Машины и оборудования для ликвидации последствий розлива горюче-смазочных материалов и других нефтепродуктов при авариях на предприятиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

нефть ликвидация земля смазочный

Нефть - горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. Нефть известна с древнейших времен, ее добывали еще в Мессопотамии. В России первое датированное письменное упоминание о ней относится к 1637 году. Именно тогда в рукописях Пушкарского приказа было сказано о нахождении «казанской черной нефти». А еще через столетие, в 1745 году, в России был сооружен первый нефтеперегонный завод в Пустозерске архангелогородским «рудознатцем» и купцом Федором Прядуновым. Нефть добывалась из колодцев и использовалась для смазки и обогрева жилищ. Россия является одной из немногих стран, в которых добыча нефти имеет долгую и славную историю. Российские геологи и нефтяники ведут поиски, разведку и разработку нефтяных месторождений свыше 135 лет. А первый нефтяной фонтан был получен в России в 1864 году из скважины, пробуренной у реки Кудако на Кубани. В 1901 году на долю России приходилось 52% мировой добычи нефти - 706 млн. пудов по сравнению с 555 млн. пудов в США; добыча в 13 остальных нефтедобывающих странах была на этом фоне пренебрежительно мала. Уже к середине 20-х годов нашего столетия добыча нефти в России достигала 2,5 млн. тонн в год, в 30-е годы - 5-7 млн. тонн в год, в 1950 году - 18 млн. тонн, в 1960 году - 118 млн. тонн, в 1988 году -557 млн. тонн, в 1998 году - 303 млн. тонн, в 2004 году - 459 млн. тонн. Поначалу казалось, что нефть приносит людям только пользу, но постепенно выяснилось, что использование нефти и продуктов ее переработки имеет и оборотную сторону. С увеличением объемов добычи, переработки, транспортировки, хранения и потребления нефти и нефтепродуктов, расширялись масштабы их разливов и загрязнения ими окружающей среды. Разлив нефти - это сброс сырой нефти, нефтепродуктов, смазочных материалов, смесей, содержащих нефть, и очищенных углеводородов в окружающую среду, произошедший в результате аварийной ситуации при добыче, транспортировке и хранении нефти. Вероятность, частота возникновения, масштаб, интенсивность и экологические последствия аварийных разливов нефти различаются в зависимости от широкого спектра природных и технологических факторов. Любая нефтедобыча не может быть абсолютно экологически чистой. Какое-то количество углеводородов, как показывает мировой опыт, обязательно попадает в окружающую среду. Наибольшие потери нефти связаны с ее морской транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Снимки поверхности Земли, сделанные со спутников, показывают, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана. На долю нефти в совокупном мировом энергопотреблении приходится около 40%, и эта цифра, по прогнозам экспертов, останется неизменной в течение ближайших 15-20 лет. По данным Energy International Administration (EIA) потребление энергии в мире по состоянию на 1 января 2001 года выглядело следующим образом (таблица 1)

Таблица 1.Соотношение потребляемых энергоресурсов в мире (на 1 января 2001 г.)

Вид энергоресурса	% соотношения
Нефть	38,8
Уголь	23,7
Газ	22,7
Гидроэнергия	7
Атомная энергия	6,5
Альтернативные источники энергии*	1,3

* Альтернативные источники энергии включают в себя солнечную, ветряную, приливную, геотермальную энергию, а также энергию, получаемую при сжигании биомассы.

В недрах России сосредоточено около 13% разведанных мировых запасов нефти. Эти ресурсы расположены в основном на суше (примерно 3/4). Добычу нефти в стране осуществляют более 240 нефтегазодобывающих организаций, причем 11 нефтедобывающих холдингов, включая ОАО «Газпром», обеспечивают более 90% всего объема добычи . Нефтегазовый сектор является доминирующим во всей российской экономике. Нефть экспортируется из России преимущественно в страны дальнего зарубежья. В настоящее время основным рынком экспорта российской нефти и нефтепродуктов является Европа. На этот рынок приходится порядка 90% экспорта, в связи с этим сложившаяся транспортная инфраструктура страны ориентирована на удовлетворение потребностей этого региона. В России основное количество нефти попадает в окружающую среду при транспортировке нефти в результате многочисленных аварий на нефтепроводах. На нефтепроводах ежегодно отмечается 50-60 тысяч случаев прорывов, «свищей» и пр., что приводит к значительным потерям нефти. Только на месторождениях Западной Сибири прорывы нефтепроводов случаются до 35 тыс. раз в год. С 2000 по 2004 годы Россия обеспечила самый высокий прирост добычи нефти в мире. Прирост добычи нефти в России был в три раза выше, чем у ОПЕК. К большому сожалению, с увеличением добычи нефти растут и объемы ее разливов.

1. Нефть. Источники разливов нефти

1.1 Нефтепромыслы

1.1.1 Общая характеристика нефти

В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую и зольную составные части, а также порфирины и серу.

Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические -наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти.

Асфальтосмолистая составная нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены, нерастворяемая - смолы.

Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при температуре 200-250°С.

Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов.

Зольная часть нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений .

Нефть, получаемую непосредственно из скважин, называют сырой. При выходе из нефтяного пласта нефть содержит частицы горных пород, воду, а также растворенные в ней соли и газы. Эти примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировке и переработке нефтяного сырья. Поэтому для доставки нефти в отдаленные от мест добычи пункты погрузки или на нефтеперерабатывающие заводы необходима ее промышленная обработка: из нее удаляется вода, механические примеси, соли и твердые углеводороды, выделяется газ. Газ и наиболее легкие углеводороды необходимо выделять из состава нефти, т.к. они являются ценными продуктами, и могут быть утеряны при ее хранении. Кроме того, наличие легких газов при транспортировке нефти по трубопроводу может привести к образованию газовых мешков на возвышенных участках трассы. Одним из возможных пунктов доставки очищенной нефти являются нефтеперерабатывающие заводы (НПЗЛ где в процессе переработки из нее получают различные виды нефтепродуктов. Качество, как сырой нефти, так и нефтепродуктов, получаемых из нее, определяется ее составом: именно он определяет направление переработки нефти и влияет на конечные продукты. Важнейшими характеристиками сырой нефти являются: плотность, содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей.

