Технические средства по предотвращению загрязнения нефтью

В современном мире, где промышленное производство и транспортировка углеводородов играют ключевую роль в экономике, проблема загрязнения окружающей среды нефтепродуктами приобретает особую остроту. Одним из значимых источников такого загрязнения являются нефтесодержащие воды, образующиеся в процессе добычи, переработки и транспортировки нефти. Эффективное управление этими отходами и предотвращение их попадания в природные экосистемы является важнейшей задачей. В этой связи особое значение приобретают технические средства предотвращения загрязнения нефтью, направленные на очистку нефтесодержащих вод и утилизацию нефтеотходов.

Данная статья посвящена рассмотрению характеристик нефтесодержащих вод, анализу существующих методов их очистки, а также обзору основных типов и производителей технических средств, применяемых для решения этой экологически значимой проблемы. Мы также рассмотрим требования, предъявляемые к данному оборудованию, и порядок его представления надзорным органам, а также вопросы утилизации образующихся нефтеотходов.

Характеристика нефтесодержащих вод

В соответствии с требованиями МАРПОЛ 73/78 преднамеренный сброс нефти с судов возможен только при соблюдении определенных условий (см. табл. Охрана морской среды от загрязнения с судов“Нормативные требования по предотвращению загрязнения с судов”), исходя из которых образующиеся нефтяные загрязнения (рис. 1) должны быть подвергнуты обработке непосредственно на борту судна либо сохранены с последующей сдачей их во внесудовые приемные устройства.

Нефтяные загрязнения на судне делятся на три группы:

• отходы, содержащие воду;
• вода, загрязненная нефтью;
• твердые отходы (шлам).

Соответственно возникают и проблемы по обработке и утилизации этих загрязнений:

• обработка отходов, содержащих воду;
• выделение нефти из смеси воды с нефтью;
• переработка твердых отходов и влажных остатков.

МАРПОЛ 73/78 оговаривает требования и пути решения проблемы по предотвращению загрязнения нефтью с судов (при этом суда разбиваются на конвенционные категории) и ставит жесткие условия к оснащению портов и терминалов приемными и очистными сооружениями, поскольку непосредственный сброс нефти при нахождении судна во внутренних морских или территориальных водах запрещен или существенно ограничен.

Одной из наиболее сложных задач является очистка нефтесодержащих вод, так как Судовые средства по очистке и удалению нефтесодержащих и сточных водсудовые льяльные воды представляют собой стойкие эмульсии, трудно поддающиеся разделению. По характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсии бывают прямого типа (эмульсия неполярной жидкости в полярной, например, «нефть-вода») и обратного (эмульсия полярной жидкости в неполярной, например, «вода-нефть»).

Судовые льяльные, балластные и промывочные воды представляют собой эмульсии прямого типа.

В эмульсии содержится до 50 % частиц неф­тепродуктов размером до 10 мкм, 25 % – до 30 мкм и 25 % – размером от 30 до 200 мкм (для всплытия капли нефти ее размер должен быть более 200 мкм).

Состав нефти в льяльных водах сложен и включает различные нефтепродукты, в основном судовое топливо плотностью 0,83-0,97 г/см³. Повышенная плотность и ПАВ в тяжелых топливах затрудняют гравитационное разделение эмульсии в сепараторах, что делает целесообразным применение деэмульгаторов.

Читайте также: Характеристика металлов и других материалов, используемых при ремонтных работах

ПАВ могут попадать в льяльные воды разными путями. Тепло­химической лабораторией ЦПКТБ ВРПО «Севрыба» проведены исследования влияния различных марок ГСМ и других используемых на судах химических препаратов на повышение ПАВ в нефтесодержащих водах. Исследования проводились путем образования нефтеводяной смеси из различных марок ГСМ с постоянной концентрацией 33 тыс. мг/л, наиболее часто отмечающейся в судовых льяльных водах, и последующим определением в пробе детергентов, основной составной частью которых являются синтетические ПАВ. Для определения влияния других химических препаратов готовились пробы с концентрацией 0,1 или 1 % (табл. 1).

Содержание нефти в льяльной воде колеблется (1-5 % в Мурманском порту, с тенденцией к росту). Взвешенные вещества затрудняют очистку, адсорбируя нефть и снижая эффективность сепараторов (требуют промывки/замены). Некоторые сепараторы имеют предварительные фильтры. Балластные воды схожи, но менее загрязнены.

Методы очистки нефтесодержащих вод

Для очистки нефтесодержащих вод используются следующие методы:

• гравитация,
• коалесценция,
• коагуляция,
• флотация,
• и фильтрация.

Гравитационный метод

Механизм разрушения эмульсии можно разбить на три стадии:

• столкновение глобул нефтепродуктов;
• слияние их в более крупные капли;
• и выделение в виде сплошной фазы.

Скорость всплытия нефти здесь пропорциональна разности плотностей воды и нефти, диаметру капель нефти, температуре подогрева (до определенных величин) и выражается следующей формулой:

где:

• ω_н – скорость всплытия капель нефти, м/с;
• γ_в, γ_н – соответственно плотность воды и нефтепродукта, т/м³;
• d_н – средний диаметр капель нефтепродукта, м;
• g – ускорение свободного падения, м/с²;
• ξ – безразмерный коэффициент сопротивления (капля неф­ти принимается за шарообразную, коэффициент которой равен 1).

Подогрев нефтеводяной смеси (оптимально 30-45 °C) улучшает разделение эмульсии, ускоряя движение и слияние капель нефти, а также увеличивая разницу в плотности (плотность нефти снижается сильнее, чем воды). Метод (время отстоя 2-3 ч) удаляет основную массу нефти, но не всегда обеспечивает нефтесодержание менее 100 млн^-1, поэтому часто комбинируется с другими методами, например, центробежной очисткой.

