10.1.2. Требования к техническим средствам по
предотвращению загрязнения моря нефтью
Конструктивные требования, направленные на уменьшение количества
образования нефтеводяных смесей в судовых условиях, предусмотрены
Международной конвенцией по предотращению загрязнения моря с судов 1973
г. с протоколом 1978 г.(МАРПОЛ 73/78) и являются наиболее эффективными
мерами по предотвращению загрязнений нефтью. К таким мерам относятся:
оснащение новых танкеров танками изолированного балласта и системами
мойки танков сырой нефтью; выполнение требований о недопустимости
балластировки топливных танков на новых судах валовой вместимостью 4000
рег.т и более. При этом оговаривается, что если в исключительных случаях
принимается балласт в топливные танки, то он должен сохраняться на борту
или сбрасываться через систему очистки либо через систему контроля.
В связи с тем что полностью исключить смешение воды и нефти сложно, на
судах должны быть предусмотрены специальные устройства — нефтеводяные
сепарационные установки. Такие установки классифицируются как
сепарационное оборудование, когда они обеспечивают паспортную очистку
смесей до нефтесодержания менее 100 млн-1, и как фильтрующее
оборудование — до нефтесодержания менее 15 млн-1.
При нахождении судна в районе, где запрещен непосредственный слив
нефт'есодержаших вод, они должны перекачиваться в сборный танк,
вместимость которого определяется временем нахождения в запретном
районе. Если судно не работает во внутренних морских водах, то
минимальная чместимость сборного танка рассчитывается из условия
заполнения его в течение трех суток. Для сбора отходов от сеиарации
топлива и масла, чистки топливных танков и фильтров и других видов шлама
на судне должна быть предусмотрена специальная цистерна.
Выдача нефтесодержащих вод во внесудовые приемные устройства должна
осуществляться по отдельному трубопроводу, выведенному, как правило, на
оба борта с концевым сливным соединением международного образца. МАРПОЛ
73/78 оговаривает требования по контролю за сбросом с судов
нефтесодержащих вод и в обязательном порядке требует для ряда
судов наличия систем автоматического замера, регистрации и управления
сбросом. Для танкеров и приравненных к ним судов обязательно наличие
отстойного (отстойных) танка с прибором раздела сред нефть — вода.
При расчете вместимости шламовых цистерн, требования к которым
определяются Правилом 17 Приложения 1 к МАРПОЛ 73/78, учитывается род
используемого топлива в энергетической установке судна, суточный расход
топлива и максимальная продолжительность рейса между портами (если
продолжительность неизвестна, то принимается равной 30 сут), а также
балластировка топливных танков.
В обобщенном виде требования к оснащению судов техническими средствами
по предотвращению загрязнения моря нефтью приведены в табл. 10.2.
Одним из наиболее важных технических средств по предотвращению
загрязнения нефтью является сепарационное и фильтрующее оборудование, к
которому предъявляется ряд требований. Оно должно работать в
автоматическом режиме (согласно знаку автоматизации судна), но при этом
необходимо предусмотреть и ручное управление. Подача обслуживающих
насосов должна соответствовать пропускной способности оборудования, слив
очищенной воды должен производиться через под-прижиненный клапан или
трубопровод, расположенный выше верхней части сепаратора. Метод очистки
и конструктивное исполнение сепаратора выбираются с учетом обеспечения
нефтесодержания в стоке не более 100 или 15 млн-1 независимо от
содержания нефти в исходной смеси. Сепаратор со степенью очистки 15 млн”
более предпочтителен. Производительность сепаратора должна обеспечивать
обработку льяльных вод на судне за 6 ч в сутки (1 ч за вахту). При
выборе автоматики и клапана слива нефти из сборника необходимо учитывать
требования о минимальной обводненности отсепарированных нефтепродуктов
(не более 10%).
