PERSPECTIVE DEVICES FOR ELIMINATION OF OIL SPILLS UNDER ICE

Попов С.Н.¹, Морова Л.Я.², Герасимов А.И.³

¹ Доктор технических наук, Институт проблем нефти и газа СО РАН; ²старший научный сотрудник, кандидат технических наук, Институт проблем нефти и газа СО РАН; ³кандидат технических наук, Институт проблем нефти и газа СО РАН

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ РАЗЛИВОВ НЕФТИ ПОДО ЛЬДОМ

Аннотация

Анализ научно-технической информации и выпускаемого отечественной промышленностью оборудования для локализации и сбора аварийных разливов нефти показал, что для применения в зимних условиях Якутии эффективные технические и технологические решения практически отсутствуют. Целью работы является разработка компактных, мобильных эффективных устройств, предназначенных для сбора, локализации аварийных разливов нефти и очистки воды от нефтезагрязнений в зимнее время с учетом климатических особенностей Якутии.

Ключевые слова: нефтепровод, экология, ледовая обстановка.

Popov S.N., Morova L.Ya., Gerasimov A.I.

¹D in technical science, Institute of Problems of Oil and Gas SB RAS; ²PhD in technical science, chief researcher, Institute of Problems of Oil and Gas SB RAS; ³PhD in technical science, Institute of Problems of Oil and Gas SB RAS

PERSPECTIVE DEVICES FOR ELIMINATION OF OIL SPILLS UNDER ICE

Abstract

The analysis of the scientific and technical information and the equipment for oil-spill localization and recovery let out by the domestic industry has shown that for application in winter conditions of Yakutia corresponding technical and technological decisions practically are absent. The purpose of work is development of the compact, mobile effective devices intended for collecting, localization of emergency oil spills and water purification from petropollution in winter time.

Keywords: oil pipeline, ecology, ice conditions.

Как известно, возможность возникновения аварийных ситуаций постоянно сопровождает все работы по поиску и разведке нефтяных месторождений, добыче, транспортировке и переработке нефти [1].

Используемое в мероприятиях по борьбе с аварийными разливами нефти оборудование можно разделить на следующие типы: 1. Оборудование для локализации нефти;  2. Оборудование для сбора нефти; 3. Оборудование для утилизации нефтесодержащих отходов.

Для локализации нефти на поверхности водоемов и болотистых мест используются различные типы заградительных бонов. Для сбора нефти применяются различные конструкции насосов. Повышение эффективности локализации и сбора обеспечивается при использовании нефтесорбентов. Очистка воды от нефти может производиться различными технологическими способами. Наиболее распространенный способ – сепарация.  Утилизация нефтесодержащих отходов, как правило, осуществляется сжиганием в печах различной конструкции.

Разработкой и промышленным производством оборудования для ликвидации последствий аварийных разливов нефти и нефтепродуктов в России в настоящее время занимается ряд предприятий, в том числе: ООО «ЭКОсервис-НЕФТЕГАЗ» (г. Москва); ООО «Скорая экологическая помощь» (г. Брянск); ООО «Лессорб» (г. Брянск); ПКФ «Ивтекс» (г. Иваново); ЗАО «Газтурбо» (г. С.-Петербург); ООО «Композит» (г. Брянск).

Зимние варианты известных конструкций, например, нефтесборщиков, предусматривают только дополнительное оснащение электропарогенераторами для подогрева и разжижжения застывшей нефти или исключения ледообразования в майнах. Эффективность их применения в зимних условиях при температурах ниже минус 40°С весьма сомнительна. Работоспособность оборудования при таких температурах также ни одним предприятием не изучалась.

Анализ научно-технической информации и выпускаемого отечественной промышленностью оборудования для локализации и сбора аварийных разливов нефти  показал, что для применения в зимних условиях Якутии эффективные технические и технологические решения практически отсутствуют.

Наиболее опасными разливами при транспортировке нефти являются разливы из магистральных нефтепроводов, проложенных по дну водоемов. В работе представлены схемы устройств компактных, простых по конструкции и эффективных по скорости развертывания и качеству очистки воды от нефти и нефтепродуктов.

Преимуществом устройства представленного на рис. 1 по сравнению с аналогами является простота конструкции, меньшее воздействие нефтяного загрязнения на водный объект, так как устройство для сбора нефти действует немедленно при прорыве нефтепровода и утечки нефти, что регистрируется по снижению давления в магистральном нефтепроводе. Устройство представляет собой металлический поддон 1, в днище которого выполнены отверстия 2. К поддону приваривается водо- и нефтенепроницаемое улавливающее покрытие 3, угол 4 которого возвышается над другими и на нем закрепляется патрубок 5. К патрубку присоединен трубопровод 6, по которому собираемая  нефть или нефтепродукт перекачивается в накопительную емкость, находящуюся на берегу. Две противоположные стороны поддона выполняются, для облегчения перемещения по дну водоема, изогнутыми кверху. Перемещение устройства над трубопроводом к месту выхода нефти из грунта осуществляется тросами посредством лебедок, находящихся на берегах водоема. Конструкция устройства позволяет ему находиться в постоянной готовности на дне водоема в любое время года. Необходимо лишь в зимнее время во время ледостава следить за тем, чтобы выходящие на берега водоема концы троса не вмерзали в лед. Предлагаемое изобретение, отличаясь простотой конструкции, расширяет арсенал технических средств, предназначенных для сбора нефти непосредственно над ее аварийным выбросом из магистрального нефтепровода, в том числе в зимнее время года.

