.
Категории сайта

Загрязнение воздуха с судов и терминалов

Транспорт представляет собой основной источник выбросов в атмосферу окислов серы, окислов азота и ЛОС, которые образуются при неполном сгорании топлива в двигателях и в процессе непосредственного испарения груза. Как говорилось выше, выбросы со стационарных источников загрязнения, таких как тепловые электростанции, составляет около 24 % всего объёма выбросов, а выбросы с транспорта превышают 49 % от этого объёма. И морской транспорт, по количеству вредных выбросов в атмосферу, занимает ведущее место. Так, ежегодные выбросы только с судов, вовлеченных в международные перевозки по Балтике, Северному морю, Северной Атлантике, Средиземному и Черному морям, в 1990 году составляли около 2,8 миллионов тонн окислов серы и около 4,0 миллионов тонн окислов азота, то есть свыше 15 % от общего объёма всех выбросов в Западной Европе. Предотвращение загрязнения с судов является основным критерием безопасности.

Причем данные цифры относятся только к судам, занятым в международных перевозках и не включают выбросы с судов внутреннего плавания. Более того, если учесть что за последние 10 лет Как происходит грузооборот морских портовгрузооборот морских судов увеличился примерно на 30 %, то, можно предположить, насколько увеличилось загрязнение атмосферы с судов. Согласно данным комитета по охране окружающей среды стран Евросоюза, ежегодные выбросы ЛОС в атмосферу составляют около 10 миллионов тонн в год, причем на долю морского транспорта (танкеров) приходится около 15 % всех выбросов ЛОС, а на долю терминалов, производящих хранение и перевалку таких грузов – еще около 5 %. Как уже отмечалось выше, наличие в атмосфере ЛОС вызывает формирование приземного озона, который наносит непоправимый ущерб здоровью людей и живой природе, в то же время многие ЛОС сами по себе представляют значительную угрозу здоровью людей, являясь сильнейшими канцерогенами и тератогенами. Поскольку морское судоходство – дело межнациональное, было бы логично, предпринять какие-либо меры, ограничивающие выброс вредных веществ с судов, на международном уровне.

Так в 1979 году была подписана Международная конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, согласно которой страны-участницы должны сократить выбросы вредных веществ в атмосферу. В 1987 году ВОЗ выпустила Руководство по контролю атмосферы (Clean Air Guidelines) в котором приведены основные критерии по максимально допустимому содержанию вредных веществ в атмосфере. А в 1992 году был подписан Протокол по ограничению выбросов ЛОС к Международной конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, согласно которому страны-участницы должны в течение 10-15 лет снизить на 80-90 % или прекратить вообще выбросы в атмосферу летучих органических соединений (ЛОС). Протокол ЛОС обязал страны-участницы и, в частности ИМО, разработать к 1996 году соответствующие нормы и правила по оборудованию терминалов и танкеров системами контролируемого газоотвода.

И в 1997 году Международным комитетом ИМО по защите окружающей среды, после года различных согласований и договоренностей было опубликовано Приложение VI к МАРПОЛ 73/78, регламентирующее правила по предотвращению загрязнения атмосферы с судов. Но эти правила настолько «сырые», что их использование дает очень незначительный эффект. Планируется, что до конца 2003 года это приложение будет пересмотрено и вступит в силу. Хотелось бы отметить, что Приложение VI к МАРПОЛ 73/78 далеко не первая попытка ИМО создать законодательную базу по защите атмосферы земли от вредных выбросов с судов. В 1992 году на основании требований Протокола ЛОС, и опыте США, которые с 1990 года начали использовать Вспомогательные системы СПГ газовозовсистемы газоотвода на нефтяных и химических терминалах, Комитет ИМО по безопасности мореплавания опубликовал циркуляр № 585 «Стандарты по системам регулирования эмиссии газов». Ниже в пособии рассматриваются основные требования к системам газоотвода танкеров и терминалов и особенности их эксплуатации.

Эмиссия газов

При погрузке легкоиспаряющегося груза с высоким давлением насыщенных паров (истинное давление паров – ИДП) в пустой дегазированный танк, происходит его быстрое испарение и интенсивное выделение паров (газа) в атмосферу танка. Из-за своей высокой плотности (для большинства углеводородов плотность их паров гораздо выше плотности воздуха), газ скапливается вблизи поверхности жидкости в виде газового слоя некоторой толщины, и поднимается вместе с уровнем груза по мере заполнения танка, (см. рис. 1).