Метод коалесценции

Укрупненные капли отрываются и всплывают, когда подъемная сила становится достаточной. Оптимальная скорость пропускания смеси составляет 0,0015-0,003 м/с. Снижение скорости повышает эффективность очистки, но увеличивает размеры оборудования, что нежелательно для судов.

В качестве коалесцирующих могут использоваться:

• гранулированные (песок, полистирол);
• эластичные с открытыми порами (полиуретановая губка, поролон);
• и волокнистые (полипропиленовые волокна) материалы;

последние получили наибольшее распространение. Менее чувствительны к засорению эластичные материалы типа поролона. Метод применяется в качестве вторичного для доочистки нефтеводяных смесей.

Метод коагуляции

Ими могут быть сернокислый алюминий, сернокислое железо, гашеная известь, хлористый кальций, смесь сернокислой закиси железа с гашеной известью и др. В результате действия реагентов на нефтеводяную смесь капли нефти укрупняются и, в зависимости от вида применяемого коагулянта, всплывают или опускаются на дно и вместе с хлопьями реагента образуют осадок. Использование в качестве коагулянта гашеной извести в количестве от 0,2 до 0,7 мг на 1 мг нефти позволяет достичь степени очистки до 10-15 мг/л; при увеличении дозы извести остаточное содержание нефти снижается до 2 мг/л.

Метод может использоваться в качестве вторичного после извлечения из воды основной массы нефти.

Метод флотации

Эффективность флотации эмульгированных в воде нефтепродуктов обусловливается тем, что при прилипании капли нефти к поверхности пузырька воздуха резко увеличивается скорость её всплытия (скорость всплытия пузырька воздуха в 900 раз выше).

Существует несколько способов насыщения воды пузырьками воздуха (газа):

• подача во всасывающую трубу насоса, когда после создания давления оно резко падает (напорная флотация);
• выделение газов из раствора (электрофлотация);
• подача диспергированного воздуха в разреженное пространство, создаваемое вращением крыльчатки (импеллерная флотация).

Метод фильтрации

Рассмотренные методы применяются в судовых установках. Наибольшее распространение получили методы:

• гравитации,
• коалесценции,
• и фильтрации.

В настоящее время ведутся опытные работы по очистке судовых нефтесодержащих вод электролитическим и биологическим методами. Электролитический метод основан на использовании явлений, происходящих при электролизе воды, биологический – на способности некоторых микроорганизмов поглощать углеводороды.

Требования к техническим средствам по предотвращению загрязнения нефтью

Основной мерой предотвращения загрязнения нефтью являются конструктивные требования МАРПОЛ 73/78, отличающиеся от Конвенции 1954 г. Это включает оснащение танкеров изолированным балластом и мойкой сырой нефтью, а также запрет балластировки топливных танков на новых судах от 4 тыс. рег. т. При необходимости балласт в топливных танках должен сбрасываться через очистку или контроль.

Предлагается к прочтению: Сепараторы, деаэраторы, фильтры – технические характеристики

На судах предусмотрены нефтеводяные сепараторы, очищающие смеси до нефтесодержания менее 100 или 15 млн^-1. В запрещенных районах нефтесодержащие воды накапливаются в сборном танке, рассчитанном на время пребывания, но не менее чем на трое суток вне внутренних вод.

Для отходов оборудуется специальная цистерна. Сдача нефтесодержащих вод осуществляется по отдельному трубопроводу. МАРПОЛ 73/78 требует для ряда судов автоматические системы замера, регистрации и управления сбросом, а на танкерах – отстойный танк с прибором раздела сред.

При расчете вместимости шламовых цистерн учитываются род топлива, используемого в энергетической установке судна, его суточный расход и максимальная продолжительность рейса (если она неизвестна, то принимается равной 30 суткам), а также балластировка топливных танков.

Одним из основных технических средств по предотвращению загрязнения нефтью является сепарационное и фильтрующее оборудование, работающее в автоматическом режиме (предусматривается и ручное управление).

В сепарационную установку входят:

• устройства для взятия проб до и после сепаратора;
• контрольно-измерительные приборы;
• автоматика контроля над сбросом очищенных нефтесодержащих вод (сигнализатор при степени очистки 15 млн^-1 и система контроля с самописцем при степени очистки 100 млн^-1);
• устройства для дозированной подачи нефтепродуктов и продувки воздуха.

Подача насосов рассчитывается на пропускную способность оборудования. Очищенная вода сливается через клапан над сепаратором.

Сепаратор выбирается для нефтесодержания не более 100 или 15 млн^-1, предпочтительнее 15 млн^-1. Производительность должна обеспечивать обработку льяльных вод за 6 часов в сутки (1 час за вахту). При выборе автоматики учитывается обводненность нефтепродуктов не более 10 %.

Предпочтительны тихоходные насосы объемного типа и вакуумная подача. Скорость поступления смеси не более 3 м/с. Для испытания предусматривается прокачка чистой водой и отвод очищенной воды в цистерну.

Работоспособность сепаратора должна обеспечиваться в различных условиях (качка, крен, температура и влажность). Новые сепараторы проходят эксплуатационную проверку. Комплектующие должны иметь допуск Регистра, а установка – одобрение надзорных органов по результатам испытаний.

Российские нефтеводяные сепараторы

Широкое применение на судах получили отстойно-коалесцирующие российские сепараторы типа СК производительностью 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 и 10,0 м³/ч. Опыт эксплуатации показал, что эти сепараторы надежны в работе и обеспечивают паспортную степень очистки 100 млн^-1. Однако из-за загрязненности воды механическими примесями сравнительно мал срок службы коалесцирующих элементов. Кроме того, подвод воды к элементам изнутри требует тщательной посадки их на посадочные гнезда, а также своевременного поджатия во избежание пропускания частиц нефти.

