Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

ON THE PROBLEM OF PROTECTION FROM ACCIDENTAL POLLUTION IN OIL SPILLS

Research article
Reshnyak V.I.
Kazmin K.A.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.107.5.043
Issue: № 5 (107), 2021
Published:
2021/05/17
PDF

ПРОБЛЕМА ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИ РАЗЛИВАХ НЕФТИ

Научная статья

Решняк В.И.1, Казьмин К.А.2, *

1 ORCID: 0000-0003-0639-9684;

2 ORCID: 0000-0001-7971-9701;

1, 2 Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (Kazmink94[at]mail.ru)

Аннотация

Статья посвящена проблеме защиты окружающей среды при аварийных разливах нефти. Такая проблема остается актуальной, в том числе, и при транспортировке нефти с помощью объектов водного транспорта – судов и перегрузочных комплексов. Решение этой проблемы осуществляется по двум направлениям: предупреждение аварийных разливов и их ликвидация в случаях возникновения. В настоящее время природоохранная деятельность в исследуемой области в большей степени сконцентрирована на развитии и применении технических средств для ликвидации аварийных разливов. Существует определенное многообразие типов и конструкций таких технических средств, которые включают в себя две основные группы – средства для локализации аварийных разливов (боновые ограждения) и средства, собственно, для ликвидации пятна разлива с поверхности водного объекта. Направление, связанное с предотвращением возникновения аварийных разливов, как наиболее актуальное в области защиты окружающей среды от аварийных разливов нефти, требует продолжения своего развития. Это направление предполагает формирование комплекса защитных мер, которые являются определенными управленческими решениями, реализация которых обеспечит снижение вероятности или предотвращение возникновения аварийных разливов. Формирование комплекса защитных мер подчинено алгоритму и закономерностям, который обосновывается авторами настоящей работы. Защитные меры должны быть направлены на технические средства, которые обеспечивают перемещение нефти и поэтому являются потенциальными источниками аварийных разливов. Учитывая отличие этих устройств друг от друга по типу и конструкции, а также по условиям их эксплуатации, упомянутые потенциальные источники будут отличаться и по уровню экологической опасности, что требует сравнительной оценки этого уровня и определение по результатам сравнения наиболее опасных. Авторами установлен перечень факторов, которые определяют уровень опасности оцениваемых устройств. Получение исходной информации для такой оценки является лимитирующим аспектом, от которого зависит ее возможность в целом и точность результатов оценки, которые будут положены в основу процесса формирования защитных мер. Авторами предложены способы получения информации о численной характеристике этих факторов.

Ключевые слова: аварийный разлив нефти, комплекс защитных мер, водный транспорт, природоохранная деятельность, управленческие решения.

ON THE PROBLEM OF PROTECTION FROM ACCIDENTAL POLLUTION IN OIL SPILLS

Research article

Reshnyak V.I.1, Kazmin K.A.2, *

1 ORCID: 0000-0003-0639-9684;

2 ORCID: 0000-0001-7971-9701;

1, 2 Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, St. Petersburg, Russia

* Corresponding author (Kazmink94[at]mail.ru)

Abstract

The article discusses the problem of environmental protection in case of emergency oil spills. This problem remains relevant, including when transporting oil via water transport facilities such as ships and transshipment complexes.  The solution to this problem is carried out in two directions: the prevention of emergency spills and their elimination in cases of occurrence.  Currently, environmental protection activities in the area under study are more focused on the development and application of technical means for the elimination of emergency spills. There is a certain variety of types and designs of such technical means, which include two main groups: the means for localizing emergency spills (booms) and the means for eliminating the oil plume from the surface of a water body. The area related to the prevention of accidental spills, as the most relevant in the field of environmental protection from accidental oil spills, requires further development. This direction involves the formation of a set of protective measures, which are certain management decisions, the implementation of which will reduce the likelihood of, or prevent, the occurrence of emergency spills. The formation of a set of protective measures is subject to the algorithm and laws, which is justified by the authors of this study. Protective measures should be aimed at technical means that ensure the movement of oil and therefore are potential sources of accidental spills. Given the difference between these devices from each other in type and design, as well as in the conditions of their operation, the mentioned potential sources will also differ in the level of environmental hazard, which requires its comparative assessment and the determination of the most dangerous ones based on the results of the comparison. The authors form a list of factors that determine the level of danger of the devices under evaluation. Obtaining the initial information for such an assessment is a limiting aspect, which determines its ability in general and the accuracy of the assessment results, which will form the basis of the process of forming protective measures. Also, the authors propose ways to obtain information on the numerical characteristics of these factors.

