Совершенствование систем охраны прибрежных вод морского торгового порта "Новороссийск" от загрязнений нефтью и нефтепродуктов

4.2 Математическое моделирование динамики нефтяного загрязнения береговой линии

В условиях значительного антропогенного воздействия на окружающую среду на первый план выдвинулась проблема оценки состояния сложных систем, к которым относят экологические системы. Оценка состояния и качества главных природных компонентов необходима для представления информации лицам принимающим решение на простом и ясном языке, необходимой и достаточной для определения эффективных действий и последующего обоснованного управления экологической безопасностью. В настоящее время возникла настоятельная необходимость в научных разработках по моделированию и управлению сложными природно-социальными системами в новых экономических условиях при отсутствии или недостатке информации об объекте управления. На сегодняшний день наука выделяет в экологии три основных составляющие: физическую, химическую, биотическую, в каждой из которых для построения модели необходимо рассмотреть состав, процессы, свойства, явления (эффекты), происходящие в них Для информационного обеспечения моделирования процессов в экосистеме необходимо следующее структурирование информации. Именно такими сложными структурами в составе экосистемы являются морская вода и нефть, попадающая в нее при разливах.

Морская вода представляет собой сложный комплекс минеральных и органических компонентов и растворенных газов. Химический состав воды определяется совокупностью геохимических и биологических процессов. Гидрологический режим океаносферы складывается из теплового и водного баланса, а также из общей циркуляции вод. Значительную роль играют процессы турбулентного обмена Мирового океана с атмосферой. Водный баланс зависит от процессов испарения и поступления воды с осадками и речными стоками. Океанические воды находятся в непрерывном движении (волны, приливы, отливы), что в свою очередь связано с вращением Земли и Луны, атмосферной циркуляцией, ветрами, температурой воздуха и др.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и их производных. Каждое из этих соединений может рассматриваться как самостоятельно загрязняющее вещество, которых в составе нефти насчитывает свыше тысячи. Для оценки нефти, как загрязняющего вещества природной среды используют следующие признаки: содержание легких фракций (температура кипения менее 200⁰С), содержание парафинов, содержание серы. Легкие фракции нефти обладают повышенной токсичностью. Парафины не оказывают сильного токсического воздействия на бентос морей и океанов, но существенно влияют на физические свойства почвы и донных отложений. Содержание серы свидетельствует о степени опасности сероводородного загрязнения почв и поверхностных вод. Опасность нефтяных загрязнений для живых организмов также в том, что многие компоненты нефти обладают канцерогенными свойствами [17].

Любая гидробиологическая система представляет собой сложный, большой, слабо детерминированный и эволюционирующий объект исследования. Важнейшая гносеологическая особенность таких систем состоит в том, что происходящие в них явления идут как бы на двух уровнях. Один - "поверхностный", второй - "дарвинский" процесс, обусловленный медленным накоплением новых количественных особенностей, другой - "глубинный", организменный или клеточный, который включается в действие, когда резко изменяются условия существования экосистемы (квазидарвинский или бифуркационный процесс). Например, события, протекающие в водном объекте, при спокойном режиме его существования могут быть описаны в сжатой форме с помощью системы дифференциальных уравнений. Составляющими этих уравнений являются, например, скорости. Таким образом, можно выделить два принципиально различных механизма, определяющих динамику экосистемы: адаптационный и бифуркационный. Зная характеристики среды, можно со значительной точностью прогнозировать тенденции в изменении параметров системы, функционирующей по адаптационному механизму: экосистема будет двигаться по некоторой траектории внутри ограниченного коридора в направлении вектора стабилизации. Однако существует некоторое критическое значение внешнего воздействия, приводящее к качественному изменению организации системы: порождается множество путей дальнейшего развития, выбор которых непредсказуем и зависит от сочетания случайных обстоятельств внешней среды в момент бифуркационного перехода. Действие произвольного фактора среды Х на любой экологический показатель Y, который принимается за оценку качества всей экосистемы, традиционно описывается некоторым подмножеством математических формул, из которых наиболее популярны следующие зависимости: линейная, экспоненциальная зависимость, логистическая, (сигмоидальная) зависимость и др.

Загрязнение моря нефтью несет не только экономические убытки, но и экологические катастрофы и социальные потрясения. Для их предотвращения создаются различные методики прогнозирования, распространения загрязняющих веществ с целью минимизации экономических затрат и социально-экологических последствий. Для организации мероприятий по ликвидации нефтяных загрязнений имеет большое значение точное прогнозирование динамики его распространения по поверхности моря, которая определяется следующими факторами: время с начала разлива, температура воздуха и воды, скорость и направление ветра, а также элементы морского течения. Перечисленные факторы вызывают перемещение загрязнителя по определенной траектории, деформируют его. Под воздействием ветра и температуры изменяются физико-химические характеристики разлитой нефти (изменяется состав, вязкость, удельный вес и др.). Низкие температуры и ветро-волновые воздействия изменяют парусность пятна и скорость его перемещения. Динамику нефтяного пятна в значительной степени определяют морские течения. Поверхностное течение выполняет плоско-параллельный перенос загрязнителя, глубинные течения разносят нефтяное пятно на большие площади, изменяют температурный градиент, солёность, химический состав воды. Течения сталкиваются, образуя ярко выраженные границы и создавая вихревые явления на поверхности моря.

С учетом множественных факторов, определяющих движение нефтяного пятна, реальные попытки предсказать с высокой точностью направление движения часто приводят к отрицательным результатам, что ведет к большим неоправданным затратам. Всё это говорит о том, что при прогнозировании динамики нефтяного пятна нельзя полностью полагаться на накопленные ранее гидрометеорологические наблюдения, какими бы достоверными они ни были.

Нужно отметить, что на сегодня не существует как российских национальных, так и международных расчетных методик определения скорости и направления массопереноса в воде, отвечающих возможностям современной науки. Частным исключением в области международной расчетной нормы-практики является рекомендательный расчет дрейфа масляной пленки на водной поверхности, предложенной в Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78).