Газовый слой в грузовом танке
Рис. 1 Образование газового слоя в грузовом танке

Количество и концентрация паров, образующих газовый слой в начале погрузки зависят от многих факторов, включая:

Концентрация паров в таком слое меняется в зависимости от степени его удаления от поверхности жидкости. Если слой расположен очень близко к поверхности жидкости, то концентрация паров в нем практически равна абсолютному значению ИДП.

Предлагается к прочтению: Интегрированные системы управления судоходством

Например, если ИДП составляет 0,75 бар (75 кПа), то концентрация паров непосредственно над поверхностью жидкости соответствует примерно 75 % по объёму. Газовая смесь, содержащая в своем составе пары груза с концентрацией свыше 150 % от его верхнего взрывоопасного предела , называется обогащенным газом. По мере удаления от слоя жидкости концентрация паров в атмосфере танка будет падать, при условии, что танк первоначально был дегазирован.

Поскольку при обсуждении вопроса отвода газов из танка уместно рассматривать только высокие концентрации паров, то за толщину газового слоя принимается расстояние между слоем жидкости и таким уровнем паров, на котором их концентрация составляет 50 % по объёму. Однако следует помнить, что пары могут присутствовать над слоем жидкости на расстоянии в несколько раз превышающем толщину слоя газов. Газовая смесь, содержащая в своем составе пары груза с концентрацией менее 50 % от его нижнего взрывоопасного предела, называется разреженным газом.

Большинство грузов с низким давлением насыщенных паров, способно образовывать в таких условиях газовый слой толщиной около 1 метра. При погрузке грузов с ИДП менее 1 бара толщина полного слоя паров не превышает 3 метров. Поэтому в самом начале погрузки на выходе газоотвода будет присутствовать только воздух или инертный газ, а к концу погрузки концентрация паров на выходе газоотвода достигает обычно 30–50 % от объёма. После окончания погрузки парообразование продолжается до тех пор, пока над поверхностью жидкости не установится равновесное состояние паров. При этом их концентрация в верхней части танка в некоторых случаях может достигать 90-95 % от объёма. Довольно часто химовозы осуществляют транспортировку грузов, которые образуют газовый слой с концентрацией паров 50 % по объёму толщиной гораздо больше 1 метра. В качестве примеров можно привести некоторые грузы, получаемые в процессе переработки сжиженных газов или сырой нефти, такие как пентаны плюс, пропилен оксид, изопрен и другие.

При толщине газового слоя над поверхностью жидкости менее 1 метра, зависимость толщины слоя от ИДП не очень заметна, однако при ИДП больше 1 бара зависимость становится явной. Это говорит о том, что для такого вида грузов незначительное возрастание ИДП может стать причиной резкого увеличения количества выделяемого газа, груз как бы «вскипает». Интенсивное выделение паров начинается тогда, когда ИДП превышает атмосферное давление (1 бар). Например, для газолина этот процесс почти точно совпадает с моментом резкого увеличения толщины газового слоя. Но для большинства грузов кипение начинается только при значительном превышении ИДП атмосферного давления.

Читайте также: Рекомендуемые системы судовых покрытий

При кипении пузырьки газа образуются ниже поверхности жидкости, но только на такой глубине, где суммарное давление (атмосферное – АД плюс гидростатическое – ГД) равно ИДП (рис. 2). Последующее отделение паров в этом слое жидкости может привести к местному снижению ИДП, более того, теплота, затраченная на парообразование, приведёт к охлаждению груза, что дополнительно снизит его ИДП. По этим двум причинам уменьшение ИДП в подповерхностном слое жидкости способствует процессу задержки кипения, несмотря на то, что общее ИДП превышает 1 бар. Через некоторое время ИДП слоев груза уравняются, и произойдет «выдавливание» поверхностного слоя груза из танка.

Кипение груза в грузовом танке
Рис. 2 Условие кипения груза

Вот почему существует возможность перелива грузов с высоким ИДП (особенно при перевозках пентанов плюс) уже после того, как прекращается поступление груза в танк, так называемый «перелив после погрузки».