Одно из главных свойств непереработанной нефти - это ее плотность, которая зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы. Для ее выражения используется как относительная плотность, выраженная в г/см , так и плотность, выраженная в единицах Американского института нефти (American Petroleum Institute - API), измеряемая в градусах (таблица 2).

Относительная плотность = масса соединения/масса воды. API = = (141,5/ относительная плотность) - 131,5.

Таблица 2.Относительная плотность различных сортов нефти

Нефть	Относительная плотность, г/см3	Плотность API, "API
Легкая	0,800-0,839	36°-45,4°
Средняя	0,840-0,879	29,5°-36°
Тяжелая	0,880-0,920	22,3°-29,3°
Очень тяжелая	более 0,920	Менее 22,3°

1.1.2 Разливы на нефтяных месторождениях

На всех стадиях разработки месторождения возможны разливы нефти. Источниками нефтезагрязнения могут быть буровые скважины различного назначения (поисковые, разведочные, параметрические и т.д.), нефтепромыслы (эксплуатационные скважины, внутрипромысловые трубопроводы, пункты подготовки нефти для дальнейшей транспортировки) и т.д.

Наиболее сильное загрязнение происходит при разведочном бурении, когда вскрывается нефтепродуктивный пласт. В таких случаях скважина часто начинает фонтанировать, что приводит к загрязнению окружающей среды пластовыми флюидами (нефть, газоконденсат, пластовые воды с растворенными углеводородами). В северных районах России преобладающим углеводородным сырьем является газоконденсат с повышенной, по сравнению с нефтью, растворимостью в воде. Это усиливает вероятность загрязнения поверхностных и подземных вод.

Наиболее серьезные проблемы возникают в случае аварий при отсутствии информации о параметрах залежи. Нефтяной фонтан - одна из самых опасных чрезвычайных ситуаций при эксплуатации месторождений. При этом страдает промысловое оборудование, загрязняются десятки тонн грунта, а главная опасность - воспламенение фонтана.

Страшный огненный фонтан разрезал серое небо в окрестностях Куйбышева 27 ноября 1955 года. На буровой № 1 треста «Нефтеразведка» объединения «Куйбышевнефть» в Красноярском районе, в 2 километрах от деревни Киндяково, в результате прорыва газов произошел взрыв и пожар. Огненный фонтан определился в виде мощной струи с давлением у основания порядка 35 атмосфер. Высота горящего факела достигала 70 метров. В общей сложности нефтегазовый пожар на берегу реки Сок бушевал в течение 26 суток.

На территории Ненецкого автономного округа в ноябре 1980 года на скважине «Кумжа-9» в процессе бурения произошел открытый выброс большого количества газа и конденсата, длившийся с конца ноября 1980-го по май 1987-го. Шесть с половиной лет ежесуточно эта скважина выбрасывала два миллиона кубометров газа и сотни тонн конденсата. Образовался огромный факел, а авария была настолько масштабной, что решили даже произвести взрыв атомного заряда для смещения пластов и перекрытия выхода газа и конденсата. В апреле 1981 года рядом со скважиной был произведен подземный ядерный взрыв. Однако и эта мера не смогла потушить факел. После взрыва 50-метровая буровая вышка провалилась в образовавшийся кратер, который затем стал нефтяным озером. В котловане диаметром в сто метров, образовавшемся в результате взрыва, со временем образовалось некое гелеобразное вещество с высоким содержанием углеводородов. На данный момент скважина закупорена, но нефть продолжает выделяться (рисунок 1).

Рисунок 1 - усмирение горящей скважины

1.1.3 Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов

Транспортировка сырой нефти осуществляется по сети трубопроводов, которые поставляют нефть от скважин к хранилищам на промысле или к магистральным терминалам. По магистральным трубопроводам нефть перекачивают к нефтеперерабатывающим заводам или терминалам танкеров.

Нефтепровод представляет собой комплекс сооружений для транспортировки нефти и продуктов ее переработки от места их добычи или производства к пунктам потребления или перевалки на железнодорожный либо водный транспорт. В его состав входят подземные и подводные трубопроводы. В основной состав нефтепроводов входят трубопроводы, насосные станции и нефтехранилища. Скорость движения нефти в трубопроводе 10-12 км/ч.

Магистральный нефтепровод представляет собой сложное сооружение и включает в себя

- трубопровод (от места выхода с промысла подготовленной к дальнему транспорту товарной продукции) с запорной арматурой, переходами через естественные и искусственные препятствия, узлами подключения нефтеперекачивающих станций (НПС), компрессорных станций (КС), узлами пуска и приема очистных устройств;

установки электрохимической защиты трубопроводов от коррозии, линии и сооружения технологической связи, средства телемеханики трубопроводов;

линии электропередачи, предназначенные для обслуживания трубопроводов и устройства электроснабжения и дистанционного управления запорной арматурой и установками электрохимической защиты трубопроводов;

противопожарные средства, противоэрозионные и защитные сооружения трубопроводов;

емкости для хранения и разгазирования конденсата, земляные амбары для аварийного выпуска нефти, нефтепродуктов, конденсата и сжиженных углеводородов;

здания и сооружения линейной службы эксплуатации трубопроводов;

постоянные дороги и вертолетные площадки, расположенные вдоль трассы трубопровода, и подъезды к ним, опознавательные и сигнальные знаки местонахождения трубопроводов;

головные и промежуточные перекачивающие и наливные насосные станции, резервуарные парки;

- пункты подогрева нефти и нефтепродуктов. На всем протяжении трубопровода через определенные интервалы располагаются мощные насосные станции, обеспечивающие непрерывное движение потока жидкости. Нефтеперекачивающая станция (НПС) является основным объектом трубопроводного транспорта. Разделяют головную и промежуточные НПС. Головная станция предназначена для закачки нефти в трубопровод и создания необходимого напора в начале первого участка (рисунок 2).

