Поиск:

Авторизация

Логин:
Пароль:
Запомнить меня на этом компьютере
  Забыли свой пароль?
  Регистрация




Экологически ответственный флот. Миф или реальность?

27.08.2019 14:50:00

Проблема загрязнения водной среды нефтепродуктами, возникнув одновременно с началом практического использования нефти, неуклонно обострялась, приобретая все большие масштабы по мере увеличения добычи, транспортировки, переработки нефти и нефтепродуктов, увеличения объемов их грузоперевозок, приведя к практически катастрофической ситуации и представляя сегодня уже общепланетарную угрозу. Наибольшие потери нефти связаны с ее добычей и морской транспортировкой в районы переработки и потребления. Многочисленные аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, – все это обуславливает наличие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Снимки поверхности Земли, сделанные со спутников, показывают, что уже более 20% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой.

В настоящее время нефть – самое распространенное вещество, загрязняющее природные воды. Транспортировка половины добываемой на мировом шельфе нефти обеспечивается танкерным флотом. При ежегодной транспортировке танкерами около 2 млрд тонн нефти около 0,03% (600 тыс. т!) теряется по различным причинам.

Авария буровой платформы в апреле 2010 г. в Мексиканском заливе показала всему миру, что, даже в индустриально развитых странах нет эффективных средств и технологий ликвидации аварийных разливов нефти на водной поверхности океанов и морей, а поэтому целесообразность добычи нефти и газа на континентальном шельфе, без обеспечения экологической безопасности всех технологических процессов, стоит под большим вопросом. Компания ВР, которой принадлежала буровая платформа, применила все имеющиеся в мире способы и технологии ликвидации аварийного разлива нефти, и поэтому их анализ отражает современное состояние проблемы, состояние, к сожалению, не утешительное, – до настоящего времени не разработана технология сбора разлившейся нефти и нет эффективных (с высокой степенью очистки) установок большой производительности по очистке воды от нефтепродуктов.

Проблема, конечно же, не нова и осознание экологической опасности сброса нефтепродуктов для окружающей среды уже в ХХ в. привело к заключению международных договоров и соглашений. Так в 1954, а затем в 1974 гг. были заключены две Международные конвенции по предотвращению загрязнения морей: MARPOL54 и MARPOL73 соответственно. Последняя (MARPOL73/78) была усилена резолюциями Международного Комитета по защите морской среды (ИМО) № МЕРС.60(33) и № МЕРС. 107(49), ужесточившей требования к судовому оборудованию по очистке льяльных (трюмных) вод.

На любом судне в процессе эксплуатации образуются нефтесодержащие воды (льяльные, подсланевых), обработка и утилизация которых представляют одну из важнейших задач и является серьезной экологической проблемой эксплуатации всех без исключения плавсредств. Во время эксплуатации судна в его корпусе постепенно скапливается некоторое количество воды. Она может проникать через неплотности в соединениях труб и арматуры, через сальники насосов и дейдвудов, появляться вследствие конденсации водяных паров и небольшой водотечности соединений и т.д. Подсланевые воды отнесены ко второму классу экологической опасности и включены в один список с такими веществами, как, к примеру, серная кислота, электролиты и т.п.

В названных выше Международных соглашениях по предотвращению загрязнения моря нефтью и нефтепродуктами (и согласно резолюции МЕРС.107(49)) к судовым сепараторам по очистке трюмных вод предъявляются следующие требования:

– степень очистки нефтесодержащих вод не должна быть больше 15 мг/л;

– сепараторы должны очищать нефтесодержащие воды, содержащие мазут с плотностью не менее 0,98 г/см3 и дизельное топливо с плотностью не менее 0,83 г/см3 (оба при +15° С);

– сепараторы должны очищать эмульсированную нефтесодержащую воду с концентрацией ПАВ до 30 мг/л;

– сигнализатор концентрации нефтепродукта в очищенной воде должен иметь записывающее и запоминающее устройства с хранением данных в течение не менее 18 месяцев.

Естественно, что такой емкий рынок оборудования стремительно растет и в настоящее время профессиональным производством установок по очистке нефтесодержащих вод занимаются более 30 зарубежных фирм, использующих разнообразные способы, устройства и технологии очистки нефтесодержащих вод, которые можно классифицировать по характеру реализуемых процессов:

- механические (отстаивание, центрифугирование, гидроциклонирование);

- физико-химические (флотация, коалесценция, адсорбция);

- химический (озонирование);

- биохимический (микроорганизмы).

В мировой практике на кораблях и судах наибольшее распространение нашли сепараторы льяльных вод с использованием коалесценции (слияния капель) и адсорбции (повышение концентрации компонента).