Модернизированный сепаратор типа СКМ лишен этих
недостатков. Оснащение его дополнительным фильтром для очистки воды от
механических примесей способствует продлению срока службы коалесцирующих
элементов. Вода к элементу подводится снаружи, что обеспечивает
дополнительное его прижатие к гнезду давлением воды. Помимо этого
исчезла необходимость в наружном перфорированном металлическом каркасе,
что позволило освоить производство бескаркасных коалесцирующих
элементов. Основные данные по сепараторам типа СКМ приведеныв табл.
10.3, а по их фильтрам — в табл. 10.4. Количество коалесцирующих
элементов в сепараторах типов СК и СКМ зависит от производительности и
составляет 2... 12шт.Параметры коалесцирующих элементов приведены в
табл. 10.5.
Очистка загрязненных вод в сепараторе типа СКМ производится по схеме,
представленной на рис. 10.1. Льяльная вода прокачивающим насосом
подается через подогреватель в полость грубой очистки, в которой за счет
гравитации происходит отделение основной массы нефтепродуктов.
Отде-ленные нефтепродукты всплывают и собираются в нефтесборнике первой
ступени, а очищенная вода поступает на коалесцирующие элементы. Мелкие
частицы нефтепродуктов на поверхности элементов укрупняются и также
всплываютв нефтесборник. Часть нефтепродуктов, которые не успели всплыть
в полости грубой очистки, пройдя элементы, укрупняются и накапливаются
во внутренней полости элементов. Затем через распределительные трубы
вытесняются потоком воды в полость тонкой очистки. В этой полости
отсепарированные нефтепродукты всплывают во второй нефтесборник, а
окончательно очищенная вода сливается за борт.
Поскольку сепаратор — напорного типа, то для его защиты предусмотрен
предохранительный клапан, который обеспечивает аварийный слив при
превышении предельного давления 0,4 МПа (4,0 кгс/см2). Для
автоматического выпуска воздуха из сепаратора предусмотрены специальные
клапаны на каждом нефтесборнике. Это сделано с целью исключения
нарушения процесса очистки и нормальной работы системы автоматического
слива отсерпарированных нефтепродуктов. Принцип действия этих клапанов
основан на том, что при скоплении воздуха уровень воды в сепараторе
понижается, поплавок при этом опускается и с помощью рычажной системы
открывает клапан. По мере вытеснения воздуха уровень воды повышается,
поплавок всплывает и закрывает клапан. Клапан слива очищенной воды
подпружинен и поддерживает давление в сливной полости сепаратора в
пределах 0,05 МПа (0,5 кгс/см2).
Сепаратор оснащен контрольно-измерительными и управляющими приборами:
манометрами, по которым производится контроль перепада давлений на
коалесцирующих элементах и давления пара на подогреватель; реле давления
РДК-57С, предназначенным для подачи сигнала о достижении предельного
давления перед коалесцирующими элементами 0,4 МПа (4,0 кгс/см2); реле
давления РКС-1А-01, отключающим насос при срыве потока в напорной
магистрали через 20 ... 40 с после падения давления; термометрами, по
которым контролируется температура нефтеводяной смеси в сепараторе и
нефтеостатков в нефтесборниках; системой автоматического подогрева
нефтеводяной смеси; системой автоматического слива отсерпарированных
нефтепродуктов. Регулирование слива двухпозиционное и происходит в
следующем порядке. При отсутствии нефтепродуктов нефтесборники заполнены
водой, сигнальные лампы „Верхний уровень” и „Нижний уровень” не горят.
По мере накопления нефтепродуктов вода оттесняется из нефтесборника,
оголяя датчик верхнего уровня. От его сигнала загорается лампа „Верхний
уровень”. В процессе дальнейшего вытеснения воды из нефтесборника
нефтепродукты достигают датчика 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. Электромагнитный клапан остается
открытым до тех пор, пока вода не достигнет верхнего датчика уровня.
