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

Вычисление степени ухудшения поглотитель­ ной способности: для второго цикла — процент от

V

нефтеемкости из первого цикла ( - ^ - ) и т. д. для

как для короткого теста. Исключением является лишь то, что образец должен быть вырезан разме­ ром 16 х 18 см. Этот тест применим для средней и тяжелой нефти. Отжимной ролик должен иметь ширину, достаточную для отжима развернутого образца, и диаметр 3-10 мм. Давление прижатия ролика должно быть 4 кг/см, а скорость протяжки сорбента — 5 и 10 см/с.

Перед тестом надлежит взвесить образец, затем провести процесс насыщения и стекания, далее определяется масса адсорбированной нефти так же, как в коротком тесте на адсорбционную емкость. Влажный образец прогоняется через отжимную машину со скоростью 5-10 см/с.

Повторить процедуру 5 раз. Вычисления прово­ дят по средним значениям.

При отжиме ц е н т р и ф у г и р о в а н и е м образцы подготавливают так же, как и для отжима с исполь­ зованием роликовых устройств. Эта процедура является подходящей для легкой, средней и тяже­ лой нефти. Центрифуги должны иметь взрывобезопасное исполнение всех составных частей, и в обязательном порядке двигателя и электриче­ ского пульта управления.

Перед тестом надлежит взвесить образец, затем провести процесс насыщения и стекания, далее определяется масса адсорбированной нефти так же, как в коротком тесте на адсорбционную емкость. Влажный образец прогоняется через центрифугу в соответствии с указаниями производителей. По­ вторить процедуру 5 раз. Вычисления проводят по средним значениям.

При длительном хранении сорбенты необходимо проверять по следующим показателям:

• плотность (вычисляют, исходя из массы

иобъема упаковки сорбента);

•плесень (восприимчивость сорбента к плесени при нормальном хранении. Цель этого теста —

определить ожидаемый срок годности при условиях, которые могут привести к образованию плесени);

• воспламеняемость (воспламенение от искры, сигареты или другого источника огня, с которыми можно столкнуться при обычном хранении, отгрузке и транспортировке).

Основные эксплуатационные свойства сорбентов

Основным показателем сорбента является его нефтеемкость. Она может быть выражена различ­ ными способами: как отношение массы поглощен­ ной нефти к массе сорбента, как соответствующее отношение объемов или как смешанное отноше­ ние. Совершенно очевидно, что любая пористая структура не может вместить объем жидкости, превосходящий объем пор. Даже если учесть неко­ торое набухание сорбента и возможность удержа­ ния определенного количества жидкости внешней поверхностью, объемная нефтеемкость даже самых высокопористых сорбентов близка к единице, т. е. если необходимо удалить 1 м3 нефтепродукта, то для этого потребуется не менее 1 м3 готового сор­ бента. При использовании объемных характеристик различие между сорбентами по емкости выража­ ется десятыми и сотыми долями; при использова­ нии массового соотношения чем легче сорбент, тем больше это соотношение, которое может дос­ тигать нескольких десятков, при этом для пере­ возки и хранения такого легкого продукта важны кубометры, а не тонны. К тому же слишком лег­ кий сорбент склонен слеживаться и разлетаться при ветре.

Нельзя забывать, что емкость поглощения бы­ вает статическая (максимальная) и динамическая (в реальных условиях). Если первая определяется при погружении сорбента в чистый нефтепродукт, то вторая зависит ог толщины пленки, наличия воды, скорости течения реки, использования в той или иной операции по локализации разлива и мно­ гих других факторов. Статическая емкость погло­ щения обычно значительно больше динамической.

1. Коэффициент статической нефтеемко­ сти Kj

Коэффициент статистической нефтеемкости К\ может быть использован для сравнения эффективно­ сти применения сорбентов (для определения запа­ сов сорбента или подсчета стоимости использования

° с о р б

где Scop6— площадь сорбирующего полотна, м2 Коэффициент Kis показывает, какое максималь­

ное количество нефти может сорбировать полотно сорбента площадью 1 м2 Данное значение инди­ видуально для каждого сорбционного продукта, т. к. зависит не только от материала сорбирующего полотна, но и от его толщины.

