Химический способ ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов Использование химических средств - это резервный вариант

такого элемента оборудования, необходимо учитывать ограничения материально-технического характера, связанные с хранением собранной нефти (баржи), наличие подходящих привальных брусьев для судов (суда снабжения) и объектов утилизации нефти.

Насосы.

Общая эффективность нефтесборщиков зависит от соответствующих возможностей перекачки собранной нефти. Выбор нефтесборщика с соответствующим насосом имеет весьма большое значение.

Всем насосам свойственны потери эффективности, хотя и разными темпами, происходящие с увеличением вязкости нефти. Некоторые специальные пропеллерные насосы обладают весьма высокой толерантностью к вязкости и могут работать с затвердевшей нефтью, однако фактором ограничения может стать внутреннее сопротивление насосных рукавов и труб.

Эти проблемы можно преодолеть посредством переноса небольших количеств нефти, с помощью больших объемов всасываемого воздуха или воды, которые действуют в качестве псевдоожижающей среды. Использование де эмульгаторов для разрушения водонефтяных эмульсий способно в значительной степени снизить вязкость и увеличить эффективность откачки.

Нагнетание этого химического реагента следует производить на ранней стадии.

Рукава, по которым нефть переносится от нефтесборщика, должны быть снабжены соответствующим средством обеспечения плавучести, чтобы они не препятствовали действиям нефтесборщика. Замасливание рукавов может породить проблемы, и их необходимо снабдить эффективными, но простыми муфтами. Желательно иметь набор переходных приспособлений, с тем, чтобы можно было соединять рукава разных диаметров и соединять несовместимые соединительные узлы.

3.1.4 Химический способ ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов

проводятся для оценки эффективности применения химических средств.

Воздушные и морские наблюдения также используются для соблюдения географических пределов, где необходимо рассеивать химические средства.

Химический способ ликвидации разлива нефти подразумевает использование диспергентов и сорбентов.

Диспергирование. Применение диспергаторов для ликвидации нефтяных разливов должно рассматриваться как вспомогательное средство к процессу естественного диспергирования. Нужно помнить, что диспергаторы не удаляют нефть. Суть действия диспергирующих химреагентов заключается в том, что они способствуют увеличению поверхностной площади разлитой нефти, приводя к образованию мелких капелек, тем самым содействуя процессу биологического распада под воздействием природных микроорганизмов, обитающих в морях. Ключом к успешному применению диспергаторов является то, насколько быстро после разлива началась ликвидация, так как устойчивость многих типов нефти к обработке быстро повышается под воздействием выветривания. Своевременное применение диспергаторов может также затруднить образование водонефтяных эмульсий или «шоколадного мусса». Диспергаторы могут применяться при широком диапазоне погодной и морской обстановки и зачастую, они служат самым оперативным методом ликвидации. Однако важно, чтобы до начала операции с применением диспергаторов, от соответствующих властей было получено согласование на их применение. Иногда, такое согласование можно обеспечить заранее, хотя часто его приходится добывать именно во время происшествия. Причины этого кроются в том, что есть места, где применение диспергаторов может оказать вредное воздействие на окружающую среду. Необходимо помнить, что нефть не удаляется, а только переходит в дисперсное состояние в толще воды, что в некоторых районах может неблагоприятно сказаться на морской экологии (особенно в местах разведения рыб или моллюсков и т. д.). Наиболее эффективными диспергаторами на сегодняшний день являются высокоэффективные концентраты, которые вносятся в неразбавленном виде.

Применять их можно с морских судов, средств авиации или наземных средств, причем дозировка может колебаться от 1:10 до 1:30 (чистый диспергатор:

нефть). В связи с этим необходимо тщательно продумать механизм доставки и применения диспергаторов, прежде чем нефть выветрится настолько, что внесение диспергаторов потеряет смысл.

Диспергаторы состоят из двух компонентов: смеси ПАВ (поверхностно- активные вещества), состоящей из эмульгаторов и смачивающих реагентов и системы растворителей, которая выполняет роль носителя для ПАВ.

Диспергаторы предназначены для эмульгирования нефти в толще воды и превращения её в маленькие капельки нефти, которые достаточно малы, чтобы оставаться под поверхностью и не реформироваться в нефтяное пятно.

Естественное движение водной массы затем обеспечивает растворение нефти в море до уровней, которые не создают экологической проблемы.

Молекулы ПАВ в диспергаторе предпочитают находиться на границе

между двумя жидкостями. При прикладывании энергии это способствует разрыву нефти и ее эмульгированию на мелкие капли и ускоряет естественный процесс биологического распада.

