16.6. Ликвидация аварий на подводных переходах

Аварией на подводном переходе считается событие, связанное с возникновением неконтролируемой утечки нефти в результате разрушения или повреждения трубопровода из-за коррозионного износа, воздействия потока воды, волокуш, якорей и др.

Для ликвидации аварийных ситуаций на ППМН, связанных с разгерметизацией нефтепровода, необходимо выполнить следующее:

• остановить перекачку нефти;

• закрыть береговые задвижки и отключить аварийный участок нефтепровода;

• организовать доставку людей и технических средств к месту аварии;

• организовать откачку нефти из поврежденного трубопровода, замещение нефти водой;

• установить ограждения, препятствующие распространению нефти в водном объекте и организовать сбор разлившейся нефти;

• определить место и характер повреждения трубопровода;

• определить объем ожидаемой утечки;

• организовать ремонт поврежденного участка ППМН;

• испытать отремонтированный участок нефтепровода.

Для эффективного и быстрого производства работ заранее разрабатывается План ликвидации аварийных разливов нефти (ПЛАРН) для каждого подводного перехода магистрального нефтепровода, который включает следующие основные пункты: оповещение должностных лиц, сбор и выезд рабочих групп, развертывание и установка боновых заграждений на рубежах задержания, сбор и утилизация нефти, отбор и анализ проб воды.

На начальной стадии ликвидации аварии основной задачей является ограничение зоны возможного распространения нефтяного загрязнения и сбор нефти с поверхности реки. На малых реках локализация может осуществляться созданием временных или постоянных запруд или дамб с водоспускными трубами.

Наиболее распространенный способ локализации нефтяных загрязнений на реках – использование заграждений (рис. 16.8, 16.9). Для повышения эффективности заграждения должны обладать следующими качествами: следовать движению поверхности воды, смещаться в сторону течения, не допускать «подныривания» нефти и ее перелива через них, сопротивляться силам потока воды и ветра, выдерживать химическое воздействие нефти и перепада температур, быть легкими и удобными для транспортировки. Кроме того, заграждение должно сместить нефть в область более спокойного течения к приямку на берегу.

Рис. 16.8. Боновые заграждения серии «Барьер–берег»

Рис. 16.9. Боновые заграждения серии «Рубеж»

Все заграждения можно подразделить на специальные и подручные. К специальным заграждениям относятся боновые, которые, в свою очередь, подразделяются на подвижные и стационарные, мягкие (резинотканевые и полимерные), надувные и твердопоплавковые, летние и зимние, неогнестойкие и огнестойкие.

Табель оснащения нефтепроводных предприятий включает различные боновые заграждения: боны универсальные типов «Барьер», УП; боны заградительные типов «Уж», «Вайкома», «Хай Спринт»; боны для защиты береговой полосы типа «БЗ-14-00-00»; боны огнестойкие типа «БПП-160У»; боны стационарные типа «Металлические БЗ D530».

Подручными средствами могут быть бревна, сплотки из бревен, различные трубы (стальные, пластмассовые, полевых магистральных трубопроводов), соломенные валики в металлической сетке или обтянутые проволокой и т. п.

Для локализации нефтяных загрязнений на реках с большими скоростями течения используют металлические боновые заграждения.

Для их установки необходимо проводить расчеты удерживающей силы для каждого типа с учетом скорости течения и по ним подбирать якоря и тросы.

Длина бонового заграждения не должна быть слишком большой: для скорости течения до 1,0 м/с – приблизительно 200 м, для скорости течения свыше 1,5 м/с – порядка 100 м.

Такие длины позволяют уменьшить усилия, которые испытывают боновые заграждения и их якоря после установки. Установка более коротких по длине бонов обеспечивает наилучшую эффективность при локализации разлившейся на воде нефти. На практике обычно используют боны длиной 25, 50, 100 или 200 м.

После локализации нефтяных загрязнений основной задачей становится сбор нефти с поверхности воды.