Рис. 1 - Устройство для сбора нефти под водой

Отличительным признаком компактного мобильного устройства, изображенного на рис. 2, является «точечный» сбор нефти из аварийного нефтепровода. Поставленная цель достигается тем, что в зимнее время при возникновении аварийной ситуации «точечно», то есть конкретно над местом утечки во льду вырезается отверстие с диаметром чуть больше диаметра устройства в сложенном состоянии. Место аварийного прокола нефтепровода указывает робот-оповеститель, задача которого – постоянный контроль за безопасной работой нефтепровода. По сигналу робота-оповестителя, контролирующего состояние нефтепровода 1, проложенного под дном реки, на место утечки нефти 2 через отверстие во льду на дно при помощи троса погружается устройство, содержащее полую штангу 3, в верхней, части которой, под фланцем 4, выполнены нефтезаборные отверстия 5. К верхнему фланцу штанги 4 герметично прикреплены внутренний периметр мембраны 6, изготовленной из водо- и нефтенепроницаемого материала и гибкий армированный гофрированный рукав 7 из аналогичного материала, соединенный насосом 8 с накопительной емкостью 9. По внешнему периметру мембраны равномерно распределяются грузы 10 прижимающие ее кромку ко дну водоема. К нижнему фланцу 11 посредством шарниров 12 прикрепляются распорки 13, соединяемые с внешней кромкой мембраны. Для опускания устройства на место аварии и выемки его из воды к верхнему фланцу прикрепляется трос 14. Под действием грузов распорки принимают горизонтальное положение, мембрана расправляется и покрывает место возникновения утечки нефти. Поскольку диаметр верхнего фланца выполняется больше диаметра нижнего, распорки находятся в наклонном положении, что обеспечивает расправление мембраны. Вытекающая нефть накапливается под мембраной, по отверстиям, выполненным в штанге, поступает в рукав и перекачивается насосом в накопительную емкость, которая располагается на берегу.

Для транспортировки и погружения под лед устройство складывается по аналогии с зонтом. Использование данного изобретения позволяет сократить время на устранение аварийного разлива нефти, так как устройство - компактно, имеет небольшие размеры и малый вес, транспортировка его на место аварии занимает мало времени, кроме того, значительно сокращается подготовительный период, предшествующий ликвидации аварии за счет сокращения ледорезных работ.

Устройство, общий вид которого приведен на рис.3, состоит из нефтефильного гидрофобного многослойного сорбирующего (фильтрующего) элемента 2 представляющего собой многослойную пластину, расположенную на металлической сетке 3, отсасывающей насадки 5 с патрубком 7, корпуса 4; полости 6; накопителя 8 с входящим и выходящим патрубками 9, вакуумного насоса (или пылесоса); поплавка 10. Особенностью устройства является то, что между элементом 2, закрепленным на металлической сетке 3, и верхней частью корпуса 4 остается незаполненное пространство, в котором при работе насоса создается давление ниже атмосферного. Кроме того, жестко закрепленная в корпусе металлическая сетка 3 не дает сорбирующему элементу «западать» в отверстие отсасывающей насадки 5. Фильтр может быть выполнен из любого нефтефильного гидрофобного сорбирующего термопластичного материала, например, из материала «Экосорб» (ТУ 8397-230-00302327-01). Нефтяной сорбент «Экосорб», выпускаемый промышленностью в виде нетканного полотна больших габаритных размеров, изготавливается иглопробивным способом из полипропиленовых волокон. Положительной особенностью «Экосорба», является возможность его многократного использования после отжима в специальных устройствах.

Рис. 2 - Устройство для сбора нефти подо льдом

Устройство может быть использовано для очистки производственной и сточной воды от нефтепродуктов на предприятиях занимающихся транспортировкой, реализацией и использованием в работе нефтепродуктов. Используя это устройство, можно за один этап быстро и качественно собрать нефтепродукты с поверхности воды и, одновременно, отделить воду от нефтепродуктов. Вода благодаря гидрофобным свойствам сорбента проходит через фильтр и поступает в отдельный накопитель. Устройство работает следующим образом: На загрязненную нефтепродуктами водную поверхность 1 устанавливается устройство с нефтефильным гидрофобным многослойным сорбирующим элементом 2, соединенное с насосом (или пылесосом) посредством отсасывающей насадки 5 через накопитель 8. При включении насоса происходит интенсификация притока смеси воды и нефтепродуктов в сорбент. Вода проходит через сорбент и поступает в накопитель 7. После насыщения сорбента нефтью насос отключается, сорбент отжимается и может затем использоваться многократно.

Рис. 3 - Устройство для сбора техногенных вод

Использование данного устройства позволяет сократить затраты на очистку техногенных вод от нефтепродуктов за счет исключения дополнительной операции по разделению фракций воды и нефтепродуктов.

Устройство отличается простотой конструкции, компактностью, способностью качественно очищать большие объемы воды без частой замены фильтрующего сорбирующего элемента и может использоваться также для сбора нефтепродуктов с грунта.

Во всех представленных технических решениях результат, достигаемый при решении поставленной цели, заключается в локализации нефти и ее сборе в ограниченном пространстве непосредственно вблизи аварийного объекта, что позволяет минимизировать или даже исключить, при благоприятном течении дел, вред, наносимый окружающей среде.

Все приведенные в статье конструкции зарегистрированы в Роспатенте.