Рисунок 2 - схема устройства центрального нефтепровода

1.1.4 Железнодорожные перевозки нефти и нефтепродуктов

Из-за нехватки трубопроводов нефтяные компании вынуждены прибегать к альтернативным способам поставки, в частности, железнодорожным транспортом.

Этот способ транспортировки является экологически опасным и очень дорогим. По данным Межведомственной комиссии по экологической безопасности России, около 30% аварийных ситуаций на железнодорожном транспорте связано с разливами нефтепродуктов. Основную долю в структуре опасных грузов транспортируемых по железной дороге занимают нефтеналивные грузы (сырая нефть, дизельное топливо и мазут).

В 2004 году, по данным РЖД, в стране в целом железнодорожным транспортом было перевезено 218,2 млн. тонн нефтеналивных грузов -рост по сравнению с предыдущим годом составил 2,6%. В последние годы нефтяные компании стали более интенсивно использовать железнодорожный транспорт для поставок сырья за границу. В настоящее время 61% объема нефтепродуктов и нефти, транспортируемой по железной дороге, перевозится частными вагонами, находящимися под управлением независимых операторов. Остальной объем перевозок осуществляется самой дорогой. Сегодня на рынке работают несколько десятков компаний операторов, заключивших с РЖД соответствующие договоры о взаимоотношениях в области организации перевозок. Общее количество цистерн, которыми оперируют частные компании, составляет порядка 100 тыс. вагонов.

В октябре 2004 года ОАО «Роснефть Архангельск нефтепродукт» завершил строительство железнодорожного нефтеналивного комплекса на станции Приводино в Котласском районе Архангельской области. Каждый день отсюда в Архангельск, на терминал Талаги, будут отправляться два состава с железнодорожными цистернами, груженными нефтью.

Здесь ее перегрузят в танкеры дедвейтом 15 тысяч тонн, которые каждые 4-5 дней будут совершать рейсы в Мурманск на танкер-накопитель «Белокаменка». Отсюда уже более крупные танкеры дедвейтом 100 тысяч тонн повезут ее в Европу ( рисунок 3).



Рисунок 3 - Железнодорожная цистерна для нефтепродуктов

В России сформировался целый ряд компаний, в основном, специализирующихся на транспортировке нефти и нефтепродуктов по железной дороге (таблица 3).

Таблица 3.Объем железнодорожных перевозок нефти различными компаниями

№ №	Название компании	Объем перевозки грузов собственным подвижным составом (млн. тонн)	Основные грузы в 2003 году	Парк цистерн
		в 2003 году
		всего	внутренние перевозки	экспорт
1	отэко	18,000	3,060	14,940	нефтеналивные грузы	15 000
2	«Балттранссервис»	9,545	4,052	5,493	нефтеналивные грузы	3575
3	«Новая перевозочная компания»	1,700	0,300	1,400	нефтеналивные грузы, уголь, железорудное сырье, металлы	4300
4	ТК «ЛУКойлтранс»	6,683	3,560	3,123	нефтеналивные грузы	5247
5	«Лише Ойл СПб»	6,378	0,135	6,243	нефтеналивные грузы	1823
6	«ТрансГрупп АС» (группа компаний)	6,072	1,822	4,250	уголь, металлы, нефтеналивные грузы, минеральные удобрения	2000
7	«ЮКОС-Транссервис»	5,859	1,885	3,974	нефтеналивные грузы	4096
8	Фирма «Трансгарант»	2,438	1,793	0,645	железорудное сырье, нефтена-ливные грузы, уголь, щебень	280
9	«ПО Спеццистерны»	2,224	1,948	0,276	нефтеналивные грузы, щебень	872
10	«Магистраль-нефтеоргеинтез»	1,423	0,346	1,075	нефтеналивные грузы	1121
11	«Транспортная корпорация»	1,299	0,001	1,298	нефтеналивные грузы	1020
12	«Рынок и связь»	1,201	0,009	1,192	нефтеналивные грузы	1072
13	«Дальнефтетранс»	0,780	0,429	0,351	нефтеналивные грузы	835
	Итого:	56,455				34 995

1.1.5 Речные перевозки нефти и нефтепродуктов

Значительные объемы нефтепродуктов перевозятся также по рекам России. Водный транспорт все больше влияет на процессы, связанные с доставкой нефти и нефтепродуктов до потребителя и является одним из самых дешевых. Речные пароходства России перевезли в 2004 году в общей сложности около 17 млн. тонн нефтеналивных грузов.

Организация безопасной эксплуатации речных нефтеналивных судов, грузоподъемность которых достигает 5 000 тонн, требует точного соблюдения известных правил погрузки, транспортировки и выгрузки танкерного флота. При этом наиболее часто встречаются следующие нарушения безопасной технологии на каждом этапе транспортного процесса, приводящие к разливам нефти и нефтепродуктов:

несогласованность моментов открытия и закрытия вентилей на береговых емкостях нефтебазы или причала НПЗ с запорными устройствами на плавучем причале, что приводит к выплеску остатка нефтегруза в трубе на палубу танкера;

отсутствие или негерметичность палубных заградителей, предотвращающих сброс разлива за борт;

неплотное сопряжение судовых манифольдов с погрузочными трубопроводами;

недостаточный контроль экипажей танкеров дыхательной системой во время, перед началом и по окончании грузовых операций, а также длительных рейсов.

От экипажей требуется максимальная осторожность при прохождении узкостей, заходе и выходе в шлюзованные системы, прохождении мостов, своевременное согласование технологии отшвартовки и погрузки/выгрузки, с точным указанием того, что и в какой момент исполняется экипажем судна и работниками нефтебазы или перегрузочной станции (рисунок 4).



Рисунок 4 - Речной нефтеналивной танкер

1.1.6 Утечки из нефтехранилищ

С момента добычи до непосредственного использования нефтепродукты подвергаются более чем 20 перевалкам, при этом 75% потерь происходит от испарений и 25% - от аварий и утечек.

Одним из основных видов потерь нефти и нефтепродуктов, полностью не устранимых на современном уровне развития средств транспорта и хранения углеводородов, являются потери от испарения из резервуаров и других емкостей.

