СИСТЕМА ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРСКОЙ АКВАТОРИИ
SYSTEM FOR LOCALIZATION OF MARITIME AREA OIL POLLUTION

Предлагаемое изобретение относится к средствам очистки водоемов от нефтяных загрязнений, в частности для ликвидации загрязнений нефтью и нефтепродуктами морской акватории при аварийных разливах.
Известны системы и комплексы для локализации нефтяного загрязнения морской акватории.
Система для сбора нефтепродуктов с поверхности воды по патенту на полезную модель №49026, кл. Е02В 15/02 включает судно с водометным движителем, откачивающее устройство, плавучую нефтеприемную воронку с выходным патрубком, накопитель нефтепродуктов. Верхняя кромка плавучей нефтеприемной воронки заглублена под уровень плавающих нефтепродуктов, что обеспечивает увеличение производительности и повышение эффективности и оперативности операций по сбору плавающих нефтепродуктов и нефти по сравнению с аналогами этого патента.
Технический комплекс для очистки акватории от углеводородов по патенту на полезную модель №51962, кл. Е02В 15/02 выполнен в виде судна, оснащенного устройствами для сбора нефтепродуктов и нефтешлама. Комплекс содержит агрегаты для очистки загрязненной водной среды, а также узлы регенерации сорбента и емкость для временного хранения собранного нефтепродукта.
Известно применение блочно-модульных установок для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. К таким относится установка по патенту на полезную модель №75202, МПК Е02В 15/04.
Эта установка относится к устройствам для сбора разливов нефтепродуктов с поверхности воды, применяемым при аварийно-экологических работах на объектах добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти и нефтепродуктов. Данное устройство решает задачу повышения эффективности работы блочно-модульной установки путем снижения обводненности собираемых нефти и нефтепродуктов и повышения эффективности отделения и дополнительной очистки воды из собранных водонефтяных смесей.
Недостатки перечисленных технических решений заключаются в том, что они не одинаково эффективно работают в зависимости от погодных условий, направления ветра и вектора движения нефтяного пятна; они не применимы для сбора нефтяных пятен, имеющих поперечный размер более 400 м - максимальная длина бонового заграждения, выставляемого в море (по данным завода-изготовителя бонов). Кроме того, использование в указанных моделях одного каскада бонового заграждения не позволяет получить эффективность локализации η выше 0,7-0,8 даже при благоприятных условиях.
За прототип принята система для локализации нефтяного загрязнения морской акватории (см. Нунупаров С.М., Предотвращение загрязнения моря с судов. - М.: Транспорт, 1985 г., стр. 169-170, рис. 39а). Описанная система включает U-образную схему постановки боновых заграждений, причем боновые заграждения применяют как в «пассивном» варианте - с помощью крепления на плавучих якорях за оба конца, так и в «активном», когда боновое заграждение удерживают с помощью плавсредств или буксируют в виде трала. U-образные боновые заграждения могут быть установлены по ступенчатой схеме, т.е. в виде каскадов, расположенных под углом, с частичным перекрытием. U-образную схему постановки боновых заграждений применяют при нефтяных разливах, дрейфующих под влиянием ветра и течения продолжительное время в одном направлении.
Несмотря на то, что такие системы широко применяются на практике, недостатком является то, что параметры установки каскадов не рассчитаны, определены ориентировочно, это снижает эффективность очистки. Кроме того, в U-образной схеме боновых заграждений оба конца бона находятся на одном уровне и это создает трудности «затопления» бона под уровень нефтяного пятна и не дает возможности повысить эффективность улавливания нефтепродуктов, т.к. под нефтяным пятном разлитые нефтепродукты находятся в максимальной концентрации.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности очистки водного пространства от нефти и нефтепродуктов с учетом погодных условий, силы и направления ветра, а также с учетом количества разлитой нефти и нефтепродуктов и их физико-химических параметров.
Поставленная задача решается тем, что в системе для локализации нефтяного загрязнения морской акватории, состоящей из установленных каскадами мобильных модулей, каждый из которых включает судно аварийного реагирования, рабочий катер, расположенные особым образом боновые заграждения, нефтесборный блок, временные емкости для сбора нефтеводяной смеси, согласно изобретению в каждом мобильном модуле боновое заграждение располагается J-образно, а мобильные модули устанавливаются таким образом, что расстояние по длине между рабочими катерами соседних модулей - шаг ΔS - составляет 150-200 м, расстояние по ширине между ними - смещение ΔL - составляет 100-120 м, расстояние между судном аварийного реагирования предыдущего модуля и рабочим катером последующего модуля - перекрытие ΔН - составляет 30-40 м, a J-образные боновые заграждения располагаются между собой с шагом ΔS, причем их крайние нижние точки смещены на величину ΔL.
