Роль судовых систем в обеспечении экологической безопасности окружающей среды

В настоящее время экосистема Мирового океана далеко не всегда и не во всех районах справляется со всё нарастающими антропогенными нагрузками. Это приводит к нарушению равновесия экосистемы океана, способному, как предсказывают учёные, через 40-50 лет стать необратимым, если не будут приняты экстренные меры по охране окружающей среды. Поэтому сохранение водной акватории от загрязнения различными веществами, особенно нефтепродукта­ми, становится в настоящее время крайне акту­альной задачей.

Суда и морские сооружения являются сильней­шими источниками загрязнения Мирового океана нефтью, нефтепродуктами, сточными и хозяй­ственно-бытовыми отходами, мусором, химичес­кими веществами, отработанными и токсичными газами. Важную роль в предупреждении загрязне­ния Мирового океана играют общесудовые и спе­циальные системы судов и морских сооружений, которые осуществляют очистку нефтесодержащих, промывочных, сточно-хозяйственных и сточных вод, уничтожают мусор и бытовые отходы, лик­видируют аварийные выбросы углеводородов из скважин морских буровых установок (МБУ).

Очистка нефтесодержащих трюмных вод осу­ществляется системами сбора и очистки нефтесо­держащих трюмных вод. Технология очистки неф­тесодержащих вод в этих системах определяется, прежде всего, требованиями, предъявляемыми к степени очистки. Существующие отечественные и зарубежные правила предполагают наличие в составе систем специальных устройств, обеспе­чивающих очистку до 100, 15 и 10 частей на мил­лион. Для достижения той или иной глубины очистки используют технологические схемы, включающие разные способы очистки. Эти спо­собы могут быть классифицированы по характеру используемых процессов. Их можно разделить на

механические (гравитационный отстой),

физико-химические (флотация, коалесценция, адсорбция),

химические (озонирование) и

биохимические.

Гравитационный отстой является наиболее про­стым и доступным способом очистки воды от со­держащихся в ней нефтепродуктов. Гравитацион­ный отстой основан на свойстве частиц нефтепро­дуктов всплывать на поверхность воды. Он позво­ляет извлекать из нефтесодержащих вод практичес­ки все грубодисперсные частицы нефтепродуктов и очищать нефтесодержащие воды до концентра­ции нефтепродуктов около 100 млн^-1.

Коалесценция чаще всего применяется в каче­стве второй ступени очистки нефтесодержащих вод. Если в нефтесодержащих водах отсутствуют нефтеводяные эмульсии, то с помощью коалесцирующих элементов можно очистить нефтесодер­жащие воды до концентрации нефтепродуктов рав­ной или меньшей 15 част/млн. Процесс очистки нефтесодержащих вод здесь заключается в том, что частицы нефтепродуктов при контакте с поверх­ностью коалесцирующего элемента закрепляются на ней, соединяясь с другими такими же задер­жанными частицами укрупняются и, получив по­ложительную плавучесть, всплывают на поверх­ность воды.

Флотация заключается в извлечении из неф­тесодержащих вод нефтепродуктов пузырьками воз­духа, всплывающими на поверхность. В зависи­мости от способа введения воздуха в очищаемую воду различают механическую, пневматическую, напорную и электрохимическую флотации. В су­довых установках для очистки нефтесодержащих вод используются, в основном, последние три способа. При пневматической флотации пузырь­ки воздуха образуются за счёт подачи сжатого воз­духа через перфорированные трубы, уложенные вдоль дна ёмкости. Особенностью напорной фло­тации является то, что в начале процесса создают перенасыщенный воздухом раствор нефтесодержа­щих вод за счёт помещения последних в перенасы­щенную воздухом воду, находящуюся в ёмкости под повышенным давлением. Далее эта вода поступает во флотатор, давление в котором обычно равно ат­мосферному. За счёт понижения давления из воды выделяется растворённый в ней воздух.

Электрохимическая очистка нефтесодержащих вод основана на совмещении двух процессов: элек­трохимической коагуляции и электрохимической флотации.

Адсорбция основана на поглощении дисперс­ных частиц нефти поверхностью адсорбционного материала. Она применяется для глубокой очист­ки нефтесодержащих вод, в том числе находящих­ся в эмульгированном состоянии.

Озонирование представляет собой химический способ глубокой очистки нефтесодержащих вод. Он может быть использован для удаления из воды эмульгированных и растворённых нефтепродуктов.

Биохимическая очистка представляет способ, при котором в ёмкости специальной формы и раз­меров специальными искусственными приёмами поддерживается такая концентрация микроорга­низмов, при которой они способны за минималь­ный срок обработать определённый объём загряз­нений.