Модернизированный сепаратор СКМ лишён недостатков благодаря дополнительному фильтру, продлевающему срок службы коалесцирующих элементов. Подвод воды снаружи упрощает установку и обеспечивает прижатие. Отсутствие наружного каркаса позволило производить бескаркасные элементы.

Количество коалесцирующих элементов описываемых сепараторов зависит от их производительности и составляет от 2 до 12 шт.

Очистка льяльных вод в сепараторе СКМ: насос подает воду через подогреватель в блок грубой очистки. Нефтепродукты всплывают в нефтесборник первой ступени, очищенная вода идет на коалесцирующие элементы, где мелкие частицы укрупняются и также поступают в нефтесборник. Не успевшие всплыть нефтепродукты, пройдя элементы, укрупняются и вытесняются в блок тонкой очистки, откуда попадают во второй нефтесборник. Окончательно очищенная вода сливается.

Сепаратор напорного типа имеет предохранительный клапан для слива при давлении выше 0,4 МПа (4,0 кгс/см²).

Для предотвращения сбоев на нефтесборниках есть автоматические клапаны выпуска воздуха, работающие от поплавка при понижении уровня воды. Клапан слива очищенной воды поддерживает давление около 0,05 МПа (0,5 кгс/см²).

Сепаратор оснащен контрольно-измерительными и управляющими приборами:

• манометрами, контролирующими перепады давлений на коалесцирующих элементах и давление пара на подогревателе;
• реле давления РДК-57, предназначенным для подачи сигнала о достижении предельного давления перед коалесцирующими элементами;
• реле давления РКС-1А-01, отключающим насос при срыве потока жидкости в напорной магистрали через 20-40 с после падения давления;
• термометрами, контролирующими температуру нефтеводяной смеси в сепараторе и нефтеостатков в нефтесборниках.

При низкой температуре при помощи датчиков ДТ-1 поступает сигнал на электромагнитный клапан подачи пара в подогреватель, которая прекращается после достижения заданной температуры (в зависимости от марки применяемого на судне топлива).

• При температуре нефтесодержащей воды ниже 20 °C происходит автоматическое отключение прокачивающего насоса;
• системой автоматического подогрева смеси (начинает функционировать одновременно с подачей питания на электродвигатель насоса);
• системой автоматического слива отсепарированных нефтепродуктов.

Регулирование слива двухпозиционное. При отсутствии нефтепродуктов нефтесборники заполняются водой, сигнальные лампы «Верхний уровень» и «Нижний уровень» не горят. По мере накопления нефтепродуктов вода, вытесняясь из нефтесборника, оголяет датчик верхнего уровня, который в свою очередь подает сигнал на лампу «Верхний уровень». В процессе дальнейшего вытеснения воды нефтепродукты поднимаются к датчику нижнего уровня, по сигналу которого включается электромагнитный клапан слива нефтепродуктов. При этом загораются сигнальные лампы «Слив нефтепродуктов» и «Нижний уровень», а лампа «Верхний уровень» гаснет. Клапан остается открытым до тех пор, пока нефтепродукты не достигнут датчика верхнего уровня.

Для ручного слива нефтепродуктов из нефтесборников предусмотрено по два трубопровода с пробными кранами. Уровень нефтепродуктов в сепараторах СКМ контролируется сигнализаторами СУС-16ИОМ.

При достижении контролируемым уровнем чувствительного элемента сигнализатора происходит срабатывание выходного реле. Принцип работы топливного сепаратора на суднеЭффективность сепаратора во многом зависит от работы сигнализаторов, поэтому их техобслуживание рекомендуется проводить 1-2 раза в год.

Коалесцирующие элементы подлежат замене при достижении давления 0,35 МПа (3,5 кгс/см²).

Для продления срока службы полипропиленовых элементов сепаратор должен быть постоянно заполнен водой, контролируемой по пробным кранам, так как осушение приводит к их быстрому выходу из строя из-за образования грязевой корки.

Сепарационное оборудование типа СК и СКМ предполагалось заменить фильтрующим оборудованием – установками сепарационными автоматизированными (УСА) в комплекте с сигнализатором предельного содержания нефти на сбросе, но эксплуатационные испытания выявили их низкую работоспособность и недостаточную надежность. К тому же не была подтверждена паспортная степень очистки. В связи с этим производство установок типа УСА было прекращено, они получили свидетельство о типовом испытании как сепарационное оборудование, предназначенное для оснащения судов новостроя и существующих.

Установка типа УСА включает в себя:

• сепаратор типа СЦК (сепаратор центробежно-коалесцирующий);
• колпак воздушный с фильтром;
• подогреватель (для установок с подогревом);
• насосный агрегат;
• щит управления;
• арматуру и трубопроводы;
• контрольно-измерительные приборы;
• раму.

Сепаратор СЦК состоит из корпуса с подшипниками, ротором, патрубками подвода загрязненной и отвода очищенной воды, слива нефтепродуктов и штуцерами для манометров. Цилиндрический ротор с коалесцирующим гранулированным наполнителем разделяет Судовые установки очистки нефтесодержащих воднефтесодержащие воды. Укрупненные частицы нефти концентрируются у оси и отводятся через полый вал по сигналу датчика, передаваемому в систему автоматики управления электромагнитными клапанами слива при перекрытии колец датчика. Ротор вращается электродвигателем через передачу.

Колпак воздушный с фильтром устанавливается на трубопроводе подачи загрязненной воды в сепаратор. Он состоит из корпуса с патрубками подвода и отвода воды, сетчатого фильтра, крышки и клапана автоматического выпуска воздуха. Сетчатый фильтр предназначен для очистки воды от грязи и механических примесей, клапан автоматического выпуска воздуха – для удаления воздуха, выделяющегося из поступающей в сепаратор воды.

Подогреватель представляет собой цилиндрический корпус с трубчатой батареей. Пар, проходя по патрубкам батареи, нагревает подаваемую насосом загрязненную воду.