За рубежом в местах добычи нефти и газа, особенно на буровых платформах, в последнее время стали использовать установки с использованием гидроциклонов, как имеющих ряд достоинств – малые габариты, относительно высокую степень очистки с достаточно большим фактором разделения.

Зарубежные производители, добиваясь способности сепараторов очищать эмульсии, в отдельных случаях устанавливают на выходе дополнительные сменные адсорбционные фильтркассеты, а американская фирма «Cоffin World Water Systems», кроме того, в сепараторах «Heli-Sep» применяет насос высокого давления и керамический мембранный фильтр, что позволило довести очистку нефтесодержащей воды до 0,5 мг/л (установка «Ultra- Sep»).

При всем многообразии выпускаемых зарубежных сепараторов, им присущи отдельные, но весьма существенные недостатки:

1) наличие дорогостоящих сменных кассет и мембранных фильтров;

2) ограниченный ресурс фильтрующего материала;

3) зависимость степени очистки от концентрации нефтепродуктов в очищаемой воде (ограничение по нефтесодержанию): очищаемая среда не должна содержать более 10000 мг/л (~1%) нефтепродуктов;

4) неспособность переходить на различные режимы работы, например, очищать обводненные нефтепродукты (топливо, масла) от воды и мехпримесей;

5) высокие затраты удельной электроэнергии на очистку, высокие эксплуатационные затраты;

6) низкая эффективность работы при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов.

Стоимость, например, упомянутой выше установки «Ultra-Sep» с пропускной способностью 10 м3/час – около 250000$ CША, при этом стоимость керамического фильтра – до 5000$ CША. С учетом того, что практически все зарубежные установки имеют сменные фильтркассеты (от 1 до 10 шт.) с ресурсом от 50 до 700 часов и керамические мембранные фильтры (1-2 шт.), то требуются дополнительные финансовые затраты в процессе эксплуатации до 50000$ CША и более в зависимости от пропускной способности и режимов работы сепаратора. Кроме того, мембранные фильтры не способны очищать нефтесодержащую воду с концентрацией нефтепродукта более 100 мг/л и могут использоваться только как последняя ступень очистки.

Личный опыт эксплуатации на тяжелых авианесущих крейсерах ВМФ (ТАВКР «Киев», «Адмирал Кузнецов») установленных сепараторов зарубежного исполнения (МРЕВ, DVZ, Helli Sep и т. п.) в процессе опытной эксплуатации показал полную несостоятельность последних по очистке нефтесодержащих вод с высокой концентрацией нефтепродукта.

С целью уменьшения эмульгации нефтесодержащей воды, а также с целью регенерации фильтрующей загрузки отдельные типы зарубежных сепараторов работают под вакуумом, что значительно усложняет установку, при этом, с увеличением концентрации нефтепродукта в воде, пропускная способность установки резко уменьшается.

В нашей стране на кораблях и судах в большинстве случаев применялись сепараторы льяльных вод 3-х типов: с использованием фильтрации – коалесценции (типа СК), центробежного типа (УСА) и адсорбционные (ОНВ). Из-за недостаточной степени очистки, необходимости частой смены коалесцирующих элементов, сепараторы типа СК личный состав практически не эксплуатировал, сепараторы типа УСА при очень высокой степени очистки (в пределах 1-3 мг/л) часто выходили из строя из-за механических повреждений, а сепараторы типа ОНВ имели малую производительность и высокую трудоемкость эксплуатации.

В настоящее время на эксплуатации у гражданского и Военно-морского флота России находятся сепараторы исключительно зарубежных производителей. При этом, применение указанных сепараторов со сменными фильтркассетами решает проблему укомплектования плавсредств необходимым штатным оборудованием, а также частично решает проблему очистки нефтесодержащей воды, но практически не решает проблему экологической безопасности окружающей среды, т. к., экономя на закупке дорогостоящих расходных материалов или при их отсутствии личный состав и судовладельцы могут продолжать неконтролируемый сброс нефтесодержащих вод за борт без их очистки. Что, к сожалению, на практике повсеместно и происходит.

Для решения обозначенных проблем очевидна необходимость создания отечественного производства нового поколения современных импортозамещающих высокоэффективных, надежных и одновременно универсальных установок широкого спектра применения для:

– очистки воды от практически всех видов легких и тяжелых нефтепродуктов в широком диапазоне концентраций;

– ликвидации аварийных разливов нефти в труднодоступных местах и в районах Арктической зоны РФ;

– очистки добытой нефти с большим количеством сопутствующей воды и мехпримесей (мелкого песка, глины и ила), которые необходимо отделить от нефти;

– товарной подготовки нефти к транспортировке и переработке. 