Keywords: emergency oil spill, complex of protective measures, water transport, environmental protection, management decisions.

Введение

Как известно, одним из видов загрязнения окружающей среды наряду с эксплуатационных является аварийное [1], [2], [3]. наиболее распространенным примером аварийного загрязнения являются разливы нефти или нефтепродуктов (далее – нефти) при их перемещении с помощью объектов водного транспорта – транспортировке, временном хранении и перегрузке. Ущерб при аварийных разливах нефти бывает значительным. Например, при авариях на танкерах в море могут попадать десятки тысяч тонн нефти. Проблема защиты окружающей среды при аварийных разливах нефти имеет свою историю. Уже существуют и находят широкое применение способы и средства ликвидации аварийных разливов нефти [4], [5], [6]. Разработаны и используются на практике различные конструкции средств для локализации пятна разлива – боновые ограждения, нефтесборщики разных типов – щеточные, пороговые, и исполнения – стационарные, съемные (навесные), в виде самостоятельно плавающих устройств, малогабаритные. Однако, все указанные технические средства относятся к средствам, так называемой, активной защиты, которые используются для ликвидации произошедших аварийных разливов. В тоже время в своих более ранних работах [5], [7] авторы статьи говорят о необходимости решения исследуемой проблемы еще по одному направлению – превентивной защиты, которое представляет собой комплекс мер – организационных мероприятий, технологий и технических средств, направленных на предотвращение возникновения аварийных разливов. Основным фактором, определяющим содержание комплекса защитных мер является уровень экологической опасности объектов, применяемых перемещение нефти и являющихся потенциальными источниками аварийных разливов. Сказанное определило необходимость разработки методики оценки уровня экологической опасности упомянутых объектов.

Основной текст

Пользуясь методами системного подхода, авторами была изучена проблема аварийных разливов нефти и получены определенные результаты, позволившие разработать основы превентивной защиты от загрязнения при аварийных разливах нефти. Как уже было сказано, в основе защиты окружающей среды от аварийного загрязнения при разливах нефти лежит комплекс мер [8], [9]. Если на процесс организации и осуществления защиты окружающей среды в данном случае посмотреть, как, на процесс управления, то сразу возникает вопрос об объекте управления. Объектом управления являются технические устройства, которые используются для перемещения нефти и поэтому являются потенциальными источниками аварийных разливов.

Аварийные разливы возникают тогда, когда какое-либо из упомянутых устройств переходит в аварийное состояние. Поэтому все защитные меры должны быть направлены на обеспечение нормального эксплуатационного состояния упоминаемых технических устройств. Учитывая, что такие устройства представляют собой разные конструкции – трубы, емкости, насосы, и работают в разных условиях, например, с точки зрения количеств перекачиваемой нефти, то и уровень экологического ущерба при аварийном разливе нефти будет разным. В соответствии с принципом адресности защитных мер последние должны быть направлены на те потенциальные источники аварийных разливов, которые характеризуются наиболее высоким уровнем экологической опасности [10], [11].

