CC BY
26
The purpose of the study is to optimize the process of cleaning surface-storm runoff from oil products; improving environmental safety; utilization of materials with a completed life cycle by involving recyclables (based on pepolystyrene and polyurethane foam) in the technological process of an existing BM-K type installation; raising the level of waste management culture. The object of the study is the oil-sorbing boom, which is a flexible sleeve (stocking) of a permeable mesh shell, strong and chemically resistant to aggressive environments. An analysis of literary sources and practical data indicate that secondary resources (waste from polystyrene foam and polyurethane foam) obtained in oil and gas production and used as a sorption technology in the purification of water resources (effluents) from oil pollution can be promising in other spheres with a wide range of polluting organic and mechanical components. Thanks to sorbents for removing oil products, millions of tons of water, hundreds of hectares of healthy soil and thousands of cubic meters of clean air have been saved.
Key words: bon sorption technologies, polymer waste, environment, water sources, oil products, pollution control -♦-
УДК 628.515, 66.067.123.22, 631.672.4
Модернизация диафрагменного элемента пенной камеры как способ защиты водной среды от утечки нефтепродуктов из хранилищ
А.И. Егоров1, соискатель; Д.П. Юхин2, канд. техн. наук
1 ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск», ПАО «Газпром»
2 ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ
Цель исследования - модернизация диафрагменного элемента в составе действующей пенной камеры (генератора) низкой кратности типа 08; исключение утечек-паров при дыхании газового конденсата, мигрирующего из ёмкостей в противопожарные трубопроводы водоснабжения сухого исполнения; минимизация негативного воздействия нефтепродуктов на водную среду (ресурс). Объектом обсуждения в данной работе выступает узел смешивания и дозирования пенно-водяного раствора при тушении пожара на действующих ёмкостных сооружениях-хранилищах газового конденсата (углеводородного продукта) - пенная камера (генератор) низкой кратности типа 08 со сменным диафрагменным элементом (разрушающимся в процессе тушения диском из стекла, с рабочим давлением: от 3,0 до 12,0 кгс/см2). Проведённые испытания и мониторинг продемонстрировали положительные результаты предлагаемого материала «МКРКЛ 450» для изготовления (на токарном станке) диафрагменного сменного элемента с последующим оснащением пенной камеры.
Ключевые слова: пенная камера, диафрагма, протектор, модернизация, нефтепродукты, утечка, экологическая безопасность.
Прогрессирующее загрязнение окружающей среды, вызванное бурным ростом промышленного производства, в целях удовлетворения постоянно растущих потребностей общества требует разумного взаимодействия человека со всеми её уязвимыми элементами [1 - 3].
Одними из опасных и распространённых загрязнителей окружающей среды являются углеводороды (в частности, нефтепродукты). Они образуются во многих технологических процессах и сферах деятельности (в нефтегазодобыче и нефтехимической переработке, секторе сбора, хранения и транспортировки нефтепродуктов [4], на нефтебазах и нефтеналивных отгрузочных станциях, морских и речных терминалах, сельскохозяйственных топливно-заправочных станциях и парках, в промстоках и водах, используемых для орошения полей).
По данным Всемирной организации ЮНЕСКО, нефтепродукты, вследствие высокой токсичности и сложной деградации после аварий являются самыми распространёнными загрязнителями водных ресурсов и находятся в первой
десятке наиболее опасных поллютантов нашей планеты [5].
Ежегодно в мире в составе промышленных отходов и сточных вод попадают в чистые воды Мирового океана миллионы тонн нефтепродуктов. Это губительное воздействие имеет длительный характер, поскольку нефтепродукты относятся к числу трудноокисляемых веществ. Конечными продуктами их окисления являются СО2, окислы серы и прочие сложные и токсичные элементы.
Предприятия нефтегазодобывающей и нефтехимической деятельности активно развиваются, наращивая объёмы производства, выполняя поставленные стратегические задачи, что параллельно вызывает необходимость решения проблемы загрязнения окружающей среды от утечек (миграции) углеводородных продуктов, с максимальным сохранением пожарной защищённости объектов.