При формировании нефтяных капелек, вокруг них образуется слой молекул ПАВ, который препятствует слипанию, и если капли достаточно малы, то, чтобы полностью воспрепятствовать их всплыванию на поверхность, достаточно приложить лишь небольшие усилия.

Визуально процесс диспергирования предстает в виде светло- коричневого облака в воде. Зачастую, если диспергирование проявляется в виде черного пятна в воде, то это потому, что нефтяные капли достаточно большие и способны всплыть к поверхности, за исключением того случая, когда поверхностная энергия моря будет велика.

Типы диспергаторов.

Современные диспергаторы сильно изменились с тех времен, когда произошел знаменитый разлив с «Торри Каньона» в 1967 году, когда пришлось применить большие количества очень токсичного промышленного чистящего средства и детергентов, чтобы обработать нефть, выброшенную на берег. С точки зрения человека, которому поручили приобрести диспергаторы, разнообразие и количество типов, имеющихся в продаже в наши дни, могут только запутать. Однако в основном, вся продукция подобного рода включает в себя малотоксичные растворители и вещества ПАВ, а такие ингредиенты, как ароматические углеводороды или же хлорированные углеводороды запрещены.

Национальный центр экологических технологий, AEA Technology, в котором испытываются диспергаторы в Великобритании, признает три типа диспергаторов. Обозначение типа определяется способом применения диспергатора.

Тип 1. Эти концентраты вносятся целиком и не разбавляются морской водой до применения. Они могут применяться для диспергирования нефти, плавающей в море. Они могут быть также использованы в неразбавленном виде для очистки берегов, когда слой нефти не превышает 6 мм.

Тип 2. Это концентраты, растворимые в воде. Обычно они разбавляются в морской воде в пропорции 1:10. Они могут быть использованы для очистки берегов, при условии, что имеется в наличии источник чистой морской воды для разбавления диспергаторов.

Тип 3. Концентраты применяются в неразбавленном виде. Они применяются при морских разливов с борта самолета или судна, а также для очистки берегов от нефтепродуктов, когда слой нефти не превышает 6 мм.

Примечание. Тип 2 или 3 – это диспергаторы, которые можно применять либо в разбавленном виде, либо в концентрированном.

Что касается объемов внесения различных типов диспергаторов, то можно ограничиться лишь некоторыми самыми общими рекомендациями и по следующим причинам:

- некоторые продукты лучше, чем другие, и для рассеивания данного

- объемы внесения диспергаторов зависят от обстоятельств разлива, в частности от типа нефти и масштабов выветривания, а также от толщины нефтяного слоя;

- без данных, полученных с помощью современных средств дистанционного обследования, о толщине слоя нефти можно обычно судить только на глаз, а значит – только примерно;

- если техника применения оставляет желать лучшего, это может обернуться дорогостоящими потерями диспергаторных материалов. Например, если капельки распыляемого диспергатора слишком большие, они могут пробить слой нефти и уйдут в нижние слои воды. Это может повлечь за собой переоценку реального воздействия диспергатора на нефть.

Однако, если предположить удовлетворительные условия, то большинство государственных организаций рекомендует вносить диспергаторы в следующих пропорциях к нефти:

Тип 1. 1:3 – 1:1.

Тип 2. 1:3 – 1:1 при разбавлении (эквивалентно 1:30 – 1:10 при внесении в концентрированном виде).

Тип 3. 1:30 – 1:10

Контроль объемов внесения можно обеспечить двумя способами: либо меняя расход нагнетания насоса либо меняя скорость движения судна или самолета, удерживая объемы нагнетания на одном уровне. Общее взаимоотношение между переменными величинами можно выразить следующим образом:

Расход нагнетания (литр/мин) = 0.003 х объемы внесения (литр/га) х скорость (узлы) х полоса охвата (м).

С помощью натурных измерений установлено, что неограниченные нефтяные пятна имеют среднюю толщину пленки примерно 0.1 мм. Исходя из этого значения, применить необходимо диспергаторы 3-го типа, как наиболее эффективные из имеющихся, и их расход составит от 30 до 100 литров на гектар. Полевые исследования должны помочь сузить пределы погрешности.

Однако для нефтяных пятен нехарактерна однородность толщины, и наблюдаются большие отклонения от средних величин. Довольно часто, большая часть разлитой нефтяной массы представляет собой более мощные нефтяные пятна или полосы – иногда толщиной до 3 мм. При такой толщине слоя потребуется вносить не менее 30-100 литров на гектар распыляемых диспергаторов, - и если будет внесено недостаточное количество, это может обернуться плохими результатами. С другой стороны, большие площади нефтяных пятен состоят из тонкой радужной нефтяной пленки (зачастую окрашенной по краям, если смотреть сверху), и в этом случае распыление 30100 литров диспергаторов на гектар будет очевидной передозировкой. Поэтому рекомендуется сосредоточить распыление на толстых нефтяных пятнах разлива, и предоставить тонкой радужной пленке рассеяться естественным образом под воздействием волн.

