Проектирование судна-нефтесборщика для ликвидации разливов нефти в Финском заливе

Размещено на http://www.allbest.ru/

108

• Содержание
• Введение
• Часть 1. Экологическое состояние вод Финского залива
• 1.1 Характеристика загрязнения вод Финского залива
• 1.1.1 Биогенные вещества
• 1.1.2 Загрязняющие вещества
• 1.2 Антропогенное воздействие на морскую среду, возникающее при эксплуатации флота, добыче и транспортировке нефти
• 1.2.1 Загрязнение акваторий
• 1.2.2 Загрязнения с судов
• 1.3 Экологические риски
• 1.4 Механизмы переноса загрязнений в Мировом океане
• 1.5 Загрязнение моря нефтью
• 1.5.1 Состав и основные свойства нефти
• 1.5.2 Поведение нефти в морской среде
• 1.6 Защита морской среды от загрязнения
• 1.6.1 Защита морской среды при эксплуатации судов
• 1.6.2 Оборудование и устройства по предотвращению загрязнения нефтью
• 1.6.3 Оборудование и устройства по предотвращению загрязнения сточными водами
• 1.7 Предотвращение загрязнения морской среды при эксплуатации проектируемого судна
• Часть 2. Технология морских работ по ликвидации аварийных разливов нефти
• 2.1 Вероятные объемы разлива нефти по рекомендациям ИМО
• 2.2 Организация операции ликвидации разлива нефти
• 2.3 Технология борьбы с разливами нефти
• 2.3.1 Обнаружение и контроль разлива нефти
• 2.3.2 Предотвращение распространения нефтепродуктов по водной поверхности
• 2.3.3 Прием, хранение, сдача, утилизация собранной нефти. Методы ликвидации разливов
• 2.4 Устройства специальные для сбора нефти и мусора, установленные на судне-проекте
• 2.4.1 Щеточное устройство
• 2.4.2 Устройство очистки механизмов и систем судна от нефтепродуктов
• Часть 3. Анализ условий аварийного разлива нефти в Финском заливе
• 3.1 Терминалы и трассы транспортировки нефти в Финском заливе
• 3.2 Оценка вероятных объемов аварийных разливов нефти
• 3.3 Система ликвидации разливов нефти
• 3.4 Анализ гидрометеорологических, гидрологических и ледовых условий в Финском заливе
• 3.5 Характеристика условий работы проектируемого судна
• Часть 4. Проектирование судна нефтесборщика
• 4.1 Исходные данные
• 4.2 Расчет водоизмещения, главных размеров в первом приближении
• 4.3 Расчет ходкости на чистой воде
• 4.3.1 Выбор движителя судна
• 4.4 Уточнение нагрузки и определение водоизмещения во втором приближении
• 4.5 Уточнение нагрузки и определение водоизмещения в третьем приближении
• 4.6 Краткое описание судна
• 4.7 Судовые устройства
• 4.8 Судовые системы
• 4.9 Судовая энергетическая установка
• 4.10 Электрооборудование
• 4.11 Средства связи, навигации и сигнализации
• Часть 5. Конструкция и технология постройки
• 5.1 Конструкция корпуса
• 5.2 Технология постройки
• 5.3 Организационно-технологическая схема постройки
• 5.4 Расчет трудоемкости
• Часть 6. Экономика
• 6.1 Определение оптовой цены судна на основе себестоимости его конструктивных разделов
• 6.2 Годовые эксплуатационные расходы по судну
• 6.3 Расчет экономического эффекта
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Экосистемы Финского залива Балтийского моря, как и любая другая экосистема, подвергаются воздействию различных загрязнений, которые негативным образом сказываются на их функционировании.
• В последние десятилетия здесь происходит интенсивное развитие судоходства, которое сопровождается строительством новых портов и расширением действующих. В стадии строительства находятся или построены порты в Выборге, Высоцке, Приморске, Санкт-Петербурге, Ломоносове, Кронштадте, Усть-Луге.
• Рост морских перевозок увеличивает опасность аварий в море с судами всех типов.
• Особую угрозу представляет транспортировка нефти в узких фарватерах мелководного Финского залива. Основными причинами аварий являются «человеческий» фактор, неисправности оборудования и тяжелые погодные условия. Аварии с судами сопровождаются разливами транспортируемых нефти и нефтепродуктов, а также топлива, что сопровождается наиболее тяжелыми последствиями для морской среды. Причинами разливов нефти также являются: устаревший танкерный флот, наличие однокорпусных танкеров типа «Нефтерудовоз», большой объем несанкционированных перевалок типа «берег-судно», неблагоприятные погодные условия, человеческий фактор и др.
• В этой связи для защиты морских и береговых экосистем требуется развитие флота: специализированных судов для сбора разлитой нефти и нефтепродуктов - нефтесборщиков, а также строительство очистных сооружений в портах.
• Назначение судов нефтесборщиков - осуществление ликвидации разливов нефти в морских акваториях. Эта работа должна осуществляться в кратчайшие сроки после аварии и в любых погодных условиях. Оборудование, установленное на судах нефтесборщиках, должно позволять проводить сбор нефти и нефтепродуктов с различной вязкостью в объемах, которые являются наиболее вероятными при аварийных происшествиях.
• Особенно опасными являются разливы «тяжелых» нефтей и топочного мазута, которые содержат большое количество сернистых соединений, особенно опасных для морских экосистем.
• Эти нефтепродукты имеют большую плотность и при понижении температуры воды до температуры замерзания могут стать тяжелее нефти, погрузиться на дно, весной всплыть на поверхность и снова вызвать нефтяное загрязнение.
• Другой особенностью рассматриваемых нефтепродуктов является большая вязкость, вследствие чего они медленно растекаются по поверхности воды. Это обстоятельство может облегчить ликвидацию разлива этих нефтепродуктов, если операция ЛАРН будет начата через минимальный срок после аварийного разлива.
• Целью дипломного проекта являлось создание специализированного судна для ликвидации аварийного разлива нефти и нефтепродуктов (в первую очередь: «тяжелой» нефти и мазута), обладающего высокой скоростью хода, обеспечивающей его оперативное прибытие в акватории наиболее вероятных аварийных происшествий с судами в Финском заливе.
• Часть 1. Экологическое состояние вод Финского залива
• 1.1 Характеристика загрязнения вод Финского залива
• Состояние экосистемы Финского залива в значительной степени определяется антропогенным воздействием, что обусловлено его географическим положением. Сводка под эгидой Хельсинской комиссии свидетельствует о том, что удельные поверхностные и объемные нагрузки на Финский залив значительно выше, чем на многие другие районы Балтийского моря (табл. 1).
• Таблица 1 - Сопоставление некоторых географических характеристик Финского залива