2. Коэффициент динамической нефтеемко­ сти К2(методика определения расчетного значения)

Основная величина, влияющая на нефтеемкость сорбентов в реальных условиях разлива нефти, — это толщина ее пленки, которая зависит: от вязко­ сти нефтепродукта, его плотности, силы поверх­ ностного натяжения на границе нефть— вода. В свою очередь, значения этих свойств нефтепро­ дуктов зависят от температуры окружающей среды, плотности воды (солености) и многих других фак­ торов. Учет всех этих факторов сложен и в реаль­ ных условиях разлива фактически невозможен.

Соответственно в этом случае коэффициент динамической нефтеемкости будет зависеть от толщины нефтяной пленки, на которую наносится сорбент. При этом он увеличивается с увеличением толщины нефтяной пленки, но не превышает ста­ тического коэффициента нефтеемкости (массовой).

Для определения массы сорбента (кг) при тонких нефтяных пленках используется формула

С0Р6 К2 С*Аа ‘

Например, для сорбента СТРГ (сорбент термо­ расщепленный графитовый) ^сорб = 70 м2/кг при насыпной плотности 10 кг/м3 Зависимость дина­ мического коэффициента нефтеемкости К2 от тол­ щины пленок нефти для этого сорбента и данные по толщине пленок при растекании 1 кг нефти плотностью 800 кг/м3 представлены в табл. 3.56. Статический коэффициент массовой нефтеемкости сорбента СТРГ Кш = 60.

Из графика (рис. 3.95) видно, что коэффициент динамической нефтеемкости для сорбента СТРГ достигает значения статического коэффициента нефтеемкости только при толщине нефтяной плен­ ки более 1,1 мм. Эти данные имеют высокую сте­ пень схождения с экспериментальными данными.

Таким образом, K2(Ji) определяется из графика для каждого сорбента отдельно.

Для всех типов сорбентов с нарастанием тол­ щины нефтяной пленки коэффициент увеличива­ ется, но при этом не превышает коэффициента К\ (рис. 3.96-3.98).

5. Коэффициент нефтеемкости натекания К3

(методика определения)

Коэффициент нефтеемкости натекания К3=Х£?н) показывает, какое количество нефти (нефтепро­ дуктов) сможет сорбировать 1 кг сорбента с учетом его плавучести при натекании нефти с массовым расходом QHи времени натекания /нат. Используется для расчета количества сорбента, необходимого для создания сорбентных барьеров, и времени его смены при локализации разлива нефти на реках

количества натекающей на барьер нефти в единицу времени (оно может быть определено по данным табл. 3.56) и от плавучести сорбента.

В общем случае коэффициент К3 зависит от плавучести сорбента, массового расхода нефти (нефтепродукта) в тонких натекающих пленках и определяется по следующей зависимости:

При расчете с использованием коэффициента К3 нужно учитывать два основных граничных условия:

Кз < Ки

*нат < /швв ( ^плав— время плавучести сорбента,

сут).

Коэффициент К3 в большой степени зависит от гидрофобности и плавучести используемого сор­ бента. При выполнении данной операции сорбент долгое время находится на поверхности воды, по­ этому он должен обладать низкой степенью влагонасыщения. Чем выше степень влагонасыщения сорбента, тем ниже коэффициент К3.

На рис. 3.99 показана зависимость коэффици­ ента К3 от плавучести и массового расхода нефте­ продуктов в натекающих тонких пленках.

Таким образом, по представленным семействам кривых, а также приведенным расчетным форму­ лам проводится анализ эффективности работы того или иного сорбента, определяется его необ­ ходимое количество и рассчитываются затраты на использование сорбента для локализации разлива нефти и нефтепродуктов в условиях рек.