Уровень экологической опасности характеризуется разными факторами, которые определяют содержание комплекса защитных мер. К основным таким факторам относятся:

  • тип и особенности конструкции устройств, обеспечивающих перемещение нефти;
  • условия эксплуатации указанных устройств;
  • возможные причины возникновения аварийной ситуации;
  • возможное количество (объем) нефти, которое может поступить в окружающую среду;
  • частота аварийных разливов.

Тип и особенности конструкции устройств, обеспечивающих перемещение нефти определяют их общность.

В работе [10] авторами предложена систематизация таких устройств предложены следующие типы: труба, емкость, перекачивающее устройство и соединение. Такая систематизация отражает основные признаки конструкции. Например, емкость, не зависимо от ее объема остается емкостью. Конечно, на ее состояние в процессе эксплуатации могут сказаться определенные особенности конструкции, однако, защитные меры, как и для каждого типа устройств, в большинстве случаев будут аналогичными. Это позволяет их унифицировать и тем самым упростит решение задач по предотвращению возникновения аварийных разливов.

Условия эксплуатации в рамках интересов настоящего исследования характеризуются, прежде всего, количеством нефти, которое перемещается в рассматриваемых устройствах. Хотя, конечно, свое влияние могут оказывать и характер перемещения (например, движение в потоке или нахождение в емкости), скорость движения потока нефти в устройстве, сорт нефти или нефтепродуктов температура в окружающей среде.

Информация о причинах аварийных разливах позволяет установить причинно-следственную связь между событиями, предшествующими разливу, что в свою очередь позволяет предложить наиболее эффективные защитные меры.

В целом фактор количества разлитой нефти позволяет определить наиболее опасные устройства, а также ситуации.

Фактор количества предполагает установление количества в разовом разливе, а также максимально наблюдаемое и теоретически возможное, так как эти параметры могут по-своему оказывать влияние на содержание комплекса защитных мер.

Учитывая сказанное, можно заключить, что базовая информация, необходимая для разработки комплекса защитных мер, должна содержать сведения об указанных факторах.

Получение базовой информации о тех разливах, которые могут произойти в будущем, является одной из проблем формирования комплекса защитных мер.

Авторами предложены два способа получения такой информации. Первый основан на данных о тех разливах, которые имели место в предыдущий период эксплуатации объекта, считая эти данные как достаточно достоверные для возможного развития событий в будущем. При этом достоверность будет тем больше, чем больше период наблюдений. При отсутствии такой информации может быть применен второй способ, который основан на результатах экспертной оценки исследуемого объекта.

Однако, и в данном случае получение информации остается проблемным в силу, как минимум, двух следующих причин. Во-первых, не всегда есть данные за предыдущий период эксплуатации исследуемого объекта. Во-вторых, сама организация процедуры экспертной оценки может быть затруднена в силу ряда объективных и субъективных причин. Поэтому получение информации может оказаться лимитирующей процедурой, то есть определяющей возможность описываемой оценки в целом или ее точность.

Оценить опасность устройств, обеспечивающих перемещение нефти, как потенциальных источников аварийных разливов можно по величине количеств Wi разовых i-х разливов, которые имели место отдельно в каждом j-м исследуемом устройстве (см. Рис.1). Это позволяет установить причины, которые приводили к наибольшим разливам в j-м источнике. И значения величин Wi , и установленные причины разовых аварийных разливов будут использованы при выборе содержания защитных мер. Например, при расчете резервного аварийного объема приемных емкостей и регулировании систем контроля налива.

25-05-2021 12-37-29 Рис. 1 – Объемы разовых разливов Wi (определяется высотой каждого столбика на графике) от j-х источников аварийных разливов

Сравнение значений сумм всех разливов в каждом j-м источнике (WΣ)j (см. Рис.2) позволяет выделить источники, которые характеризуются наиболее высоким уровнем опасности с точки зрения общего объема потерь в каждом из сравниваемых устройств-источников.