Характеристика	Балтийское море в целом	Финский залив	Доля Финского залива, %
Площадь акватории, км	412560	2960	7
Объем чаши, км	21631	1100	5
Площадь водосбора, км	1733850	413300	24
Речной сток, км /год	483	112	23
Население на площади водосборного бассейна. Тыс.чел.	71000	12000	17
Плотность населения, чел/км	42	28	-

• 1.1.1 Биогенные вещества
• Наиболее важными биогенными веществами, определяющими продуктивность водоемов, являются соединения азота, фосфора и кремния, которые служат питательными веществами для одноклеточных растительных организмов (фитопланктона). Недостаточное количество биогенных веществ ограничивает развитие жизни в водных объектах. Однако избыточное поступление этих веществ может приводить к процессам эвтрофикации. Эвтрофикацией называют массовое развитие фитопланктона, в частности, сине-зеленых водорослей вследствие избыточного поступления биогенных элементов.
• По последним обобщенным данным около 80% биогенных элементов поступает в Финский залив со стоком рек. При этом на долю Финляндии приходится 10 - 15%, Эстонии - 15 - 20% и России- 65 - 75% общей нагрузки биогенных элементов на Финский залив. Оценка поступления биогенов в Финский залив за период до 1995 года включительно приведена в таблице 2.
• Таблица 2 - Оценка поступления биогенных веществ в Финский залив с суши, тонн/год.

Год	Общий азот	Общий фосфор
До 1982	73995	4852
1982- 1984	104600	6502
1985 - 1986	169000	8700
1990	140442	11790
1992-1994	128600	8350
1995	115300	7380

• Поступление в восточную часть Финского залива невских вод, богатых биогенными элементами, обуславливает развитие в заливе процессов эвтрофикации. В фитопланктоне преобладают сине-зеленые водоросли, массовое развитие которых в летний период способствует интенсивному «цветению» воды, что существенно ухудшает качество вод. С середины 80-х годов в восточной части Финского залива отмечается тенденция роста первичной продукции, что является следствием процессов эвтрофикации.
• В настоящее время эвтрофикация является одной из наиболее серьезных экологических проблем Финского залива и Балтийского моря в целом. В связи с этим, стоит очень важная задача по существенному снижению нагрузки биогенных веществ на Финский залив, что требует принятия срочных природоохранных мероприятий. Для этих целей необходимо обеспечить доочистку сточных вод от биогенов, что позволит существенно снизить их поступление в Финский залив.
• 1.1.2 Загрязняющие вещества
• Гидрохимические наблюдения последних лет свидетельствуют о загрязнении вод Финского залива различными загрязняющими веществами, к числу которых относятся нефть, тяжелые металлы, фенолы и органические вещества. Загрязнение вод представляет серьезную опасность для морской флоры и фауны, ухудшает условия использования населением прибрежных районов для культурно-оздоровительных целей.
• Одним из источников загрязнения Финского залива нефтеуглеводородами являются нефтесодержащие воды, сбрасываемые с судов, при этом, особую опасность представляют балластные воды танкеров, неотсепаратированные льяльные воды, выкачиваемые за борт, а также непосредственные разливы нефти в случае аварии с танкерами. Число нефтяных разливов непрерывно увеличивается в течение последнего десятилетия. Развивающееся в Финском заливе судоходство содействует увеличению количества нефтяных пятен.
• Существенным источником загрязнения Финского залива являются стоки промышленных предприятий и городов, расположенных на побережье и сбрасывающих свои стоки непосредственно в залив.
• Значительный вклад в загрязнение Финского залива вносят многочисленные реки (112 м/год), воды которых содержат различные загрязняющие вещества, попадающие туда со сточными водами городов и промышленных предприятий.
• Определенное количество загрязняющих веществ вносится в залив с дымовыми газами и другими промышленными выбросами в атмосферу.
• Биологическим откликом на загрязнение вод и донных отложений Финского залива является наличие патологий у планктонных ракообразных и рыб в виде опухолеподобных образований на теле.
• Восточная часть Финского залива относится к водоемам высшей рыбохозяйственной категории, что определяется составом ее рыбного населения и ролью данного района в воспроизводстве рыбных запасов. К качеству вод рыбохозяйственных водоемов предъявляются повышенные требования: рыбохозяйственные ПДК более жесткие, чем санитарно- гигиенические.
• 1.2 Антропогенное воздействие на морскую среду, возникающее при эксплуатации флота, добыче и транспортировке нефти
• Загрязнение моря представляет собой одну из серьезнейших проблем охраны природы, возникших перед человечеством. Оно носит глобальный характер и его последствия рано или поздно ощущают на себе не только прибрежные страны, но и все человечество. Источники загрязнения морской среды многообразны и одним из наиболее существенных из них является мировое судоходство. Учитывая значительную концентрацию плавсредств в ряде районов Мирового океана, развитие и рост их числа, становится очевидным, что вызываемое судоходством загрязнение уже в настоящее время носит угрожающий характер.
• Современные морские суда представляют собой сложные плавучие сооружения с мощными энергетическими установками и системами, которые в процессе работы приводят к образованию разнообразных видов отходов (мусор, сточные воды, льяльные воды, промывочные и балластные воды). Наиболее интенсивно загрязняются воды в местах скопления судов и при проведении погрузочно-разгрузочных операций, т.е. в акваториях портов и на внешних рейдах.
• 1.2.1 Загрязнение акваторий
• Соотношение между загрязнениями, поступающими с берега и с судов, а также между хозяйственно-фекальными, нефтесодержащими и производственными сточными водами зависит от грузооборота конкретного порта, характера погрузочно-разгрузочных операций, используемого оборудования.
• Рис. 1. Схема загрязнения акваторий
• 1.2.2 Загрязнения с судов
• Современные суда представляют собой сложные системы, в результате которых образуются разнообразные отходы: жидкие, газообразные, твердые. Существующие санитарные нормы и международные соглашения требуют контроля отходов и их обезвреживания.
• Наиболее распространенными источниками загрязнения является нефть. Около трети объема попадающего в Мировой океан нефти, приходится на судоходство. По классификации ИМО (Международной морской организации), потери нефти при эксплуатации судов следующие:

- эксплуатационные сбросы нефтяного груза с танкеров;

- сбросы с судов при постановке в док;

- сбросы у причалов, включая бункеровочные операции;

- сбросы с льяльными трюмными водами и отходами топлива;

- сбросы с нефтесодержащих балластов из топливных танков;

- разливы при аварии;

Эксплуатационные сбросы нефтяного груза с танкеров.