В судовых установках для очистки нефтесодер­жащих вод чаще всего применяется какая-либо комбинация перечисленных способов. Если нефтесодержащие воды достаточно очистить до 100 млн^-1, то применяются более простые и дешёвые спосо­бы, а при более глубокой очистке используются сложные технологии. На рис. 7.33 приведена схе­ма судового сепаратора СКМ, дооборудованного доочистным фильтром ФДН-М. Наличие доочистного фильтра позволяет до­стичь глубины очистки менее 15 млн^-1.

 

Рис. 7.33. Схема сепаратора СКМ с фильтром ФДН-М: 1 – подогреватель; 2 – механический фильтр; 3 – коалесцирующие элементы; 4 – нефтесборники; 5 – фильтр ФДН-М; 6 – корпус сепаратора; 7 – насос

 

 

 

 

Очистка промывочных вод обязательна, так как при мойке грузовых танков танкеров значитель­ные загрязнения нефтепродуктами морской сре­ды происходят вместе со сбросами промывочной воды. Из всего количества загрязнений моря неф­тью и нефтепродуктами с судов на долю танке­ров приходится значительно больше 50 %. По ис­точникам загрязнений с танкеров первое место (50,6 %) занимает мойка танков. Кроме того, мойка танков часто сопровождается взрывами и пожарами на танкерах. Достаточно сослаться на взрывы и пожары, происшедшие в декабре 1969 г. сразу на трёх супертанкерах — «Марпесса» и «Мактра» дедвейтом по 207 тыс. т и «Конг-Хаакон VII» дедвейтом 228 тыс. т. Аналогичные аварии произошли позднее на танкерах «Тамес Мару», «Гомар Патриция» и др., на ряде отечественных тан­керов. Для достижения допустимого уровня за­грязнения моря с танкеров в состав системы мой­ки танков вводятся отстойные цистерны, пред­назначенные для разделения промывочной воды на нефтеостатки и моющий раствор путём про­точного отстоя.

 

	Рис. 7.34. Принципиальная схема двухступенчатой системы отстоя: 1 – промывочная вода; 2 – трубопровод; 3 – переливная труба; 4 – воздушная труба; 5 – моечный трубопровод; 6 – подвод моющего или деэмульгирующего химического прпарата; 7 – специальный трубопровод для зачистки таков; 8 – трубопровод; 9 – сливная труба; 10 – труба; 11 – заслонка

 

В результате отстоя нефтепродукт накаплива­ется в верхних слоях, а моющий раствор оседает в нижних. Для повышения эффективности очист­ки промывочных вод стали при­менять двухступенчатую и даже трёхступенчатую системы отстоя. Принципиальная схема двухступенчатой системы отстоя представлена на рис. 7.34. В целях предотвращения загрязнения морской окружающей среды нефтепродук­тами слив за борт осуществляется через отверстие, расположенное выше ватерлинии при наибольшей осадке судна в балласте. Контроль за нефтесодержанием сбрасываемых за борт вод ведёт автомати­ческое устройство.

В сточных системах очистку сточных и хозяй­ственно-бытовых вод осуществляют обычно фи­зическими, химическими или биологическими методами. В практике судостроения чаще всего применяют различные их комбинации, например, физико-химические, биохимические, использую­щие элементы химической обработки, электро­химические и др.

Биологический метод очистки является наи­более приемлемым и заключается в воздействии на загрязнения в стоках различных аэробных мик­роорганизмов, образующих активный ил. Процесс очистки включает в себя измельчение отходов, аэрирование жидкости, отстаивание её от актив­ного ила, химическое обеззараживание путём хло­рирования. Обеззараживанию подвергаются так­же хозяйственно-бытовые воды, не подвергавшие­ся до этого предварительной очистке; отработав­ший активный ил, содержащий бактерии, собирается и возвращается в аэрационную цистерну. Преимуществом таких установок является просто­та конструкций и обслуживания. Они, как прави­ло, полностью автоматизированы и требуют мало­го расхода химических реагентов и затрат труда. Существенным недостатком служит длительность запуска установки в действие после значительных перерывов в работе. Как правило, в течение пер­вых 7-14 суток после запуска в установке развивает­ся активный процесс и очистка не производится.