25-05-2021 12-37-41

Рис. 2 – Общее количество разлитой нефти в каждом j-ом источнике

Анализ данных о разовых разливах от каждого j-го источника позволяет выделить разлив, который характеризовался максимальным объемом (Wi max) разлитой нефти. Информация об этом параметре позволяет, например, правильно рассчитать необходимую длину боновых ограждений при подготовке погрузочно-разгрузочных операций на танкере или судовых бункеровочных.

Сравнение максимальным объемом (Wi max)j разлитой нефти от разных j-х источников (см. Рис.3) также необходимо учесть при формировании комплекса защитных мер, так как такой разлив может произойти не в самом опасном источнике, например, с точки зрения количества (частоты) аварийных ситуаций и/или объемов разовых разливов, но характеризоваться тяжелыми последствиями.

25-05-2021 12-37-53

Рис. 3 – Сравнение максимальным объемом (Wi max)j разлитой нефти от разных j-х источников разлива

Кроме того, для каждого рассматриваемого устройства-источника аварийного разлива необходимо различать значения объемов разовых разливов (Wi), в том числе и максимальных значений – (Wi max)j, и величину теоретически возможного максимального объема (Wmax)j. Параметр (Wmax)j отражает потенциальную опасность технического устройства-источника, что необходимо учитывать при формировании комплекса защитных мер несмотря на то, что разливов таких или близких по величине объемов в истории эксплуатации могло и не быть. Кроме того, сравнение параметра (Wmax)j с величиной параметра (Wi max)j характеризует уровень защиты исследуемого устройства относительно возможных разливов, который заложен изначально проектом и определен особенностями его конструкции. Например, объем емкостей для временного хранения нефти или нефтепродуктов резервуарного парка нефтяных портов или терминалов могут обычно составляет 5-30 тыс. м3 иногда и более. Опыт их эксплуатации показывает, объем протечек составляет не более 0,1-1,0% от общего объема емкости. Такое соотношение объемов протечек и емкости определяется характером конструкции и причин протечек. Поэтому при выборе основных мер для такого устройства целесообразно исходить из наблюдаемой на практике величины потерь, не забывая о величине теоретически возможного объема потерь, то есть общего объема емкости.

Определенную информацию, которая может быть полезно использована при формировании комплекса защитных мер, дают сведения о частоте pi аварийных событий – i-х разовых разливов нефти. Например, при организации контроля за техническим состоянием устройств, являющихся потенциальными источниками аварийных разливов. Периодичность такого контроля должна обязательно учитывать ожидаемую частоту аварийных ситуаций – быть чаще, чем периодичность возникновения аварийных ситуаций. Кроме того, указанный фактор должен быть учтен в графике работы обслуживающего персонала.

Иногда для оценки уровня экологической опасности потенциальных источников пользуются параметром риска [12]. Риск Rj аварийного разлива как некоторый параметр представляет собой произведение вероятности (частоты) Pj аварийных разливов на величину ущерба Qj, который определяется объемом Wj нефти в разливе. Риск Rj имеет физический смысл общего количества нефти в разливах от j-х источников (WΣ)j и характеризует уровень экологической опасности с точки зрения величины этого общего количества. Информация о структуре риска, то есть о численных значениях Pj и Qj дает возможность более точно выбрать защитные меры, которые могут быть разными, так как направлены на разные цели – снижение вероятности или количества нефти в разливе. Кроме того, структура риска дает информацию о преобладающем факторе, который определяет величину риска.

Заключение

Таким образом, в настоящей работе авторами предлагается алгоритм оценки уровня экологической безопасности, что позволяет установить объект реализации защитных мер как управленческих решений, направленных на предотвращение загрязнения окружающей среды при аварийных разливах нефти.