Работа всех нефтесборных систем основана на различии физических свойств нефти и воды. Эти различия определяют три основные группы нефтесборщиков, применяемых для сбора нефти:

1) гравитационные устройства, использующие различие в плотности воды и нефти;

2) адгезионные устройства, использующие свойство нефти налипать на поверхности различных материалов либо впитываться ими;

3) сорбционные устройства, впитывающие нефть.

Гравитационные нефтесборные устройства можно подразделить на следующие типы:

• вакуумные – по принципу непосредственного всасывания;

• пороговые – по принципу перетекания нефти через порог, удерживаемый ниже уровня воды;

• погружные – вызывающие погружение нефти и улавливание ее в сборные емкости;

• с горизонтальным шнеком, имеющим постепенно убывающий шаг;

• центробежные, образующие воронку для всасывания нефти.

Адгезионные нефтесборные устройства можно подразделить на следующие виды:

• дисковые – диски, частично погруженные в воду, вращаются, а налипающая на них нефть удаляется скребками;

• барабанные (с полупогруженным в воду барабаном);

• ленточные – оборудованные транспортной лентой с откидным или скребковым механизмом.

К сорбционным устройствам относится плавающая трос-швабра с отжимной роликовой системой.

На отечественных нефтепроводах наибольшее распространение получили дисковые и барабанные нефтесборщики, их гидрофобная поверхность способствует высокой селективности отметки, т.е. в собранной водо-нефтяной смеси доля нефти составляет до 98 %, пороговые нефтесборщики обладают большой производительностью сбора по водо-нефтяной смеси, но селективность отметки низка.

Достоинством вакуумных нефтесборщиков является универсаль-ность (могут собирать нефть с твердой поверхности), но при работе на водоемах ими захватывается вместе с нефтью большое количество воды. Общий вид малогабаритного вакуумного нефтесборщика приведен на рис. 16.10.

Рис. 16.10. Малогабаритный вакуумный нефтесборщик

На рис. 16.11 изображен один из наиболее эффективных типов дисковых нефтесборщиков.

Рис. 16.11. Дисковый нефтесборщик

Сбор и утилизация нефти включают следующие технологические операции:

• расстановку нефтесборщиков на воде;

• подсоединение нефтесборщиков к боновым ограждениям;

• монтаж и подсоединение сети энергоснабжения и трубопроводной системы отвода собранной водонефтяной смеси;

• расстановка накопительных емкостей и подсоединение их к трубопроводной системе;

• сбор нефти с подачей в накопительные емкости;

• транспортировку собранной водонефтяной смеси к местам утилизации нефти;

• разделение водонефтяной смеси;

• утилизацию нефти и очистку воды до санитарных норм.

В целях устранения возможного «проныривания» нефти под боновым заграждением сбор нефти необходимо осуществлять по проточной схеме, т.е. располагать нефтесборщик в одном ряду с заграждением, обеспечивая возможность протекания основной массы водяного потока под нефтесборщиком. При этом производительность нефтесборщика должна быть выше возможного поступления нефти. В случае, когда производительность нефтесборщика меньше, необходимо устанавли-вать по проточной схеме в одном ряду боновых заграждений несколько нефтесборщиков или ниже по течению несколько рядов боновых заграждений с нефтесборщиками с таким расчетом, чтобы их суммарная производительность была равна возможному объему поступающей нефти. Последний ряд боновых заграждений можно устанавливать по замкнутой схеме («кошель») для локализации остаточной нефти.

Кроме механических способов сбора нефти в практике борьбы с нефтяными загрязнениями используют и физико-химические методы: адсорбцию и десорбцию.

При адсорбции применяют специальные вещества – сорбенты, которые хорошо поглощают частицы нефти. По общей классификации сорбенты подразделяются на три группы: природные неорганические, природные органические, синтетические.

Минеральные сорбенты выпускаются в основном в виде порошка. Широкое применение для очистки поверхности воды от нефти нашел перлит, получаемый при обжиге обсидиана (вулканического стекла). Гидрофобизация вспученного перлита кремнеорганическими веществами увеличивает его нефтеемкость в 3–4 раза, а введение перлита под слой нефтяного загрязнения позволяет сократить время поглощения нефти в 6–8 раз. Выпускается также сорбент на основе модифицированного карбонатного порошка, где в качестве модификатора служит смесь полимерной смолы и битума в равном массовом соотношении и в количестве 0,5–1,5 % от массы порошка.