Существуют следующие способы внесения диспергаторов [15]:

Судовые системы распыления состоят из:

- первичного источника энергии для силовых насосов;

- системы водяных насосов/замеров (только для диспергаторов типа 2);

- диспергаторных насосов/системы измерения;

- штанги с распыляющими насадками;

- оединяющие трубопроводы;

- системы перемешивания (иногда отсутствуют).

Применение первоначальных установок не позволяло применять диспергаторы в концентрированном виде, так как для этого не подходили ни насосные установки ни насадки. Также требовались системы перемешивания.

Современные установки теперь оснащены сменными насадками и дозаторами, которые позволяют вносить концентраты в неразбавленном виде в необходимых объемах.

Одним из основным преимуществ этих систем распыления является то, что при возросшей эффективности распыления чистых концентратов никаких дополнительных средств перемешивания не требуется, таких, например, как, буксируемые дробильные щиты. Таким образом, суда, обеспечивающие распыление, приобретают повышенную маневренность и скорость, тем самым интенсифицируя темпы обработки разлитой нефти.

2. Распыление с летательных аппаратов с неподвижным крылом

При борьбе с масштабными разливами в открытом море применение самолетов имеет целый рад преимуществ по сравнению с распылением с судов.

Их скорость перемещения намного выше, так что они способны достичь района разлива тогда, когда нефть еще остается свежей и реагирует на химическую обработку. Оказавшись в районе разлива, они могут провести более оперативные действия в отношении нефти, делая это избирательно, то есть распыляя диспергаторы только на мощные нефтяные пятна, в которых содержится большая часть разлитой нефти. Самолеты также могут быть использованы как платформа для наблюдения, с которой можно легче контролировать эффективность обработки нефти. Большинство таких летательных аппаратов может быть приспособлено для распыления; от малых самолетов, используемых для опрыскивания посевов, до гигантских, и обычно размеры летательного аппарата, выбранного для того или иного инцидента, будут отражать как масштабы этого инцидента, так и его близость к берегу.

Рисунок 15 - Экипаж самолета «Basler BT-67» с неподвижным крылом выпускает нефтяные дисперсанты над местом утечки нефти.

Распыление диспергаторов с вертолетов является чрезвычайно эффективным способом, если только они могут быть задействованы быстро после извещения о происшествии.

В случае аварийного инцидента, в целях оперативного реагирования, к фюзеляжу можно подвесить бадью распыления. Вертолет – это идеальное средство обработки малых и средних разливов, так как он обеспечивает отличную видимость и маневренность.

Рисунок 16 - Распыление с вертолета

3. Распыление в зоне берега

Для береговых зон применять диспергаторы лучше всего в качестве финального косметического средства после того, как другими средствами будет удален основной объем загрязнения. Диспергаторы можно эффективно использовать для очистки берегов, при условии, что нефть не слишком вязкая и что толщина слоя нефти не превышает нескольких миллиметров.

Наиболее эффективным способом для очистки побережья является применение диспергаторов за 30 минут до начала прилива, с тем, чтобы использовать энергию прибоя для эмульгирования нефти на крошечные капли.

Применять можно от ранцевых распылителей до более сложных устройств распыления. В определенных обстоятельствах для распыления диспергаторов на побережье также возможно использовать воздушные средства. И вновь повторим, что маневренность вертолетов делает их идеальным средством в такой ситуации.

Факторы, ограничивающие применение диспергаторов.

К сожалению, диспергаторы не являются эффективным средством при всех обстоятельствах. Отсюда, важно понять, какие факторы ограничивают применение химреагентов, прежде чем приступать к их распылению, и поэтому следует помнить о следующих моментах.

Если нефть слишком вязкая, диспергирующие растворители не смогут проникнуть в нее, и энергии от дробильных щитов или естественной турбулентности будет недостаточно, чтобы деформировать и разбить нефть на крошечные капли. Фактор ограничения вязкости трудно определить точно Поэтому тяжелый мазут невозможно диспергировать, в то время при благоприятных условиях, скажем, при высоких температурах морской воды, легкая топливная нефть может поддаться обработке. Никакое увеличение объемов вносимых химреагентов, направленное на диспергирование нефти, не поможет, если эта нефть слишком вязкая. Если вы хотите обеспечить экономическую эффективность применения диспергаторов, то не пытайтесь обрабатывать очень вязкую нефть. Наиболее эффективно диспергаторы действуют, когда они вносятся в концентрированном виде в свежий нефтепродукт, так как процесс выветривание нефти способен повысить ее вязкость. Очень важно, чтобы диспергаторы были применены как можно скорее, идеальным вариантов будет их внесение в течение 24 часов после факта разлива.