Этот вид сбросов является наиболее значительным и составляет примерно половину попадающей в море нефти от судоходства. Это обусловлено тем, что танки моются при смене груза, а также тем, что в большинстве танкеров танки используют попеременно как грузовые, так и балластные.

Сбросы судов при постановке в док.

Ранее большинство танкеров перед докованием смывало нефтяные остатки в море. В настоящее время в результате увеличения сроков докования до 2 лет, постройки и увеличения пропускной способности приемных очистных приемных сооружений, применение мойки сырой нефтью ситуация значительно улучшилась.

Сбросы у причалов, включая бункеровочные операции.

Сюда относятся разрывы подводных нефтепроводов, шлангов, переполнение танков и т.п.

Сбросы с льяльными трюмными водами и отходами топлива.

Нефтесодержащие льяльные воды для дизельных судов составляет около 2%, а для паровых - 1,5%. Сбросы льяльных вод в сумме могут загрязнить значительные территории портов и акваторий.

Сбросы нефтесодержащих балластов из топливных танков.

Некоторые суда, например рыболовные, в целях безопасности плавания в опорожненные топливные танки берут водяной балласт. Затем он попадает в море вместе с остатками топлива.

Разливы при аварии. В связи с ростом танкерного флота, несмотря на принимаемые меры и относительное сокращение числа аварий количество попадающей в море нефти по причинам аварий не уменьшается.

Наиболее распространенным (по количеству) видом загрязнения океана является нефть. Общая масса нефтяных углеводородов, попадающих в океан, оценивается в 5-10 млн. т. Основная доля загрязнений приходится на транспортирование нефти. Это и неудивительно, так как основные нефтедобывающие районы расположены на значительном расстоянии от многочисленных районов потребления и переработки нефти и, следовательно, нефть необходимо транспортировать в океанских танкерах. Обычные танкерные операции сопровождаются большой потерей нефти. К таким обычным операциям относятся загрузка балласта, очистка танков (освобождение от балласта), погрузка и разгрузка.

Таблица 3 - Статистические данные поступления нефтяных углеводородов в океан

Источник загрязнения	Общее количество, млн.т/год	Доля, %
Транспортные перевозки, в том числе обычные перевозки; катастрофы	2.1 1.8 0.3	34.4 29.5 4.9
Вынос реками	0.9	14.8
Попадание из атмосферы	0.5	8.2
Природные источники	0.6	9.8
Промышленные отходы	0.3	4.9
Городские отходы	0.3	4.9
Отходы прибрежных нефтеочистительных заводов	0.2	3.3
Потери при добыче нефти в открытом море	1.2	19.7
Итого	6.1	100

1.3 Экологические риски

В конце 20 века прогрессирующее загрязнение ОС, быстрый рост использования невозобновляемых природных ресурсов привели к тому, что способность биосферы к самоочищению оказалась на гране исчерпания, впервые на нашей планете появились очаги необратимых экологических изменений ОС.

В качестве количественной меры опасности и безопасности используется понятие риска. Она характеризует величину ожидаемой опасности и степень близости и границам ее устойчивости.

В понятие риска входят:

1. Вероятность возникновения, то есть частота рассматриваемого фактора;

2. Ущерб от реализации того или иного опасного фактора;

3. Неопределенность причин ущерба и вероятность.

По причинам возникновения риски подразделяются:

1. Природные риски - обусловлены катастрофическими природными явлениями;

2. Техногенные - опасности от производственных объектов;

3. Экологические - неблагоприятные изменения в ОС природного и техногенного характера;

4. Биолого-социальные риски - эпидемии;

5. Социально-политические;

6. Экономические - изменения в экономике;

Экологический риск выражает вероятность экологического бедствия, катастрофы, нарушения нормального функционирования экологических систем и объектов в результате антропогенного вмешательства в природную среду или стихийного бедствия.

Таблица. 4 - Источники и факторы экологического риска

Источники риска	Наиболее распространенные факторы
Антропогенное вмешательство в природную среду	Разрушение ландшафтов, искусственные водоемы, интенсивная мелиорация, истребление лесных массивов и т.д.
Техногенное влияние на ОС	Загрязнение водоемов, воздуха, почвы вредными веществами, изменение газового состава воздуха, энергетическое загрязнение биосферы.
Природные явления	Землетрясение, наводнение, ураган, засухи и т.д.

Нежелательные проявления повышенного экологического риска могут наблюдаться как непосредственно в зонах вмешательства, так и за их пределами.

Математически суммарный риск от нескольких не зависимых одновременно происходящих неблагоприятных событий определяется как произведение вероятного и отдельного неблагоприятного i-го события и ожидаемого ущерба в результате реализации:

Количественно экологический риск выражается формулой:

где - число антропогенных экологических катастроф и стихийных бедствий в единицу времени.

- число потенциальных источников экологических нарушений на рассматриваемой территории.

Оценим масштабы экологического риска для Финского залива.

Масштабы экологического риска оценивают по следующей формуле:

= 29,5 тыс. км² - общая площадь территории.

= 468,55 км² - площадь катастрофической территории портов.

1.4 Механизмы переноса загрязнений в Мировом океане

Диффузия, т.е. перенос субстанций при помощи хаотических молекулярных или турбулентных движений в водной среде, является важным фактором, участвующим в формировании в Мировом океане как естественных гидрофизических полей (солености, растворенного кислорода, биогенных элементов), так и полей примесей (в том числе антропогенного происхождения). Перераспределение загрязнений в океане определяется не только диффузией, но и в значительной степени течениями (адвекцией), процессами биоаккумуляции, атмосферным переносом, живыми организмами и т.д.

