книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

С первых секунд контакта с морской средой				в первые часы и сутки после разлива. Одновре­
сырая нефть перестает существовать как исход­				менно развиваются процессы растекания и дрейфа
ный субстрат и		подвергается сложным	и дина­	нефтяной пленки на поверхности моря (в основ­
мичным процессам переноса, рассеяния и транс­				ном под действием ветра и течений) с растворе­
формации, которые негативно влияют на эффек­				нием и эмульгированием нефти		в морской воде
тивность	проведения операций по		ЛАРН	в результате ветрового	перемешивания верхнего
(табл. 2.18). Схематическое отражение этих про­				слоя. Растворимость снижается с увеличением их
цессов, а также		их количественное соотношение		молекулярной массы.	Поэтому	ароматические
дано на рис. 2.8-2.10. Особенно быстро происхо­				соединения (особенно такие, как бензол, толуол)
дит испарение легких нефтяных фракций: от 30				быстро переходят в водную фазу в отличие от
до 60 %	нефти исчезает с поверхности моря уже			многих алифатических УВ.
						Таблица 2.18
		Влияние процессов, происходящих с нефтью,
		на операции по ликвидации аварийных разливов нефти
Процесс			Влияние на операции по ЛАРН
Растекание		Приводит к увеличению площади нефтяного пятна и уменьшению толщины нефтяной пленки,
		что затрудняет его локализацию, а также увеличивает зону реагирования, обусловливая необ­
		ходимость привлечения большего количества личного состава, средств локализации и увели­
		чение времени проведения операций по локализации, снижение эффективности работы
		нефтесборщиков
Перенос		Изменяет положение нефтяного пятна, что предполагает постоянное отслеживание места его
		нахождения. Основная опасность — вынос нефти и нефтепродуктов на берег. Может иметь
		положительную функцию при переносе нефти в сторону открытого моря
Испарение		Приводит к потере массы разлитой нефти и изменению ее исходных свойств, что необходимо
		учитывать при выборе средств ЛАРН. Увеличивает вероятность возникновения пожара, а также
		отравления личного состава
Диспергирование		Имеет положительное влияние только в одном случае — при разливе нефти в открытом море.
		При этом уменьшается количество нефти на поверхности моря. Не допускается при разливах
		во внутренних водоемах, а также в прибрежных зонах и в местах с глубинами менее 150 м,
		т. к. в этом случае наносит серьезный урон флоре и фауне водоема, а также служит источником
		вторичного загрязнения, что значительно осложняет и растягивает по времени операции по ЛАРН
Эмульгирование		Значительно увеличивает объем разлива (до 80 %), а также изменяет плотность и температуру
		вспышки нефти. Эти обстоятельства необходимо учитывать при расчете средств сбора, вре­
		мени проведения операций по ЛАРН, а также количества емкостей временного хранения
		собранной нефти
Осаждение		Приводит к потоплению на дно водоема тяжелых фракций нефти, которые служат источником
		вторичных загрязнений и оказывают негативное воздействие на флору и фауну водоема.
		Осуществлять их сбор сложно, а часто даже невозможно
Окисление		Незначительно вследствие малого влияния на свойства и поведение разлитой нефти
Растворение		Приводит к значительным экологическим последствиям, токсическому заражению воды
Биоразложение		Медленный процесс, оказывающий незначительное влияние на ЛАРН, однако он может
		использоваться в качестве метода доочистки водоемов от нефти. При этом необходимо
		учитывать климатические условия

а

Количество нефти, %

б

Количество нефти, %

Рис. 2.10. Преобладание основных процессов, происходящих с разлитой на воде нефтью: а) в первые сутки после разлива; 6) в течение 300 ч после разлива;

1— переход в водную фазу; 2 — естественное диспергирование; 3 — поверхностное растекание; 4 — затопление; 5 — испарение

Диспергированная и растворенная нефть нака­ пливается в морских организмах (особенно в мол­

люсках	за счет их	фильтрационного питания),
а также	используется	в качестве пищевого суб­

страта для нефтеокисляющих бактерий, которые способны быстро разлагать диспергированные в толще воды УВ. В результате этих многофактор­ ных и взаимосвязанных процессов разлитая в море нефть распределяется на агрегатные фракции (формы нахождения), включая поверхностные пленки, растворенные и взвешенные формы, эмульсии, осажденные на дно твердые и вязкие компоненты и аккумулированные в организмах соединения. Доминирующими миграционными формами в первые часы и сутки после разлива являются нефтяные пленки и эмульсии. В раствор переходит не более 1 % сырой нефти, а концен­ трация растворенных УВ под пленкой нефти обычно не превышает 0,5 мг/л и сохраняется лишь в течение нескольких часов. При значительных разливах (более 1000 т) под нефтяной пленкой на глубинах до 10 м может присутствовать эмульги­ рованная нефть в концентрациях до 5-10 мг/л, однако время существования этих фракций также не превышает нескольких часов.