Все существующие на сегодняшний день математические модели, описывающие эволюцию нефтяных пятен, можно разделить на три типа:

- модели, учитывающие только гидродинамические факторы;

- модели, учитывающие одновременно гидродинамические и физико-химические факторы;

- модели, учитывающие одновременно гидродинамические и физико-химические факторы, а также биоразложение.

Проблемой моделирования начальных стадий растекания нефти по поверхности моря с позиций гидродинамики занимаются в Одесском государственном экологическом университете, где разработаны модели распространение нефтяной пленки представляется как суперпозиция двух условно независимых процессов: 1) перенос пленки как целого под действием ветра, морских течений и поверхностных волн; 2) растекание по спокойной воде, приводящее к увеличению площади с течением времени. Такие модели дают хорошее совпадение результатов моделирования и распространения нефтяных пленок в реальных условиях только на начальных стадиях разлива.

Наиболее известными на сегодняшний день моделями, учитывающими не только гидродинамические, но и физико-химические факторы, а также биоразложение являются следующие модели:

- модель корейского института «Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering»;

- модель консалтинговой инженерной группы RAMBOL (Дания) [73];

- модель американского агентства «National Oceanic and Atmospheric Administration» для моделирования разливов вблизи побережья США ;

- интерактивная численная модель Шведского института метеорологии и гидрологии (SMHI) для прогноза дрейфа всех крупных нефтяных пятен, обнаруженных на радиолокационных снимках ASAR ENVISAT в юго-восточной Балтике. Эта модель сегодня активно используется в Швеции, Дании, Финляндии, Польше, Эстонии, Латвии, Литве и России.

4.3 Анализ существующих систем прогнозирования на основе имитационного моделирования нефтяных разливов

На сегодняшний день наиболее используемыми являются несколько программ компьютерного моделирования разливов нефти на основе описанных в предыдущем разделе моделей:

- «Seatrack Web» (Швеция; Дания);

- модель группы HAZMAT (США);

- «Green Sea Ranger» (Корея);

- программа моделирования консалтинговой инженерной группы RAMBOL (Дания).

- «Seatrack Web» - система моделирования разливов нефти, разработанная Шведским институтом метеорологии и гидрологии (SMHI) совместно с Датским управлением морской безопасности, для Ботнического и Финского заливов, Балтийского моря, проливов Каттегат и Скагеррак, а также части Северного моря. Для работы данной программы требуется постоянное подключение к интернету, поскольку моделирование проводится на сервере SMHI, а клиентская часть программы, устанавливаемая на компьютере пользователя, позволяет только задавать исходные условия и визуализирует результаты моделирования.

Клиентская часть программы позволяет задавать направления и скорости течений и ветров, отображать морские транспортные пути, а также указывать другие исходные данные. Особенностью данной программы является возможность моделирования разливов нефти с учетом ледяного покрова на морской поверхности. Недостатками программы являются:

- моделирование только на 2 или 5 суток вперед или назад;

- развитие нефтяного загрязнения нельзя наблюдать в динамике;

- моделирование проводится только на плоскости;

- концентрация нефтепродуктов на поверхности не указывается графически, а только числовыми значениями.

Модель группы HAZMAT (США) - продукт для моделирования разливов нефти в районе береговой зоны США, разработанный по заказу национальной администрации по охране океанов и атмосферы (NOAA).

Данная программа позволяет проводить моделирование с шагом в один час, по изображению пятна оценивать концентрацию в различных его точка. Также к достоинствам программы следует отнести возможность моделирования разливов некоторых химических веществ. Недостатками программы можно считать следующие особенности:

- развитие нефтяного загрязнения нельзя наблюдать в динамике;

- моделирование проводится только на плоскости;

- исходные данные для моделирования необходимо загружать в виде специально подготовленных таблиц «Green Sea Ranger» - программа, разработанная в корейском институте инженерных исследований океана и кораблестроения, используемая для моделирования разливов нефти у побережья Кореи.

Программа выводит на экран изображение нефтяного пятна через определенные промежутки времени, а также позволяет по графику оценить вклад испарения в общий процесс разложения пятна. К недостаткам программы можно отнести следующее:

- развитие нефтяного загрязнения нельзя наблюдать в динамике;

- моделирование проводится только на плоскости;

- исходные данные для моделирования необходимо загружать в виде специально подготовленных таблиц;

- нельзя оценить концентрацию пятна в различных его точках, т.к. концентрация для всего пятна принимается усреднено.

Программа моделирования консалтинговой инженерной группы RAMBOL -разработана для моделирования поведения нефти на акватории Белого моря. Особенностью данной программы является возможность проведения моделирования по 16 различным, заранее разработанным сценариям, в каждом из которых учитываются свои условия моделирования (сорт нефти или нефтепродукта, сезон, направление ветра, точка моделирования).

Преимуществом данной программы является большое количество параметров выдаваемых в виде специальных таблиц (количество нефти на плаву, количество испарившейся нефти, количество диспергировавшей нефти, количество нефти на берегу, площадь и толщина пятна). Недостатки программы: 1) моделирование проводится только на плоскости; 2) исходные данные нельзя менять, можно использовать только 16 сценариев заложенных в программе; 3) нельзя оценить концентрацию пятна в различных его точках.

4.4 Анализ повреждений и вероятности аварий

Анализ эксплуатации магистральных нефтепроводов показывает, что более частыми видами аварийных повреждений (по сравнению с «гильотинными») являются свищи и трещины.

Согласно Основным требованиям к разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (утв. постановлением Правительства РФ от 21 августа 2000 г. № 613) максимально возможный объем разлива нефти для нефтяных терминалов составляет 1500 тонн.

Практика прогнозирования и количественной оценки последствий возможных аварий включает (РД-03-14 - 2005 Ростехнадзора) [68]:

- рассмотрение сценариев наиболее опасной по последствиями аварии;

- анализ сценариев наиболее вероятных аварий, способных привести к ЧС(Н).