К недостаткам минеральных сорбентов относятся их разовое использование, сложность утилизации нефти и сравнительно пониженная сорбционная емкость. Твердые полимерные сорбенты применяются в измельченном (порошкообразном) виде; на поверхность загрязненной воды высыпают поглощающие частицы из олеофильного материала, имеющего плотность меньше плотности воды и обладающего адгезивными свойствами по отношению к нефти. Поглощающие частицы с налипшей нефтью собирают и сжигают или отделяют нефть от сорбентов механическими способами. В качестве полимерных сорбентов пригодны различные смолы (например, измельченная сланцевая смола), используют также состав, содержащий фенолформальдегидную смолу, порошкообразователь и отвердитель. При нанесении этого состава на поверхность, покрытую нефтью, образуется плотная пастообразная масса, которая легко удаляется любым механическим способом. Удельное поглощение нефти составляет 20 единиц на единицу первоначальной массы.

Твердые сорбенты растительного происхождения – это опилки. Для повышения качественных характеристик древесных опилок их пропитывают расплавом гидрофобного наполнителя, в отдельных случаях древесные опилки комбинируют с минеральными сорбентами (каолин, бентонит, тальк и др.). В качестве сорбента разбрасывают и модифицированный торф. Модификация заключается в замене минеральных подвижных ионов на органические, поэтому модифицирование проводят методом ионного обмена в водной среде, степень очистки нефти модифицированным торфом составляет до 90 %. Торф, модифицированный органическими катионами, долго не утрачивает своей сорбционной активности. Комбинированные поглотители – это полипропиленовое волокно и пенополиуретаны. Пенополиуретановую массу помещают между гидрофобными слоями, крепят волокнистый слой к пенополиуретану свободно (в противном случае резко снижается эффективность поглотителя). Поглощающая способность комбинированных поглотителей для тяжелых и легких нефтей в зависимости от толщины пленки составляет 26 кг/кг, а кратность использования достигает даже 30 раз.

Природные неорганические сорбенты обладают невысокой нефтеемкостью, малой плавучестью и нетехнологичны в применении (мелкодисперсны, легкие, распыляются при нанесении, опасны для здоровья обслуживающего персонала). Использование их при ликвидации аварий ограничено, хотя они имеют низкую стоимость.

Основой сорбентов второй группы являются отходы промышленных предприятий. Эти сорбенты характеризуются средними значениями нефтеемкости, и для обеспечения их гидрофобности практически все они должны быть подвергнуты дополнительной обработке, что повышает их стоимость.

Высокоолеофильные и гидрофобные синтетические материалы для сбора разлитой на воде нефти обладают высокой нефтеемкостью и малым водопоглощением. В частности, такие сорбенты эффективны при разливах малой мощности, когда толщина пленки составляет 1 мм и менее и когда сбор ее механизированными способами малоэффективен.

В качестве диспергентов применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые при соединении с нефтью образуют растворы со слабым поверхностным натяжением, благодаря чему рассеиваются мелкими каплями в толще воды. Рассеивание нефти в воде рассчитано на последующее биологическое разложение и имеет цель ускорить его, благодаря увеличению поверхности нефти. Однако необходимо учесть, что диспергенты токсичны, поэтому их применение разрешается контролирующими органами в особых случаях.

Зачистка, смыв нефти водой с загрязненных берегов производятся гидромонитором или мотопомпами с последующим улавливанием ее на рубеже задержания.

При понижении уровня воды в реке нефть может оказаться на берегу на значительном расстоянии от воды. В этом случае ее смыв к приемному устройству нефтесборщика невозможен. Если позволяют рельеф и прочность грунта, то применяют бульдозеры, ковшовые экскаваторы, скреперы и т. д. Сгребая нефть, машины захватывают слой грунта, поэтому для вывоза загрязненного грунта необходимы автомобили повышенной проходимости. Если рельеф местности не позволяет использовать землеройную технику, то сбор нефти производят вакуумными или пневмотранспортными установками.