Нефтяные разливы относятся к числу наиболее сложных и динамичных явлений распределения примесей в море.

Каждый такой разлив уникален из-за практиче­ ски бесконечного набора конкретных природных и антропогенных факторов в данном месте и в дан­ ное время. Из рис. 2.10 видно, что изменение количественного соотношения процессов не имеет постоянной зависимости. Это связано с влиянием внешних факторов, например изменением волне­ ния на море, а также силы и направления ветра. Особенно эти факторы влияют на соотношение количеств нефти, находящейся на поверхности воды и участвующей в поверхностном распро­ странении, и нефти, образующей водонефтяную эмульсию и распространяющейся в толщу воды. Из рис. 2.10, 6 хорошо видно, что при общей предсказуемости развития основных процессов в частностях картина имеет нестабильный характер.

Особенно сложная картина складывается в ледо­ вых условиях, когда скорость испарения и распада УВ резко снижается, а нефть аккумулируется под ледяным покровом, в его полыньях, пустотах и сохраняется здесь до начала таяния льда.

2.2.1. Растекание нефти

Процесс растекания нефти зависит от ее природы

иусловий окружающей среды. На его интенсив­ ность кроме ветра существенное влияние может оказывать температура воды, особенно при разливе высоковязкой нефти и нефти, обладающей склон­ ностью к затвердеванию при низких температурах.

При любом разливе растекание нефти по спо­ койной поверхности воды связано с действием сил тяжести, инерции, внутреннего трения (вязкости)

иповерхностного натяжения.

Попадая в водоем, нефть и нефтепродукты сразу же выделяются на поверхности воды в виде пленки. Толщина образующейся пленки зависит от внешних условий, интенсивности и длительности распростра­ нения загрязнения и может колебаться от несколь­ ких миллиметров до мономолекулярного слоя.

Факторами, которые влияют на толщину пленки нефти, являются интенсивность кристаллизации парафина, скорость испарения и выветривания

легких	фракций, степень растворения в воде,
а также	скорость образования водонефтяной

эмульсии, представляющей собой некоторую про­ межуточную стадию между состояниями нефти в пленочном и растворенном видах. Интенсивность кристаллизации парафина определяется содержа­ нием парафина в нефти и температурой воды. Если нефть и нефтепродукт имеют температуру застывания выше, чем температура воды, то про­ исходит достаточно быстрое отвердение нефти с образованием сгустков. Нефть будет также выде­ лять сгустки после того, как растворятся в воде или испарятся легкие фракции. При небольших скоростях растекания нефти даже незначительный ветер (скорость примерно 1,35 м/с) обеспечивает перемещение пятна быстрее, чем скорость расте­ кания. Установлено, что на перемещение отдельных пятен нефти ветер оказывает большее влияние, чем движение воды, и что нефть движется по направлению ветра со скоростью, составляющей 3-4 % от скорости ветра.

При локализации разлива предотвращение рас­ текания нефти является главной задачей, т. к. оно приводит к увеличению площади загрязнения

иосложняет последующий процесс сбора нефти

споверхности водоема.

Необходимо отметить, что в некоторых случаях процесс растекания может быть полезен. Например, при разливе нефти в открытом море, особенно если

ее относит в противоположную от побережья сто­ рону. В этом случае снижается риск загрязнения береговой полосы.

М оделирование процесса растекания нефти на поверхности воды. В ходе детального иссле­ дования установлены т р и с т а д и и растекания:

1) начальная, на которой растекание происхо­ дит под действием сил гравитации и инерционного сопротивления;

2) промежуточная, на которой преобладают силы гравитации и вязкостного торможения;

3) конечная, на которой растекание происходит

под действием	сил поверхностного натяжения
и вязкостного торможения.
На рис. 2.11	показаны силы,	действующие на
разлитую нефть.
Можно показать, что интенсивность стадий
растекания различна. Стадия 1		полностью иден­

тична модели Блоккера, несмотря на видоизме­ ненную формулу. Режимы гравитация— инерция и гравитация— вязкость действуют, пока пятно имеет сравнительно большую толщину.