Установки с физико-химическим принципом действия, как правило, очищают и обеззаражи­вают одновременно как сточные, так и хозяйствен­но-бытовые воды, образующиеся на судах. Для этой цели используются химическая обработка, реагентная коагуляция, осаждение взвешенных и скоагулированных загрязнений, флотация, филь­трование, окисление загрязнений и др. Установ­ки физико-химической обработки имеют более сложные технологические схемы и конструкцию по сравнению с установками биологической очист­ки. Однако скорость процессов обработки стоков в них в 10-20 раз выше, что обусловливает мень­шие габаритные размеры и массу. Эти установки обеспечивают быстрое включение в работу, вы­сокую производительность, незначительную зави­симость от солёности и температуры стоков, воз­можность автоматизации. Они не имеют ограни­чений по минимальной производительности. Если на судне используется установка с производитель­ностью, превышающей требуемую для данного судна, то качество очистки не ухудшается, а уменьшается лишь время работы установки в сутки.

В отечественном судостроении разработаны установки типа ЭОС, основанные на электрохи­мическом принципе действия. Установки способ­ны обрабатывать и сточные, и хозяйственно-бы­товые воды. Принципиальная схема установки приведена на рис. 7.35.

Рис. 7.35. Принципиальная схема установки для очистки сточных и хозяйственно-бытовых вод типа ЭОС: I –ёмкость для шлама; II – усреднительная ёмкость; III – узел тонкой очистки; IV – сборная ёмкость; 1, 2, 11 – насосы; 3 – прибор контроля качества откачиваемой воды; 4 – датчики верхнего уровня; 5 – блоки графи-товых электродов; 6 – алюминиевые электроды; 7 – электродвигатель; 8 – вентилятор; 9 – сетка; 10 – дробилка

 

Очистка мусора и бытовых отходов — важней­шая судовая система для предотвращения загряз­нения морской среды. При попадании в воду му­сор может тонуть, плавать, растворяться. Пла­вающий мусор иногда безвреден, но были слу­чаи, когда в районе выброса на берег он стано­вился источником появления неизвестных ранее болезней и вредителей, служил адсорбентом для плавающих нефтепродуктов. Затонувший мусор, скапливаясь на морском дне, оказывает влияние на естественные условия жизнедеятельности морс­кой флоры и фауны, вплоть до исчезновения ка­кого-либо вида. Растворившийся мусор изменяет окраску воды, насыщает её веществами, для окис­ления которых требуется большое количество кислорода, придаёт рыбе неприятный запах и привкус.

Для предотвращения загрязнения мусором вод­ной поверхности судно должно иметь специаль­ное оборудование — это либо устройства для сбо­ра мусора, либо устройства для его обработки или сжигания. Сбор мусора в специальных судовых ёмкостях (бачках, контейнерах) с последующей передачей на судно-сборщик или непосредствен­но на берег требует занятия соответствующих пло­щадей и объёмов. Такими устройствами оборуду­ются в основном небольшие суда. На морских су­дах для уничтожения и термического обезврежи­вания мусора используют судовые печи или инсинераторы. Они позволяют обрабатывать все виды отходов без дыма и запаха (в значительной степе­ни уменьшая массу и объём отходов), исключить предварительную сортировку и разделение отхо­дов перед сжиганием, существенно уменьшить

Рис. 7.36. Инсинератор «ASWI-402A»: 1 – камера сжигания нефтеотходов; 2 – керамическая теплопроводная стенка; 3 – камера сжигания твёрдых отходов; 4 – решётка; 5 – шлюзовая камера; 6 – вентилятор; 7 – эжектирующее устройство; 8 – система подачи дизельного топлива; 9 – воздуходувка; 10 – специальная форсунка; 11 – смеситель; 12 – дозировоч-ный насос; 13 – самоочищающийся фильтр; 14 – циркуляционный насос; 15 – насос-дробилка; 16 – цис-терна сбора камбузных и нефтеотходов

 

 

расход топлива за счёт использования нефтесодержащих отходов. Подача мусора и отходов для сжи­гания производится как вручную, так и механи­чески, а разгрузка шлака осуществляется автома­тически. Для термического обезвреживания отхо­дов используются печи и инсинераторы как оте­чественного, так и зарубежного производства.

Особенностью конструкции комбинированного инсинератора «ASWI-402A» (Дания) является наличие двух камер для раздельного сжигания твёрдых отходов 3 и нефтеотходов 1 (рис. 7.36). Разделяющая камеры керамическая теплопроводная стенка 2 выравнивает рабочие температуры в диапазоне 800-960 ⁰С. Охлаждение корпуса осуществляется путём подачи воздуха вентилятором 6 в зазор между двойными стенками корпуса.