Способ определения необходимого количества сорбента и времени его смены перед БЗ

Определение массы (кг) сорбента в сорбентной преграде:

т,сорб

где Qn — усредненный массовый расход нефти (нефтепродукта) в тонких натекающих пленках, кг/сут (упрощенно может быть определен следую­ щим образом:

Qa = ^ 6 ,4 L njIVp/lnn,

где Lnn — ширина натекающей пленки, м; vp — средняя скорость течения реки, м/с; А™— толщина натекающей пленки нефти, мм (табл. 3.56); /нат — время натекания нефти, сут; /нсорб — масса сор­ бента, кг.

где S'™ — площадь насыпной сорбентной плотины, м"; Яр — ширина реки, м; Яс — ширина сорбент­ ной преграды, м; Sc — площадь растекания I кг сорбента, м“

Определение коэффициента К3для сорбента:

к г = 0 ^ - < к х,

соро

где £?„, — массовый расход радужной пленки (утечка нефти), кг/сут.

Определение времени (ч) смены сорбента:

При наблюдении изменения расхода натекаю­ щей нефти расчеты корректируются с помощью графика (рис. 3.100).

4. Растекаемостъ сорбентов

Это свойство тесно связано со структурой сор­ бента. Он должен иметь сыпучую структуру. Свой­ ство растекания для сорбента важно при локализа­ ции тонких пленок нефти. Оно связано с эффек­ тивностью применения сорбентов, если учитывать, что сорбент в этом случае обладает нефтеемкостью, отличающейся от значений, полученных при стати­ ческом методе ее определения.

5. Плавучесть сорбентов

При использовании сорбентов на водной поверх­ ности их высокая плавучесть необходима по несколь­ ким причинам:

1) в связи с возможностью использования сор­ бента в качестве средства превентивной защиты. При этом неизвестно точное время, которое может пройти с момента нанесения сорбента на пятно до момента начала его работы, но потери сорбента за этот промежуток времени должны быть минимальны;

2)при применении БЗ на реках с сильным тече­ нием, т. к. собственная высокая плавучесть сор­ бента повышает плавучесть сорбированной нефти

итем самым значительно снижает объем нефти (нефтепродуктов), проскальзывающей под БЗ;

3)это свойство сорбента может быть использо­ вано для создания своеобразной плотины между БЗ и переносимой по поверхности воды нефтью (нефтепродуктами), которая не пропустит разлитую

нефть. От плавучести сорбента может зависеть и коэффициент динамического нефтепоглощения.

Работы по сбору сорбированной нефти могут проводиться через большой промежуток времени после начала локализации (от нескольких суток до нескольких недель). Это обстоятельство требует от сорбентов довольно высокого запаса по плавучести.

6. Скорость насыщения нефтью

Высокая скорость реакции важна как при нане­ сении сорбента непосредственно на нефтяное пят­ но при его продвижении от места разлива нефти, так и при использовании его в качестве барьера.

Важность этого свойства для сорбента можно определить из зависимости:

где Ьз6 — протяженность береговой линии, загряз­ ненной сырой нефтью, м; /реаг — время насыщения сорбента нефтью, с; vT— средняя скорость течения реки, м/с.

Проведя несложные вычисления, можно убе­ диться, что при скорости реакции сорбента 5 мин даже после нанесения его на нефть и при скорости течения реки 0,5 м/с она загрязнит береговую полосу на протяжении 150 м, причем только одного берега реки. На нешироких реках загрязнению одновременно могут подвергнуться оба берега, что в 2 раза увеличит ореол загрязнения. Это приве­ дет к дополнительным затратам при сборе нефти с береговой полосы.

При использовании сорбента с низкой скоро­ стью реакции в качестве барьера перед бонами необходимо увеличивать площадь нанесения сор­ бента, чтобы не допустить прохождение несорбированной нефти к бонам, а это, в свою очередь, ведет к перерасходу сорбента и увеличению важности наличия плавучести у сорбента.

На рис. 3.101 показана зависимость насыщения различных сорбентов нефтью от времени сорбции.

7. Диапазон рабочих температур сорбента

При понижении температуры окружающей среды сорбирующая способность сорбентов может резко снижаться. Это происходит в основном по двум причинам:

1)при снижении температуры окружающей среды увеличивается вязкость нефтепродуктов, что при­ водит к снижению сорбционных свойств сорбен­ тов, не предназначенных для сорбирования вязких нефтепродуктов;

2)обмерзание воды на поверхности и в порах сорбента. Это происходит с гидрофильными сорбен­ тами (статический угол смачивания <90°).