Температура морской воды также может иметь существенное воздействие на применение диспергаторов. Если она ниже температуры текучести нефти, то это приведет к тому, что обработать будет невозможно даже нефть с низким показателем вязкости, так как образуется толстая линза нефти, которая не будет растекаться по воде. Для каждого диспергатора характер свой собственный диапазон эффективности. Диапазон эффективности связан с концентрацией эмульгаторов в рецептуре, эффективностью эмульгаторов и типом используемого растворителя. После того, как нефть диспергируется на

перемешивания, чтобы удерживать капельки ниже поверхности на тот период, когда течения будут уносить их прочь от места разлива. Если на море полный штиль, то нефтяные капельки, в конечном счете, всплывут и соединятся в одно нефтяное пятно. Диспергаторы сводятся в одну рецептуру для воздействия на нефть в соленой воде, и обычно они не действуют в пресной воде, если только они специально не предназначены для этого. Применение диспергаторов в пресной воде обычно запрещено, и часто оно бесполезно, если отсутствует надлежащее взбалтывание и перемешивание в воде. По мере того, как диспергаторы «стареют», их эффективность падает, если не обеспечивать их надлежащее хранение. Их необходимо хранить в антикоррозийных, герметичных (от воздуха) контейнерах, подальше от прямых солнечных лучей.

Одним из недостатков диспергаторов является то, что они могут стать вторичным источником загрязнения морской среды, и действительно, именно с этим фактов связано большинство возражений против их использования.

Однако, хотя первоначальные диспергаторы были высокотоксичными материалами, это далеко не так в том, что касается современных химреагентов.

Если диспергатор оказывает эффективное действие, то это означает, что он убирает нефть с поверхности воды и распределяет её через толщу воды.

Верхний сектор (обычно верхние 3 метра) толщи воды содержат в себе довольно высокие концентрации нефти, которые могу достигать токсичных уровней, но только на короткий период времени, так как движение воды обеспечит постоянное и быстрое разбавление нефтяных капелей. В разных странах мира, органы власти, выдающие разрешения на применение диспергаторов, имеют на вооружении разные установки относительно минимальной высоты водной толщи, которую требуется обеспечить, прежде чем применять диспергаторы. В Великобритании министерство сельского хозяйства, рыболовства и продовольствия, например, требует обеспечивать 20 метров. В основе требований министерства относительно тестов на токсичность (требование, необходимое для получения разрешения в Великобритании) лежит тот аргумент, что диспергаторы не должны вести к повышению токсичности диспергированной нефти, т. е. сумма нефть + диспергаторы не должна быть более токсичной, чем одна только нефть.

Когда нельзя применять диспергаторы.

От применения диспергаторов обычно следует воздерживаться в следующих местах или рядом с ними:

Рядом с водозаборами электростанций, опреснительных установок и перерабатывающих установок

В районе солончаков

В районе моллюсковых банок В районах рыбопитомников

В любых стоячих водах, в которых отсутствуют факторы разбавления Тщательно планируя свои действия, все запретные зоны должны быть нанесены на карту при консультации со специалистами-экологами. Это может

лицензированных диспергаторов или, по крайней мере, к появлению механизма, который может помочь быстро определить необходимые источники выдачи разрешения.

Сорбент.

Под определение сорбентов подходит любой материал, который обеспечивает сбор нефти с помощью либо абсорбции, когда нефть проникает в поры сорбентного материала, или адсорбции, когда нефть пристает к сорбентной поверхности и затем прилипает к ней. Сорбенты повсеместно имеются на рынке в виде полотен, рулонов, подушек и бонов или в какой-то особой форме. Сорбентный материал может состоять из природных продуктов, таких, как торф или солома, минеральных соединений, таких, как зола, вермикулит (вид слюды) или перлит (вулканическое стекло), и чаще всего синтетических материалов, таких, как полиэтиленовая, полипропиленовая или полиуретановая пена. Сорбенты не считаются главным методом очистки при больших разливах, скорее они обычно используются на заключительных стадиях очистки для удаления небольших количеств оставшейся нефти, особенно на береговой линии. Кроме того, они применяются для удаления нефти из районов, недоступных для нефтесборщиков и других технических средств сбора нефти. Возможно, наиболее часто сорбенты применяются при очистке во время небольших производственных разливов на предприятиях, таких, как нефтеперерабатывающие заводы и установки.