Потери углеводородных грузов от испарения незаметны и на первый взгляд кажутся незначительными. Однако именно испарение при отсутствии технических средств его сокращения является основным источником потерь нефтепродуктов.

Выбросы углеводородов происходят от следующих источников выделения:

из резервуаров для хранения нефтепродуктов;

из железнодорожных и автоцистерн, сливно-наливных устройств для нефтепродуктов;

из бензобаков заправляющихся автомобилей;

из аппаратуры и технологического оборудования, расположенных на открытых площадках;

из помещений, в которых установлены аппараты и технологическое оборудование;

- из прудов отстойников, нефте ловушек и других объектов. Одним из специфических свойств нефти и нефтепродуктов является

испаряемость легких фракций углеводородов (ЛФУ) при их хранении. ЛФУ - основная причина технологических потерь ценного сырья и вредных выбросов в окружающую атмосферу. По оценкам отечественных специалистов, в России только за год потери бензина от испарения на нефтебазах составляют более 100 тыс. тонн.

Потери происходят вследствие так называемых «больших и малых дыханий» резервуаров. «Большие дыхания» происходят при вытеснении паровоздушной смеси в окружающую среду в процессе заполнения нефтепродуктами резервуара. При этом объем газового пространства уменьшается. Обратное явление - поступление воздуха в резервуар - отмечается при откачке продукта. Объем такого «большого дыхания» приблизительно соответствует поступившему в резервуар количеству продукта (рисунок 5).

Рисунок 5 - Нефтехранилище

1.1.7 Разливы нефти вследствие чрезвычайных ситуаций природного характера

Природные факторы могут сами инициировать существенные риски и приводить к значительным ущербам. К числу таких факторов можно отнести:

- паводки и половодья, вызывающие аварийные и чрезвычайные ситуации, поражающие многие элементы инфраструктуры нефтедобывающего комплекса, в особенности, если кустовые площадки и другие опасные производственные объекты расположены в пойме и на низких террасах;

эрозионные и русловые процессы, вызывающие разрушение элементов инфраструктуры, в первую очередь линейных сооружений: дорог, трубопроводов, подводных переходов, искусственных насыпей дорог, фундаментов зданий и сооружений;

склоновые процессы, в первую очередь - оползневые и солифлюкционные, обвальные и обвально-осыпные, угрожающие линейным сооружениям, а также площадным элементам инфраструктуры промплощадкам и резервуарным паркам, ДНС, ЦПС, ЦППН и др.;

термокарстовые процессы, просадки и провалы, деформация фундаментов и оснований, спровоцированная ускоренная эрозия и солифлюкция, угрожающие площадным объектам нефтяного производства.

3 ноября 2002 года на Аляске произошло мощное землетрясение в 7,9 балла, которое по статистике могло произойти лишь раз в 600 лет. Благодаря грамотным инженерным решениям, принятым при строительстве трансаляскинского нефтепровода, сильнейшие толчки не смогли разрушить целостность трубы.

В августе 1999 года в Турции произошло сильное землетрясение, которое вызвало загорание 10 резервуаров с нефтью по десять тысяч кубических метров каждый на НПЗ в городе Измите (рисунок 6).



Рисунок 6 - Землетрясение в Турции, горит НПЗ в Измите (август 1999 года)

1.1.8 Разливы нефти вследствие криминальных врезок, военных действий и террористических актов

Проблема хищения нефти и нефтепродуктов в России является очень острой. Незаконные врезки обнаруживаются практически каждый день. Для устранения повреждений иногда приходится даже останавливать перекачку нефтепродуктов. На территории России наиболее криминогенными по хищениям нефтепродуктов являются следующие области: Московская (Раменский, Ленинский и Луховицкий районы), Самарская (Сызраньский, Волжский и Безенчукский районы), Курганская (Юргамышский район), Челябинская (Сосновский и Красноармейский районы), Липецкая (Усманский и Грязинский районы), Ульяновская (Новоспасский район), Белгородская (Корочанский и Губкинский районы), Брянская (Брянский, Карачевский, Навлинский, Клинцовский и Почепский районы), Оренбургская (Курманаевский район), Орловская (Орловский и Залегощинский районы), Курская (Курский и Октябрьский районы), Нижегородская (Богородский, Павловский и Кстовский районы), Тульская (Киреевский и Веневский районы), Рязанская (Рязанский и Захаровский районы), Ростовская (Мясниковский, Матвеево Курганский и Кагальницкий районы), Чеченская Республика.

В Пензенской области работники ОАО «Труевское» во главе со своим директором в течение двух лет производили отбор нефти из нефтепровода «Дружба». За 2 года своей нефтедобывающей деятельности они украли порядка 30 тысяч тонн сырой нефти. Системы контроля давления на нефтепроводе нет. В связи с этим оперативное обнаружение несанкционированных врезок в нефтепровод затруднено.

Все чаще объектами террористических актов становятся нефтепроводы и нефтескважины, танкеры и нефтетерминалы. Для того чтобы вывести из строя нефтепровод, не нужны десятки килограммов взрывчатки.

Достаточно нарушить внешнюю стенку нефтепровода - и давление изнутри сделает разрыв максимальным. 6 октября 2002 года был совершен террористический акт против французского супертанкера «Лимбург» водоизмещением 300 тыс. тонн у берегов Йемена. На танкере произошел взрыв с разливом нефти в воду. В результате взрыва и пожара произошла утечка примерно 90 тысяч баррелей нефти, образовавшей огромное пятно размером 500 км² и толщиной 15 см. Почти 130 км побережья было загрязнено нефтью. Танкер «Лимбург» перевозил около 400 тыс. баррелей сырой нефти. В Ираке боевики неоднократно взрывали нефтепроводы и атаковывали морские нефтетерминалы, что приводило к большим разливам нефти и огромным убыткам, срывая на длительное время поставку нефти на экспорт (рисунок 7).