При низких положительных температурах наи­ лучшими сорбирующими свойствами отличаются сорбенты, способные сорбировать наиболее вязкие нефтепродукты, а при снижении температур в от­ рицательную область — наиболее гидрофобные сорбенты.

Рис. 3.99. Зависимость коэффициента К3от плавучести сорбента при различной степени натекания нефти:

1— Q= 3 кг/сут; 2 — Q= 5 кг/сут; 3 — Q= 30 кг/сут

Q, кг/сут

Рис. 3.100. Изменение времени смены сорбента в зависимости от массового расхода

натекающей нефти (для сорбента СТРГ)

Тактика локализации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с применением сорбентов

При выборе сорбентов необходимо учитывать их показатели:

•сорбирующую способность,

•плотность,

•диапазон рабочих температур,

•гидрофоб ность,

•плавучесть,

•токсичность,

•возможность регенерации,

•скорость поглощения нефти,

•способ утилизации,

•способы нанесения.

Взависимости от условий применения на пер­ вый план выходят те или иные свойства сорбентов.

При локализации разлива для уменьшения ореола

загрязнения, снижения негативного воздействия

иущерба окружающей природной среде, миними­ зации затрат на ликвидацию последствий аварии

иработы по рекультивации, предотвращения воз­ можности образования нефтяной эмульсии важны свойства сорбентов, позволяющие произвести лока­ лизацию в короткое время. В этой ситуации важ­ нейшими показателями сорбента являются скорость поглощения нефти, плавучесть, возможность дос­ тавки необходимого количества сорбента к месту аварии (т. е. сорбирующая способность, плотность, способы нанесения).

Взависимости от климатических условий при­ обретают значение рабочие температуры примене­ ния сорбента; они важны также при возгорании нефтяного пятна.

Сорбенты должны обеспечивать ликвидацию нефтяного загрязнения с наиболее полной очи­ сткой территории и с наименьшими затратами.

Вэтой ситуации важнейшими показателями сор­ бента являются возможность регенерации, простота утилизации, максимально достижимая остаточная концентрация нефти.

Окончательный выбор проводят с учетом затрат на сорбент при поглощении 1 т нефти.

Ввиду того что локализация разлива нефти во многом предопределяет затраты по ликвидации, проведен анализ возможности применения сорбен­ тов для более эффективной локализации нефтяных разливов.

При принятии решения о применении сорбентной технологии для локализации разлившейся

нефти (нефтепродуктов) на реках необходимо ответить на ряд вопросов:

•целесообразно ли использование сорбентов для локализации разлива нефти в данной ситуации

сучетом условий разлива, его объемов и др.;

•какая тактика локализации разлива нефти

спомощью сорбента приемлема;

•имеется ли в наличии сорбент со свойствами, необходимыми для локализации разлива нефти (тип имеющегося сорбента, его характеристики; работа сорбента в статике, динамике; определение необходимого количества сорбента);

•каким образом будет утилизирован сорбент после использования.

Так как основным преимуществом применения сорбентной технологии локализации разливов нефти (нефтепродуктов) на реках является увели­ чение скорости реагирования на разлив, принятие решения о применении сорбента зависит от наличия:

•специалистов, способных грамотно реализовать план локализации и ликвидации аварийного разлива нефти (нефтепродуктов) на реке;

•сил и средств для организации скорейшей ло­ кализации загрязнения;

•средств для последующего сбора и утилизации сорбента.

Однако во многих случаях применение сорбентовлокализаторов экономически невыгодно. Например, нанесение сорбентов малоэффективно в случае, когда нефтяное пятно идет сплошной полосой, толщина его более 5 мм, а скорость течения на участке реки менее 0,2 м/с (выгоднее использовать механические барьеры и заграждения), а также в случае, когда нефть разливается на небольшом удалении от мест сосредоточения сил и средств ликвидации аварии

иесть возможность эффективного использования более дешевых средств локализации.