Возможности адсорбентного материала связаны с величиной поверхностной площади, к которой пристают нефтепродукты. Адсорбционная способность сорбентного материала увеличивается с возрастанием поверхностной площади. В противоположность этому сорбционная способность абсорбентных материалов зависит от капиллярного эффекта.

Отсюда по мере того, как возрастает пористость материала, возрастает его возможности абсорбции нефти в капилляры. Абсорбирующая способность того или иного материала также зависит от удельного веса и вязкости разлитой нефти. Абсорбенты лучше действуют при разливе легких нефтепродуктов в отличие от тяжелых нефтепродуктов, потому что втягивание легких нефтей в капиллярную систему будет происходить гораздо интенсивнее.

Некоторые из сорбентов обрабатываются олеофильными или гидрофобными реагентами в целях повышения их способности к улавливанию нефти. Олеофильные реагенты привлекают нефть, в то время как гидрофобные реагенты отталкивают воду. Оба типа реагентов способствуют тому, что сорбент подберет нефть, а не воду. Обработка олеофильными реагентами не только склонна повысить количество сорбированной нефти, но также и повысить количество удержанной нефти, когда материал извлекается из воды.

Без обработки гидрофобными реагентами многие сорбенты, особенно природные сорбенты, такие, как торфяниковый мох, тонут после того, как они пропитаются нефтью, и потому насыщаются водой.

Таблица 5 - Классификация сорбентов

Природные сорбенты В целом природные сорбенты в состоянии впитать количество нефти, от трех до шести раз превышающее их собственный вес, и они нетоксичные и подвержены биологическому распаду.

Проблема с природными сорбентами заключается в том, что они абсорбируют как нефть, так и воду, и, как упоминалось выше, тонут при насыщении водой. Большие объёмы природных сорбентов той или иной формы порой требуют значительного числа человеческих рук для того, чтобы их собрать. Однако многие виды природных сорбентов присутствуют в сжатых формах, что уменьшает проблемы, связанные с их удалением.

Сбор нефти природными сорбентами происходит за счёт перекрестного расположения их волокон, а не за счёт капилляров внутри материала. Попадая в промежутки между волокнами, нефть оказывается в западне, и маловязкие нефти могут вытечь, когда такие сорбенты поднимаются из воды Сорбенты на

минеральной основе

Эти сорбенты обладают несколько более высокой сорбционной способностью, чем природные сорбенты, впитывая нефть, превышающую по весу их собственный вес от четырех до восьми раз. Эти материалы отличаются легкостью, и если не применить соответствующую упаковку, то с ними будет трудно работать в ветреный день. Вдыхание пыли из них может вызвать проблемы дыхательных путей, и тот факт, что они не подвержены биораспаду, вынуждает проводить их полный сбор с места разлива

Синтетические

сорбенты Эти сорбенты отличаются самой высокой эффективностью сбора нефтепродуктов. Некоторые из сорбентов можно выжать и снова использовать, и их в целом легче разместить по площади и потом собрать, чем природные или минеральные сорбенты.

Аналогично минеральным сорбентам, синтетические сорбенты сравнительно недороги, и после употребления их необходимо полностью удалять из района разлива, потому что они не подвержены биораспаду

Другие химические реагенты.

Деэмульгатор. Используется для отделения воды от нефти в случае образования эмульсии. Обретённые выгоды включают в себя максимизацию пространства для хранения в силу отделения декантированной воды и снижения вязкости собранного нефтепродукта, что облегчает проведение откачки. Объемы дозировки колеблются между 1:500 до 1:2000, также требуется некоторое взбалтывание и перемешивание.

Реагенты поверхностного сбора. Эти реагенты, которые иногда называют «пастухами», используются в качестве химических бонов. В силу того, что эти «пастухи» расползаются по воде быстрее, чем нефть, они замедляют скорость расползания нефтяного пятна. Они хороши только в условиях полного штиля и для легких нефтепродуктов.

Гелеобразующие вещества. Применяются для химического отверждения нефти. Необходимы большие объемы дозировки и активное перемешивание.

Весьма дороги.

Вязкоупругие добавки. Применяются для связывания нефтяного пятна, что облегчает сбор разлитых нефтепродуктов. Примерная дозировка составляет 1:300, и для полного растворения продукта в нефти требуется по крайней мере один час.

In document PDF чрезвычайных ситуации при и нефтепродуктов на воде и суше (бет 41-51)