Поток загрязнений в океане зависит от градиента концентрации С загрязнений и коэффициента переноса К, учитывающего свойства морской среды, и имеет следующий вид:

где К - для однородных водных масс представляет собой коэффициент молекулярной диффузии D; С - градиент концентрации.

Диффузия в неподвижной жидкости обусловлена не хаотическим молекулярным движением, а турбулентным обменом, коэффициент переноса К будет зависеть от координат.

В этом случае уравнение турбулентной диффузии примесей в неподвижной жидкости:

KL и Kz - горизонтальный и вертикальный коэффициент турбулентного обмена (KL>>Kz).

В общем случае перенос примеси в водной среде осуществляется и за счет диффузии и за счет адвекции.

В этом случае вектор потока примеси q будет иметь вид:

,

где V - скорость движения водных масс с примесями.

С - концентрация.

Тогда уравнение диффузии примеси в движущейся жидкости примет вид:

Движение реальных океанических водных масс всегда турбулентно. При турбулентном движении жидкости флуктуирует не только скорость течения жидкости, но и другие гидродинамические характеристики, в том числе и концентрация загрязнений. Интерес могут представлять только сведения о статистических характеристиках случайного флуктуирующего поля концентрации загрязнителя. Как известно в реальной морской среде все гидрофизические величины флуктуируют около среднего значения. Поэтому полученное уравнение должно быть определено во времени:

Если принять во внимание физико-химические и биологические процессы в МС, приводящие к изменению концентрации примесей, а так же, что в МС могут присутствовать источники примесей, то выброс примеси может быть и мгновенным, то уравнение динамики примесей (уравнение турбулентной диффузии загрязнений в движущемся потоке жидкости) в МС примет окончательный вид:

Где: u,y, w - компоненты осредненной скорости течений по осям OX, OY и OZ.

W_G-собственная гравитационная скорость примеси.

K_L и K_z- горизонтальные и вертикальные коэффициенты турбулентной диффузии примеси.

D - коэффициент молекулярной диффузии примеси.

Q - мощность точечного, природного или антропогенного источника примеси. д-дельта функции Дирака.

При х=х*,у=у*,z=z* - д =1, в других случаях д=0.

x*, y*, z* - координаты положения источника примесей.

Коэффициент неконсервативности г имеет вид:

г = ,

где - период полураспада примеси.

Уравнение динамики примеси с начальными и граничными условиями является основой для расчета перераспределения нефтяных загрязнений в толще МС и широко используется для прогнозирования экологической ситуации.

1.5 Загрязнение моря нефтью

1.5.1 Состав и основные свойства нефти

Нефть - горючая маслянистая жидкость, вязкая, темно-коричневого цвета со специфическим запахом, является важнейшим полезным ископаемым.

К основным компонентам нефти относятся углеводороды(98%).Кроме того, в состав нефти входят их производные, содержащие кислород, серу, азот. Существенное значение имеет содержание в нефти серы. Кроме элементной серы, в нефти присутствуют некоторые специфические сернистые соединения (меркаптаны, сульфиды, тиофены), дающие специфический запах. Присутствие сернистых соединений увеличивает токсичность нефти. По содержанию серы нефть бывает малосернистая (менее 0.5%), сернистая(0.5-2.0%), высокосернистая (более 2%).

Различают легкую(0.65-0.87 г/см), среднюю(0.871-0.910 г/см) и тяжелую(0.910-1.05 г/см) нефть. Теплота сгорания 43.7-46.2 МДж/кг.

Путем перегонки из нефти получают бензин, реактивное топливо, осветленный керосин, дизельное топливо, мазут. Нефть и нефтепродукты представляют особую опасность для окружающей среды и ее обитателей. Покрывая тонкой пленкой огромные участки водной поверхности, нефть нарушает кислородный, углекислый и другие виды газового обмена в поверхностных слоях среды и пагубно воздействуют на водную флору и фауну. Попав в водоем, нефть и нефтепродукты, очень скоро перестают существовать как исходные субстраты, и могут быть представлены следующими агрегатными состояниями:

· поверхностные пленки (слики);

· растворимые формы;

· эмульсии («нефть в воде», «вода в нефти»);

· взвешенные формы (плавающие на поверхности и в толще воды мазутнонефтяные агрегаты, сорбированные на взвесях, нефтяные фракции);

· осажденные на дне твердые и вязкие компоненты;

· аккумулированные в водных организмах;

В условиях хронического загрязнения ее доминирующей формой является эмульгированная нефть.

Опасность отравления нефтью возникает с повышением ее концентрации. Токсичность в водной среде проявляется при концентрации в водной среде более 1мг/м3. Даже незначительное содержание нефти (200-400 мг/м) придает воде специфический запах.

Температура кипения нефти возрастает с увеличением молекулярного веса, плотность в основном зависит от молекулярного строения, а вязкость - от обоих факторов. Эти физические свойства определяют токсичность нефти и определяют ее поведение и процесс трансформации при разливах. Компоненты нефти с низкой температурой кипения (200-300°) быстро испаряются, увлекая за собой более высокие фракции.

Некоторые компоненты нефти (ароматические соединения и парафины), растворимы в воде и быстро выщелачиваются при растекании нефти тонким слоем.

1.5.2 Поведение нефти в морской среде

При попадании нефти в море происходит ее растекание, сопровождающееся физико-химическими процессами: испарением, эмульгированием, растворением в воде и биохимическим окислением.

Растекание по спокойной поверхности воды происходит под действием сил тяжести, инерции, вязкостного сопротивления поверхностного натяжения. В зависимости от того, какая из этих сил преобладает, различают три режима растекания: инерционный, вязкостный и под действием сил поверхностного (межфазного) натяжения. Теоретически, если рассматривать только силы поверхностного натяжения, нефть должна растечься по поверхности воды тонкой пленкой. Однако на кинетику растекания влияют силы тяжести, инерции и вязкости. Сила тяжести способствует растеканию, а инерционные и вязкостные силы препятствуют ему. По мере уменьшения толщины пленки сила тяжести уменьшается (соответственно падает и сила инерции), начинает преобладать вязкостный режим растекания. Заканчивается процесс растекания режимом, обусловленным поверхностными силами.