Предусмотрен и ручной слив отсерпарированных нефтепродуктов, для чего от
каждого нефтесборник а выведено по два трубопровода с пробными кранами.
В качестве датчиков уровня нефтепродуктов в сепараторах типа СКМ
используются в основном сигнализаторы уровня СУС-16ИОМ. От работы
сигнализаторов уровня во многом зависит эффективность действия
сепаратора, поэтому не реже 1-2 раз в год следует производить их
техническое обслуживание: наружный осмотр первичного и вторичного
преобразователей, удаление пыли и грязи с наружных поверхностей.
Чувствительные элементы следует тщательно осмотреть и в случае
необходимости промыть водой для удаления с них грязи и твердых частиц;
разбирать их не следует. Допускаемый предельный перепад давления на
коалесцирующих элементах составляет 0,35 МПа (3,5 кгс/см2), после чего
элементы подлежат замене.
Для продления срока службы полипропиленовых коалесцирующих элементов,
помимо удаления механических примесей из воды,необходимо сепаратор
держать постоянно заполненным водой. Осушение коалесцирующих элементов
приводит к образованию на них засохшей корки грязи и быстрому выходу из
строя. Наличие воды в сепараторе можно определить по пробным краникам.
Установка сепарционная типа УСКГ состоит из агрегата насосного,
фильтра-отстойника, блоков грубой и тонкой очистки, щита манометрового,
клапана парового электромагнитного, щита управления установкой,
контрольно-измерительноных приборов и электрооборудования.
Фильтр-отстойник предназначен для предварительного отстоя и фильтрации
льяльной воды с помощью фильтрующего патрона. Для подогрева воды в
полости фильтра-отстойника размещен подогреватель. Внутри блоков грубой
и тонкой очистки размещены коалесцирующие патроны (сорбирующая загрузка)
.
Особенность установки типа УСГК заключается в том, что при необходимости
режим очистки может измениться. Для получения остаточного содержания
нефти менее 15 млн-1 нефтеводяная смесь последовательно очищается в
фильтре-отстойнике, блоках грубой и тонкой очистки. При нахождении в
открытом море блок тонкой очистки может отключаться, чем сохраняется
ресурс коалесцирующих элементов.
Конструкция УСГК-2,0 несколько усовершенствована: применены вакуумная
схема очистки и сорбирующая загрузка в доочистном каскаде, что повысило
очистную способность; исключен коалесцирующий элемент, что увеличило
ресурс ступени тонкой очистки.
Сепараторы типа ОВ установлены на ряде типов судов польской постройки
(В400, В406, В408 и др.). Сепаратор имеет три ступени, полностью
автоматизирован, оснащен сигнализатором предельного нефтесо-держания
фирмы „Гестра” типа OR34S, который управляет сбросом: при
нефтесодержании менее 15 млн-1 за борт, при большем — в сборную
цистерну. Особенностью этого сепаратора является подача смеси на первую
ступень 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 системы трубопроводов и разработки методики и программы
испытаний на очистную способность применительно к сепаратору типа ОВ.
Сепарационные установки системы RWO типа GSF и WZ широко распространены
на судах ФРП. Схема очистки нефтеводяной смеси в сепараторе системы RWO
приведена на рис. 10.2.
Сепараторная система RWO состоит из гравитационного сепаратора и
дополнительно включенного коалесцирующего фильтра. За счет
принудительной циркуляции поток нефтеводяной смеси проходит систему
кольцевых камер, сечения которых рассчитаны так, чтобы подъемная сила
нефти преодолела поверхностное трение для возможности подъема в
нефтесборник. Этому способствуют участки замедления ускорения потока и
подогрев смеси. Отделенные нефтепродукты собираются в двух разделенных
одна от другой уравнительных камерах. Уровень нефти регистрируется
электродами с чувствительными элементами и с помощью автоматики
нефтеслива (прибор RWO-IE-Twin) через два пневматических поршневых
клапана отводится в танк нефтеостатков. Очищенная таким образом смесь
поступает в дополнительно включенный фильтр, где в комбинированной
коалесцирующей системе происходит ее тонкая очистка до остаточного
нефтесодержания менее 15 млн"1.