Укрепленные берега очищают с помощью вакуумных нефтесборщиков. Одновременно устраивают плавающее заграждение на расстоянии 1–2 м от берега, а нефть, скопившуюся между камнями, посыпают сорбентом, вымывают струей воды в сторону заграждения и собирают с помощью нефтесборных устройств.

С кустарников и деревьев нефть смывают струей воды, подаваемой под давлением 0,6–0,8 МПа. При низкой температуре воздуха используют подогретую воду (до 30–40 °С). Загрязненную нефтью водную растительность скашивают специальными косилками, установленными на лодках, или вручную, с последующим ее улавливанием и выводом для утилизации.

Особенности работы в зимний период. Технология локализации и сбора нефти в зимних условиях предусматривает следующие операции:

• на поверхности водоема в зоне разлива нефти обкалывают лед;

• в образовавшейся полынье устанавливают боновые заграждения из материалов повышенной прочности (сталь, стеклопластик и т. д.);

• в свободную ото льда зону вводят нефтесборщик с источником горячей воды или пара на борту;

• загрязненный нефтью лед собирают в контейнер, где отмывают теплой водой.

Для разогрева и смыва вязкой нефти требуется пар, подаваемый с расходом 200–300 кг/ч на 1 т нефти.

Также локализация нефти и направление ее в зону сбора в условиях наличия ледового покрова проводятся в результате создания во льду направляющих ледовых прорезей. Прорези располагают под углом к течению реки в зависимости от скорости воды в соответствии с рекомендуемыми углами установки боновых заграждений. В конце направляющей прорези сооружают майну для размещения нефтесборщика и вспомогательного оборудования.

Ширина прорези выбирается с расчетом всплытия нефтяных частиц в зависимости от скорости течения и толщины льда. Если прорезь выполняется только для установки направляющих боновых заграждений, то ее ширина выбирается с учетом возможности постановки специальных зимних заграждений.

Мобильная ледорезная машина ЛФМП-1 (рис. 16.12) предназначена для прорезания щелей и прямоугольных майн в ледяном покрове водоемов при проведении технологических операций на подводных переходах нефтепроводов в зимний период. В состав машины входит силовое, насосное и вспомогательное оборудование, размещенное в несущем непотопляемом корпусе. Машина рассчитана на эксплуатацию в регионах с умеренным климатом согласно исполнению V категории 1 ГОСТ 15150–69. Машина сертифицирована в системе сертификации ГОСТ Р и разрешена к применению Госгортехнадзором России.

Рис. 16.12. Ледорезная машина ЛФМП-1

Для сооружения майн и прорезей при толщине ледового покрова до 0,25 м рекомендуются цепные бензопилы, при толщине льда от 0,25 м до 1,1 м – ледорезные фрезерные машины ЛФМ, а при толщине льда более 1 м – двухбаровые машины БР. При работе ледорезной техники необходимо выполнять требования техники безопасности, а также контролировать толщину ледяного покрова.

В зимних условиях для локализации и направления нефти к месту сбора предпочтительнее применять металлические боновые заграждения.

Надувные боновые заграждения могут использоваться только на открытых участках воды.

Возможный набор оборудования для ликвидации аварийных разливов нефти в условиях Западной Сибири приведен в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Оборудование для ликвидации аварийных разливов