Ликвидация аварийных выбросов МБУ — целая система для обеспечения экологической безопас­ности окружающей среды. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют массивные выбросы (открытое фонтанирование) нефти, га­за, конденсата при авариях на МБУ. Под откры­тым фонтаном понимают неуправляемое истече­ние пластовых флюидов через устье скважины в результате отсутствия, разрушения, негерметич­ности оборудования. Такие фонтаны являются наиболее тяжёлой аварией, перерастающей часто в стихийные бедствия, требующей для ликвида­ции больших материальных затрат и длительных сроков, существенно осложняющей деятельность буровых нефтегазодобывающих предприятий, транспортных линий. Последствия выбросов тем более непредсказуемы, если учесть, что откры­тое фонтанирование весьма часто сопровождается возгоранием, длительными пожарами и взрыва­ми, имеющими очень тяж`лые последствия.

По виду выбрасываемого флюида фонтаны подразделяются на газовые, нефтяные и водные. Часто в ходе открытого фонтанирования скважи­ны выбрасывают смесь флюидов. В таких случаях фонтаны классифицируются по виду компонен­тов выбрасываемых смесей: газонефтяные, газо­водяные, газоконденсатные, водонефтяные и т. д.

Полностью избежать возникновения ситуаций, когда пластовое давление становится больше за­бойного, при существующей технологии буровых работ пока невозможно. При проводке скважин всегда существует опасность нефтегазоводопроявлений. Своевременно обнаруженные нефтегазоводопроявления можно, как свидетельствует ми­ровая практика, быстро ликвидировать. Для взя­тия проявляющей скважины под контроль служит, за исключением особых случаев, метод уравновешивания пластового дав­ления, характеризующийся тем, что в течение все­го процесса ликвидации проявления поддержива­ется постоянное забойное давление, намного пре­вышающее пластовое. Вследствие этого предуп­реждается поступление пластового флюида, а в скважине создаётся чрезмерное давление. Использование метода способствует максимальному сокращению времени глушения и минимальной затрате материалов, обеспечивает целостность обсадных колонн и пород открытой части разреза, уменьшает загрязнение вскрытого пласта. Метод применяется только в том случае, когда в скважину спущена и надёжно зацементирована обсадная колонна и устье доступное.

Для предотвращения выбросов нефтяного, га­зового или водяного фонтанов и герметизации затрубного пространства при цементировании обсад­ных колонн, осуществлении обратных циркуляции и других операций в процессе бурения использует­ся специальное противовыбросовое устройство — превентер. Если бурение осуществляется с пла­вучей буровой установки или бурового судна, то противовыбросовый превентер монтируется на морском дне. Это служит гарантией того, что при аварийной ситуации, неизбежно влекущей за со­бой приостановку бурения и отбытие судна, сква­жина будет оставлена в безопасном состоянии.

Заключение

На судах, кораблях и морских сооружениях применяются различные системы, отличающиеся выполняемыми функция­ми, видом рабочих сред, конструктивными особенностями. В зависимости от технической сложности судна или морского сооружения про­тяжённость трубопроводов систем составляет де­сятки и сотни километров. Огромное количе­ство судовых систем в общем случае можно клас­сифицировать следующим образом: общесудовые системы; системы морских буровых установок; системы энергетических установок; системы подводных лодок и аппаратов; системы специализированных судов; системы технологических комплексов.

Системы энергетических установок выполня­ют функции по обслуживанию этих установок и вспомогательных механизмов. Специализирован­ные суда оборудуются системами, обеспечиваю­щими специальные функции этих судов. Освое­ние континентального шельфа потребовало созда­ния морских буровых установок и систем для их эксплуатации. Плавание под водой способствова­ло появлению систем, в корне отличающихся от систем надводных судов, кораблей и морских со­оружений. И, наконец, выполнение всевозмож­ных технологических процессов на судах и мор­ских сооружениях привело к развитию всевозмож­ных технологических трубопроводных комплексов.

Наиболее распространёнными, многочислен­ными и применяемыми практически на всех мор­ских инженерных сооружениях являются общесу­довые системы. Эти системы играют важнейшую роль в обеспечении нормальной эксплуатации су­дов, кораблей и морских сооружений. Они уча­ствуют в выполнении таких функций как плаву­честь, остойчивость, управляемость, мореход­ность, живучесть, обитаемость, взрыво- и пожаробезопасность и др. Классификация общесудо­вых систем, принятая в судостроении, базирует­ся на их объединении в группы в зависимости от однородности выполняемых функций.

Общесудовые системы: трюмные; санитарные; балластные; энергоснабжения; противопожар-ные; трубопроводы различного назначения; искусственного микроклимата.

Литература

1. Фрид Е.Г. Устройство судна: Учебник. – Л.: Судостроение, 1990.

2. Допатка Р., Перепечко А. Книга о судах. Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1981.

3. Нечаев Ю.И., Царёв Б.А., Челпанов И.В. Профессия – судостроитель (Введение в специальность): Учебник. – Л.: Судостроение, 1987.