Дополнительно, в соответствии с рекомендациями Постановления Главы администрации Краснодарского края от 31 января 2006 г. № 53, выполнено прогнозирование вероятности (частоты возникновения) аварий с нефтяными разливами объемом менее низшего уровня отнесения к ЧС, т.е. менее 1 тонны [86]. Это объектовый «нулевой» уровень реагирования.

При прогнозировании и количественной оценке последствий возможных аварийных разливах в соответствии с требованиями организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации, особое внимание уделено максимально возможным разливам нефтепродуктов. Установленные возможные источники аварийных разливов являются объектами основной технологической цепи процесса налива танкеров (технологические трубопроводы и стендерные устройства), а также регламентных вспомогательных операций (выдача- прием бункера). Кроме того, к потенциальным источникам аварийных разливов отнесены танкеры-челноки, производящие погрузку на терминале ОАО «НМТП», а также сторонние транспортные суда, осуществляющие заходы в порт для выполнения операций, либо обслуживающие порт.

4.5 Разработка системы ликвидационных мероприятий

4.5.1 Организация и проведение мониторинга при разливах нефти

Сущность и назначение мониторинга обстановки и окружающей среды (далее - мониторинг) до начала работ по ликвидации разлива нефти -- в получении объективной информации для принятия своевременных и адекватных решений по операциям ЛРН, в наблюдении и контроле динамики развития чрезвычайной ситуации.

В целях определения масштаба разлива нефти, влияния источника на жизнедеятельность населения, уставную деятельность предприятия, а также действий сил по ликвидации чрезвычайной ситуации; обоснования и принятия решения по защите населения, личного состава сил по ликвидации разлива нефти и на ведение аварийно-спасательных работ - организуется и проводится общая разведка источника разлива нефти. Ее цель - быстрое выявление и оценка обстановки.

Под выявлением обстановки понимается сбор и обработка исходных данных о разливе нефти. Сбор исходных данных о разливе нефти включает визуальный контроль и количественные измерения. При этом решаются задачи:

- установление места утечки нефти (места разгерметизации оборудования, трубопровода и т.п.);

- установление места выхода нефти на поверхность воды;

- оценка параметров разлива нефти (объема, линейных размеров, формы, а также динамики их изменений);

- определение и контроль направления и скорости распространения нефтяного пятна;

- определение и контроль параметров окружающей среды.

Плановые мероприятия по мониторингу обстановки и окружающей среды, включают следующие действия:

- прибытие к местам расположения оборудования у береговой полосы;

- прибытие на маломерном судне к месту аварии;

- установление места утечки;

- определение текущих гидрометеопараметров (скорость и направление ветра, скорость и направление течения, температура воздуха и воды, высота волны) в районе предполагаемого проведения операции;

- запрос прогноза погоды на ближайшие 24 часа (запрос гидрометеобюро г. Новороссийск);

- определение параметров окружающей среды в зоне ликвидации разлива нефти;

- определение параметров разлива;

- определение направления и скорости распространения нефтяного пятна;

- составление прогноза движения пятна, его местоположения и формы через равные промежутки времени (1 час, 2 часа, 3 часа и т.д.);

- уточнение направления и скорости распространения нефтяного пятна и параметров разлива;

- уточнение параметров окружающей среды по ликвидации разлива нефти;

- уточнение текущих гидрометеопараметров (скорость и направление ветра, скорость и направление течения, температура воздуха и воды, высота волны) в районе проведения операции. Уточнение прогноза погоды на ближайшие 24 часа.

Ориентировочные сведения об объеме разлившейся нефти и толщине пленки могут быть получены методом экспертной оценки по внешнему виду нефтяного поля в соответствии с таблицей 4.5.

Определение площади и толщины пятен для расчета количества разлитой нефти необходимо для оперативного планирования операций ликвидации разлива нефти.

Обработка исходных данных сводится к оценке сложившейся и прогнозируемой обстановки на соответствующей территории и акватории. Производится путем математических расчетов или оценок взаимодействия пятна с внешней средой (ветром, течением, волновым воздействием, солнечной радиацией), позволяющих выполнять прогнозирование траектории движения, испарения, взаимодействия сберегом ипотенциально опасного воздействия разлива нефти наакваториях.

4.5.2 Последовательность проведения операций

При составлении алгоритмов разливов нефти были приняты наиболее неблагоприятные условия проведения операции, когда у причалов нефтерайона находится 7 (семь) судов, выполняющих различные виды грузовых операций. Согласно технологическому регламенту это максимально возможная технологическая схема, которую можно реализовать с учетом имеющегося технического состояния оборудования нефтерайона:

1. причал № 1 погрузка нефти

2. причал № 2погрузка нефти

3. причал № 3погрузка мазута

4. причал № 4выгрузка льяльных вод

5. причал № 5погрузка нефти

6. причал № 6погрузка дизельного топлива

7. причал № 7погрузка печного топлива

8. причал № 8погрузка мазута

9. причал № 9 погрузка нефтепродуктов

Порядок и методы отвода танкеров от причала или вывода из нефтяного поля каждый раз определяются индивидуально с учетом состояния судна, направления движения нефтяного пятна и фактически действующих гидрометеофакторов. Ответственным лицом за эти операции является начальник смены ИГПК [59,82]. Анализ результатов моделирования аварийного отвода танкера от причала показал, что для первоочередных мероприятий по отводу танкеров, находящихся на пути движения нефтяного пятна, требуется 15 - 20 минут. Именно такой промежуток времени положен в основу моделирования аварийных ситуаций. Кроме того, во всех сценариях время начала реагирования составляет 5 минут с момента возникновения аварии.

4.5.3 Описание прибрежных зон подверженных нефтяному загрязнению

В пределах зоны действия имеются следующие районы, которые следует защищать от нефтяного загрязнения в первую очередь с учетом наиболее вероятных метеорологических условий:

- центральный городской пляж;

- пляж на Суджукской косе.