Количество разлитой нефти приблизительно можно определить по цвету надвигающегося пятна (табл. 3.56). Это может быть важно при определении набора сил и средств для локализации нефтеразлива.

Тактика локализации нефтеразлива

сиспользованием сыпучих сорбентов

вусловиях рек

Определить время реагирования на разлив нефти на реке можно с помощью рис. 3.102. Схема реа­ гирования на разлив с применением сорбентов приведена на рис. 3.103.

(/) Первоначальное нанесение сорбентов на нефтяное пятно. Данную операцию желательно провести перед подходом основных сил. Целесо­ образно использовать авиатранспорт. При неболь­ ших разливах нефтепродуктов эта операция основ­ ная, а иногда и единственная.

Расчет количества сорбента, необходимого для осуществления операции осуществляется по формуле

т.

m =1,2

« Ж )

где тс — масса сорбента, необходимого для лока­ лизации разлива нефти массой /я„, кг; тн — масса разлитой нефти, кг.

Особенности климатической обстановки на месте ЛАРН и другие непредвиденные обстоятельства учитываются коэффициентом запаса, равным 2.

Время доставки ta0CTсорбента от места его хра­ нения до места использования составляет:

(д О С Т ^погр ^тр 5

где /догр — время погрузки сорбента на транспорт­ ное средство нефтебазы одним человеком, ч; время транспортировки сорбента от места хранения до максимально удаленной точки, ч; п — число упаковок сорбента; тД — масса всех упаковок сорбента; тск— масса брутто одной упаковки сор­ бента; /кор — время на загрузку одной упаковки; LTр — расстояние от места хранения сорбента до максимально удаленной точки, км; — средняя скорость движения транспортного средства на пути следования.

Операции по выгрузке и нанесению сорбента будут происходить одновременно. Время выгрузки не учитывается. Для проведения работ по нане­ сению сорбента необходимо устройство для его нанесения.

Время нанесения сорбента с использованием одного устройства:

где т\ заряда — масса одной заправки, кг; /Р — время нанесения сорбента с учетом времени на заполне­ ние устройства, ч.

(2) Нанесение сорбента вдоль береговой линии. Эта операция позволяет минимизировать ущерб, наносимый нефтью береговой полосе, и зна­ чительно снизить объем работ по сбору нефти с грунта. Сорбент не позволяет подойти жидкой нефти вплотную к берегу, создавая своеобразную преграду.

(3) Установка первого ряда заградительных бонов. Эта операция направлена на предотвраще­ ние дальнейшего распространения нефти. Уста­ новка бонов производится в местах снижения ско­ рости течения реки для обеспечения нормальной работы бонов, а впоследствии и нефтесборочной техники (повороты реки, места расширения русла и др.). Следует учитывать, что наибольшая эффек­ тивность БЗ достигается при угле установки бонов 15-20° к направлению течения реки.

(4) Нанесение сорбента непосредственно перед бонами. Эту операцию следует прово­ дить при большом количестве разлитой нефти (нефтепродукта) — создается дополнительное препятствие для ее движения, происходит насыще­ ние сорбента. Данная операция целесообразна и при высокой скорости течения реки. Сорбиро­ ванная нефть имеет повышенную плавучесть, что наряду с барьером из сорбента препятствует протеканию нефти под БЗ.

(5, 6) У становка второго ряда БЗ и нанесе­ ние сорбента между рядами бонов (рис. 3.104). Цель операции — дополнительная защита реки вниз по течению от проскальзывающей нефти и доочистка воды от нефтепродуктов. Расстояние между рядами БЗ должно быть не менее 7-10 м. В некоторых случаях одного-двух рядов БЗ может быть недостаточно, тогда устанавливается такое количество рядов БЗ, которое позволяет добиться полной локализации нефтезагрязнения. Предусматривается использование и сорбирую­ щих бонов (рис. 3.105).

Данная тактика может работать комплексно в зависимости от условий разлива нефти (нефте­ продуктов), ее количества и свойств, погодных условий, наличия или отсутствия необходимого