Наиболее частой причиной развития крупных аварий в сухопутной локации и морской акватории является возникновение пожаров и
взрывов за счёт утечек (разливов) и попаданий углеводородных продуктов (с высокой степенью пожарной и экологической опасности) в нецелевые трубопроводы, сооружения, аппараты и на прилегающие территории. Высокая пожарная опасность объектов нефтегазодобычи подтверждается масштабными авариями [6], имеющими место при халатной их эксплуатации, невысокого уровня компетенций персонала (зачастую менеджмента идей), применения малоэффективного или не соответствующего проектному, экспертному решению оборудования.
Основным средством пожаротушения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей является пена низкой кратности (пенообразователь), смешиваемая с объёмом воды в пенной камере и выступающая предметом обсуждения в настоящем исследовании.
Важным этапом при проектировании и внедрении в эксплуатацию автоматических установок пенного пожаротушения в составе хранилищ для нефтепродуктов является ответственный и профессиональный подход к выбору технологического оборудования, строго отвечающего требованиям норм и правил пожарной и экологической безопасности.
Данная задача должна решаться путём модернизации, оптимизации технических средств и технологических приёмов по сбору и хранению нефтепродуктов в ёмкостных сооружениях-хранилищах на объектах нефтегазодобычи и подготовки основной продукции, также нефтебазах и иных ёмкостных парках, в том числе агропромышленного комплекса. Наряду с этим полезную роль могут выполнять протекторные модернизированные устройства (диафрагмы, мембраны), препятствующие утечке нефтепродуктов, исключая их попадание в водные ресурсы, находящиеся в круговороте производственного процесса, ориентируясь на улучшение экологической обстановки при сохранении пожарной защиты инженерных систем и сооружений.
Цель исследования - модернизация диа-фрагменного элемента в составе действующей пенной камеры (генератора) низкой кратности типа С8; исключение утечек-паров при дыхании газового конденсата, мигрирующего из ёмкостей в противопожарные трубопроводы водоснабжения сухого исполнения; минимизация негативного воздействия нефтепродуктов на водную среду (ресурс).
Материал и методы исследования. Объектом обсуждения в данной работе выступает узел смешивания и дозирования пенно-водяного раствора при тушении пожара на действующих ёмкостных сооружениях-хранилищах газового конденсата (углеводородного продукта) - пенная камера (генератор) низкой кратности типа С8 со сменным диафрагменным элементом (разрушаю-
щимся в процессе тушения диском из стекла, с рабочим давлением от 3,0 до 12,0 кгс/см2).
Принцип работы узла смешивания противопожарного раствора (пены с водой) и дозирования к месту горения резервуара с углеводородным продуктом основан на принципе гидравлической подачи (доставки) пены за счёт потока воды по системе трубопроводов (в штатной ситуации - сухотрубное исполнение (с атмосферным давлением), в пожароопасной нештатной ситуации - работающий под давлением Рраб. = 8,0 кгс/см2 (0,8 МПа), заполненный комбинированным раствором пены и воды, соединённых с пенной камерой низкой кратности С8, которая завершает ключевую функцию борьбы с огнём (тушения) в общей системе автоматического пенного пожаротушения, входящей в состав сооружений-хранилищ углеводородной продукции.