При этом авторы, учитывая, что уровень экологической опасности описывается с разными факторами, устанавливают эти факторы, показывая, как каждый фактор оказывает влияние, в конечном счете, на содержание комплекса защитных мер. Основными такими факторами авторы предлагают считать тип и особенности конструкции устройств, обеспечивающих перемещение нефти; условия их эксплуатации; возможные причины возникновения аварийной ситуации; возможное количество (объем) нефти, которое может поступить в окружающую среду, а также частоту аварийных разливов. Показана также возможность использования параметра риска для характеристики экологической опасности исследуемых источников аварийных разливов, а также влияние структуры риска на содержание защитных мер.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Соловьянов А.А. Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов – актуальная проблема России / А.А. Соловьянов // Охрана окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – Вып. 1. – 2021. - С. 5-7.
  2. Оганов Г.С. Анализ аварийных разливов нефти нефтепродуктов на континентальном шельфе и укрепление сотрудничества в борьбе с ними / Г.С. Оганов, Г.Д. Ворсина, Е.В. Богатырева // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и море, - Вып. 12. – 2018. - С. 60-65. doi:10.30713/0130-3872-2018-12-60-65.
  3. Фингас М. Морские разливы нефти / М.Фингас // Journal of Marine Science and Engineering – Вып. 7(4). – 2019. – С. 82. doi:10.3390/jmse7040082.
  4. Решняк В. И. Опыт организации и применения технических средств ликвидации аварийных разливов нефти / В.И. Решняк // Вестник Государственного Университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2018. - № 10(2). – С. 287-299. doi:10.21821/2309-5180-2018-10-2-287-299.
  5. Решняк В.И. Система управления экологической безопасностью при эксплуатации судов на внутренних водных путях: монография / В.И. Решняк. – СПб.: ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2017. – 148 с.
  6. Kai Li Analysis of Offshore Oil Spill pollution Treatment Technology / Li Kai Yu Hongliang, Yan Jin, Liao Jianbin // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2020, IOP Publishing, 510042011 doi:10.1088/1755-1315/510/4/042011
  7. Решняк В.И. Регулирование эксплуатационного и аварийного загрязнения окружающей среды на объектах водного транспорта / В.И. Решняк, З. Юзвяк, А.Г. Щуров // Журнал университета водных коммуникаций, - Вып. 17. -2013. - С. 85-90
  8. Oganov, G. S. Analysis Of Emergency Oil And Oil Products Spills On The Continental Shelf And Reinforcement Of Cooperation In Order To Combat Them / G. S. Oganov, G. D. Vorsina, & E. V. Bogatyryova // Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, (12), 60–65. doi:10.30713/0130-3872-2018-12-60-65
  9. Наумов В.С. Моделирование всплытия нефти от подводных источников в ледовых условиях / В.С. Наумов, А.Е. Пластинин, В.С. Каленков и др.// Морские интеллектуальные технологии, - Вып. № 2-4 (42). – 2018, - С. 87-91
  10. Решняк В.И. Теоретические основы оценки риска аварийных разливов нефти / В.И. Решняк // Морские интеллектуальные технологии, - Вып. № 4 Т.3. - 2019. – С. 72 - 76
  11. Reshnyak, V.I. Environmental risks of accidental pollution during oil spills at water transport / V.I. Reshnyak, K.A. Kazmin // E3S Web of Conferences, - Vol. 110, 02084 (2019).  doi:10.1051/e3sconf/201911002084.
  12. Chenhao J. Risk Analysis and Emergency Response to Marine Oil Spill Environmental Pollution / J. Chenhao, X. Yupeng // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 687 (2021) 012070 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/687/1/012070.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Solov'janov A.A. Avarijnye razlivy nefti i nefteproduktov – aktual'naja problema Rossii [About accidental spillage of crude oil and oily products as Russian actual problem] / A.A. Solov'janov // Ohrana okruzhajushhej sredy v neftegazovom komplekse [Environmental protection in the oil and gas industry]. – № 1. – 2021.- P. 5-7. doi:10.33285/2411-7013-2021-1(298)-5-7. [in Russian]