Указанные сепараторы автоматизированы и оснащены сигнализатором
предельного нефтесодержания типа OR34S. При достижении разности давления
между сепаратором и фильтром более 0,15 МПа (1,5 кгс/см2) фильтрующие
патроны необходимо заменить. Гравитационный сепаратор и фильтр должны
очищаться не менее 1 раза в год. При этом при включенной автоматике
система прогревается при температуре 50° С в течение нескольких часов,
затем в течение 1 ч промывается заборной или пресной водой. После этого
на 1 мин приоткрываются нефтеспускные клапаны, включается автоматика и
затем прокачивающий насос.Сепаратор и фильтр осушаются и разбираются для
осмотра, а приборы пропариваются. Если возможности пропаривания приборов
нет, то внутренние их камеры следует промыть сначала дизельным топливом,
затем горячей пресной водой. При очистке сепаратора не следует применять
эмульгирующие моющие средства. В целом сепараторная система RWO имеет
высокую надежность и не требует постоянного контроля.
Сепараторы типоразмерного ряда Юва-Ойл установлены на ряде судов.
Принципиальная схема подключения сепаратора приведена на рис. 10.3.
Сепаратор состоит из двух резервуаров А и В (оцинкованных и обработанных
внутри пластмассой) .прокачивающего насоса, щита управления, системы
контроля и промывки. Работа сепаратора основана на отделении нефти
методом гравитации, затем последовательно в двух стадиях методами
коалесценции и адсорбции при пропускании нефтеводяной смеси через
специальный фильтрующий материал, состоящий из твердых частиц размерами
1 ... 2 мм. При нормальной эксплуатации фильтрующий материал работает
без замены один-два года. Сепараторы, по желанию заказчика, могут
оснащаться приборами контроля нефтесодержания на сбросе Юва-Мо-нитор или
Юва-Гестра, для чего предусмотрено их подключение к щиту управления.
Для поддержания высокой степени очистки в сепараторах Юва-Ойл
предусмотрена промывка фильтрующего материала противотоком воды. Такая
промывка производится перед вводом сепаратора в эксплуатацию (обе
ступени промываются в течение 5 мин) примерно раз в неделю или по
показаниям прибора, если нефтесодержание превысит ISvmhh-1. Обратная
промывка водой производится при выключенном главном переключателе и
закрытых клапанах подвода и отвода нефтеводяной смеси. Первоначально
промывается резервуар А: давление воды поднимается до 0,3 МПа (3
кгс/см2), затем открывается клапан слива промывочной воды, в результате
чего давление снижается примерно доОД МПа (1 кгс/см2). При таком
давлении резервуар А промывается 10 мин, при этом подача промывочной
воды должна быть в 3-4 раза больше пропускной способно-сти сепаратора.
Аналогичным образом промывается резервуар В. Если обратная промывка не
дала положительного результата и степень очистки превышает паспортную,
то фильтрующий материал в резервуаре В необходимо заменить.
Смена фильтрующего материала производится путем подачи промывочной воды
и открытия клапана сброса ее в шламосборник, при этом длина трубопровода
не должна превышать 10 м. Фильтрующий материал можно спустить через
шланг в мешок или другую емкость. Использовать насос для откачки
фильтрующего материала (в том числе из шламосбор-ника) запрещается, если
насос специально не предназначен для этих целей. Новый фильтрующий
материал загружается в резервуар через верхний лючок на 60% высоты
резервуара. В качестве фильтрующего материала используется Хемивирон
Фильтрасорб 200 или аналогичный материал, количество которого зависит от
производительности сепаратора на каждой из двух ступеней. При
производительности сепаратора 1,0; 1,5; 2,5; 3,5; 5,0; 7,5 и 10 м3/ч
расход фильтрующего материала на каждую из двух ступеней сепаратора
соответственно составляет 50; 75; 100; 150; 250; 325 и 400 кг.