Представляется маловероятным, что на практике могут существовать режимы, соответствующие стадиям 1 и 2, за исключением случаев залповых крупных разливов. Расчеты показывают, что даже при разливе 104т нефти стадия 1 завершится уже через 1 ч. Стадия 2 будет продолжаться несколько суток до начала стадии 3. Для меньших разливов стадия 3 начинается раньше. Для мелких разливов можно ожидать наступления стадии 3 почти немедленно.

Первоначально движущую силу обусловливает сила тяжести, которая заставляет растекаться нефть равномерно по всем направлениям. По мере растекания толщина пленки нефти уменьшается, а сила тяжести и соответственно инерция падают, начинает преобладать вязкостный режим растека­ ния, который заканчивается режимом, обуслов­ ленным силами поверхностного натяжения, раз­ меры которых определяются наличием в нефти природных поверхностно-активных веществ.

Для всех этих режимов выведены уравнения, по которым можно рассчитывать радиус нефтяного пятна и время растекания:

а) в период растекания под действием гравита­ ционных сил (инерционное растекание):

			Л		1
II		тэ	) (	v	V
	I		VJ	н р		(2.19)
(	к	\
.	к 1р		l	«	J	( 2.20)

где /,, — время перехода от инерционного режима растекания к вязкостному, с; К2р — константы растекания, равные соответственно 1,45 и 1,14; Кнр— объем нефтяного разлива, см3; ги — радиус нефтя­ ного пятна к моменту смены режимов растекания (инерционный — вязкостный), см; g — ускорение свободного падения, см/с“

Определяем

А = (Р. - Рн)/Цв,

(2.21)

где рв и рн — плотности воды и нефти, r/см3; |л„ — вязкость воды, см2/с;

б) в период вязкостного распространения:

( к	V
ч
т. = ■	( 2.22)

a(A g u . )3 К Зр

Рис. 2.11. Схема сил, действующих на разлитую нефть: G— гравитационная сила; Gi — сила поддержания, характеризуемая разностью плотностей воды и нефти; Р — горизонтальные силы, характеризующие текучесть нефти; F — силы поверхностного натяжения и вязкости, препятствующие растеканию нефти до тех пор, пока Р < F

- - d	(2.23)
г„=к?к:- ■? g * р

где тв — время перехода от вязкостного режима растекания к режиму растекания под влиянием

поверхностных сил, с; гн.„ — радиус нефтяного						где Ki — постоянная для каждого сорта нефти
пятна к моменту смены вязкостного режима						(для западно-сибирской, кувейтской, иракской,
режимом растекания под влиянием поверхностных						венесуэльской нефти соответственно Kt= 320; 1480;
сил, см; о — поверхностное натяжение на границе						975; 1340).
вода—нефть, дин/см; К3 — константа растекания,						На рис. 2.12 приведены графики, показываю­
равная 2,3;						щие изменение толщины нефтяного пятна и его
в)	в период распространения под влиянием силрадиуса на примере разлива 6 тыс. м3						Все данные,
поверхностного натяжения:						полученные путем расчета по приведенным выше
						уравнениям, являются приближенными и могут
						служить только для ориентировочного определе­
	Г*. = *3 чГ,				(2.24)	ния размеров пятна, т. к. в них не учтены гидро­
						метеоусловия разлива, испарение,	растворение,
где ; н п — радиус нефтяного пятна при растекании						эмульгирование нефти и другие превращения,
						происходящие с нефтью под действием внешних
под влиянием поверхностных сил, см.						факторов.
Конечный радиус разлива нефти можно опре­						Для практической проверки динамики процесса
делить по формуле						растекания нефти в 1982 г. Дхаранский университет
						(Саудовская Аравия) провел эксперимент: в Пер­
		105К3/4				сидском заливе были поочередно разлиты нефть
	г.	J	л		(2.25)	тяжелого типа (около 2 т) и легкого типа (~2,5 и 8 т).
Толщина нефтяной пленки за время разлива						Произведенные с помощью аэрофотосъемки
						измерения в одних случаях показали существенное
будет изменяться по закону						отличие результатов от значений, вычисленных по
				-|2		формулам Блоккера и Фея (формула, дающая
	h =					близкие результаты к определенным по формуле
		I d ^ - d J K		, тв	(2.26)	Блоккера), а в других случаях результаты замеров
						были близки к расчетным.