Пляжи и места отдыха защищаются от загрязнения путем установки боновых заграждений берегового исполнения в соответствии с технологией, описанной ниже. В случае попадания нефтепродуктов на береговую полосу, предусматривается проведение ряда мероприятий по очистке пляжей галечно-валунного покрытия в соответствии с технологиями, описанными в подразделе «Ликвидация последствий аварийных разливов».

Установка боновых заграждений морского исполнения по ходу движения пятна, отводящих нефтяное пятно от района повышенной опасности.

Бонирование опасных участков непосредственно в районах повышенной опасности с целью недопущения попадания нефти на акваторию.

Отвод кораблей от причалов с целью облегчить проведение операции по локализации нефтяного загрязнения.

Движение нефтяного пятна от причалов нефтерайона в направлении внутренней гавани порта Новороссийск возможно только при действии ветров юго-восточного и течений северо-западного направлений. Вероятность таких погодных условий в рассматриваемом районе относительно невелика, однако может проявиться в осенне-зимний период.

Независимо от количества разлитой нефти, при движении пятна в направлении 120⁰ от места наиболее вероятной аварии, в районе якорной стоянки зеленой пунктирной линией со знаком якорной стоянки и номером района в центре) проводится морская операция по ликвидации разливов нефти в соответствии с алгоритмами, указанными в оперативном плане. Размеры акватории, расположенной между пирсом нефтерайона «Шесхарис» и молом судоремонтного завода (примерно 3 Ч 3 км), достаточны для разворачивания всех предусмотренных в оперативном плане сил и средств даже при разливе 1500 т. Дополнительно к этому, в целях недопущения попадания нефти во внутреннюю акваторию порта Новороссийск, производится превентивная защита входа в указанную акваторию путем установки двух каскадов боновых заграждений в судоходном створе между молами. Используемая технология - с якорным креплением боновых заграждений. Используемые силы и средства:

- буксир типа «Б» для доставки бонового заграждения МБТТ с территории нефтерайона;

- буксир типа «Т» для доставки бонового заграждения ТМБТ с территории нефтерайона;

- боновое заграждение МБТТ;

- боновое заграждение ТМБТ;

- нефтесборная система НСБП.

Установки боновых заграждений позволит использовать судоходный створ между молами по прямому назначению - для прохода участвующих в операции по ликвидации аварийных разливов плавсредств.

Глава 5. Организация ликвидационных мероприятий при загрязнении прибрежных вод ОАО «Новороссийский морской торговый порт» нефтью и нефтепродуктами

5.1 Определение состава и количество технических средств

Тип боновых заграждений выбирается из условия соответствия технических характеристик, следующим условиям эксплуатации:

1. Боны быстроразворачиваемые постоянной плавучести (1-й каскад):

- температура окружающей среды-30 ⁰С + 50 ⁰С;

- высота волны до 1,5 м;

- скорость ветра при работе до 14 м/с;

- скорость буксировки до 3 узлов (5,6 км/ч).

2. Морские боны постоянной плавучести для открытого моря (2-й каскад):

- температура окружающей среды-30 ⁰С + 50 ⁰С;

- допустимая высота волны до 1,5 м;

- скорость ветра при работе до 14 м/с;

- скорость буксировки до 3 узлов (5,6 км/ч).

3. Морские боны трубчатого типа для открытого моря (3-й каскад):

- температура окружающей среды-30 ⁰С + 50 ⁰С;

- допустимая высота волны до 1,5 м;

- скорость ветра при работе до 14 м/с;

- скорость буксировки до 3 узлов (5,6 км/ч).

4. Тяжелые морские боны трубчатого типа (4-й каскад):

- температура окружающей среды-30 ⁰С + 50 ⁰С;

- допустимая высота волны до 2 м;

- скорость ветра при работе до 20 м/с;

- скорость буксировкидо 3 узлов (5,6 км/ч).

При аварийных разливах нефть распространяется по поверхности воды в виде пятна с размерами, приведенными в таблице результатов компьютерного моделирования вариантов развития аварийной ситуации. Согласно результатам моделирования, при разливах сырой нефти в количестве 1500 т (1742 м³) у кромки первого каскада БЗ через 0,5 часа, формируется нефтяной слой толщиной более 400 мм. Вследствие этого эффективность первого и второго каскада, особенно через 1-1,5 ч после аварии, становится крайне низкой (не более 70%). Неблагоприятные погодные условия снижают эффективность до ещё меньших значений. Ветер оказывает существенное влияние на эффективность нефтесборных систем, особенно первого и второго каскада, состоящих из бонов лёгкого исполнения. Поэтому технологией локализации предусматривается установка 4 (четырёх) каскадов боновых заграждений. Для локализации всего объёма разлитой нефти длина боновых заграждений, установленных в каждом каскаде, определяется полупериметром пятна на момент времени, когда каскад будет установлен.

Существуют следующие варианты установки боновых заграждений на месте проведения аварийно-спасательной операции:

- разворачивание боновых заграждений с берега, буксировка их судном в развернутом состоянии к месту операции и установка по месту;

- выход судна к месту операции, разворачивание и спуск на воду боновых заграждений при движении к месту операции, установка по месту.

При любом из указанных вариантов время установки определяется от момента аварии до момента начала работы боновых заграждений в расчетном месте локализации. Расчётные параметры нефтяных пятен (полупериметр), необходимые для определения длины, приводятся в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Определение длины боновых заграждений при разливе сырой нефти в количестве 1500 т (1742 м³)

Расчётное время	Расчётная длина боновых заграждений, м
	1-й каскад	2-й каскад	3-й каскад	4-й каскад	Берег 2,32 т (2,89 м3)
00:30	650	н/у	н/у	н/у	н/у
01:00	н/у	700	803	н/у	н/у
02:00	н/у	н/у	977	н/у	н/у
03:00	н/у	н/у	н/у	1100	81,1

Таким образом, минимальная необходимая длина боновых заграждений L_б для проведения операций по ликвидации аварийных разливов нефти составляет:

- быстро разворачиваемых бонов (первый каскад установлен через 0,5 часа)650 м;

- морских бонов для порта средние (второй каскад через 1 час)700 м;

- тяжелых морских бонов (третий каскад через 2 часа)1000 м;

- тяжелых морских бонов (четвёртый каскад через 3 часа)1100 м;

- гидробалластных бонов для защиты берега500 м;

- сорбентных бонов для защиты берега500 м.