На щите управления расположены световые сигналы: «Сепаратор» – «Напряжение» и «Работа», «Насос» – «Напряжение» и «Работа», «Уровень I», «Уровень II», «Уровень III», «Слив воды», «Слив нефти», «Слив неочищенной воды», а также аварийные сигналы:

• «Срыв давления»,
• «Превышение давления»,
• «Незапуск насоса».

Могут быть предусмотрены сигналы «Работа» и общий аварийный «Неисправность».

Клайпедским отделением Гипрорыбфлота разработан сепаратор типа УСГК для установки на судах. Установка включает насос, фильтр-отстойник с подогревателем, блоки грубой и тонкой очистки с коалесцирующими патронами, и системы контроля. Фильтр-отстойник предназначен для предварительной очистки льяльных вод. УСГК позволяет менять режим очистки: для остаточного содержания нефти менее 15 млн^-1 нефтеводяная смесь проходит все ступени очистки. В открытом море блок тонкой очистки может отключаться для экономии ресурса коалесцирующих элементов.

Для предотвращения загрязнения нефтью по МАРПОЛ 73/78 нефтеводяные сепараторы оснащаются доочистными фильтрами. Фирма «Турбуло» производила фильтры TF для сепараторов TEi, обеспечивая очистку до 15 млн^-1. Промышленностью выпускаются фильтры ФДН (для сепараторов без одобрения Регистра, очистка с 3 000 млн^-1 до 100 млн^-1) и ФДН-М (для одобренных сепараторов, очистка до 15 млн^-1).

Фильтры-цилиндры с кассетами требуют замены фильтрующего материала при насыщении нефтепродуктами. Производительность фильтров ФДН и ФДН-М: 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 м³/ч. Доочистные фильтры крупнее, что затрудняет их установку с существующим сепаратором. Эффективность коалесценции зависит от своевременной замены патронов для обеспечения паспортной очистки. В винтовых насосах (типа 2ВВ) важна эксплуатация без работы «всухую». Зарегистрированы случаи износа винтов и валов. Осевой зазор винтов должен быть 0,01-0,08 мм. Работа «всухую» недопустима, перед пуском насос заполняется водой. Реле разности давления в некоторых сепараторах (СК, СКМ) предотвращает работу без жидкости, но может засоряться. Протечка воды из сальника после регулировки должна составлять 10-120 капель в минуту.

Зарубежные нефтеводяные сепараторы

Для очистки нефтеводяной смеси на судах российской и зарубежной постройки используются Судовые сепараторы фирмы Вестфалиясепарационные установки зарубежных фирм:

• сепараторы типа ОВ (Польша);
• типа GSF, SKIT/S системы RWO и фирмы «Турбуло» (Германия);
• серии CPS фирмы «Фрам» (Нидерланды);
• типа ЮВА-ОЙЛ (Швеция) и многие другие.

Сепараторы типа ОВ

На ряде судов польской постройки (В-400, В-406, В-408 и др.) установлены сепараторы типа ОВ. Они имеют три ступени, полностью автоматизированы, оснащены сигнализатором предельного нефтесодержания Гестра типа OR-34S, который управляет сбросом: при нефтесодержании менее 15 мг/л – за борт, при большем – в сборную цистерну. Особенностью этого сепаратора является то, что на первую ступень смесь подается под вакуумом, так как прокачивающий насос расположен за первой ступенью. Это в значительной степени уменьшает эмульгирование смеси, но осложняет отбор проб до сепаратора из-за неработоспособности пробоотборных устройств. Указанное обстоятельство, а также отвод воды только за борт при достижении паспортной степени очистки, потребовали переделки Насосы и системы трубопроводовсистемы трубопроводов и разработки методики и программы испытаний на очистную способность сепараторов.

Сепаратор типа ОВ (рис. 5) состоит из трех корпусов, насоса, арматуры, трубопроводов, питающей и управляющей аппаратуры.

Каждый корпус – цилиндр из двух частей на болтах для легкого демонтажа. Первая ступень: верхний ввод воды, снизу – блок параллельных конусов на центральном проводе с фланцем.

Вторая и третья ступени идентичны: нижний впуск через вертикальную трубу с фланцем. На фланцах по два цилиндрических коалесцирующих элемента, закрепленных штифтами (они же держат крышки). Две ступени имеют датчики управления электропневматическими клапанами для отвода воды и сброса нефтепродуктов через патрубки.

Установка: насос подает воду в первую ступень для основного отделения нефти.

Для улучшения разделения смеси предусмотрены:

• подача смеси под вакуумом, что облегчает процесс разделения эмульсии;
• подвод смеси к блоку цилиндрических перегородок по касательной, что замедляет движение нефти и облегчает ее отделение;
• поступление смеси к блоку параллельно установленных плит с малой скоростью течения, что способствует укрупнению капель нефти и улучшает процесс очистки.

Предварительно очищенная вода поступает к насосу и далее на очистку. Вторая и третья ступени коалесцируют нефть, которая всплывает в нефтесборник. Очищенная вода отводится.

Читайте также: Характеристики судовых глубоковакуумных вертикально-трубных испарителей морской воды

Спуск нефти автоматизирован датчиками и электропневматическими распределителями. Нефть из нефтесборника первой ступени удаляется насосом сепаратора, при этом клапаны воды закрываются. Нефть из обеих ступеней удаляется через автоматические клапаны в цистерну.

Датчики контролируют уровень воды и удаляют воздух через спускные клапаны. Нефтесборники оснащены нагревательными элементами с терморегулирующими клапанами. Насос имеет предохранительный клапан на 0,6 МПа.

Сепаратор автоматизирован и оснащен сигнализатором предельного нефтесодержания типа OR-34S.

Сепараторы системы RWO

Довольно широко на судах представлены сепарационные установки типа GSF и SKIT/S системы RWO (ФРГ) (рис. 6).