На процесс растекания нефти в море большое влияние оказывает температура окружающей среды, направление и силы течения и ветра. Разлившаяся нефть способна покрыть громадные водные поверхности, растекаясь до тончайших пленок.

Растекание нефти сопровождается испарением. В первую очередь испаряются углеводороды с меньшим числом атомов углерода, имеющие более низкую температуру кипения. Углеводороды с числом атомов углерода до 13 испаряются в течение первых нескольких часов, до 20 атомов - в течение нескольких суток. При разливе мазутов, моторных топлив (тяжелых фракций) испаряются всего 10%. В результате испарения легких фракций увеличивается плотность нефти, и она начинает тонуть.

В воде может раствориться до 5-7% нефти. В основном - это компоненты с низким молекулярным весом, ароматические углеводороды и продукты окисления. Растворенные соединения оказывают наибольшее влияние на обитателей моря.

Вода и нефть способны образовывать эмульсии как прямые («нефть в воде»), так и обратные («вода в нефти»). Прямые эмульсии представляют собой капельки нефти малого размера (0,5 мкм.), распределенные в воде. Они являются основной причиной рассеивания нефти в объеме воды. При этом ускоряется биохимическое разложение нефти.

Эмульсии обратного типа образуются у поверхности, характеризуются большой вязкостью и стойкостью. По внешнему виду они похожи на чистую нефть, иногда имеют светло-коричневую окраску («шоколадный мусс»).

Основными процессами разложения нефти в морской воде являются фотохимическое и биохимическое окисление. Фотохимическое окисление происходит у поверхности воды под действием кислорода и солнечной радиации. По мере погружения нефти, процесс замедляется, а на дне прекращается. В результате разложения нефти образуется углекислый газ, вода и «смоляные шарики» (до 35%). Биохимическое окисление нефти происходит под действием кислорода, воздуха и воды, а также различных микроорганизмов, бактерий, грибков. В результате разложения нефти образуются растворимые в воде вещества, а также смолистые продукты, в дальнейшем не разлагающиеся. Все соединения, содержащиеся в нефти, подвержены биоразложению. Наиболее быстро разлагаются легкие углеводороды (бензин, керосин). Разложение углеводородов и других соединений с числом атомов более 20, практически прекращается при температуре воды ниже 4°С. При современных масштабах загрязнения, природа не справляется с переработкой нефти.

При сильном разливе нефти наиболее очевидным является ее механическое воздействие на среду. Тяжелые фракции и эмульсии типа «мусс» загрязняют поверхность, берега, забиваются в расщелины, затрудняют дыхание и питание мелких животных. Многие углеводороды нарушают строение межклеточных мембран, регулирующих процессы обмена веществ.

К основным формам загрязнения, которые образуются при поступлении нефти и нефтепродуктов в воду, относятся: свободно плавающая пленка, либо частицы на поверхности и в толще воды; осевшие на дно, либо находящиеся в грунтах тяжелые фракции нефти; растворенные и эмульгированные нефтепродукты.

Когда плавающий слик достигает берега, его дальнейшая судьба зависит как от состояния нефти, так и от характера берега. При незначительном загрязнении основная масса нефти будет выноситься последовательными приливами на берег до отметки уровня полной воды. На каменистом берегу нефть проникает на 0,5 - 1м между камнями, откуда её трудно удалить. Во влажный песок нефть проникает хуже, но буруны могут заносить ее сверху новыми порциями песка, создавая сходную с геологическим напластованием слоистую структуру. В этом случае сильно загрязненный берег в течение некоторого времени после загрязнения может казаться чистым, а содержащаяся в нем нефть обнаруживается позже, после удаления поверхностных слоев во время шторма или сезонных перемещений песка. Нефть налипает к мидиям, наружной оболочке раковин, водорослям. Нефть впитывается также в сухую пористую породу, преимущественно кораллового происхождения.

Интенсивность света под слоем нефти составляет, как правило, 15% интенсивности света на поверхности, в лучшем случае - 5-10%. Ослабление света под поверхностью движущегося слика не имеет большого значения в открытом море, но может играть важную роль в условиях скальных углублений и мелководных лагун, где вода в солнечный день перенасыщена кислородом вследствие фотосинтетической деятельности водорослей. При отсутствии света, продукция кислорода прекращается, однако растения и животные продолжают потреблять его в процессе дыхания. Вероятно, при большом скоплении живых организмов в спокойной воде, диффузия кислорода через толстую пленку нефти будет недостаточной, и животные будут погибать от удушья.

1.6 Защита морской среды от загрязнения

Требования к охране вод морей от загрязнения регламентируются «Правилами санитарной охраны прибрежных вод морей». Требования к сбросу вредных веществ с судов и других плавучих средств регламентируются «Международной конвенцией по предотвращению загрязнения моря с судов» (1973г.), «Конвенцией ООН по морскому праву», «Конвенцией по защите морской среды района Балтийского моря» (1974,1992гг.)

Техническая политика в области защиты морской среды от загрязнения должна быть направлена на:

- предотвращение поступления загрязняющих веществ от наземных источников;

- предотвращение поступления загрязняющих веществ с судов;

- удаление вредных веществ из различных выбросов морских судов;

- предотвращение загрязнения морских вод при бурении и освоении морских скважин;

- борьбу с нефтяными разливами, возникающими при эксплуатации нефтяных скважин на шельфе или при авариях нефтеналивных судов.

1.6.1 Защита морской среды при эксплуатации судов

Источниками загрязнения морской среды с судов являются отработавшие газы судовых энергетических установок, сбросы топлива и масел, трюмных и балластных вод, отходы реакторных установок, бытовые сточные воды, различный мусор.

Для предотвращения загрязнения и охраны морской среды, суда должны быть оснащены специальным оборудованием и устройствами:

· оборудование и устройства по предотвращению загрязнения нефтью;

· оборудование и устройства по предотвращению загрязнения сточными водами;

· оборудование и устройства по предотвращению загрязнения мусором;

· оборудование и устройства для очистки и нейтрализации судовых выбросов.