Схема установки бонов определяется погодными условиями, направлением и силой ветра.

При планировании работ по ликвидации разливов продуктов на магистральных нефтепроводах (расчёт сил и средств ликвидации разлива нефти) следует руководствоваться нормами РД 39-00147105-006-97. При планировании операций по ликвидации разлива нефти организациями, эксплуатирующими иные объекты рекомендуется ограничить время ликвидации аварийных разливов при разливе:

- светлых нефтепродуктов до 3 суток (до 72 часов) в соответствии с требованиями;

- тёмных нефтепродуктов и нефти на территории населённых пунктов до 10 суток (до 240 часов);

- тёмных нефтепродуктов и нефти на промышленных площадках и водоохранных зонах до 20 суток (до 480 часов) или к началу следующего гидрологического сезона (ледостава, ледохода, половодья, дождевого паводка) или опасного гидрометеорологического явления (ливни, шторма), которые могут осложнить или блокировать проведения операций по ликвидации РН и привести к значительному загрязнению водных объектов и береговой полосы;

- тёмных нефтепродуктов и нефти на прочих территориях до 180 суток (до 4320 часов).

Необходимая суммарная производительность нефтесборных систем Q_У, м³/ч, участвующих в ликвидации аварии, определяется объёмом разлившейся нефти и заданным временем её сбора. Расчёт Q_У, м³/ч производится по формуле:

где: V_У - суммарный объём разлитой нефти, м³;

t_сб - время, сбора основной массы разлившейся нефти, ч (технологическое время работы составляет на акватории 10 часов).

Суммарный объём разлившейся нефти V_У, м³, определяется по формуле:

где: М_нУ - масса разлившейся нефти, т;

с - плотность нефти (сырая нефть «Шесхарис»), т/м³ (принято с = 0,86 т/м³).

Для настоящего расчёта принят суммарный объём разлитой нефти на акватории тV_У = 1742 м³.

В этом случае суммарная производительность нефтесборных систем составит:

Q_У = 1742 / 18 = 96,8 м³/ч (5.3)

Количество нефтесборных систем N, шт., зависит от производительности их марки и определяется из формулы:

где: Q_У - суммарная производительность нефтесборных систем, м³/ч;

N₁, N₂, N_i - число нефтесборных систем данной марки, шт.;

Q₁, Q₂, Q_i - производительность нефтесборных систем данной марки по паспорту, м³/ч;

K_му1, K_му2, K_муi - коэффициент местных условий, определяющий эффективность нефтесборных систем данной марки в условиях конкретного места и времени ЛРН. K_му изменяется в пределах от 0 до 1. Действительное значение K_му определяется путём анализа результатов учений с применением нефтесборных систем разных типов в различных гидрометеорологических условиях. Для расчёта рекомендуется принимать значение K_му, предполагающее неблагоприятные местные условия, равным 0,40. При таком значении K_му для достижения суммарной производительности Q_У= 96,8 м³/ч необходима суммарная паспортная производительность нефтесборных систем:

Q_{У пасп} = 96,8 / 0,40 (5.5)

Q_{У пасп} = 242 м³/ч (5.6)

Для более эффективного и гибкого применения технологий улавливания нефти необходимо применять нефтесборные системы (скиммеры):

- высокой производительности более 50 м³/ч;

- средней производительности от 20 до 50 м³/ч;

- малой производительности менее 20 м³/ч;

- судовые системы судов-нефтемусоросборщиков около 20 м³/ч.

Итого: при N₁= 1 шт., Q₁ = 120 м³/ч; N₂ = 1 шт., Q₂ = 100 м³/ч; N₃ = 1 шт., Q₃ = 20 м³/ч; N₄ = 1 шт., Q₄ = 10 м³/ч. Q_{У пасп} = 1 Ч 120 + 1 Ч 100 + 1 Ч 20 + 1 Ч 10; Q_{У пасп} = 250 м³/ч.

Нефтесборные системы, используемые на акватории должны быть пригодны для использования на территории (сбор нефтепродукта с грунта). Для этого в составе оборудования по ликвидации разлива нефти используются морские нефтесборные системы, имеющие техническую возможность демонтажа насоса и использования его отдельно для откачки нефтепродукта при авариях на береговых объектах.

Расчет количества образующихся жидких и твердых отходов.

В соответствии с принятой международной классификацией нефтей и нефтепродуктов, обрабатываемые в ОАО «Новороссийский морской торговый порт» сырые нефти и нефтепродукты относятся ко 2-й и 3-й группе. Наиболее неблагоприятной ситуацией с точки зрения количества образующихся жидких отходов являются нефти 2-й группы, при разливе которых) через несколько часов после разлива образуется нефтеводяная эмульсия объемом до 220 % от начального объема разлитого нефтепродукта. При разливах нефтепродуктов 3-й группы может образовываться эмульсия в количестве до 350 % от начального количества разливой нефти.

Таким образом, общее прогнозируемое количество жидких нефтяных отходов составит:

(5.7)

Таким образом, общее прогнозируемое количество жидких нефтяных отходов составит:

где: V₀ - начальный объем разлива, м³;

k_эм - коэффициент эмульсификации

k_эм = 1,0; 2,2; 3,5; 2,0 для нефтей 1; 2; 3 и 4-й групп соответственно.

Для регионального уровня реагирования:

м³ (5.8)

Количество твердых отходов пропорционально количеству нефтепродуктов, достигших береговой полосы и впитавшихся в грунт. Количество твердых отходов V_ТО определяется на основании наиболее неблагоприятного сценария разлива нефти, сопровождающегося загрязнением прилегающей береговой полосы в пределах береговой полосы.