Сепарационная установка RWO включает гравитационный сепаратор и фильтр. Нефтеводяная смесь циркулирует через кольцевые камеры с рассчитанным сечением, что позволяет подъёмной силе нефти преодолеть трение и попасть в нефтесборник. Процессу способствуют участки замедления/ускорения потока и подогрев. Отделённая нефть собирается в двух камерах, уровень контролируется электродами. Затем прибором RWO-IE-TWIN нефтепродукты через два клапана отводятся в танк. Очищенная смесь проходит тонкую очистку в коалесцирующем фильтре до остаточного нефтесодержания менее 15 млн^-1.

Автоматизированные сепараторы оснащены сигнализатором предельного нефтесодержания типа OR-34S. При разности давления более 0,15 МПа (1,5 кгс/см²) требуется замена патронов.

Рекомендуется очистка сепаратора и фильтра не реже раза в год. Для этого система прогревается до 50 °C несколько часов, затем 1 час промывается водой. После этого на 1 минуту открываются спускные клапаны. После очистки производится осмотр и, при возможности, пропаривание. В противном случае внутренние камеры промываются дизельным топливом и горячей пресной водой.

Не следует использовать эмульгирующие моющие средства. Сепарационная установка надежна и не требует постоянного контроля.

В сепараторах RWO используются патроны «Донглиф», чувствительные к взвешенным веществам. Рекомендуется предварительное отстаивание или Судовые устройства мембранного типа для очистки водыфильтрация воды.

Сепаратор SKIT/S всасывает воду насосом в вакуумном режиме, предотвращая эмульгирование. В блоках грубой и тонкой очистки происходит отделение нефти от воды, обеспечивая очистку до 2 млн^-1.

Отделенные нефтепродукты собираются в верхней успокоительной камере, оборудованной мощным электронагревателем для повышения эффективности разделения смеси. Уровень нефтепродуктов контролируется электродом с чувствительными элементами. При достижении определенного уровня собранная нефть с помощью автоматики отводится через спускной электромагнитный клапан в сборную цистерну нефтеостатков. Одновременно начинается процесс обратной промывки коалесцирующего материала чистой забортной водой. Весь цикл работы сепаратора протекает автоматически.

При монтаже сепаратора (рис. 7) необходимо соблюдать ряд рекомендаций:

• для предотвращения перегрузки насос в машинном отделении следует устанавливать как можно ниже, помня, что высота всасы­вания составляет 6-7 м. Диаметр всасывающего трубопровода (номинальный проход) зависит от производительности насоса и должен составлять:
  • при производительности ОД м³/ч – 15 мм,
  • при 0,25 – 20,
  • при 0,5 и 1,0 – 25,
  • при 1,5 и 2,5 – 32,
  • при 5,0 – 50,
  • при 10,0 м³/ч – 65 мм;
• для предохранения насоса и арматуры от повреждений реко­мендуется использовать коробчатый фильтр с отверстиями диамет­ром не более 2 мм и поперечным сечением, достаточным для про­хождения механических примесей;
• для предохранения системы от осушения сепаратор оснащается обратным клапаном. При длинном всасывающем трубопроводе или большом его диаметре для предотвращения вытекания воды устанавливается дополнительный клапан;
• в случае использования на судне высоковязкого топлива или эксплуатации сепаратора при низких температурах в сборной цистерне должен быть предусмотрен подогрев нефтесодержащей воды;
• трубопровод для обратной промывки коалесцирующего материала подсоединяется к системе охлаждения забортной воды и находится под давлением 0,1-0,3 МПа. Следует иметь в виду, что если выходное отверстие трубопровода забортной воды более чем на 1 м выше верхней кромки сепаратора, то установки специаль­ной арматуры не требуется;
• для работы пневматических поршневых клапанов подводится сжатый воздух давлением 0,6-0,8 МПа (сечение присоединяемого трубопровода – 1/4 дюйма).

При первом запуске или после длительной остановки сепаратора следует осмотреть точки подвода сжатого воздуха и элек­троэнергии, проверить плотность всех фланцевых соединений (осо­бенно на всасывающем трубопроводе).

Для запуска сепаратора необходимо:

• открыть запорные клапаны на трубопроводе отвода очищенной воды, а также клапан подвода сжатого воздуха;
• проверить работу насоса по инструкции завода-изготовителя (особое внимание обратить на правильность затяжки набивки сальника);
• включить главный выключатель автоматического управления (загораются контрольные лампы: зеленая – «Работа», красная – «Отвод масла» и открываются пневматические поршневые клапаны 1в – «Впуск промывочной воды» и 1а – «Выпуск масла», при этом производится удаление воздуха и масла из сепаратора);
• после заполнения сепаратора водой закрыть клапаны (загорается зеленая контрольная лампа «Вода за борт»). Сепаратор готов к работе.

Для проверки действия систем автоматики сепаратора следует:

• нажать кнопку «Масло/вода» (загорается красная контрольная лампа «Масло в цистерну», открываются клапаны 1а – «Отвод масла» и 1в – «Впуск промывочной воды», отключаются прокачивающий насос и электронагреватель);
• отпустить кнопку (контрольная лампа переключается с красного цвета на оранжевый, клапан 1в остается открытым, клапан 1а закрывается, открывается клапан 1с – «Выпуск промывочной воды»;
• сепаратор промывается водой и по истечении установлен­ного времени клапаны 1в и 1с закрываются, насос и электронагре­ватель снова включаются). Система готова к работе.

Сепараторы типа ЮВА-ОЙЛ

На ряде судов установлены сепараторы типа ЮВА-ОИЛ («АБ Бруншугиен», Швеция), несколько отличающиеся от описанных выше.

Сепаратор состоит из:

• ступеней (резервуаров), оцинкованных и обработанных внутри пластмассой,
• прокачивающего насоса,
• щита управления,
• системы контроля и промывки (рис. 8).