Наименование оборудования, тип, марка, производительность	Количество
Боновые заграждения летние, всего	4790 м
Боновые заграждения «Барьер-собр 70»	4400 м
Боновые заграждения «Барьер 50»	390 м
Боновые заграждения зимние, всего	1515
Боновые заграждения зимние Рубеж-зима-150	675 (45 секций)
Подледные экраны	600
Боновые заграждения зимние БЗЗ-10/1000	240 (25секций)
Нефтесборщики, всего, в т. ч.:	17 шт./464 мз/ч
Нефтесборщик Магнум-100	1 шт./26 мз/ч
Нефтесборщик ТДС-136	2 шт./36 мз/ч
Нефтесборщик Lamor Rock Cleaner	5 шт./60 мз/ч
Нефтесборщик дисковый «Ro-disk 60» (Десми)	5 шт./300 мз/ч
Нефтесборщик Lamor Mini-Max-10	4 шт./40 мз/ч
Сорбент, всего, в т. ч.:	6476,05
Сорбент Экосорб, всего	3837,05
Сорбент Униполимер, всего	2639
Противофильтрационное покрытие (вкладыш) 500 мз, всего	9 шт.
Емкость для сбора нефти, всего, в т. ч.:	21шт./5054 мз
Емкость для сбора нефти емк. 500 мз	9 шт./4500 мз
Емкость для сбора нефти емк. 500 мз	8 шт./4000 мз
Емкость для сбора нефти емк. 500 мз	1 шт./500 мз
Емкость ВХН, всего	10 шт.
Емкость ВХН-100К	5 шт./500 мз
Емкость ВХН-8С	5 шт./40 мз
Резервуар РР-7, всего:	2 шт./14 мз
Установки для сжигания отходов, всего:	5 шт.
Установка для сжигания отходов Cmart Аsh	4 шт.
Установка для сжигания отходов «Форсаж-1»	1 шт.
Средства для установки боновых заграждений в летнее время	10 шт.
Лодка резиновая «Орион 25 С»	4 шт.
Лодка «Обь-3»	5 шт.
Лодка «Крым»	1 шт.
Средства для работы в ледовый период	130 шт.
Пила для распиливания льда и бур	6 шт.
Палатка утепленная, на 10–15 мест	4 шт.
Рама деревянная подледного экрана для улавливания нефти	120 шт.

Заключение

В данном разделе представлены способы и средства для обеспечения экологической безопасности нефтегазовых объектов. К сожалению, утечка нефти – вполне обыденное явление в настоящее время.

Предприятия, занимающиеся добычей нефти и газа из недр, их переработкой и транспортом, прилагают огромные усилия и денежные средства, чтобы свести к минимуму ущерб от своей деятельности.

Существующие технологии все-таки не позволяют избежать аварий, связанных с разливом нефти, а потому созданы и постоянно совершенствуются технологии и техника ликвидации их последствий.

Контрольные задания

1. Источники загрязнения окружающей среды.

2. Технические средства для уменьшения загрязнения атмосферы предприятиями нефтегазовой отрасли.

3. Технические средства для рекультивации земель.

4. Агрегаты для сбора разлитой нефти и нефтепродуктов на суше.

5. Средства для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водных объектов.

6. Средства утилизации: емкости для временного хранения нефти и нефтепродуктов.

7. Оборудование для локализации и сбора нефти в зимних условиях.

8. Возможный набор оборудования для ликвидации нефти при аварийных разливах в любое время года.

Список литературы

1. Бондалетова Л.И. Промышленная экология: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002. – 168 с.

2. Вайншток С.М., Новоселов В.В., Прохоров А.Д. и др. Трубопроводный транспорт нефти. – М.: ООО «Недра–Бизнесцентр», 2004. – Т. 2. – 621 с.

3. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ. – М.: Наука, 1997. – 598 с.

4. Давыдова С.А. Нефть как топливный ресурс и загрязнитель окружающей среды. – М.: РУДН, 2004.

5. Оборудование для обеспечения экологической чистоты нефтепромыслов. XIV / сост.: Кольцов В.А., Крец В.Г., Саруев Д.А. (В комплекте каталогов «Нефтепромысловое оборудование»); под ред. В.Г. Креца, В.Г. Лукьянова. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 1999, 2000.

6. Табель технического оснащения нефтепроводных предприятий ОАО «АК «Транснефть» для восстановления трубопровода и ликвидации разлива нефти при аварии на подводных переходах магистральных нефтепроводов. РД 153.39.4-143–99.