Рассеивание газового облака

Интенсивность рассеивания паров груза, после их выхода из выпускного отверстия газоотвода не зависит от того, смешался ли газ у выходного отверстия с воздухом или нет. После того, как пары выходят из газоотводного отверстия, они сразу же начинают смешиваться с воздухом. При этом их концентрация постепенно уменьшается до тех пор, пока на некотором расстоянии от выпускного отверстия газоотвода она не станет ниже НПВ. Принято считать, что при содержании паров воспламеняющегося груза в атмосфере менее 30 % от его нижнего взрывоопасного предела, паровоздушная смесь не представляет пожарной опасности. Однако, вблизи от любого газо-выпускного отверстия может находиться зона, в пределах которой концентрация данного газа превышает НПВ. Следовательно, существует потенциальная Борьба с пожаром на суднеопасность возникновения пожара или взрыва, если такая зона достигнет какого-либо участка судна или механизма, где могут находиться источники воспламенения. Такими участками могут быть:

Смесь паров груза с воздухом или инертным газом, выходящая из выпускного отверстия газоотвода, поднимается вертикально вверх под действием собственной кинетической энергии. При наличии ветра происходит изменение направления потока газа в направлении ветра. Если отсутствует ветер, то струя паров останется в вертикальном положении.

Подъёму струи в вертикальном положении препятствует также сила тяжести, под воздействием которой пары (обычно тяжелее воздуха) стремятся опуститься вниз. Скорость потока максимальна в момент прохождения газо-выпускного отверстия, а затем она уменьшается по мере вовлечения в поток воздушных масс атмосферы. Вовлекаемый воздух уменьшает концентрацию паров в потоке и соответственно его плотность. Можно сказать, что постепенное уменьшение скорости потока, концентрации паров в нем и снижение плотности потока, определяют окончательную конфигурацию газового облака и зоны воспламенения. Считается, что рассеивание паровоздушных смесей замедляется при низких скоростях ветра.

Такая точка зрения основывается на опыте, накопленном в процессе эксплуатации танкеров, и количественной информации о влиянии скорости ветра, полученной в результате незначительного объёма экспериментальных работ. За последние годы были проведены дополнительные исследования, которые показали, что Аварийные процедуры на СПГ газовозахрассеивание паров во многом определяется способом их выпуска из танков и линейной скоростью потока выпускаемого газа, а не силой и направлением ветра.

Тем не менее, опыт показывает, что при скоростях ветра более 5 м/с обеспечивается должное рассеивание потока, достаточное для снижения концентрации паров в нем ниже НПВ.

Скорость выброса потока паров через газоотвод

По мере увеличения скорости потока газовой смеси через отверстие газоотвода, на него начинают воздействовать несколько факторов:

  1. Во-первых, увеличение концентрации паров возрастает пропорционально скорости потока и, следовательно, увеличивается расстояние, которое пройдет струя паров до момента полного рассеивания;
  2. Во-вторых, чем выше скорость потока, тем интенсивнее происходит его смешивание с воздухом (разбавление), компенсирующие влияние первого фактора;
  3. В-третьих, низкая скорость выброса паров не придает достаточно энергии для преодоления силы тяжести.

Для легкоиспаряющихся грузов процесс рассеивания будет выражен более ярко, и зона с опасными концентрациями будет значительно шире, чем для грузов, испаряющихся менее интенсивно.

Расположение и конструкция выпускных отверстий системы газоотвода

Площадь отверстия, через которое происходит выпуск газов из танка, при заданной интенсивности потока, согласно закону Бернулли, определяет его линейную скорость и, следовательно, эффективность смешивания потока с атмосферой. Необходимо также отметить, что выпускные отверстия газоотводов имеют различную форму. Некоторые из них – Судовые системы и трубопроводыобычные трубопроводы, через которые газ беспрепятственно выходит в вертикальном направлении, а некоторые имеют огнепреградители или защитные колпаки (дефлекторы), что приводит к отклонению струи газов в сторону или же вниз. Основное назначение системы газоотвода танков – обеспечение пожаробезопасности в районе грузовой палубы, т. е. рассеивание паров углеводородов до концентраций ниже НПВ и поддержание позитивного давления в танке при перевозке груза. Поэтому расположение газоотводных отверстий, снабженных дефлекторами, должно осуществляться на большей высоте над грузовой палубой. Конструкция системы газоотвода может быть самой разнообразной, но в любом случае она должна соответствовать определенным требованиям:

  1. Газоотводные системы грузовых танков должны быть полностью независимыми от воздушных трубопроводов, обслуживающих другие помещения;
  2. Устройство и расположение отверстий в грузовой палубе для выхода паров, должны сводить к минимуму возможность проникновения воспламеняющихся паров в помещения, опасные в пожарном отношении;
  3. Газоотводные системы должны быть сконструированы таким образом, чтобы не допускать возникновения в грузовых танках избыточного давления или вакуума, превышающих расчетные параметры:
    1. Обеспечивать отвод незначительного количества паров из танка или впускать воздух внутрь танка в процессе транспортировки груза, связанный с колебаниями температуры груза;
    2. Пропускать значительные объёмы паров или атмосферного воздуха во время погрузки, балластировки или выгрузки, а также при дегазации или вентиляции танков;
  4. Грузовая система СПГ танкераГазоотводные устройства каждого танка могут быть независимыми для каждого отдельного танка или общими для группы грузовых танков. Для объединения газоотводных систем допускается использование трубопроводов системы инертного газа;
  5. Если устройство является общим для нескольких грузовых танков, то на газоотводных системах нефтяных танкеров и танкеров-продуктовозов должны быть установлены запорные клапана, обеспеченные четкой визуальной индикацией их положения и запирающим устройством, фиксирующим клапан, или изолирующие фланцы на каждом танке. На газоотводных системах химовозов запрещено устанавливать запорные клапана;
  6. Газоотводные устройства должны подводиться к верхней части каждого танка (к расширителю) и самоосушаться в грузовые танки при всех нормальных условиях дифферента и крена судна или, если необходимо, снабжаться осушительными пробками;
  7. Газоотводная система должна быть оборудована устройствами для предотвращения проникновения пламени в грузовые танки;
  8. Должны быть приняты меры для предотвращения подъёма жидкости в газоотводную систему до высоты, превышающей расчетное давление грузовых танков. Т. е., грузовые танки должны быть оборудованы системой сигнализации о высоком уровне груза в танках или системой контроля за переливом груза в танки.

Выходные отверстия дыхательных клапанов должны быть расположены:

  1. Раздельные пресс – вакуумные клапаны (P/V VALVES);
  2. Клапаны высокоскоростного выпуска (HIGH VELOCITY VALVES);
  3. Комбинированные пресс/вакуумные клапаны высокоскоростного выпуска.

Способы отвода газовой смеси из танка

Отвод газов из танков может осуществляться как в атмосферу, так и в береговые сооружения. На практике используются определения 3-х основных способа отвода паров из танка:

Однако в официальных документах, регламентирующих сброс паров груза из атмосферы танка, предусмотрено всего лишь 2 основных способа: открытый (свободный) и контролируемый.

Открытый газоотвод

Открытый газоотвод или же свободный выпуск паров из атмосферы танка должен осуществляться таким способом, чтобы не создавать препятствий (за исключение сил трения потоку газа) истечению атмосферы танка в ходе нормальных грузовых операций. Такой газоотвод может состоять из трубопроводов, установленных отдельно на каждом танке, или объединенных в общую систему, обеспечивающую должную сегрегацию грузов.

Следует иметь в виду, что сегрегация грузов обеспечивается не только исключением возможного контакта жидкого груза, но и его паров.

Горловины для замера уровня в танках
Рис. 3 Отвод газов открытым способом через мерительные горловины танка. Такой способ вентиляции допускается лишь при обработке грузов, которые не горят и не являются токсичными

На системе открытого газоотвода не должны устанавливаться Судовые системы бытового водоснабжениязапорные клапана. Выпуск паров из танка происходит в процессе открытой вентиляции непрерывно через вентиляционное отверстие с использованием огнепреградительной сетки или без неё. То есть, при использовании открытого способа вентиляции танков, избыточное давление внутри танка минимальное. Однако даже к такой, казалось бы, простой системе отвода паров, Кодекс предъявляет довольно жесткие требования:

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 15, 2022 1214 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