Принцип работы сепаратора заключается в отделении нефти методом гравитации, затем последовательно – методами коалесценции и адсорбции при пропускании нефтеводяной смеси через специальный фильтрующий материал, состоящий из твердых частиц размером 1-2 мм. При нормальной работе фильтрующий материал можно использовать без замены в течение 1-2 лет.

По желанию сепараторы оснащаются датчиками нефтесодержания (“ЮВА-Монитор” или “ЮВА-Гестра“).

Для очистки предусмотрена обратная промывка фильтра перед эксплуатацией (при выключенном питании и закрытых клапанах). Обе ступени промываются по 5 мин примерно раз в неделю или при нефтесодержании 15 млн^-1. При промывке первого резервуара давление поднимается до 0,3 МПа, после открытия слива падает до 0,1 МПа. Промывка длится 10 мин, подача воды в 3-4 раза больше пропускной способности.

Второй резервуар промывается аналогично. Если после промывки очистка хуже паспортной, фильтр подлежит замене.

Предлагается к прочтению: Пожарная безопасность и борьба с пожарами на судах

Замена фильтра производится подачей воды и открытием клапана в шламосборник (трубопровод до 10 м). Материал спускается в емкость. Насос запрещен. Новый материал засыпается через верхний люк на 60 % высоты резервуара.

В качестве фильтрующего используется хемивирон фильтрасорб 200 или аналогичный материал, количество которого зависит от производительности сепаратора. Для сепаратора производительностью:

• 1,0 м³/ч – по 50;
• 1,5 – по 75;
• 2,5 – по 100;
• 3,5 – по 150;
• 5,0 – по 250;
• 7,5 – по 325
• и 10 м³/ч – по 400 кг для каждой из двух ступеней.

Сепараторы фирмы «Фрам»

Сепараторы серии CPS фирмы «Фрам» (Голландия) поставляются в комплекте, то есть уже готовыми к эксплуатации.

Сепаратор включает в себя:

• винтовой насос с частотой вращения не более 260 мин^-1 и с защитой от работы «всухую»;
• горизонтальный пластинчатый сепаратор с вертикальным нефтесборным блоком;
• систему контроля уровня нефти, управляющую клапаном с пневматическим приводом; блок управления, состоящий из главного выключателя с положениями «0»-«1», выключателя пуска и управления электродвигателем насоса с положениями «Авт.» – «0» – «Ручн.» и автоматического реле управления уровнем нефти;
• автоматическое устройство выпуска воздуха из сепаратора;
• предохранительный клапан;
• соленоидное управление выпуском воздуха;
• контрольно-измерительные приборы;
• коалесцирующую ступень для доочистки после прохождения смеси через пластинчатое очистное устройство.

Помимо этого, в блоке предусмотрено подключение дополнительных устройств: дистанционного пуска и остановки блока, автоматического конечного выключателя уровня льяльной воды, контактов сигнализации «Нет воздуха».

Сигнализатор предельного содержания нефти и паровой змеевик для подогрева поставляются фирмой по дополнительному заказу.

Нефтесодержащая вода подается винтовым насосом в горизонтальный сепаратор с пластинчатыми элементами. Двойной поворот потока замедляет скорость, отделяя большую часть нефти. Упругий фланец направляет смесь вверх, где после поворота на 180° скорость значительно снижается, обеспечивая подъем оставшихся мелких частиц нефти в нефтесборник.

После грубой очистки смесь поступает в пластинчатый пакет, где на олеофильной поверхности пластин происходит укрупнение капель нефти. Собранная нефть постепенно просачивается через пластины и собирается в нефтесборнике. Очищенная смесь, проходя в конце пластинчатого пакета через коалесцирующую подушку, освобождается от оставшихся следов нефти. Такая схема очистки обеспечивает низкое остаточное содержание нефти (в среднем 4,4 млн^-1).

При первом запуске или после длительной остановки сепаратора рекомендуется проверить действие клапана сброса нефти путем открытия подачи воздуха. Положение клапана определяется по индикатору, расположенному на крышке приводного устройства. Если индикатора нет, то положение клапана можно определить по положению рычага приводного устройства: 90° против направления потока означает, что клапан закрыт. При установке ручки соленоида в положение «Ручн.» клапан меняет положение и закрывается, в положение «Авт.» – открывается.

После предварительного заполнения водой и выпуска воздуха сепаратор запускается в работу путем установки главного выключателя на коробке управления в положение «1», затем – открытием клапана на линии прокачки и установкой выключателя насоса в положение «Ручн.».

При наличии в льялах датчиков и установке выключателя насоса в положение «Авт.» сепаратор работает без участия обслуживающего персонала.

Техническое обслуживание сепараторов серии CPS фирма «Фрам» рекомендует производить в следующие сроки:

• очищать подшипники и заменять смазку в электродвигателе насоса (смазка Шелл Алваниа R3, заменитель – российская многоцелевая смазка Литол 24), а также доливать масло в коробку передач (смазка Шелл Симина 0) – через 8 тыс. ч работы;
• заменять смазку в насосе – через 4 тыс. ч работы; еженедельно промывать измерительный элемент (при наличии устройства для контроля содержания нефти на сбросе);
• очищать сепаратор от грязи после 250 ч работы;
• очищать от грязи внутреннюю часть корпуса сепаратора и пластины, а также заменять коалесцирующую подушку на новую после 2 тыс. ч работы.

Если при профилактике обнаружится, что в пластинчатом пакете забито грязью лишь до 20 % проходов, то в последующем продолжительность между очистками можно увеличить, и наоборот, при обнаружении до 60 % и более забитых проходов – сократить.