1.6.2 Оборудование и устройства по предотвращению загрязнения нефтью

Сырая нефть - любая жидкая смесь углеводородов, встречающихся в естественном состоянии под поверхностью земли, независимо от того, подвергнута она обработке, с целью сделать ее пригодной для транспортировки или нет.

В целях предотвращения загрязнений морской среды нефтью и нефтепродуктами, суда должны быть оснащены следующим оборудованием и устройствами:

· сборной цистерной нефтесодержащих вод;

· стандартными сливными соединениями для сдачи нефтесодержащих вод;

· системой перекачки и сдачи нефтесодержащих вод.

Дополнительно суда могут оборудоваться:

· очистным оборудованием;

· прибором, сигнализирующим о превышении нефтесодержания в сбросе более 10 мг/л (прибор должен работать при крене до 15° на оба борта);

· автоматическим устройством, прекращающим сброс нефтесодержащих вод (при превышении нефтесодержания в сбросе более 10 мг/л);

· системой сброса нефтесодержащих вод;

· сборной цистерной для нефтяных остатков.

Каждое судно, перевозящее более 2000т нефти, должно иметь на борту свидетельство о гражданской ответственности за ущерб от загрязнения нефтью. Без него вход и выход судна из портов России не разрешается.

1.6.3 Оборудование и устройства по предотвращению загрязнения сточными водами

Судовые сточные воды подразделяются на сточно-фекальные и хозяйственно-бытовые. Сточно-фекальные воды - это стоки и прочие отходы из всех видов туалетов, унитазов, раковин, ванн. Хозяйственно-бытовые воды - стоки от умывальников, душевых, ванн, прачечных, а также от моек и оборудования камбуза и других помещений пищеблока.

Технологические решения по предотвращению загрязнения моря сточными водами судов осуществляется:

- оборудованием судов автономными системами для обработки, полной очистки и обеззараживания сточных вод до требуемых норм непосредственно на борту, с последующим их сбросом, согласно существующим правилам; пропускная способность установки должна соответствовать количеству людей на борту.

- оборудованием судов специальными цистернами достаточного объема, для сбора и хранения сточных вод, с последующей передачей их во вне судовые приемные устройства;

- строительство и усовершенствование специальных портовых судов для приема загрязненных судовых сточных вод и сдачи их на береговые очистные сооружения.

На судах применяются три основных метода очистки сточных вод:

Биологический метод - основан на биохимическом окислении отходов с помощью активного ила. Метод обеспечивает высокую степень очистки от взвешенных веществ, очистку больших объемов стоков, высокую степень разложения органических веществ.

Физические методы, включающие фильтрацию, центрифугирование, флотацию, осаждение и т.д.

Физико-химические методы, обеспечивающие коагуляцию, адсорбцию и окисление мелкодисперсных частиц в сточных водах.

Обеззараживание сточных вод после их очистки осуществляется хлорированием, электролизом или ультразвуковым воздействием.

Минздрав допускает сброс сточных вод с судов с количеством взвешенных веществ не более 10 мг/л.

1.7 Предотвращение загрязнения морской среды при эксплуатации проектируемого судна

Конструкции корпуса, механизмов, оборудования и систем судна удовлетворяют требованиям Правил по экологической безопасности судов внутреннего и смешанного плавания. Для предотвращения загрязнения окружающей среды льяльными водами на судне предусматривается система нефтесодержащих трюмных вод закрытого типа.

Система включает в себя:

· сборную цистерну, расположенную в машинном отделении и оборудованную воздушной трубой, выведенной в машинное отделение,

· трубопровод сбора нефтесодержащих трюмных вод из-под пайол машинного отделения, включающий в себя ручной насос Gusher 10 производительностью до 82 л/мин и установленный в МО рядом с цистерной, гибкий шланг длиной 4 м с приемной сеткой на конце,

· трубопровод выдачи льяльных вод на береговые сооружения или сборщик, включающий в себя ручной насос сбора трюмных вод, заканчивающийся на палубе фланцем международного образца.

Для предотвращения загрязнения окружающей среды сточными водами на судне предусматривается сточная система со сборной цистерной и выдачей загрязненных вод на берег или судно-сборщик при помощи штатного фекального насоса.

Для предотвращения загрязнения акватории бытовым мусором на судне предусматриваются мусорные контейнеры.

Часть 2. Технология морских работ по ликвидации аварийных разливов нефти

2.1 Вероятные объемы разлива нефти по рекомендациям ИМО

Оценка риска проводиться исходя из данных ИМО по статистике аварий и разливов нефти и на основе методики Хелком.

Ниже в табл. 5 приведены оценки объемов вероятного вылива груза танкеров при днищевых повреждениях, при столкновениях и посадках на мель, базирующиеся на статистических данных ИМО.

Таблица 5 - Оценка вылива груза при авариях танкеров

№ п/п	Характеристика	Обозн-е	1	Варианты танкера	5
				2	3	4
1	Чистая грузовместимость, м3	? Vi	6800	17000	30600	71100	90000
2	Осадка, м	d	7,08	8,5	11,02	12,9	13,03
3	Высота двойного дна, м	Ндв.д.	1,2	1,5	1,7	2,0	2,3
4	Высота борта, м	н	9,58	12,0	15,48	17,85	18,23
5	Вылив груза при аварии,м3	Q	206	491	732	2038	2600
6	Максимальный вылив груза при столкновениях и посадке на мель, м	Qmax	700	1700	2490	6930	8800

Согласно оценке риска проведенной на основе методики Хелком для Финского залива, количество вероятных аварий речных танкеров равно 0,15 аварий в год, а морских танкеров - 0,04 аварий в год.

При авариях сухогрузных судов вероятность разлива топлива зависит от места расположения топливных танков на судне и характера аварии (столкновение, посадка на мель, авария топливоприемного оборудования и переливы). Запасы топлива в зависимости от назначения судна и его конструкции могут размещаться в следующих цистернах (танках):

- двойном дне;

- танках, непосредственно расположенных в пределах МО;

- двойных бортах;

- танках в районе туннеля гребного вала;

- диптанках.

Скорость процесса разложения нефтепродуктов в значительной мере зависит от фактических гидрометеоусловий на месте разлива. На основе погодных условий (температура воздуха, скорость ветра и течения) и их прогноза проводится также планирование работ ЛPH.