Рисунок 7 - Подрыв нефтепровода

Во время войны в Персидском заливе 1991 года Саддам Хуссейн отдал приказ поджечь нефтяные скважины Кувейта. Были взорваны и подожжены более 700 нефтяных скважин. Остановить наступление американцев это не смогло, но нанесло огромный, не поддающийся оценке, ущерб окружающей среде, от которого природа не оправилась до сих пор. Чтобы потушить эти гигантские пожары, специалистам, прибывшим из 10-ти стран, понадобился почти год (рисунок 8).

Рисунок 8 - Горят нефтяные скважины Кувейта, 1991 год

2. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

2.1 Технологии ликвидации разливов нефти на суше

Работы по ликвидации крупного разлива нефти на грунт можно разделить на три этапа:

первый - локализация разлитой нефти;

второй - сбор нефти;

третий - рекультивация земель.

Следует отметить, что четкой границы между этапами нет, так как работы проводят одновременно как по сбору разлитой нефти, так и по технической и биологической рекультивации и занимают продолжительное время.

Технологии локализации разлива нефти на грунт

Разливы нефти и нефтепродуктов на любой площади от нескольких квадратных метров до сотен и тысяч квадратных метров забрасываются (покрываются) гранулированным нефтесорбентом вручную или с помощью специальных устройств (мониторов). Реакция поглощения нефти нефтесорбентом происходит очень энергично и завершается, как правило, в течение нескольких минут или в отдельных случаях - нескольких часов без дополнительного вмешательства операторов. Дозировка необходимого количества нефтесорбента для ликвидации разлива легко определяется и составляет примерно 1/10 от массы разлива нефти (нефтепродукта).

Сбор конгломерата разлитой нефти с нефтесорбентом (нефтешлама) с загрязненной поверхности производится с помощью ручных приспособлений (при небольших площадях разливов) или с помощью специальной техники - нефтемусоросборщиков (при значительных площадях разливов нефти и нефтепродуктов).

При небольших площадях разливов и тем более, если они произошли в отдаленных местах, наиболее целесообразным считается сжигание собранного нефтешлама на месте в мобильных установках с соблюдением всех требований экологической безопасности.

При значительных количествах, собранный нефтешлам загружается в самосвалы и вывозится на стационарные или временно развернутые пункты утилизации.

Технология утилизации нефтешламов может быть различной

прямое сжигание собранного нефтешлама в инсинераторах с утилизацией тепла отходящих газов для получения пара или горячей воды;

предварительный отжим нефти (нефтепродукта) из нефтешлама на фильтрпрессах с последующей очисткой отжатого сорбата (загрязненной нефти) на сепараторах для получения товарной нефти (нефтепродукта) и брикетированием сухого остатка нефтешлама после фильтрпрессов с получением топливных брикетов.

Локализация большого объема разлитой нефти осуществляется: путем строительства дамб, нефтеловушек, каналов и отстойников, применением локализующих бонов.

В большинстве случаев возводятся земляные дамбы, строительство которых осуществляется насыпным способом. В основании дамбы бульдозерами или скреперами снимают и перемещают растительный слой в валы, далее грузят его экскаватором или погрузчиком в транспортные средства. При отсутствии растительного грунта подготовка основания заключается в уплотнении грунта катками после предварительного рыхления на глубину 0,15-0,30 м.

Нефтеловушка (гидрозатвор) представляет собой гидротехническое сооружение для перекрытия водотоков с целью предотвращения распространения аварийной нефти. Гидрозатвор состоит из земляной плотины, ограждающей дамбы, водопропускного сооружения и отстойника. Гидрозатворы позволяют предотвратить распространение нефти и произвести ее сбор в отстойнике. Для сбора аварийной нефти предусматривается устройство площадок и подъездов для механизированного сбора и перевозки аварийной нефти.

После сбора нефти и завершения очистных работ проводится разборка гидрозатвора и биорекультивация нарушенных земель.

Водопропускное сооружение гидрозатвора состоит из труб металлических диаметром от 330 до 1400 мм. Для обеспечения отвода воды из среднего слоя отстойника трубы укладываются с обратным уклоном или приваривается колено. Отстойник рассматривается как аккумулирующая емкость для отстоя и сбора аварийной нефти. Поток воды в отстойнике должен иметь ламинарный режим течения, при котором аварийная нефть всплывает на поверхность, а частицы нефтезагрязненного грунта оседают на дно.

Для локализации аварийной нефти и отвода избыточной воды на переувлажненных землях и болотах прокладывают открытые каналы, устраивают отстойники, где с поверхности воды собирают аварийную нефть и нефтепродукты. Строительство открытых каналов ведут землеройными машинами, реже взрывным способом или способами гидромеханизации. Наиболее распространено производство работ по каналам землеройными машинами.

Для локализации и сбора аварийной нефти на водотоках и водной поверхности озер и болот применяются боновые заграждения, которые позволяют оперативно перекрывать водоток и задерживать нефть и нефтепродукты, находящиеся на поверхности воды, и направляют нефть к месту сбора. Для локализации аварийной нефти на водотоках и водоемах используются боны: береговые (секция 21 м), речные (секция 10 м), заградительные (секция 30 м), портовые и болотные.

Боновые заграждения в отстойниках перемещают нефть по поверхности воды к месту сбора, где она собирается с помощью скиммеров, экскаваторов, насосами и вакуумными бочками с берега (рис. 9).



Рисунок 9 - Схема локализации аварийной нефти при помощи бонов

Для локализации разлива нефти на реках применяют установку удерживающих боновых заграждений с учетом ширины и скорости течения реки с целью создания так называемого рубежа задержания.

Способ установки бонов со стопроцентным перекрытием русла реки применим для малых рек, несудоходных рек и рек со скоростями течения до 0,3 м/сек.

Для защиты берегов от нефтезагрязнения на водотоках применяют боновые береговые заграждения. Они позволяют направлять аварийную нефть к местам сбора, не пропуская ее по всему сечению водотока (рис. 10).



Рисунок 10 - Установка боновых береговых заграждений

Особую заботу при разливе нефти вызывает защита водозаборов. В этом случае применяют установку направляющих бонов двумя ветвями с применением якорей (рис. 11).

