоте. Капиллярное перемеще­ ние жидкости по горизонтали также определяется атмосферным давлением; при этом, для того чтобы происходил данный процесс, толщина слоя нефте­ продукта, контактирующего с абсорбентом, должна быть больше, чем мономолекулярного слоя. При этом атмосферное давление и давление слоя нефти суммируются вне зоны абсорбента (как снаружи, так и внутри его). Разница этих давлений обуслов­ ливает появление горизонтальной составляющей, под действием которой происходит начальное заполнение структурных пустот абсорбента. Макропоры и микропоры в структуре данного материала выступают в качестве дополнительных капилля­ ров, имеющих меньший диаметр, вследствие чего суммарная капиллярная структура абсорбента впи­ тывает нефть по принципу капиллярного насоса.

Ниже адсорбенты и абсорбенты, используемые для сорбирования пленок нефти и нефтепродуктов, называются нефтяными сорбентами.

К ласси ф и к ац и я н еф тян ы х со р б ен т о в

При классификации сорбентов учитываются их сорбционная способность, гидрофобность, пожаро­ безопасность, токсичность, скорость реагирования, плавучесть и утилизационная способность вместе с собранной нефтью или нефтепродуктами, техно­ логичность способов применения и сбора, а также оценка возможности применения к различным ти­ пам нефти и нефтепродуктов независимо от вида акваторий.