Кроме того, в заявляемой системе для локализации нефтяного загрязнения морской акватории мобильный модуль первого каскада системы устанавливается в направлении движения нефтяного пятна.
Технический результат заключается в том, что благодаря многоступенчатой установке мобильных модулей обеспечивается многоступенчатое улавливание частиц нефти и нефтепродуктов. J-образное расположение бонового заграждения позволяет осуществить «затопление» бона под нефтяное пятно, где разлитые нефтепродукты находятся в максимальной концентрации, и максимально их улавливать.
Основные характеристики системы мобильного модуля должны быть следующими:
шаг ΔS
150-200 м
смещение ΔL
100-120 м
перекрытие ΔН
30-40 м
Расчетные и подтвержденные опытами величины шага ΔS в пределах 150-200 м, смещения ΔL в пределах 100-120 м, перекрытия ΔН в пределах 30-40 м, обеспечивают очистку при разных погодных условиях, силы и направления ветра. Количество каскадов мобильных модулей определяется физико-химическими параметрами разлитой нефти и нефтепродуктов и их объемом.
1
0
1
Эффективность каждого каскада определяется по формуле: η=V/V.
Количество нефти, оставшееся на воде после локализации системой мобильных модулей, определяется:
1
0
1
V=V(1-η),
0
где V - начальное количество разлитой нефти,
1
η - эффективность каскадов бонов.
В предлагаемой нами системе:
1
0
1
2
3
n
V=V(1-η)(1-η)(1-η)…(1-η)
1
2
3
n
где η, η, η, η - эффективность соответствующих каскадов бонов.
Таким образом, за счет установки мобильных модулей в виде нескольких каскадов удается обеспечить уменьшение количества оставшейся на воде нефти, то есть увеличить эффективность локализации.
Приведенные в описании значения шага шаг ΔS, смещения ΔL и перекрытие ΔН получены путем практических тренировок при разных погодных условиях, учитывают требования навигационной безопасности и позволяют улавливать протечки, возникающие на впереди установленном каскаде локализации.
Ограничения по применению схемы определяются техническими характеристиками применяемых плавсредств и оборудования.
По данным компьютерного моделирования применения данной системы для операций по ликвидации разливов нефти автором получено, что количество каскадов локализации определяется типом и количеством разлитой нефти и может быть рекомендовано следующим образом:
Ширина бонового заграждения, а также расстояние от рабочего катера РК до судна аварийного реагирования САР должны выбираться исходя из текущих погодных условий таким образом, чтобы обеспечить образование «ловушки» для собираемой нефти в зоне работы скиммера и обеспечить максимальную рабочую ширину мобильного модуля.
При этом наличие перекрытия ΔН позволяет улавливать нефть, проходящую под боновым заграждением впереди работающего модуля, что в целом увеличивает эффективность сбора. Одновременно с этим перекрытие позволяет расположить рабочий катер РК в месте, максимально защищенном от воздействия основного поражающего фактора при операциях ликвидации разливов нефти - токсичности углеводородных газов.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где дана схема установки мобильного модуля, на которой показаны:
1 - судно аварийного реагирования САР;
2 - рабочий катер РК;
3 - расположенное J-образно боновое заграждение;
4 - скиммер;
5 - кран-балка;
6 - временные емкости.
Мобильный модуль работает следующим образом.
К двум суднам 1 САР и 2 РК подсоединены свободные концы бонового заграждения 3. Суда движутся с минимально возможной скоростью, обычно 1-2 узла, и формируют за счет изменения скорости J-образную конфигурацию бонового заграждения. Суда 1 САР и 2 РК двигаются в направлении нефтяного пятна. На судне 1 САР кран-балкой 5 в месте наибольшей концентрации нефтяного загрязнения опускается на поверхность воды скиммер 4, который при работе перекачивает нефтеводяную смесь в плавучую емкость 6. По мере наполнения плавучей емкости 6 они буксируются вспомогательными судами (не показаны на схеме) к местам накопления и временного хранения отходов. При наличии и одновременной работе нескольких мобильных модулей расстояние между ними выбирается в соответствии с рекомендованными значениями:
- расстояние по длине между рабочими катерами соседних модулей - шаг ΔS - 150-200 м;
- расстояние по ширине между ними - смещение ΔL - 100-120 м;
- расстояние между судном аварийного реагирования предыдущего модуля и рабочим катером последующего модуля - перекрытие ΔН - 30-40 м.
Эти значения получены путем подбора при компьютерном моделировании различных случаев разлива нефти и нефтепродуктов и реагирования на них.