Рисунок 11 - Установка бонов для защиты речного водозабора

2.2 Сбор аварийной нефти

Работы по сбору аварийной нефти на земле делятся на два вида грубые и щадящие. При грубой очистке бульдозерами и экскаваторами нефть счищается вместе с поверхностным слоем земли. При щадящей -верхний почвенный слой и растительность сохраняются: загрязненный участок временно заводняется, а нефть собирается уже с поверхности воды. Кроме того, нефть смывается с помощью водяных струй и счищается скребками-драгами.

На сильно загрязненных нефтью участках (толщина слоя - 30-50 см) хорошо зарекомендовала себя следующая последовательность очистных работ. Вначале нефть собирается при помощи скребков-драг или, при заводнении участка, нефтесборщиков. Потом оставшаяся нефть либо смывается водой под высоким давлением, либо верхний загрязненный слой почвы срезается.

Наиболее распространенным методом ликвидации последствий нефтяных разливов является засыпка замазученных земель песком. Используемый для засыпки разливов нефти карьерный и намывной песок не способен восстановить плодородие почвы в полной мере. Засыпка нефтяных разливов на почве торфом является более удачной технологией, но без перемешивания мульчирующего торфяного слоя с загрязненным грунтом не может считаться экологически приемлемой. Был предложен способ рекультивации нефтезагрязненных земель взрывным методом: при этом необходимо густо разместить микрозаряды, обеспечивающие сплошное перемешивание торфяной залежи (рисунок 12).



Рисунок 12 - Работы на нефтезагрязненной почве

Краткое описание применяемых технологий сбора нефти с грунта механическим методом приведено в таблице 4.

Таблица 4.Технологии сбора разлитой нефти с грунта

Технология	Описание
Заводнение	Заполнение понижения (или участка между дамбами) водой, которая позволяет собирать нефть с поверхности воды, смывать ее брандспойтами с поверхности земли.
Смыв холодной водой	Предусматривает использование высоконапорных насосов, шлангов и брандспойтов для удаления, мобилизации и перемещения нефти в точки сбора.
Смыв горячей водой	Вода предварительно подогревается до 25-35°С для снижения вязкости нефти и оптимизации процесса. Использ. теплой воды обеспечивает безопасность и позволяет сохранить животные и растительные организмы почв.
Уборка граблями	Производится для удаления больших слоев нефти с поверхности грунта.
Очистка резиновыми скребками	Использование резиновых скребков для удаления нефти с поверхности грунта и перемещения ее в места сбора.
Механическое снятие загрязненного грунта	Проводится с использованием техники для удаления замазученных материалов и обычно предусматривает удаление некоторого слоя грунта.
Откачка	Откачка нефти с использованием различных электронасосов в емкости или автоцистерны для перевозки.
Нефтесборщики	Использование различных типов скиммеров, предназначенных для сбора нефти различной вязкости с водных поверхностей.
Зумпф	Вырытые небольшие углубления, которые устраиваются в районах сбора нефти вниз по склонам.
Вакуумная откачка	Производится с исп. передвижных вакуумных насосов, шлангов и емкостей для откачки нефти с поверхности воды.
Сжигание	Сжигание может произ. для удаления нефти с поверхности грунта и воды и для утилизации ее после сбора. Для поджигания нефти исп. факелы. Необ. меры пред. для пред. возгорания прилежащих территорий и обеспечения ТБ.
Водоотводящие каналы	Устраиваются в зимне-весенний период для отвода грунтовых вод на переувлажненных участках.

2.3 Технологии рекультивации нефтезагрязненных земель

Когда завершается сбор «видимой» нефти, тогда замеряется остаточная концентрация нефти в грунте, которая зависит, в частности, и от применяемых технологий.

После аварии власти часто ставят задачу полностью очистить территорию от нефтяного разлива. Но оказалось, чтобы выполнить такие жесткие нормативы, пришлось бы полностью уничтожить верхний слой не только на месте разлива. Ученые предложили отказаться от обязательного требования очистить почву до такой степени, чтобы на всей территории разлива содержание нефти было не более 1 г на 1 кг почвы, и поднять остаточное содержание нефти от 3 до 8 граммов - в зависимости от того, как используется земля. Во многих случаях не стоит даже пытаться восстановить полностью исходную экосистему. Во-первых, потому, что это практически невозможно, во-вторых, потому, что с определенными концентрациями нефти природа справляется сама.

Для экосистемы иногда гораздо более вредно, когда человек пытается исправить последствия незначительных загрязнений, пуская в ход тяжелую технику или сильные химические реагенты. Особо остро реагирует на такое грубое вмешательство природа Крайнего Севера. С другой стороны, северная природа весьма чувствительна и к самому нефтяному загрязнению, поскольку нефть здесь разлагается намного медленнее, и разливы могут оставаться на поверхности в течение десятков лет.

Целесообразно привязать нормативы загрязненности к различным природным зонам - тундре, тайге, широколистным лесам, лесостепям и так далее. Разные по своему строению и биохимическому составу почвы тоже ведут себя по отношению к загрязнению по-разному. Хуже всего дело обстоит с торфяником, который практически сразу впитывает нефть и нефтепродукты, и их практически невозможно извлечь. Килограмм торфа может удерживать от 100 до 500 граммов нефтепродуктов. Песчаные и глинистые почвы впитывают примерно в 100 раз меньше, и в случае разлива нефтяное пятно почти полностью остается на поверхности . Задача состоит в том, чтобы определить, при каком уровне загрязненности не наблюдается угнетение экосистемы, и выбрать вариант очистки почв до допустимого уровня без нанесения большого ущерба окружающей среде. Наиболее жестким должен быть подход в тех случаях, когда продукты нефтяного загрязнения могут попасть в открытые водоемы -реки, озера, море. Под термином «рекультивация нефтезагрязненных земель» понимается комплекс мер, направленный на ликвидацию разлива нефти как источника вторичного загрязнения природной среды, нейтрализацию остаточной нефти в почве до уровня фитотоксичности и восстановление плодородия загрязненных почв до приемлемой хозяйственной значимости. Но нет четких нормативов, до какой степени надо очищать почву от разливов нефти и нефтепродуктов.

