CC BY
20
УДК [628.52]:502/504
Зеленько Ю.В., к.т.н., доцент (ДНУЖТ) Чжу Жуй, аспирант (ДНУЖТ)
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙ СОПРОВОЖДАЮЩИХСЯ МАСШТАБНЫМИ ЭМИССИЯМИ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ
ТРАНСПОРТЕ
В условиях современной интеграции Украинских железных дорог в ЕС вопросы экологической безопасности занимают все более приоритетные направления.
Анализ экологических ситуаций, складывающихся в системе «транспорт - природа - человек» свидетельствует об обострении экологических проблем в отрасли и усилении негативных тенденций во многих звеньях транспортных технологий сточки зрения их влияния на природу. Эти проблемы обусловлены опережающими темпами развития транспорта и особенностями его взаимодействия с объектами биосферы.
Одной из важнейших проблем техногенной безопасности является загрязнение окружающей среды во время транспортных аварий. Особенно это касается аварий на железнодорожном транспорте, при которых эмиссии токсичных и взрывопожароопасных веществ в окружающую среду весьма значительны[1].
Экологические последствия аварий, которые случаются при перевозках опасных грузов являются одной из наиболее масштабных и значимых проблем транспортной экологии. Во время таких аварий происходят залповые эмиссии больших количеств токсических веществ, представляющих серьезную опасность для людей и окружающей среды.
Статистика показывает, что, несмотря на значительные усилия по предупреждению транспортных аварий, они продолжают иметь место. Так, даже по неполным данным Организации Содружества железных дорог только крупных железнодорожных аварий в этих странах происходит несколько десятков в год, при этом средние потери опасных грузов составляют около 130 тонн на аварию. Это связано с трудностями прогнозирования стихийных бедствий, например землетрясений, ураганов, наводнений и т.п. В последние годы к этим причинам добавились
локальные военные действия и террористические акты.
Нефтепродукты являются одними из наиболее распространенных грузов, транспортируемым по железным дорогам. Украина - транзитная страна и наряду с большим количеством внутренних потребителей увеличивается число грузополучателей на этот вид продуктов на Западе, в результате нарастает поток российских составов в направлении Азия-Европа. Однако и число аварий с этими видами грузов имеет тенденцию к росту, некоторые из них достаточно масштабны и опасны.
Главными причинами аварийных ситуаций являются неудовлетворительное состояние основных производственных фондов, постоянные нарушения установленных требований (правил и норм) по безопасному ведению работ, низкая производственная, технологическая и трудовая дисциплина на предприятиях нефтегазового и транспортного комплексов.
Хотя нефтепродукты (за исключением этилированного бензина) не относятся к числу высокоопасных веществ, попадание их в окружающую среду приводит к серьезным нарушениям биоценозов гидросферы и еще в большей степени литосферы. По этой причине разработки технологий ликвидации экологических последствий транспортных аварий с нефтью и продуктами ее переработки выдвигаются в разряд достаточно актуальных. Следует учесть также, что в результате массовых проливов нефтепродуктов во время аварий теряются значительные количества дорогостоящих энергоносителей и таким образом соответствующие технологии, включающие утилизацию этих энергоносителей, следует отнести к разряду энерго- и ресурсосберегающих.
Кроме того, значительное количество загрязненных нефтепродуктами подземных вод вынужденно используется для удовлетворения питьевых потребностей, несмотря на угрозу здоровью человека; это создает проблему в экологической безопасности многих государств и может привести к национальной катастрофе. В связи с этим возникла проблема предотвращения загрязнения, локализации и ликвидации загрязненных нефтепродуктами участков. Для того чтобы ее решить, необходимо знать формы нахождения и законы распространения нефтепродуктов в геологической среде, определять их содержание в грунтах, воде и подземном воздухе, объемы и контуры накопления, параметры взаимодействия с составляющими среды, параметры удержания и проникновения, а также управлять перемещением нефтепродуктов, прогнозировать их «поведение», и затем разработать технологии очистки и восстановления грунтов различными методами [23].
Прежде всего, следовало выяснить, с какой скоростью пролитые нефтепродукты фильтруются через почвы и какие факторы в наибольшей степени влияют на эти процессы. Учитывая, что ассортимент производимых и перевозимых по железным дорогам нефтепродуктов весьма широк, и естественно он не мог быть охвачен в рамках одной работы, мы остановили свой выбор на дизельном топливе марки Л, бензинах А-76 и А-95, вакуумном масле ВМ-6.
При выборе типа грунта мы исходили из их распространенности в зонах максимального риска аварий и опасности глубокой миграции пролитого нефтепродукта вплоть до подземных водоносных горизонтов. Исследования выполнялись, как в лабораторных (по ГОСТовским методикам), так и в полевых условиях.
При изучении процессов фильтрации нефтепродуктов через грунты нами было изучено влияние следующих факторов: температуры окружающей среды и грунта, дисперсности, влажности, плотности сложения и химического состава грунтов.
На основании полученных данных было проведено математическое моделирование с целью дальнейшего прогнозирования поведения нефтепродуктов в грунтах ненарушенной структуры.