Такое решение напрямую соответствовало бы целям и приоритетам целого ряда госпрограмм, указам Президента России и постановлениям Правительства РФ, как в части ограничений и запретов на допуск товаров, происходящих из иностранных государств для нужд обороны страны и безопасности государства, так и приоритетам научно-технологического развития России, в части:

– «Создание отечественного производства нового поколения современных импортозамещающих высокоэффективных, надежных установок по очистке нефтесодержащих вод» – приоритет в соответствии с п. 20 б) и с п. 24 б) Указа Президента РФ «О Стратегии научно-технологического развития РФ» №642 от 1 декабря 2016 г.;

– «Создание высокоэффективных технологий и оборудования для предотвращения загрязнения окружающей среды нефтесодержащими продуктами и утилизации их в случае попадания» – приоритет в соответствии с п. 20 д) того же Указа Президента РФ.

Перед гражданским морским, речным флотами, судостроением, а также ВМФ России стоит задача полного оснащения отечественными высокоэффективными сепараторами нефтесодержащих трюмных вод.

Кому под силу поднять такой проект? И, как уже не раз бывало – «нет пророков в своем отечестве…».

Cевастопольские ученые и изобретатели еще более 15 лет назад создали оригинальную отечественную нефте-водяную центробежно-фильтрующую установку (НВФУ) «АкваТех», до настоящего времени не уступающую лучшим зарубежным аналогам. Технология и устройство защищены рядом патентов РФ, получили высшую оценку на профильных международных выставках, в частности большие золотые медали, кубки и почетные грамоты на Международных выставках в Брюсселе «Брюссель-Эврика» и в Ницце.

Предлагаемая технология основана на принципах гидроциклонирования, работает на центробежном эффекте с большим фактором разделения сред без вращающихся механических частей, не имеет мировых аналогов по своим техническим, эксплуатационным, экологическим, стоимостным параметрам и позволяет создать отечественное производство нового поколения современных отечественных импортозамещающих высокоэффективных, надежных установок по очистке нефтесодержащих вод, и при этом реально может представлять значительный экспортный потенциал для России.

Важно отметить, что все необходимые этапы большой предварительной работы успешно пройдены. Опытные образцы «АкваТех» были изготовлены в ФГУП НПО «Винт» (г. Москва) с участием ФГУП НПО «Аврора», причем установки «АкваТех-0,6» (производительностью 0,6 м3/час) и «АкваТех-10» (10 м³/час) успешно прошли межведомственные испытания, продемонстрировав степень очистки 3-6 мг/л, а по их результатам Российский Морской регистр судоходства выдал свидетельство о типовом одобрении в соответствии с требованиями Резолюции МЕРС.60(33). В акте Межведомственной комиссии, совместном Решении ВМФ РФ и Российского агентства по судостроению № 702/5/1545 от 25.08.2003 г. НВФУ «АкваТех» была рекомендована к принятию на снабжение кораблей и судов ВМФ.

В октябре 2004 г. на ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец» им. Н.С. Артемова» был изготовлен головной образец НВФУ «АкваТех-2,5» (производительностью 2,5 м3/час), а в марте 2005 г. он был установлен на судне экологического мониторинга (ЭКС) «Петр Градов» Черноморского флота РФ, где успешно эксплуатируется и по сей день (рис.). За 14 лет опытной эксплуатации «АкваТех-2,5» на ЭКС «Пётр Градов» зарекомендовала себя как надёжная, безотказная установка со степенью очистки от 1 (первые 3 года) до 10 (последние 4 года) мг/л очистив тысячи тонн льяльной воды (без сервисного обслуживания, ремонтов и финансовых затрат в процессе эксплуатации!!!)

В период опытной эксплуатации НВФУ «АкваТех» проводился анализ различных режимов работы, анализировались требования заказчика по усовершенствованию конструкции и накапливались представления для доработки конструкции, которые и были реализованы в следующих установках «АкваТех- М» (индекс «М» – модернизированная).

фильтр

Рис. Сепаратор НВФУ «АкваТех-М», установленный на ЭКС «Петр Градов»

 

После реализации небольших конструктивных доработок «АкваТех-М» по эксплуатационным показателям значительно превосходит свою предшественницу, благодаря введению автоматической регенерации фильтрующей загрузки, заметному снижению весогабаритных характеристик, дополнения центробежной деэмульгирующей ступени, повышению коррозионной стойкости металлоконструкции, введению двух алгоритмов работы – непрерывного и циклического, а также нового и абсолютно надежного датчика границы раздела сред «нефтепродукт-вода». Есть все основания с ответственностью утверждать, что «АкваТех-М» не имеет аналогов ни в России, ни за рубежом, при этом ее себестоимость при производительности 10м3/час, не превысит 4,5…5 млн руб., что в 2,5…3 раза ниже стоимости зарубежных аналогов.