Расчетные ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) нефти в грунтах после проведения восстановительных работ приведены в таблице 5.

Таблица 5. Ориентировочно допустимые концентрации нефти в грунтах после проведения восстановительных работ

Направление использования земель	Содержание нефти и нефтепродуктов в слое 0-20 см (ОДК)
	Мин. почва, г/кг абс. сухой пробы почвы	Торфяники, г/кг сухого торфа
Сельскохозяйственное Пашня	1,0	5,0
Сельскохозяйственное и лесохозяйственное Леса, сенокосы, пастбища	10,0	30,0
Лесохозяйственное и природоохранное Торфяное болото		50,0
Строительное Промплощадки	30,0	80,0

При этой технологии почву снимают и помещают в специальные резервуары, в некоторых случаях проводится дополнительная обработка почвы, предшествующая ее транспортировке, переработке или захоронению. Сжигание в печах является одним из наиболее хорошо изученных и известных методов обработки. Другими методами являются: термическая десорбция при 100-550°С, экстракция загрязненной почвы паром, промывка в барабанах под высоким давлением и др.

2.3.1 Технологии ликвидации разливов нефти на море

Ликвидация нефтяного разлива на море ставит перед собой цель уменьшить ущерб для экологических и социально-экономических ресурсов, сокращая при этом время, необходимое для восстановления этих ресурсов и обеспечивая приемлемые стандарты очистки. Основные варианты ликвидации - это локализация и сбор разлитой нефти, распыление химических диспергаторов, защита береговой полосы или самоочищение ее естественным путем. Физическое удаление нефти с поверхности воды снижает угрозу для птиц, млекопитающих в прибрежных водах и на побережье. Диспергаторы, которые помогают разорвать поверхностное пятно нефти, выполняют ту же роль, но их попадание в прибрежные воды может угрожать морским организмам.

Технологии ликвидации разливов нефти - это, по существу, способы сбора и извлечения нефепродуктов.

Основными мерами по локализации и ликвидации разлива нефти и нефтепродуктов на воде являются:

предотвращение дальнейшего сброса;

постановка преград, препятствующих рассеиванию сброшенного вещества и загрязнению уязвимых районов;

отвод разлитого вещества или аварийного объекта в зону, удобную для проведения операций по ЛРН.

сбор разлитого вещества с поверхности воды;

сдача собранных загрязняющих веществ на берег;

ликвидация разлива с помощью физических и химических методов.

Основными способами ликвидации аварийных разливов являются:

механическое удаление плавающей нефти с поверхности моря;

сжигание плавающей нефти;

обработка нефтяного пятна диспергентами, допущенными к применению природоохранными органами, с целью многократного ускорения природного эмульгирования нефти в море под воздействием волнения и течений.

Выбор методов локализации и ликвидации разлива производится, исходя из условий разлива и реальных возможностей, определяющихся имеющимися силами и средствами, а также местными условиями, связанными с разрешением использования сжигания.

2.3.2Сбор нефти механическими способами

Технологии и специальные технические средства, применяемые для локализации разливов нефти на воде, должны обеспечивать свое оперативное использование, а также надежное удержание нефтяного пятна в минимально возможных границах .

Очень важное значение имеет оперативность реагирования на разлив нефти, поскольку нефтяное пятно со временем расползается и трансформируется.

В зависимости от температуры и обстановки на море и масштабов разлива, легкие продукты при благоприятных условиях фактически исчезнут с поверхности моря в течение 1-2 дней, легкие нефти - в течение 2-5 дней и нефти средней плотности - в течение 5-10 дней. Тяжелые нефти или нефти парафинового основания и тяжелые нефтепродукты сохраняются в течение более длительных периодов, но и они со временем рассеиваются естественным образом.

Для сбора нефти на воде механическими способами могут быть запланированы два основных типа нефтесборных работ:

стационарный сбор нефти, при котором применяют боны и нефтесборщики для локализации и удаления нефтяных пятен, начиная с источника разлива или на расстоянии от него, будь это в открытом море или вблизи берега.

передвижной способ сбора нефти, при котором применяются забортные скиммеры, при этом другие скиммеры размещаются в контактной подвеске буксируемого двумя судами бонового заграждения U-, V- или J-образной конфигурации.

В дополнение к скиммерам и бонам при этих технологиях могут также потребоваться вспомогательные средства, такие как:

рабочие платформы для разворачивания, управления и извлечения скиммеров и бонов;

емкости для хранения собранных жидкостей и твердых веществ;

насосы для перекачивания собранной жидкости в хранилище;

устройства для транспортировки и(или) удаления;

-воздушное судно для выполнения мониторинга;

суда обеспечения безопасности;

оборудование для защиты и очистки побережья;

дополнительное оборудование (шланги, прокладки, разъемы, адаптеры и т.д.).

Сбор нефти требует знания течений (включая приливные волны) и доступа к береговой линии для того, чтобы развернуть работы по удалению нефти.

Передвижные системы сбора должны планироваться таким образом, чтобы свободная нефть могла собираться в течение начальной фазы работ по ЛАРН.

Рисунок 13 иллюстрируют схемы развертывания оборудования в U-, J-, и V-образных конфигурациях.

На рисунке 14 отображены одни из возможных схем локализации нефтяного пятна с помощью бонового заграждения в море и у берега.

В ряде случаев пятно нефти локализуется свободно дрейфующими боновыми заграждениями, чтобы на определенное время не допустить его растекания по водной поверхности (рисунок 15).

Рисунок 13 - Различные схемы развертывания боковых заграждений

Рисунок 14 - Схемы локализации нефтяных пятен с помощью бокового заграждения



Рисунок 15 - Свободно дрейфующие боновые заграждения

2.33 Применение диспергентов

Одним из методов уничтожения нефтяной пленки в тех случаях, когда она угрожает катастрофическим загрязнением приоритетных зон, является ее диспергирование с помощью специальных препаратов - диспергентов.

В России к применению допускаются диспергенты, разрешенные Минздравом России и зарегистрированные в Российском Реестре потенциально опасных химических и биологических веществ. Применение диспергентов должно быть санкционировано Госкомрыболовством России и МПР России.