  2. Oganov G.S. Analiz avarijnyh razlivov nefti nefteproduktov na kontinental'nom shel'fe i ukreplenie sotrudnichestva v bor'be s nimi [Analysis of accidental oil and petroleum product spills on the continental shelf and strengthening cooperation in combating them] / G.S. Oganov, G.D. Vorsina, E.V. Bogatyreva // Stroitel'stvo neftjanyh i gazovyh skvazhin na sushe i more [Construction of oil and gas wells on land and sea], - № 12. – 2018. - P. 60-65. doi:10.30713/0130-3872-2018-12-60-65 [in Russian]
  3. Fingas M. Morskie razlivy nefti [Marine oil spills] / M.Fingas // Journal of Marine Science and Engineering – № 7(4). – 2019. – P. 82. doi:10.3390/jmse7040082. [in Russian]
  4. Reshnjak V. I. Opyt organizacii i primenenija tehnicheskih sredstv likvidacii avarijnyh razlivov nefti [Experience in the organization and application of technical means for the liquidation of accidental oil spills] / V.I. Reshnjak // Vestnik Gosudarstvennogo Universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova [Bulletin of Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping]. - 2018. - № 10(2). – P. 287-299. doi:10.21821/2309-5180-2018-1 [in Russian]
  5. Reshnjak V.I. Sistema upravlenija jekologicheskoj bezopasnost'ju pri jekspluatacii sudov na vnutrennih vodnyh putjah: monografija [Environmental management system during operation of inland waterway vessels: monograph] / V.I. Reshnjak. – SPb.: GUMRF im. adm. S. O. Makarova, 2017. – 148 p. [in Russian]
  6. Kai Li Analysis of Offshore Oil Spill Pollution Treatment Technology / Li Kai Yu Hongliang, Yan Jin, Liao Jianbin // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2020, IOP Publishing, 510042011 doi:10.1088/1755-1315/510/4/0420117.
  7. Reshnjak V.I. Regulirovanie jekspluatacionnogo i avarijnogo zagrjaznenija okruzhajushhej sredy na objektah vodnogo transporta [Regulation of operational and accidental environmental pollution at water transport facilities] /V.I. Reshnjak, Z. Juzvjak, A.G. Shhurov // Zhurnal universiteta vodnyh kommunikacij [Bulletin of waterway transport University], - №. 17. -2013. - P. 85-90 [in Russian]
  8. Oganov, G. S. Analysis Of Emergency Oil And Oil Products Spills On The Continental Shelf And Reinforcement Of Cooperation In Order To Combat Them / G. S. Oganov, G. D. Vorsina, & E. V. Bogatyryova // Construction of Oil and Gas Wells on Land and Sea, (12), 60–65. doi:10.30713/0130-3872-2018-12-60-65
  9. Naumov V.S. Modelirovanie vsplytija nefti ot podvodnyh istochnikov v ledovyh uslovijah [Modeling of oil surfacing from underwater sources in ice conditions] / V.S. Naumov, A.E. Plastinin, V.S. Kalenkov and others// Morskie intellektual'nye tehnologii [Marine intelligent technologies], - №.2-4 (42). – 2018, - P. 87-91 [in Russian]
  10. Reshnjak V.I. Teoreticheskie osnovy ocenki riska avarijnyh razlivov nefti [Theoretical basis for assessing the risk of accidental oil spills] / V.I. Reshnjak // Morskie intellektual'nye tehnologii [Marine intelligent technologies], - № 4(3) - 2019. – P. 72 – 76 [in Russian]
  11. Reshnyak, V.I. Environmental risks of accidental pollution during oil spills at water transport / V.I. Reshnyak, K.A. Kazmin // E3S Web of Conferences, - Vol. 110, 02084 (2019). https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911002084.
  12. Chenhao J. Risk Analysis and Emergency Response to Marine Oil Spill Environmental Pollution / J. Chenhao, X. Yupeng // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 687 (2021) 012070 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/687/1/012070.