Следующим этапом выполнения данной работы была непосредственная разработка ликвидационных мероприятий по двум основным направлениям, отличающимся характером протекания эмиссии, распространения нефтепродукта и, соответственно, особенностями подхода к их проведению.
Акцентировалось внимание на:
- ликвидации экологических последствий аварий при перевозке тяжелых нефтепродуктов;
- ликвидации экологических последствий аварий при перевозке легких нефтепродуктов.
Основным принципом ликвидации разливов тяжелых нефтепродуктов является общепризнанная схема:
Локализация места разлива ^ Откачка жидкой фазы нефтепродукта ^ Засыпка места аварии поглотителями ^ Сбор отработанных поглотителей и срезка нефтезагрязненного грунта ^ Отправка собранного поглотителя и срезанного грунта на утилизацию ^ обработка места аварии ферментами и биопрепаратами-нефтедеструкторами для глубокой доочистки грунта.
При этом центральной концепцией технологии является ориентация на использование в качестве сорбентов-поглотителей отходов металлургических, строительных деревообрабатывающих производств,
тепловых электростанций и некоторых природных материалов. С целью возможности рекомендации использования того или иного материала мы изучили также влияние основных физических факторов (температура, влажность, гранулометрический и химический составы).
Основным принципом ликвидации аварийных разливов легких нефтепродуктов являются:
Отдувка легких фракций разогретым до оптимальных температур воздухом (конвекция) с параллельной регенерацией нефтепродукта ^ Закачка ферментов и биопрепаратов-нефтедеструкторов для глубокой доочистки грунта.
Для проведения выше описанных восстановительных работ нами разработана схема размещения рабочего оборудования и специальное устройство для извлечения легких фракций нефтепродуктов из грунтовой массы.
Принцип работы устройства заключается в нагнетании в зону разлива воздуха, разогретого на термоэлементах, сквозь которые он пропускается и под давлением подается в нагнетающие перфорированные трубы. Разогретый воздух распределяется в грунтовой массе зоны аварии и испаряет бензиновые фракции нефтепродукта. Подача воздуха направлена к центру зоны аварии, где расположена центральная разгружающая перфорированная со всех сторон труба, через которую собирается и отводится воздух с парами бензина. Бензиново-воздушная смесь пропускается через рефрижераторное оборудование, на котором конденсируются пары бензина. Конденсат бензина собирается в специальную емкость.
Графическая часть объясняет принцип размещения оборудования для термической конвекции почвы, где на рисунке 1 изображено устройство для очистки почвы от легких нефтепродуктов, общий вид с расположением в почве.
Представим описание устройства в статическом состоянии. Устройство состоит из центральной разгружающей трубы 1, предназначенной для отведения паров бензиново-воздушной смеси из подземной части разгружающей трубы 2; подземная часть трубы 2 имеет перфорированную поверхность вдоль грунтовой массы для принятия потока бензиново-воздушной смеси; обсадные трубы 3 расположены по диаметру зоны разлива, имеют перфорированную сторону, направленную к центру разлива для направления потока разогретого воздуха к центральной разгружающей трубы сквозь грунтовую массу.
Рисунок 1 - Схема размещения устройства для извлечения легких фракций нефтепродуктов 1 - насосы; 2 - термоэлементы; 3 - обсадные трубы; 4 - центральная разгружающая труба; 5 - холодильное оборудование; 6 - емкость для сбора конденсата.
Эксперимент производился в такой последовательности: в модель зоны разлива бензина А-95 при температуре поверхности 20±°С по кругу разлива забивали обсадные трубки диаметром ё (на глубину больше глубины разлива) с перфорированной внутренней поверхностью, которую разместили в направлении зоны разлива. В центре разлива забивали трубку диаметром 2ё с перфорированным окончанием (со всех сторон), глубина ее забивки не превышала 80% глубины разлива. По обсадным трубкам под давлением подавали разогретый воздух, разогревающий загрязненную зону аэрации. Легкие фракции нефтепродукта испаряются под действием температуры и отводятся центральной трубкой на холодильное оборудование, где он конденсируется и собирается в специальные емкости.
Эффект очистки по такой схеме расположения устройства достигает 83% от начальной концентрации, что превышает современные показатели аналогичных устройств.
Предложенное устройство представляет собой мобильную сборную облегченную металлическую конструкцию, соединенную фитингами со вспомогательным оборудованием (насосами, рефрижераторами и емкостями).
Основным достоинством предложенного устройства является возможность проведения восстановительных работ непосредственно на месте аварии по принципу не требующему срезки и нарушения структур грунтовых массивов.
Список литературы
1. Зеленько Ю.В., Плахотник В.Н., Ярышкина Л.А. Ликвидация экологических последствий железнодорожных аварий с нефтепродуктами // Залiзничний транспорт Украни. -Кив, 2005, №2, С. 59-62.
2. Карпачевский Л.О.Жизнь почвы: Монография. - М.: Знание, 1989. - 61 с.
3. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде: Монография. -М.: Знание,1993.-196 с.