Приведем основные технические и эксплуатационных характеристики «АкваТех-М». «АкваТех-М» – универсальная, однокорпусная, двухзаходная, фильтрующая, напорная установка с использованием гравитационного и коалесцирующего способов разделения сред «нефтепродукт-вода». Установка имеет встроенный подогреватель очищаемой воды, центробежное деэмульгирующее устройством на входе в сепаратор, автоматическую регенерацию фильтрующей загрузки. Установка предназначена для:

– очистки нефтесодержащих (льяльных, подсланевых, балластных, сопутствующих и т.д.) вод от нефтепродуктов на кораблях, судах (район плавания не ограничен) а также на нефтеперерабатывающих, нефтедобывающих предприятиях, нефтебазах, АЗС и т.д.;

– очистки обводненных нефтепродуктов от воды и механических примесей;

– комплексного использования на кораблях и судах, как для очистки нефтесодержащих вод, так и для очистки обводненного корабельного топлива от воды и мехпроимесей.

Основные характеристики НВФУ (сепаратора) «АкваТех-М»:

1) параметры нефтесодержащей воды на входе сепаратор:

– содержание нефтепродуктов плотностью не менее 0,98 г/см3 при 15°С на входе в НВФУ – практически до 100%;

– общее солесодержание нефтепродуктов – до 38 г/л;

– содержание поверхностно активных веществ (ПАВ) – до 30 мг/л;

– наличие мехпримесей – до 1000 мг/л.

2) параметры очищенной воды:

– содержание нефтепродуктов в воде на выходе из сепаратора не более 5 мг/л;

3) высота всасывания – до 5 метров;

4) типоразмерный ряд НВФУ включает установки пропускной способностью 0,6 – 1,2 – 2,5 – 5 – 10 м3/час;

5) установленный ресурс:

- до капремонта 60000 час.;

- полный ресурс 120000 часов;

- срок службы до капремонта 12 лет;

- полный срок службы 25 лет.

Циклический алгоритм рекомендуется использовать при малых концентрациях нефтепродукта в очищаемой воде и при больших концентрациях механических взвешенных частиц в очищаемой среде.

К важным преимуществам «АкваТех-М» по сравнению с лучшими зарубежными аналогами можно отнести:

– отсутствие сменных кассет и фильтров, а следовательно и значительных дополнительных финансовых затрат в процессе эксплуатации;

– способность автоматической регенерации фильтрующего материала, который можно повторно использовать даже после окончания срока службы самой установки НВФУ;

– способность очищать эмульсии и нефтесодержащие воды с ПАВ за счет их нейтрализации коагулянтом и центробежного эффекта;

– способность очищать как обводненное топливо, так и нефтепродукты от воды и мехпримесей без снижения очистной способности и ресурса;

– возможность размещать сепаратор на расстоянии до 30 метров по горизонту и до 10 метров по высоте от насосного агрегата, размещая сепаратор и насосный агрегат в разных помещениях (отсеках), а насосный агрегат монтировать, разделив его на составные части.

– практически полную автоматизацию всех процессов, наличие в щите автоматического управления двух независимых способов управления – автоматического и дистанционно-ручного управления;

К выявленным отечественными экспертами недостаткам «АкваТех-М», по сравнению с зарубежными аналогами, можно отнести только несколько повышенные габариты (на 100…150 мм) и вес, однако, с учетом того, что при создании установки эти параметры были не определяющими, а также то обстоятельство , что в установке предусмотрен 2-х кратный запас по очистной способности, то в перспективе этот недостаток может быть легко устранен, тем более, что в настоящее время готовится следующая модификация установки, в которой и весогабаритные параметры будут значительно лучше зарубежных аналогов.

Последующие многочисленные доработки и испытания изготовленных различных модификаций установки наглядно продемонстрировали их высокую эффективность и универсальность в процессе эксплуатации. В частности в октябре 2007 г. на ГРЭС в г. Орехово-Зуево введена в эксплуатацию «АкваТех-5М» (производительностью 5 м³/час) по очистке воды от топочного мазута марки 100, где было очищено более 700 м³ воды со степенью очистки менее 10 мг/л.