Существенным недостатком в конструктивном исполнении пенной камеры является невысокая герметичность стеклянного диафрагменного элемента в месте монтажа. Монтажное место представлено металлическим диском, без ответной фланцевой парной части и крепежа. Затруднением выступает разнородность материалов, применяемых в данной конструкции (металл - стекло, при отсутствии уплотняющих и смягчающих элементов в заводском изделии, т.е. при выполнении монтажных операций не обеспечивается в полной мере герметичность диафрагменного элемента как протектора в рабочем процессе, а при повышении условий герметичности происходит повреждение стеклянного элемента за счёт подтягивания дополнительных крепёжных механизмов на металлическом опорном диске внутри пенной камеры). Место установки пенной камеры - тело (вертикальная верхняя часть, под кровлей) резервуара вертикального стального для хранения углеводородного продукта (стабильного газового конденсата) в условиях нефтегазодобычи. В процессе эксплуатации (заполнения, временного хранения и откачки углеводородной продукции, сопровождающейся опорожнением резервуара) осуществляется активное образование (дыхание) паров газового конденсата, которые за счёт недостаточно высокой степени герметичности диафрагменного элемента в составе пенной камеры поступают в связанный с ней трубопровод доставки пены и воды (т.к. в штатном режиме - сухотрубное исполнение), заполняя полость нецелевого участка трубы, внутреннюю трубопроводную обвязку установки автоматического пенного пожаротушения (в локации ёмкостного парка хранения углеводорода) и конденсируются, трансформируясь из газообразной фазы (паров конденсата) в жидкую горючую среду и аккумулируясь в трубе (сухотрубе).
Диафрагменный элемент (не требует обязательной сертификации продукции) должен представлять собой надёжный протектор на границе двух фаз: газообразной со стороны сооружения-хранилища и жидкой среды со стороны трубопровода доставки пены и воды к пенной камере (в период тушения работающий под давлением потока данной смеси).
Данное нарушение технологического процесса сопровождается миграцией паров углеводорода в трубопровод для тушения пожара и охлаждения резервуара, оказывая негативное воздействие на водные ресурсы и повышая уровень риска пожарной и экологической опасности на объекте.
Ключевыми критериями внедрения модернизированного диафрагменного элемента в составе пенной камеры для нужд тушения пожара и экозащиты от распространения (утечек) углеводородной продукции, послужили:
- обеспечение максимальной герметичности конструктивного сменного защитного элемента;
- исключение попадания паров газового конденсата в трубопроводы пеноводяного пожаротушения и минимизация негативного воздействия на окружающую среду (водные ресурсы и почву);
- сохранение уровня противопожарной защищённости в локации сбора и хранения газового конденсата и прилегающей технологической инфраструктуры;
- снижение потерь основного углеводородного продукта (повышение рентабельности производственного процесса).
В работе предлагается полезное использование модернизированного диафрагменного элемента из материала марки «МКРКЛ 450» (рис. 1) взамен мембраны из стекла заводского исполнения при аналогичных условиях (в составе пенной камеры для защиты от утечек углеводородов из резервуаров).
Рис. 1 - Визуализация фрагмента-отхода марки «МКРКЛ 450»
Предлагаемый в работе материал марки «МКРКЛ 450» для изготовления и последующего оснащения пенной камеры сменной диафрагмой-протектором представлен в виде огнеупорного стекловолокнистого картона (ТУ 1593-00305802307-98) - эффективного изоляционного материала, с температурой применения +1150 °С, плотностью 450 кг/м3, с содержанием оксида алюминия (по А1203) не менее 48 % и оксида кремния (по 8Ю2) не менее 45 %.
Материал широко используется в различных отраслях индустрии, включая металлургический сектор (для изготовления прокладок, диафрагм, экранов, изоляции трубопроводов и печей). Огнеупорный картон производится на основе муллитокремнеземистых волокон, получаемых плавкой в электрической печи чистых оксидов алюминия и кремния, с последующим образованием волокна методом раздува.
Основными достоинствами, заявленными производителем материала «МКРКЛ 450», являются: высокая гибкость и механическая прочность (ударопрочность); повышенная сопротивляемость к термоударам и устойчивость к вибрации; стойкость к воздействию агрессивных химических соединений; лёгкость и простота монтажа, долговечность.
Образец модернизированного диафрагмен-ного элемента (рис. 2) из листового огнеупорного картона «МКРКЛ 450», соответствующий оригинальной форме (диск диаметром 275 мм) и подобранной практическим путём толщине (5 = 14 м), подвергался следующим испытаниям:
1) химическая стойкость к реальной эксплуатационной агрессивной среде (стабильному газовому конденсату);
2) прочность и герметичность при пневматическом испытании образца сжатым воздухом на испытательном стенде заводского исполнения;
3) прочность и герметичность при гидравлическом (рис. 2) испытании образца давлением воды на испытательном стенде незаводского исполнения (т.е. модельной установке, с максимальной имитацией реальных условий).