Для очистки сепаратора слить нефть из нефтесборника, установив соленоидный клапан в положение «Ручн.» (при работе насоса на забортной воде), отключить электропитание и осушить сепаратор. После этого открыть крышку и, проверив уплотнение, снять желоб. Пластинчатый пакет очищается водяной струей под давлением 0,1-0,25 МПа. Можно применять пар, но при этом температура пластин не должна превышать 70 °C. Внутренняя полость сепаратора промывается, и через клапан осушения грязь отводится. Перед сборкой сепаратора на уплотняющий материал, установленный вертикально по бокам пакета пластин, следует нанести толстый слой смазки.

Сепараторы фирмы «Турбуло»

Сепараторы фирмы «Турбуло» (ФРГ) представлены на судах следующими модификациями:

• сепараторы серии TEi (отстойные), имеющие паспортную степень очистки менее 100 млн^-1;
• сепараторы серии TE-F, оснащенные доочистным фильтром в целях повышения очистной способности до 15 млн^-1;
• сепараторы серии TPS, имеющие паспортную степень очистки до 15 млн^-1-1.

Однокорпусные двухступенчатые сепараторы серии TPS эффективно очищают нефтесодержащую воду. В первой ступени происходит основное разделение нефти, которая затем отводится через автоматический клапан. Для лучшего слива нефтепродукты подогреваются. Во второй ступени с коалесцирующими элементами (свободный объем 85 %) осуществляется окончательная очистка, а отделенная нефть возвращается на первую ступень. При монтаже требуется площадь для демонтажа верхней части и датчика, подвод воды для заполнения и обратной подачи (не более 3 % от производительности). Слив нефти автоматический или ручной.

Обогрев нефтесборника включается при заполнении (верхний пробный кран). Перед очисткой сепаратора рекомендуется обогрев несколько часов.

Обслуживание: спуск нефти, подача чистой воды (до нефтеслива). Включить обогрев (вода до 65 °C минимум сутки). Спуск остатков и воды. Промывка второй ступени с элементами. Открывать воздухоотводную пробку при заполнении водой.

Читайте также: Технология сепарирования топлива и масла

Мононасосы NU: не допускать работу «всухую» (достаточно нескольких оборотов для разрушения). Перед первым запуском или после простоя заполнить жидкостью (лучше менее вязкой, чем для работы). Не запускать при закрытых клапанах.

В указанных насосах отсутствуют узлы, требующие частой замены смазочного материала. Консистентная смазка в основных узлах и приводных двигателях должна обновляться через 8 тыс. ч работы или через 2 года (узлы и подшипники качения необходимо разбирать и очищать). Фирма рекомендует такие консистентные смазки, как:

• АРАЛ-Фетт-HL 2,
• БП Энергиез LS 2,
• ЭССО-Бикон 2,
• Шелл-Альвания 2;
• из российских может применяться многоцелевая смазка Литол 24.

Важно правильно набивать сальники уплотнения вала для ограничения утечек.

В нефтеводяных сепараторах коалесцирующие элементы забиваются загрязнениями и теряют способность задерживать нефть. Признаком потери работоспособности является предельный перепад давления.

Разработана технология очистки: замачивание на 1 ч в дизельном топливе с механической очисткой щеткой, затем продувка воздухом (до 0,3 МПа с 20-30 см). Далее погружение на 2,5 ч в 10 %-ный раствор Лабомид 203 (или МС-8) при 60 °C с периодической очисткой, промывка пресной водой (60 °C) и повторная продувка воздухом.

Технология применима на судах и базах обслуживания.

Порядок предъявления нефтеводяных сепараторов надзорным органам

Согласно МАРПОЛ 73/78, средства предотвращения загрязнения освидетельствуются Регистром, выдавая акты. Для международных рейсов выдается международное свидетельство о предотвращении загрязнения нефтью с дополнениями А (не танкеры) или В (танкеры).

Ежегодно: наружный осмотр и проверка работы сепарационного/фильтрующего оборудования и контрольных приборов, контрольные испытания, осмотр сливного соединения и сборного танка.

При очередных освидетельствованиях: замеры износов, зазоров и сопротивления изоляции.

Перед испытаниями сепарационного или фильтрующего оборудования необходимо проверить:

• комплектность оборудования и технических средств, их соответствие принципиальным схемам;
• качество монтажных работ;
• работоспособность пробоотборных устройств и их соответствие предъявляемым требованиям;
• наличие специальных устройств, приспособлений и контрольно-измеритель­ных приборов;
• клейма и маркировку;
• наличие посуды для отбора проб;
• количество нефтепродуктов для проведения испытаний;
• перечень намеченных мероприятий по предотвращению загрязнения акватории порта во время испытаний и соблюдению требований техники безопасности.

Испытания сепарационной установки проводятся на чистой воде с дозировкой нефтепродуктов во всасывающую полость насоса. Очистка определяется по анализу проб (0,5 или 1,0 л) и показаниям прибора контроля нефтесодержания. Пробы пломбируются и этикетируются.

Сдаточные испытания (при вводе в эксплуатацию) проводятся заводом с заказчиком и Регистром, если головной образец испытан по ИМО и серийные имеют свидетельства. Контрольные испытания (периодические освидетельствования) выполняет судовладелец с инспектором Регистра или лабораторией.

Программа сдаточных испытаний включает подготовку (загрязнение сепаратора нефтепродуктами в течение 5 мин) и три этапа испытаний.

На первом этапе: 30 мин проверка сепаратора при подаче нефтеводяной смеси (5-10 тыс. частей нефти на 1 млн частей воды). После прокачки двух объемов отбираются пробы очищенной воды на 10-й, 20-й и 30-й минутах (9 проб). Проверяется защита насоса от срыва подачи воздуха. Отбираются 2-3 пробы исходной смеси для сравнения.

Второй этап: Проверка слива нефти и работы установки при смене прокачки с нефти на воду. Подача нефти до срабатывания клапана. Прокачка нефти 5 мин, затем воды 15 мин. Отбор 6 проб (по 3 при смене сред и в конце подачи воды).