В соответствии с указанным сценарием, в условиях движения нефтяного пятна к берегу планируется разворачивание трёх каскадов боновых заграждений. Для каждого из каскадов при определенных внешних условиях по графику определяется эффективность локализации, выражаемая в долях от удерживаемого бонами количества нефти: и т.д.

Учитывая принятый начальный объем разлива, получим количество нефти, достигающее берега через три установленных каскада:

(5.9)

(5.10)

V_НБ = 20,73 м³ (5.11)

В соответствии с данными нефтеемкость грунта составляет 0,76 - 1,59. Это означает, что 1 м³ грунта впитывает 0,76 - 1,59 м³ нефтепродукта. Принимая меньшее значение как наиболее неблагоприятное, получим:

м³ (5.12)

где: V_ОТ - количество твердых нефтяных отходов;

V_НБ - прогнозируемое количество нефти на берегу;

- нефтеемкость грунта.

Расчетное количество жидких и твердых отходов при разливе в максимально прогнозируемом количестве должно быть утилизировано на специализированных полигонах. Для этого аварийно-спасательное формирование должно иметь договор с предприятием, имеющим лицензию на право обращения с опасными отходами. Мощность полигона должна позволять единовременный прием твердых и жидких отходов в количестве не ниже определенных расчетных значений V_ОЖ = 6097 м³ и V_ОТ = 27,3 м³.

Количество сорбента М_сорб, кг, рассчитывается по массе плёнки нефти, которая не может быть собрана нефтесборщиками, по формуле:

(5.13)

где: М_пл - масса плёнки нефти, которая собирается сорбентами, т;

С_сп - сорбционная способность сорбента, т/т;

М_пл определена для наиболее неблагоприятной ситуации, когда вся поступающая к берегу нефть обрабатывается сорбентами по формуле: т (для сырой нефти «Шесхарис»);

С_сп - сорбирующая способность принята равной 10 т/т.

М_сорб = 17,828 / 10 (5.14)

М_сорб = 1,7828 т = 1783 кг (5.15)

Рекомендуемые сорбенты:

- Лессорб-экстра по дизельному топливу 10 т/т;

- КПФ40 - 60 т/т;

- СТРГ50 т/т.

Кроме порошковых сорбентов для улавливания пленки нефти следует применять сорбирующие боновые заграждения. Количество сорбирующих боновых заграждений должно быть достаточным для локализации пятна на этапе обработки сорбентом.

Плавсредства применяются при установке боновых заграждений, транспортировке персонала и технических средств к месту производства работ по ликвидации разливов нефти, собранной нефти к местам утилизации. Количество плавсредств должно обеспечивать выполнение всех операций по локализации и транспортировке нефти к местам хранения, утилизации. Для уменьшения количества типов плавсредств следует использовать универсальные суда, выполняющие все указанные операции. Рекомендуемый тип плавсредств - суда-буксировщики бонов с комплектом нефтесборного оборудования и емкостями для сбора нефти.

Количество плавсредств, необходимых для установки боновых заграждений на воде, определяется, исходя из следующих условий:

- способ установки (сбор боновых заграждений на берегу и последующая буксировка боновых заграждений к месту установки, установка боновых заграждений из контейнера (катушки), расположенного непосредственно на плавсредстве);

- тип боновых заграждений (сорбирующие, заградительные (огнестойкие, надувные, тяжёлые морские, стационарные, для защиты береговой полосы и сооружений) боны), масса погонного метра и длина боновых заграждений;

- технология сбора нефти на акватории (необходимость привлечения плавсредств для организации оконтуривания и стягивания нефтяного пятна при работе нефтесборщиков).

При выполнении операций по ликвидации разлива нефти количество плавсредств N_пс, шт., определяется числом устанавливаемых одновременно каскадов боновых заграждений (не менее одного судна на каскад). Кроме того, необходимо дополнительно по меньшей мере 2 (два) плавсредства для сбора нефтеводяной смеси и осуществления мониторинга в районе проведения аварийно-спасательной операции.

 (5.16)

где: N_к - число каскадов БЗ устанавливаемых одновременно, шт.

Для рассматриваемого объекта нефтерайона «Шесхарис» ОАО «НМТП»:

N_к = 4, N_пс = 6 ед (5.17)

Плавсредства, обеспечивающие локализацию нефтяного пятна на объекте должны отвечать следующим требованиям:

1. Установка первого каскада БЗ осуществляется судном технического обеспечения водоизмещением не менее 80 т, имеющим на борту:

- нефтесборную систему высокой производительности;

- временные плавучие емкости.

2. Установка второго каскада морских бонов для порта (морские постоянной плавучести) осуществляется судном технического обеспечения водоизмещением не менее 80 т, имеющим:

- нефтесборную систему средней производительности;

- временные плавучие емкости.

3. Доставка к месту разлива и установка третьего каскада морских бонов трубчатого типа должна производиться судном технического обеспечения, имеющим:

- мощность энергетической установки 800 - 900 кВт;

- на борту нефтесборную систему малой производительности;

- на борту временные плавучие емкости.

4. Доставка к месту разлива и установка четвертого каскада тяжелых морских бонов трубчатого типа должна производиться судном технического обеспечения, имеющим:

- мощность энергетической установки 800 - 900 кВт;

- на борту нефтесборную систему малой производительности;

- на борту временные плавучие емкости.

Собранная нефть перекачивается в самоходные баржи (суда-бункеровщики или сборщики льяльных вод) с общим количеством свободных емкостей достаточным для приема жидких отходов объемом, равным или превышающим V_ОЖ. Рекомендуется иметь на борту одного из судов место для сбора и транспортировки твердых отходов в количестве, равном или превышающем V_ОТ. Суда должны быть способны транспортировать собранные нефтяные отходы к месту расположения специализированного полигона, с которым АСФ имеет заключенный договор на утилизацию. Суда должны иметь соответствующие свидетельства, выданные классификационным обществом, и одобрены для операций с нефтью и нефтепродуктами.