Образец (до испытания) был предварительно обработан специальным защитным покрытием (в том числе с гидрофобными свойствами) из смазывающего материала марки «Литол-24» со стороны места присоединения пенной камеры к телу резервуара-хранилища (в целях снижения степени проницаемости паров газового конденсата, влаги конденсата через слой модернизированного мембранного элемента и дополнительного блокирования пор, возможно, микротрещин на поверхности зеркала испытуемого образца-протектора из «МКРКЛ 450»). Объект исследования создан из отхода химически стойкого огнеупорного картона марки «МКРКЛ 450», ориентирован на ключевую концепцию
Рис. 2 - Визуализация гидравлического испытания диафрагмы из «МКРКЛ 450»
процесса косвенного рециклинга (т.е. отходы одного производства являются сырьём или готовой продукцией для другого).
Результаты исследования. Проведённые испытания и мониторинг продемонстрировали, что предлагаемый материал «МКРКЛ 450» для изготовления (на токарном станке) диафрагменного сменного элемента с последующим оснащением пенной камеры отражает следующие положительные результаты:
- по истечении 10 суток испытания образца в реальной эксплуатационной среде в закрытом прозрачном сосуде (с погружением в стабильный газовый конденсат), с активным массообменом испытуемой среды, с целью образования агрессивных паров и газов, при визуальном осмотре и механическом сжатии образца не обнаружено признаков растрескивания, окаменения, охруп-чивания, разволокнения (т.е. сохраняется целостность и геометрическая форма образца);
- при нагружении испытуемого образца на пневмо-испытательном стенде (заводского исполнения) давлением от 0,0 до 1,1 кгс/см2, потерь давления воздуха не обнаружено, внешних признаков отклонения или разрушительного характера не выявлено. При увеличении испытательного давления на образец до 1,3 кгс/см2 произошла полная потеря герметичности, сопровождаемая звуковой и визуальной (трещина) потерей воздуха. Следует учесть, что эксплуатация резервуара вертикального стального выполняется при низкой величине избыточного давления (под налив), поэтому сопротивление, оказываемое материалом по отношению к приложенной распределительной нагрузке воздуха (т.е. при имитации действия избыточного давления паров газового конденсата) на поверхность круглой диафрагмы (давлением до 1,1 кгс / см2 включительно), отражает весьма жёсткие условия испытания по отношению к реальным эксплуатационным данным процесса и имеет положительный результат. Следует отметить, что давление гидростатического столба жидкого газового конденсата на площадь поверхности модернизированной диафрагмы исключается ввиду того, что пенная камера расположена в самой верхней точке резервуара (под кровлей);
- при нагружении испытуемого образца на гидроиспытательном стенде (не заводского исполнения), в основе которого применялась действующая заводская пенная камера С8, с подключённым исправным пожарным рукавом диаметром 77 мм
к действующей сети водоснабжения, с рабочим давлением 6,0 кгс/см2, оснащённой механическим манометром и отключающим запорным органом, разрушений не обнаружено. При заполнении гибкого пожарного рукава водой из сети и воздействии давлением на поверхность испытуемого материала с величиной 6,0 кгс/см2 в течение 7 сек. с момента его 100 %-ного нагружения произошло разрушение модернизированного диафраг-менного элемента в полном объёме до размеров заводского условного прохода (диаметром 215 мм) в пенной камере. Следует учесть, что при возгорании резервуара вертикального стального с углеводородной горючей продукцией тушение и орошение выполняются при проектном давлении в противопожарной сети водоснабжения 8,0 кгс/ см2, что выше испытательного давления на 33,3 % и позволяет дополнительно сократить временной интервал в момент разрушения модернизированной диафрагмы.