2.2 Организация операции ликвидации разлива нефти

Так как важнейшим фактором, определяющим успех операции ЛPH, является фактор времени, первоочередной задачей является быстрота принятия обоснованных решений по задействованию имеющихся в распоряжении персонала и технических средств.

При ЛPH необходимо обеспечить:

o предотвращение или снижение вылива нефти из источника (аварийное судно, трубопровод и т.д.);

o создание благоприятного крена судна, препятствующего дальнейшему разливу, заделка пробоины.

o перепуск и перекачка нефти из поврежденных танков в неповрежденные, перекачка нефти на другое судно;

o буксировку поврежденного судна в защищенное место;

o слежение за движением пятна;

o локализацию и сбор нефти;

o принятие мер по защите приоритетных зон;

o оповещение компетентных органов о возможном загрязнении береговой полосы;

o любую комбинацию операций, приведенных выше;

o эффективную систему управления привлекаемыми техническими и плавсредствами, исключающую или снижающую до возможного минимума опасность вторичных аварий в зоне ЛPH.

При любом решении действия на водной акватории должны быть первоочередными и наиболее быстро принимаемыми.

Технические средства закрепляются за конкретными плавсредствами, на которых также размещаются специалисты, обеспечивающие работы этих средств.

Немедленно после получения сообщения о разливе и его обстоятельствах должно быть проведено прогнозирование распространения нефти для оценки необходимости в защите берега и очередности мер по защите конкретных объектов.

Сразу же после получения сообщения о разливе, должны быть направлены к месту разлива специальные подразделения, находящиеся в состоянии эксплуатационной готовности.

Все операции по ЛРН в море неэффективны без постоянной авиаразведки и наводки плавсредств на нефтяные поля.

Воздушную разведку разлива следует предпринять сразу с наступлением светлого времени, чтобы получить более четкую картину обстановки.

2.3 Технология борьбы с разливами нефти

2.3.1 Обнаружение и контроль разлива нефти

Первым этапом ликвидации разлива нефти является ее обнаружение. Об аварийной ситуации на танкерах сразу же оповещаются все службы порта.

При борьбе с нефтяными разливами большое значение имеет время обнаружения нефтяного пятна, его размеры, качественные характеристики, а также источник разлива. Наиболее оперативно нефтяные загрязнения обнаруживают дистанционными (неконтактными) методами. Эти методы позволяют инспектировать обширные водные площади за сравнительно малый промежуток времени. К наиболее распространенным методам дистанционного обнаружения можно отнести визуальный (аэрофотосъемочный) и фотометрический.

Для приближенной визуальной оценки уровня загрязненности воды пленкой нефти часто используют справочные таблицы зависимости между толщиной пленки, площадью нефтяного пятна и внешним видом нефтяного пятна.

Информация о наличии и размерах нефтяных пятен может быть получена путем фотографирования поверхности воды с борта самолета или судна. Для обнаружения нефтяных загрязнений чаще используют фотографирование в ультрафиолетовых или инфракрасных лучах. Фотометрическим методом можно заметить пятна толщиной 3 мкм.

Дистанционные методы обнаружения нефтяных загрязнений подразделяются на пассивные и активные. При применении пассивных методов регистрируется тепловое излучение зондируемой поверхности, отраженное солнечное излучение или собственное гамма-излучение нефти. При применении активных методов зондируемая водная поверхность облучается излучением искусственного источника и регистрируется отраженное или флуоресцентное излучение.

Тепловое инфракрасное излучение. В качестве регистрирующих устройств прямого и рассеянного солнечного излучения используется спектрорадиометр или дифференциальный радиометр. Контраст между чистой и загрязненной водной поверхностью в этом случае обусловлен в их температурах и излучательных способностях. В солнечный день радиационная температура нефти больше чем у воды; в ночное время, наоборот. Радиометрический метод, основанный на инфракрасном видении, может применяться с борта плавсредств и авиасредств.

Пассивная микроволновая радиометрия. Метод регистрации собственного теплового излучения микроволновым радиометром дает возможность определять толщину пленок путем измерения двух или нескольких частот и может применяться в любое время суток, и при любых погодных условиях. Этот метод позволяет выявлять нефтяные разливы и определять их характеристики, но не позволяет идентифицировать судно.

Ультрафиолетовое излучение. Обнаружение нефтяных пленок на поверхности моря с использованием ультрафиолетового диапазона основано на свойстве водной поверхности и нефтяной пленки, по-разному отражать ультрафиолетовую составляющую солнечного излучения, а также на свойстве нефти флуоресцировать под действием такого излучения. По сравнению с поверхностью воды толстые пленки нефти обладают большей отражающей способностью, тонкие - меньшей.

Радиолокация. Радиолокационными методами можно регистрировать разницу в физическом состоянии чистой и покрытой нефтяной пленкой поверхностей волнующегося моря. Для получения более точных результатов применяются РЛС с двумя каналами: один для выявления потенциальных загрязнителей (судов), а другой - более высококачественный - для выявления и определения данных о нефтяных пятнах. РЛС обнаруживает нефтяную пленку толщиной 3-5 мкм и более.

Каждый метод обнаружения нефтяного пятна имеет свои преимущества и недостатки, поэтому используют комбинированные системы, ИК/УФ сканеры, дополненные микроволновым радиометром.

Цель, состоящая в обнаружении загрязнения, считается достигнутой, если решаются следующие задачи:

· обеспечивается постоянное наблюдение в любое время суток, при любых погодных условиях;

· обнаруживаются все виды сбросов углеводородов на поверхности моря;

· можно точно определить природу загрязняющего вещества;

· можно производить картирование всего района загрязнения;

· можно определить количество разлитой нефти и её распределение на поверхности воды;

· можно определить источник загрязнения и вид сброшенного нефтепродукта;

· удостоверить точное местонахождение источника загрязнения, а также определить, какие силы и средства вовлечены в операции по борьбе с разливом нефти и проведение очистных операций;

· зафиксировать в документальном виде все поступающие данные в связи с разливом нефти, которые могут потребоваться при расследовании обстоятельства разлива.

2.3.2 Предотвращение распространения нефтепродуктов по водной поверхности

После обнаружения разлива приступают к его локализации. Нефть после разлива быстро растекается по поверхности воды, ее толщина резко уменьшается. Ветер и волны разбивают нефтяное пятно. Все это ухудшает последующий сбор нефти с поверхности. Локализация разлитых нефтепродуктов осуществляется с помощью боновых заграждений.