Дополнительно применить портовый катер для содействия судам технического обеспечения при установке каскадов локализации и сокращения времени локализации нефтяного пятна.

Дополнительно необходимо иметь скоростную лодку для осмотра акватории, обеспечения установки боновых заграждений, установки якорей, обнаружения и ликвидации протечек нефти из боновых заграждений.

Допускается применение для разворачивания боновых заграждений неспециализированных судов. В этом случае катушки боновые заграждения должны быть установлены на соответствующих платформах непосредственно у береговой полосы, должен обеспечиваться удобный и безопасный подход неспециализированных судов и безопасное разворачивание боновых заграждений. Замена расчетных плавсредств имеющимися неспециализированными судами должна выполняться при условии обеспечения в полном объеме предусмотренной функциональности по разворачиванию и применению указанных средств борьбы с разливами.

Комплектация аварийно-спасательного формирования нефтесборным оборудованием для береговой полосы и техникой для промывки бонов и нефтесборных систем после их применения

Для очистки береговой полосы от попавших на неё нефти используются вакуумные установки для очистки грунта и специальные гидравлические моечные машины. Собранная нефть помещается во временные разворачиваемые ёмкости. Из емкостей нефть вывозится автоцистернами на пункты утилизации Подрядчика по отходам. Наиболее подходящими методами очистки можно считать:

- смыв нефти водой под давлением;

- последующая доочистка вручную (удаление загрязнённого нефтью мусора, не очищенной гальки) в работах в прибрежной зоне потребуются боновые заграждения для устройства каскадов отклонения, ловушек и т.д.

Поскольку отклоняющие каскады устанавливаются в сравнительном отдалении от береговой линии, которую требуется защищать, для них могут использоваться и боновые заграждения, предназначенные для работы на открытых акваториях.

Суммарная производительность нефтесборных систем для очистки береговой полосы Q_бер, м³/ч, определяется по формуле:

(5.18)

где: V_НБ - прогнозируемый объем нефти, достигшей берега (определяется выше), м³;

t_сб - время сбора попавшей на берег нефти, ч (обычно принимается равным 24 часа) либо согласно Методическим рекомендациям для нефтегазовых компаний.

Для объёма разлива 1500 т (1742 м³) и времени сбора 24 часа суммарная производительность нефтесборных систем для береговой полосы составит:

Q_бер = 20,73 / 24 (5.19)

Q_бер = 0,86 м³/ч (5.20)

Для очистки береговой линии используются:

- гидравлические установки (мойки) для мойки холодной водой под давлением;

- вакуумные нефтесборные системы для сбора нефти и нефтеводяной смеси, смываемой гидравлическими мойками с грунта и воды.

Каждая вакуумная установка комплектуется ёмкостью для сбора нефти. Ёмкость должна вмещать всю нефть, собранную вакуумной системой за 12 часов (расчетное время вывоза отходов на полигон по утилизации). Суммарный объём ёмкостей должен составлять не менее 12 м³. Возможно применение ёмкостей меньшей производительности при организации регулярной разгрузки емкостей и вывоза собранной нефти на полигон.

После проведения операций по ликвидации аварийного разлива, нефтесборщики и боновые заграждения очищают от нефти. Необходимо наличие специального устройства или системы для очистки боновых заграждений. При отсутствии таковых допускается применения для этих целей гидравлической мойки в специально оборудованном месте очистки.

Методика определения состава и количества технических средств для локализации и ликвидации разлива нефти

Состав технических средств для локализации и ликвидации разливов нефти на акваториях морей в зоне ликвидации разлива нефти определяется путём:

- анализа операций выполняемых при локализации и ликвидации разлива нефти;

- определения основных функций технических средств, привлекаемых для локализации и ликвидации разливов нефти;

- выбора типов техники и средств выполняющих эти функции.

При локализации и ликвидации разлива нефти на акватории моря основными функциями являются:

- доставка сил и средств к месту проведения работ;

- локализация и сбор разлитой нефти;

- ликвидация утечки нефти;

- транспортировка собранной нефти к местам хранения и утилизации.

Для выполнения этих функций необходим следующий состав технических средств:

1. Средства доставки техники и персонала к месту проведения работ:

- плавсредства;

- автотранспорт.

2. Средства для ограждения загрязнённых участков акваторий портов:

- боновые заграждения.

3. Средства для сбора нефти:

- суда технического обеспечения;

- средства для сбора нефти с поверхности воды;

- сорбенты;

- средства для сбора нефти на берегу.

4. Средства для удаления, утилизации или уничтожения собранной нефти:

- самоходная баржа;

- ёмкости для временного хранения собранной нефти.

5. Средства для очистки оборудования.

6. Средства связи.

Выбор конкретных марок оборудования и средств осуществляется при анализе технических и стоимостных характеристик предлагаемого производителями оборудования.

Методика определения количества технических средств основывается на следующих положениях:

Количество средств должно быть достаточным для локализации и ликвидации разливов нефти в масштабах, определяемых исходными данными.

Настоящий расчёт предусматривает следующие параметры операции по ликвидации аварийных разливов:

- ликвидацию разлива нефти и нефтепродуктов на акватории в количестве 1500т;

- ликвидацию разлива нефти и нефтепродуктов на суше (береговой линии) в количестве 10 т;

- время локализации разлива нефти на акватории до 4 часов, на суше до 6 часов;

- расчет выполняется при предельных погодных условиях, при которых разрешается проведение операций с нефтью и нефтепродуктами в с учётом ограничений, определенных морским портом Новороссийск или ограничениями, налагаемыми техническими регламентами проведения операций;

- учитываются также технические характеристики судов, нефтесборных систем и боновых заграждений.