В июле 2012 г. на насосной станции нефтепровода ОАО «Уралсибнефтепровод» произведен ввод в эксплуатацию такой же установки, размещённой в контейнере, для очистки подтоварной (сопутствующей) воды от сырой нефти. При наличии в очищаемой воде достаточно высокой концентрации растворённых нефтепродуктов (25 мг/л), ее загрязнённость сырой нефтью составляла более 9300 мг/л, содержание же нефтепродукта на выходе из НВФУ не превышало 5,36 мг/л.

В ноябре 2009 г. на нефтяном терминале «Шесхарис» г. Новороссийска введена в эксплуатацию «АкваТех-5М» производительностью 5 м³/час. Загрязнённость льяльной воды нефтью достигала 95000 мг/л (9,5%), а содержание нефти в очищенной воды не превышало 10 мг/л. Еще раз подчеркнем, что нет в мире установок, работающих с такими концентрациями нефти!

В 2013 г. по заказу ОАО «Транснефть» изготовлена «АкваТех-10М» (СКГ-1) производительностью 10 м3/час в контейнерном исполнении, которая установлена в качестве 2-й ступени для очистки нефтешлама резервуаров хранения сырой нефти насосной станции нефтепровода в Тверской области. В процессе эксплуатации степень очистки воды от нефти составила 5 мг/л.

Россия – крупнейший мировой поставщик сотен миллионов тонн нефти и нефтепродуктов и это, наряду с огромным внутренним потреблением несет опасность нанесения невосполнимого вреда биоресурсам, экологического и экономического ущерба государству и населению.

В настоящее время на территории России имеется около 140000 действующих скважин, около 240000 заброшенных, законсервированных скважин с высоким содержанием воды в нефти, более 600 нефтеперекачивающих станций. Почти все эти объекты нуждаются в экологической реабилитации – необходима установка соответствующего оборудования (желательно мобильного) по очистки воды от нефти и нефти от воды.

И это огромная ниша для разработанной технологии и оборудования, позволяющих эффективно и практически решить проблему очистки как нефти, так и нефтесодержащих вод от нефтепродуктов, мехпримесей на буровых платформах, кораблях и судах, нефтебазах, местах добычи нефти, нефтеперегонных заводах, АЗС и т.д.

В свое время поводом для начала работ по созданию представленной технологии и оборудования послужила мрачная повторяющаяся картина в 90-х гг. массовой гибели морских перелетных птиц в акватории Севастополя при выбросе в зимний период десятков тонн корабельного мазута. В результате работы энтузиастов появился сепаратор и судно экомониторинга «Петр Градов».

Запустить уже подготовленное серийное производство и осуществить оснащение отечественного флота разработанными сепараторами в те годы, к сожалению, не удалось (невзирая на полученные по всем ведомственным правилам протоколы, одобрения и рекомендации к принятию на снабжение кораблей и судов ВМФ и т.п.). Нашлись «помощники», выставившие требования к сроку безремонтной эксплуатации резиновых уплотнителей сепаратора в 17 лет!! И все…Дорога для столь привлекательного экспорта была расчищена. Сегодня сайты по закупкам для российского флота организаций-посредников пестрят названиями зарубежных сепараторов (и за счастье 3 года гарантии и ежегодное дорогое сервисное обслуживание сомнительного оборудования!)

Проведенные в Севастополе разработки и исследования, многолетний опыт эксплуатации разработанного оборудования убедительно показывают, что в России создана конкурентоспособная универсальная сепарационная установка без сменных кассет, без вращающихся элементов, с автоматической регенерацией и с неограниченным ресурсом фильтрующей загрузки при практическом отсутствии эксплуатационных затрат – достойная и действительно реальная замена импорту.

P.S. Прошедший в Санкт-Петербурге 9-й Военно-морской салон продемонстрировал замечательные отечественные разработки для ВМФ, в том числе, образцы реального импортозамещения. Но на вопросы: «А что с сепараторами? Как с экологией?» – ответы практически одинаковы: «закупаем в США, Германии…; да, уже укомплектованы..; дорогие в сервисе, не работают….»

Гл. конструктор проекта, контр-адмирал в отставке А.И. АЛАДКИН,

г.н.с., кап. 1-го ранга в отставке, проф, д.т.н. А.М. ОЛЕЙНИКОВ,

ФГБУН "Институт природно-технических систем", г. Севастополь

Бюллетень

© 1998-2019, Национальное информационное агентство «Природные ресурсы»
При перепечатке ссылка на источник обязательна
Адрес: 108811, г. Москва, г.п. Московский, Бизнес-парк "Румянцево", офис 352-Г, НИА-Природа тел./факс: 8(495)240-51-27, e-mail: nia_priroda@mail.ru