В настоящее время для ограничения разливов нефти используются боновые заграждения различных типов, которые применяются как самостоятельно для ограждения аварийных объектов, танкеров при проведении грузовых операций и изменении направления дрейфа нефти, так и для расширения зоны захвата нефтесборных средств, для увеличения толщины пятна нефти путем уменьшения его площади.

Все типы боновых заграждений при различном конструктивном исполнении включают в себя: элемент плавучести; подводную часть, препятствующую движению нефти под заграждением; надводную часть, препятствующую перехлестыванию нефти через заграждение; груз (балласт), обеспечивающий вертикальное положение бонов; соединительные узлы.

Известно более 150 видов боновых заграждений, которые, исходя из конструкции и условий применения, можно приближенно разделить на 4 основные категории:

Боны с жесткими поплавками. К основным достоинствам бонов данной категории следует отнести их повышенную надежность, поскольку при повреждении камер они не теряют плавучести, не возникает проблем с заполнением их воздухом. Однако для хранения бонов указанной группы требуются большие площади складских помещений, и нередко возможна их деформация.

Надувные боны. Достоинством надувных бонов является то, что они хорошо отслеживают волну и занимают мало места при хранении, но при этом необходимо время подготовки их к заполнению воздухом и возможность потери плавучести при нарушении герметичности поплавковых камер.

Жесткие секционные боны. Достоинство таких бонов состоит в том, что нет необходимости надувать их воздухом; при повреждении нет потери плавучести; занимают мало места при хранении, однако они хорошо удерживают нефтяную пленку только при спокойной погоде.

Пневматические барьеры. Образуются созданием ниже поверхности воды экрана из воздушных пузырьков, поднимающихся из перфорированных труб, по которым подается воздух под давлением. Они не препятствуют судоходству, легко приводятся в рабочее положение, однако они имеют ряд недостатков. Их применение не эффективно при сильных течениях и большом волнении, при длительном пребывании на дне они заиливаются. Применяться могут при небольших глубинах, при увеличении глубины резко возрастают технические сложности по их использованию.

Однозначно разграничить средства по районам применения или по назначению невозможно, так как в сложных метеоусловиях ликвидации разливов нефти (ЛPH) могут одновременно применяться заграждения различного типа.

Пределом эффективного применения бонового заграждения любого типа является наибольшее значение перпендикулярной составляющей скорости течения относительно бонов (0.5 -1.5 уз). При увеличении скорости наблюдается утечка нефти под боны. Там скапливается толстый слой нефтепродуктов, который испытывает гидродинамическое воздействие движущейся воды. В нижней части бона повышается турбулентность потока, что приводит к дроблению (эмульгированию) слоя нефтепродуктов, частичному их отрыву и переносу через заграждение.

Интенсивность турбулентности на любой поверхности бонов возрастает из-за неровности поверхности загрязнения. Короткая и крутая волна также увеличивает турбулентность потока.

2.3.3 Прием, хранение, сдача, утилизация собранной нефти. Методы ликвидации разливов

Нефть (нефтеводяная смесь), собранная с поверхности воды судами - нефтесборщиками, должна перекачиваться на танкера, баржи и сборщики льяльных вод с последующей сдачей на очистные станции или нефтебазы.

При сборе вблизи берега вязких отходов, смешанных с водорослями, мелким мусором, следует предусматривать их сдачу на судно технического флота. Разгрузку этих отходов следует производить с помощью вакуумных автомашин, грейферов.

Собранная нефть утилизируется на очистных сооружениях, а замазученный мусор сдается на договорной основе специализированным организациям.

Способы ликвидации разливов нефти:

Механические методы

Разновидности конструкций плавсредств в зависимости от способа передвижения или крепления, все нефтесборные устройства делятся на:

- самоходные;

- устанавливаемые стационарно;

- буксируемые;

- переносные;

- навесные.

Существуют различные способы ликвидации аварийных разливов нефти, в основе которых заложены разнообразные физические явления. Для улавливания нефти и нефтепродуктов в настоящее время создано и работает много устройств и аппаратов. По используемому принципу действия все они могут быть объединены в следующие группы:

o адгезионные - работающие на свойстве нефти прилипать к погруженным в нее поверхностям;

o абсорбционные - работающие на свойстве некоторых материалов хорошо впитывать нефть и пропускать воду;

o аппараты, работающие на принципе скоростного напора;

o устройства, работающие на принципе водослива - слив поверхностного загрязненного слоя в приёмный танк за счет разности уровня в танке и вне его.

Устройства, работающие на принципе адгезии, выполняются обычно в виде барабанов или транспортеров, покрытых составом, повышающим сцепление нефтепродуктов с поверхностью устройства. Устройство погружается в воду на 10-50 см. Нефть налипает на поверхность устройства и затем скребком соскабливается в сборную емкость, откуда, перекачивается в танки судна. Скорость вращения барабанов регулируется в зависимости от вязкости нефтяного загрязнения.

Устройства, работающие на принципе абсорбции, основаны на свойстве некоторых материалов, впитывать нефть и пропускать воду. Нефть впитывается в материал движущейся ленты и затем отжимается в накопительный танк.

Принцип работы аппаратов скоростного напора состоит в том, что поток воды с плавающей нефтью попадает в специальный раструб, где приводится во вращение и разделяется под действием центробежных сил. Нефть отбирается от одной части, а оставшаяся вода выбрасывается обратно. К недостаткам способа относятся высокая чувствительность к замусоренной нефти, большой толщине слоя нефти, малая ширина захвата (1.5- 2 м) и, как следствие, невысокая производительность. Эти устройства не могут работать совместно с бонами, так как скорость траления не может быть менее 4 узлов.

Устройства, работающие на принципе порогового водослива, работают за счет слива обусловленного разницей уровня забортной воды и уровнем в приемном отсеке, обеспечиваемой насосами. Здесь могут быть варианты с поплавковыми устройствами, с "вихревой воронкой", с приемными ваннами.

Поплавковые устройства являются выносными и неудобны для сбора с больших площадей. К тому же они очень чувствительны к волнению, толщине пленки и состоянию замусоренности.