Для более эффективного и гибкого применения технологий улавливания разлитой нефти необходимо применять:

- быстроразворачиваемые боны постоянной плавучести (первый каскад локализации);

- морские боновые заграждения постоянной плавучести (второй каскад локализации);

- морские боновые заграждения трубчатого типа (третий каскад локализации);

- тяжёлые морские боновые заграждения трубчатого типа (четвертый каскад локализации);

- сорбирующие боны;

- суда технического обеспечения;

- нефтесборные системы для сбора нефти на акватории и в труднодоступных местах;

- специальные нефтесборные системы для очистки берега;

- сорбенты;

- установки по распылению сорбента (при необходимости их применения);

- ёмкости суммарным объёмом достаточным для хранения собранной нефти.

Количество бонов определяется: размерами пятна разлитой нефти, геометрическими параметрами объекта (расстояние от конечной точки объекта до берега, протяжённостью берега подлежащего защите силами аварийно-спасательного формирования. Количество нефтесборных систем определяется объёмом разлитой нефти и производительностью нефтесборных систем. Количество сорбентов определяется объёмом разлитой нефти, не собираемой нефтесборными системами. Количество и объём емкостей для сбора нефти должны быть достаточными для работы нефтесборных систем.

5.2 Расчет сил средств и времени тушения пожара

При получении сообщения об обнаружении пожара диспетчер нефтерайона ОАО «НМТП» немедленно сообщает Руководителю тушения пожара и начальнику оперативного штаба по тушению пожара, приступает к первичным действиям по разведке и локализации пожара. По прибытию Руководителя тушения пожара диспетчер информирует его о принятых мерах по тушению пожара, уточняет место возгорания, время обнаружения и примерную площадь, охваченную пожаром.

Руководитель тушения пожара отдаёт распоряжение на: проведение разведки пожара и сбор оперативного штаба по тушению пожара, размещение которого предусмотрено в районе пожарной насосной. Кроме того руководитель тушения должен выполнять следующие действия:

- во время разведки особое внимание должно быть обращено на определение присутствия персонала и методах его вывода, состояние конструкций и технологического оборудования причала;

- вызвать к месту сбора пожара силы и средства, согласно произведенного расчёта, привлечь по сигналу «СБОР» Новороссийский и Геленджикский опорный пункты, а также 8 судов, приспособленных к тушению пожаров при горении разливом под причалом судов должны иметь не менее двух лафетных стволов;

- определить главное направление с целью предотвращению распространения пожара на море с одновременной защитой конструкций и технологического оборудования причала, подготовиться к пенной атаке;

- направить поисково-спасательную группу для вывода обслуживающего персонала из зоны пожара;

- дать команду спасательным службам порта на подготовку бонового заграждения на предотвращение возможного разлива нефти в море и, как следствие, увеличение площади пожара;

- прибывающие автомобили расположить вдоль береговой линии около здания насосной пожаротушения и административного корпуса;

- сосредоточить запас рукавов на площадках причалов;

- подачу огнетушащих веществ осуществлять от водяных и водо-пенных ?гребёнок? расположенных на разворотных площадках причалов и вдоль проезжей части причала. Забор огнетушащих средств от ?гребёнок? осуществляется напрямую, без использования насосных установок автомобилей;

- организовать связь на пожаре с оперативным штабом, боевыми участками (секторами), участниками тушения, взаимодействующими службами, руководствуясь разделом «Виды связи на объекте и возможность их использования при руководстве подразделениями» в объекте;

- обеспечить выполнение правил охраны труда при тушении пожара.

При пожаре на море под причалом дополнительно:

- в первую очередь проводить тушение пожара разлива на море, и после прекращения горения под причалом - приступить к тушению пожара на причале;

- создать боевой участок по тушению пожара разлива, начальником боевого участка назначить помощника капитана. Боевому участку придать восемь судов, приспособленных к тушению пожара;

- поставить задачу: ликвидировать горение разлива (в первую очередь под конструкциями причала), обеспечить защиту конструкций причала, танкера и буксира при выходе из зоны пожара;

- главное направление выбрать с подветренной стороны и наименьшего расстояния от фронта пожара разлива до конструкций причала;

- включить водяную завесу всех причалов и стволов мониторов; начальник штаба:

- организовать работу оперативного штаба на пожаре, и разместить его на разворотной площадке причала;

- поставить задачу и проконтролировать выполнение начальнику связи - обеспечить связь на пожаре;

- поставить задачу и проконтролировать выполнение перед представителем нефтерайона: обеспечить работу стационарной насосной станции для подачи воды и раствора пенообразователя к месту пожара, принять меры по эвакуации и охране материальных ценностей из опасной зоны, прекратить подачу груза на танкера;

- поставить задачу и проконтролировать выполнение перед представителем нефтебазы: проконтролировать правильность действий по прекращению подачи нефтепродукта на причал, следить за исправностью нефтепроводов и принимать меры по предупреждению разлива нефти, обеспечить бесперебойную подачу воды для работы мониторов и систем орошения на причалах от резервуаров нефтебазы;

- задача перед дежурным персоналом нефтерайона и нефтебазы: осуществить действия по немедленному прекращению грузовых операций и подготовке судов к отходу от причалов;

- задача для ВОХР порта: обеспечить усиленную охрану, не допуская проникновения посторонних лиц на территорию объекта и в зону ведении боевых действий, эвакуировать с территории нефтерайона родственников членов экипажей судов и людей, не задействованных в тушении пожара, не допускать возникновения паники среди обслуживающего персонала, организовать охрану материальных ценностей эвакуируемых с места пожара;

- задача для спасателей: установить боновые заграждения в акватории нефтегавани в случае аварийного разлива нефти;

- для представителя УВД: обеспечить сбор сведений о причине возникновения пожара, организовывая в установленном порядке необходимое взаимодействие с испытательной пожарной лабораторией и оперативной следственной группой ОВД.

При пожаре на море под причалом дополнительно:

- сосредоточить у корня мола необходимое количество личного состава и пожарно-технического вооружения для тушения разлива на причале;

...