Третий этап: Испытание непрерывной (не менее 3 ч) автоматической работы циклами по 15 мин (вода, затем нефтеводяная смесь ~25 % нефтепродуктов). Отбор 2-3 проб для определения обводненности.”

Содержание нефти в очищенной воде – среднее арифметическое проб (15 сдаточных, 9 контрольных). Превышение в пробе допускается не более чем в два раза от паспортной степени очистки.

Контрольные испытания сепараторов проводятся только при очередных освидетельствованиях. Ежегодные освидетельствования – проверка в действии без отбора проб.

Утилизация нефтеотходов

На борту судна образуются следующие виды нефтеотходов:

• нефтеостатки, содержащие воду (образуются в процессе очистки льяльных вод, слива топлива и масла из поддонов, мойки механизмов и деталей, зачистки топливных танков);
• твердые нефтеотходы (получаются в результате очистки средств сепарирования и фильтрования топлива и масел, двигателей и механизмов, топливных и масляных танков, продувок подпоршневых полостей дизелей);
• вода, загрязненная нефтепродуктами (образуется в результате всевозможных утечек воды и ГСМ, балластировки топливных танков, слива отстоя из топливных и масляных цистерн, сепарирования топлив и масел).

Различная структура нефтеотходов затрудняет их очистку. Наличие производительного нефтеводяного сепаратора решает проблему очистки нефтесодержащих вод.

Нефтеостатки утилизируют обезвоживанием с последующим сжиганием (в т. ч. в виде водных эмульсий – простой способ). Для сжигания применяются инсинераторы, перерабатывающие нефтеотходы (до 75 % обводненности), мусор и шлам, что защищает морскую среду (образуется зола).

Предлагается к прочтению: Сепарация топлива для использования на судовых дизелях

Теплотворная способность нефтеотходов – 9,9-39,8 МДж/кг, мусора – 16,5-27,3 МДж/кг. Утилизация тепла от инсинераторов проблематична, хотя отдельные установки имеют высокую тепловую напряженность (до 500 тыс. ккал/кг) и водяное охлаждение.

Предлагается использовать паровой котел для утилизации нефтеостатков (до 25 % обводненности) и твердых отходов. Датская фирма «Альборг» разработала котел типа AQ-10. Твердые отходы в мешках загружаются в специальную приставку. Разложение происходит при температуре около 800 °C за счет тепла из топки.

Опыт эксплуатации котла типа AQ-10 подтвердил, что по указанному принципу могут быть дооборудованы и другие типы котлов, имеющие кирпичную футеровку топочной камеры.

Одним из способов утилизации обводненных нефтеостатков является их обработка для получения водотопливных эмульсий (ВТЭ), которые можно сжигать в котлах (до 20 % воды). Опыт показал эффективность ВТЭ, но для их приготовления используется пресная вода. Необходимо изучить возможность использования очищенных льяльных вод, содержащих морскую воду.

Твердые нефтеотходы трудно утилизировать из-за асфальтосмолистых соединений и неорганических веществ. На судах мощностью до 7 350 кВт может образовываться до 0,25-0,50 м³ таких отходов в сутки.

Накопление твердых нефтеотходов в шламовых цистернах требует больших емкостей, систем выдачи и транспорта, что увеличивает затраты. Вместимость шламовой цистерны рассчитывается по международным требованиям с учетом особенностей судна.

а для судов, которые не перевозят водяной балласт в топливных танках, вместимость шламовой цистерны определяется по формуле:

где:

• V₁ – вместимость шламовой цистерны, м³;
• к₁ = 0,01 и к₁ = 0,005 – коэффициенты соответственно для тяжелого топлива, подвергаемого пурификации, и дизель­ного и тяжелого, которые не требуют пурификации перед употреблением в дизеле;
• c – суточный расход топлива, т/сут;
• D – максимальная продолжительность рейса, сут;

б если судно оборудовано печами, гомогенизаторами или другими устройствами для обезвреживания шлама, то вместимость шламовой цистерны определяется:

• V₁ = 1 м³ – для судов валовой вместимостью от 400 до 4 тыс. рeг. т;
• V₂ = 2 м³ – для судов валовой вместимостью 4 тыс. peг. т и более;

в на судах, перевозящих водяной балласт в топливных танках, минимальная вместимость шламовой цистерны увеличивается на величину V₂:

где:

• V₂ – увеличение вместимости шламовой цистерны, м³;
• к₁ = 0,01 и к₂ = 0,05 – коэффициенты соответственно для танков тяжелого и дизельного топлива;
• B – вместимость балластных танков, м³.

Сочетание методов, включая гомогенизацию, целесообразно для безотходной подготовки топлива, переводя асфальтосмолистые вещества и воду в мелкодисперсное состояние.

Автор

Ольга Несветайлова

Фрилансер

Литература

1. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 года, измененная Протоколом 1978 года (МАРПОЛ 73/78).
2. Наставление по предотвращению загрязнения моря с судов (РД 31.04.23-94).
3. Наставление по предотвращению загрязнения внутренних водных путей при эксплуатации судов (РД 152-011-00).
4. Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву (Монтего-Бей, 10 декабря 1982 г.).
5. Булыга И. А. (2020). Экологическая безопасность на морском транспорте: проблемы и решения. Москва: Научный мир.
6. Асосиев А. В., Панасюк Н. А. (2019). Методы предотвращения загрязнения морской среды судовыми отходами.
7. Фролов В. П., Морозова И. А. (2020). Судовые системы очистки сточных вод и их влияние на морскую экосистему./Морская экология, 25(4), 123-129.
8. Петров А. С., Савельев И. И. (2018). Анализ международного законодательства по ограничению загрязнения морей судовыми отходами./Журнал международного права, 6(2), 75-90.