Опыт эксплуатации сепарационных установок, где в качестве второй ступени
используется метод коалесценции, подтвердил, что степень очистки во
многом зависит от своевременной замены коалесцирующих элементов
(патронов), которая обеспечивает, как правило, паспортную степень
очистки.
Эффективность работы (глубина очистки и срок службы фильтрующих
элементов) любой сепарационной установки может быть значительно повышена
включением в ее схему системы предварительного отстоя и раздельной
откачки воды и нефтепродуктов [ 1]. Принципиальная схема системы отстоя
и раздельной откачки изображена на рис. 10.4.
Система состоит из поплавка, снабженного в верхней части нефтесборной
воронкой с гибким шлангом, а в нижней — запорным клапаном, указателя
уровня разделяющих сред и приемного патрубка для откачки воды.
Особенность работы системы заключается в том, что поплавок всегда
находится на уровне раздела сред нефть—вода, так как его плотность на 1
... 2 % больше плотности нефтепродуктов и на 3 ... 7 % меньше плотности
откачиваемой воды. Поплавок перемещается в емкости на направляющих
(тросах или трубе), являясь одновременно датчиком указателя уровня нефть
— вода и автоматическим запорным клапаном.
При отстое можно спустить (откачать) слой нефтепродукта в цистерну,
минуя сепарацион-ную установку. Очистке подлежит лишь нижний водяной
слой. В качестве отстойной цистерны может быть использована любая
сборная цистерна. Желательно, чтобы она была высокой и располагалась в
диаметральной плоскости (в целях уменьшения перемешивания воды и нефти
при качке) . Эксперименты и эксплуатационная проверка устройства
показали высокую эффективность работы сепарационных установок:
раздельная откачка нефтепродуктов и воды (поочередная или одновременная)
в сотни раз уменьшает загрязнение ее фильтров.
В качестве прокачивающих насосов сепарационных установок часто
используются винтовые типа 2ВВ. Они надежно работают при выполнении
требований заводских инструкций, в частности требования по исключению
работы насоса „всухую”. Вместе с тем зарегистрировано несколько случаев
выхода из строя насосов. При ревйзии винты имеют односторонний износ
боковых поверхностей, цилиндрическая поверхность их покрыта
многочисленными царапинами и точечными раковинами, стальные валы в
местах сальниковых уплотнений имеют значительный износ и раковины. Для
повышения эксплуатационной надежности винтовых насосов следует обращать
внимание на осевой зазор между боковыми поверхностями винтов при сборке
и эксплуатации, который должен быть в пределах 0,01 ... 0,08 мм.
Взаимное расположение винтов насосов представлено на рис. 10.5.
Работа насоса „всухую” даже в течение нескольких секунд запрещена. Перед
запуском через предусмотренную пробку насос должен быть заполнен водой.
Ряд сепараторов (СК,СКМ) имеют устройство, предотвращающее работу
насоса-типа 2ВВ при срыве потока, — реле разности давления РКС - 1А.
Следует регулярно проверять работоспособность этого реле, одной из
причин неисправности которого может быть засорение подводящей трубки от
насоса и разрыв полости сильфона. При смене набивки сальника нажимная
втулка должна быть затянута так, чтобы через набивку обеспечивалась
протечка воды в пределах 50 ... 200 капель в минуту. После запуска и
работы насоса в течение 1... 15 мин осторожным подтягиванием втулки
отрегулировать утечку в пределах 10 ... 120 капель в минуту. При
соблюдении этого требования происходит сухое трение и как следствие
выгорание набивки, усиленный износ вала, повышенные утечки в дальнейшем.