Дополнительно к представленным практическим результатам испытания образца из материала марки «МКРКЛ 450» можно предположить, что наряду с характеристиками, отражёнными в работе, предлагаемый модернизированный диафраг-менный элемент пенной камеры низкой кратности может выступать в роли сорбента, поглощающего токсичные, агрессивные газы и пары газового конденсата, нефтепродуктов. Модернизированный объект исследования может выступить надёжным ЭКО-протектором в миграции паров, капельной жидкости бензиновых и дизельных продуктов в сети пожарного водоснабжения, например в топливно-парковом хозяйстве и на нефтебазах агропромышленного комплекса.
Выводы. Задача, направленная на повышение эффективности технологических процессов и усовершенствование механизмов нефтегазопро-мыслового сбора и хранения нефтепродуктов, всегда остаётся актуальной, так как, предложив готовое разумное конструктивное, технически несложное и экономически недорогое решение, можно значительно повысить степень противопожарной безопасности (защиты), исключить потери (утечки) углеводородов в результате создания барьерной защиты от миграции нефтепродуктов, паров (дыхания) газового конденсата в водную среду системы противопожарного водоснабжения и автоматического пенного пожаротушения, тем самым улучшить экологическую обстановку окружающей среды и принести предприятию
дополнительную прибыль (повысить рентабельность) [7].
Человек обязан всегда понимать тот факт, что только разумное взаимодействие с уязвимой экосистемой, нахождение компромисса в условиях трёхстороннего существования человека - природы - производства будет способствовать формированию и дальнейшей эволюции экологической культуры в обществе (при сохранении противопожарной защиты), направленной на предотвращение необратимых естественных процессов.
Литература
1. Маричев А.В. Совершенствование систем ликвидации разливов нефти (ЛРН) в замерзающих морях: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2009. 23 с.
2. Гончаров A.B. Локальный прогноз нефтегазоносности суб-аквальных площадей прибрежно-морского мелководья и побережья по результатам донной геохимической съёмки: автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. СПб., 2012. 21 с.
3. Голева Р.В. Об итогах 11-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа СНГ // Рациональное освоение недр. 2013. № 6. С. 74 - 77.
4. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л., 1983. 263 с.
5. Долина Л.Ф. Современная технология и сооружения для очистки нефтесодержащих сточных вод: монография. Днепропетровск. 2005. 296 с.
6. Труды 13-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO // CIS Offshore 2017). СПб., 2017. 448 с.
7. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении / А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Левченко Т.М. [и др.] М., 1983. 288 с.
Егоров Александр Иванович, соискатель, руководитель группы по обслуживанию оборудования водоснабжения и водоотведения
ООО «Газпром добыча шельф Южно-Сахалинск», ПАО «Газпром» Е-mail: alex.shtorm@mail.ru
Юхин Дмитрий Петрович, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34 Е-mail: amelenteva@mail.ru
Modernization of the diaphragm element of the foam chamber as a way to protect the aquatic environment from oil products outflow from storehouses
Egorov Aleksandr Ivanovich, research worker, head of the group for maintenance of water supply and wastewater equipment
Gazprom mining shelf Yuzhno-Sakhalinsk, PJSC Gazprom Е-mail: alex.shtorm@mail.ru
Yuhin Dmitry Petrovich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor Bashkir State Agrarian University
34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia E-mail: amelenteva@mail.ru
The purpose of the study is the modernization of the diaphragm element in the composition of the active foam chamber (generator) of low multiplicity type CS; elimination of leakage vapors during breathing of gas condensate migrating from tanks to dry fire water supply pipelines; minimization of the negative impact of oil products on the aquatic environment (resource). The object of discussion in this work is the unit for mixing and dispensing foam-water solution during fire fighting at existing capacitive storage facilities for gas condensate (hydrocarbon product) - a foam chamber (generator) of low multiplicity type CS with a replaceable diaphragm element (a disk from glass, with working pressure: from 3.0 to 12.0 kgf/cm2). The tests and monitoring demonstrated the positive results of the proposed material "MKRKL 450" for the manufacture (on a lathe) of a diaphragm interchangeable element, followed by equipping the foam chamber.
Key words: foam chamber, diaphragm, tread, modernization, oil products, leakage, environmental safety. -♦-