Диспергенты особенно эффективны, если с момента разлива нефти прошло не более 72 часов и температура окружающей среды выше 5°С. Диспергенты не рекомендуется применять на мелководье на глубинах менее 10 м.

Диспергаторы ускоряют скорость естественного диспергирования, снижают «барьер» (натяжение), который препятствует образованию очень мелких каплей под воздействием волн. При использовании диспергаторов образуется гораздо больше мелких нефтяных каплей. Нефти переходят в дисперсное состояние быстрее при сильном волнении. Высоковязкие нефти труднее поддаются диспергированию.

Диспергаторы надлежит применять быстро и точно. Они могут наноситься с судов, вертолетов и самолетов, при этом распыление с самолета представляет наилучший метод при больших разливах нефти.

При использовании воздушных судов больших размеров поверхность нефтяного пятна может быть обработана в 40 раз быстрее, чем при использовании самых больших и высокопроизводительных нефтесборщиков. Кроме того, применение диспергентов с воздуха позволяет распылять их в штормовую погоду, когда невозможно использование средств механического сбора нефти. Ключевым соображением является обработка наиболее утолщенных частей нефтяного пятна применением достаточного количества диспергента. В общем случае применение одной части диспергента приводит к диспергированию от 20 до 30 частей нефти.

Сильное волнение моря способствует быстрому перемешиванию и разбавлению диспергированной нефти. В условиях сильного волнения отношение диспергента к нефти уменьшается до одной сотой.

За последних 30 лет диспергенты успешно применялись более чем на 70 разливах нефти. Частота их применения устойчиво возрастает в девяностых годах.

Решение о применении диспергентов принимается после проведения оценки чистой экологической выгоды (ответа на вопрос, нанесет ли недиспергированная нефть больший или меньший ущерб окружающей среде по сравнению с диспергированной химическими препаратами).

Допускается применение только препаратов имеющих сертификаты и нормативно-техническую документацию одобренные Госкомэкологией, Росрыбводом и Россанэпиднадзором.

2.3.4 Применение сорбентов

Использование нефтяных сорбентов аналогично применению других порошкообразных сорбентов. При ликвидации нефтяных загрязнений водной поверхности прежде всего производят локализацию разлившейся нефти или нефтепродуктов бонами, что является обязательным при любой технологии очистки. Затем производят нанесение сорбента на загрязненную поверхность любым механизированным или ручным способом до полного поглощения нефтяной пленки и образования плавучего конгломерата. После этого производят стягивание бонового заграждения, концентрируя сорбент с поглощенной нефтью вблизи места, удобного для сбора, и тем или иным образом удаляют отработанный сорбент с поверхности воды.

Резерв времени для локализации нефтяного разлива без существенного ущерба окружающей среде, в зависимости от погодных условий, обычно не должен превышать 24-72 часов с момента аварии. Использование при ликвидации нефтяного загрязнения порошковых сорбентов, сохраняющих плавучесть в течение длительного периода времени, позволяет значительно увеличить резервы времени для проведения подготовительных мероприятий и сбора нефти.

При сборе нефти на воде могут применяться крупные конструкции сорбционно-заградительных бонов длиной 5 метров, состоящие из нетканого сорбента, элемента, обеспечивающего плавучесть, и сетки, придающей конструкции необходимую форму. Боны легко соединяются между собой и образуют заграждения, ограничивающие нефтяное пятно и препятствующие его распространению по поверхности воды или почвы. С помощью бонов огражденное пятно разлива буксируется к урезу воды и концентрируется для последующего сбора, одновременно сорбируя нефть. Боны обладают плавучестью даже в состоянии полного насыщения нефтепродуктами.

Биосорбент может применяться как автономно, так и в сочетании с традиционными средствами механического сбора. Распыление биосорбенотов с судов ограничивается погодными условиями. Применение биосорбентов с помощью авиации позволяет начинать ликвидацию аварии при ветре до 25 м/сек, т.е. немедленно после разлива даже в штормовых условиях. Важно, что процесс биодеструкции нефти идет также в донных отложениях и береговой зоне, в том числе и в анаэробных условиях.

Тактика и технология применения биосорбентов с использованием вертолета отражены на рисунок 16.

Рисунок 16 - Тактика и технология применения биосорбента при разливе нефти

2.4 Контролируемое сжигание нефти

Пролитую сырую нефть в принципе можно сжечь, однако при образовании тонкой нефтяной пленки на водной поверхности, горение прекращается из-за теплоотвода в толщу воды. Кроме того, разлитая нефть быстро теряет легкие, наиболее горючие фракции. Поэтому для осуществления контролируемого сжигания разлитой нефти первоначально производится локализация нефтяного разлива, утолщение слоя нефти (до нескольких сантиметров) с целью ее последующего поджога и сжигания.

Более легкие и летучие нефти могут быть подвержены возгоранию сразу же после разлива. Эти характеристики склонят чашу весов в пользу сжигания на месте - вариант ликвидации, обладающий потенциалом удаления значительных количеств нефти с поверхности моря, но который также породит обильный черный дым и небольшое количество стойкого осадка.

К середине 80-х годов метод сжигания аварийно разлитой нефти на месте был признан надежным при условии удержания пятна нефти достаточной толщины на месте. В 1988 году на открытой воде у берегов Норвегии были проведены успешные испытания: 80 м³ нефти удерживали огнеупорным боном длиной 91 м и подожгли с помощью желеобразного газолина. За 30 минут 95% нефти было уничтожено.

В 1989 году на второй день после аварии танкера «Эксон Валдиз» 4800 м³ нефти выгорели за 45 минут на 98% (поверхностный воспламенитель подплыл к огражденному пятну и поджег его). В августе 1993 года более 25 агентств из Канады и США провели успешные испытания у берегов Канады по сжиганию на месте аварийно разлитой нефти. Участвовало 20 судов, 7 самолетов, 230 человек, затраты составили 7 млн. долл. США, сожгли более 3200 м³ нефти. Получается, что на сжигание 1 м³ нефти было затрачено более двух тысяч долларов США.