Рис. 2.12. Зависимость радиуса г и толщины h нефтяного пятна от времени т с момента разлива: коэффициенты растекания для кривых 1,2,3 равны соответственно 5; 15 и 30 МН/м

На процесс растекания большое влияние ока­ зывают: температура окружающей среды, в зави­ симости от которой изменяются свойства нефти (вязкость, плотность, поверхностное натяжение); направление и скорость течения и ветра; основные параметры нефтяного пятна и скорость его фор­ мирования.

К причинам и источникам нефтяного загрязне­ ния моря относятся, например, аварии на танкерах и подводных трубопроводах. В первом случае нефть растекается пятном на поверхности моря. При этом в зависимости от количества нефти и скорости ее истечения при моделировании этот разлив может представляться как «залповый» выброс или как непрерывное поступление нефти в течение какого-то времени. В случае аварий на трубопроводах происходит глубинный выброс нефти, моделирование которого представляет опре­ деленные трудности, связанные с особенностями выхода нефти на поверхность из глубинных слоев.

Для проведения оценочных расчетов перемеще­ ния и растекания нефтяного пятна можно исполь­ зовать следующие формулы.

Гравитационное растекание. Если некоторый объем нефти Кнр попадает в море, то силы грави­ тации довольно быстро приводят к формированию слика на поверхности; площадь S слика можно оценить по формуле

		К*	1.33
— ■= K.S033			(2.27)
dx	1	. 5

где К\ — размерный коэффициент, равный 150 с"1* т — время. Процесс гравитационного растекания обычно занимает короткий промежуток времени, поэтому в моделях долгосрочного прогноза пове­ дения нефти в море его, как правило, не учитывают или по формуле (2.20) оценивается начальная площадь пятна.

Адвекция. Движение пятна нефти как единого целого происходит под воздействием течения, компоненты вектора v, которого определяются совокупностью ряда составляющих:

wid	wad	d	+ V	с	,
V.	+ V	+ V.		i		(2.28)
i	i	i			7

где v,wld и v,wad соответствуют ветровому и волно­ вому дрейфу пятна, которые в общем случае могут

не совпадать по направлению; vf — средняя ско­

рость дрейфового течения; v* — средняя клима­

тическая составляющая скорости течения. Дрейф пятна под непосредственным воздействием ветра и волн учитывался на основе соотношения

v”,d +v”ad =0,03иА для случая, когда волнение

развивается в направлении ветра.

Турбулентная диффузия. Капли нефти, обра­ зующиеся вследствие процесса диспергирования (см. ниже), также находятся под воздействием процессов горизонтального и вертикального пере­ мешивания, эффективность которых помимо интен­ сивности процессов диффузии будет определяться также размером и плотностью капель. Некоторые большие капли могут подниматься кверху, при­ мыкая к поверхностному пятну, но если турбу­ лентность достаточно интенсивна, то большинство их остается в толще воды и в совокупности с нефтью на поверхности составляет пятно нефти, охваты­ вающее определенный приповерхностный слой моря.

В простейшем случае для аналитического опи­ сания распределения нефти по глубине (z) в резуль­

тате турбулентного перемешивания		используется
полуэмпирическая формула
С = С5ехр	4 ДV/ J	(2.29)
ч

где Cs — концентрация нефти на поверхности моря. По результатам исследования было найдено, что эффективный коэффициент вертикальной турбу­ лентной диффузии нефти Aw « 0,0126 м2/с. Спустя 70 ч после выброса нефть может занимать слой толщиной до 10 м, при этом ее концентрация во всем слое не превышает 2-4 % от начальной.

Анализ многочисленных данных по математи­ ческому моделированию разливов нефти показы­ вает, что для массы разлившейся нефти от 0,3 до 10 тыс. т время формирования пятна составляет 6- 14 ч (под формированием пятна понимается период наиболее интенсивного изменения основных его параметров). При этом в первые 2 -4 ч после выброса пятно формируется наиболее интенсивно. В холодное время года формирование нефтяного пятна идет медленнее. Для разливов нефти до 10 тыс. т существование нефтяного пятна как еди­ ного целого возможно при скорости ветра до 12- 15 м/с и волнении моря 3-4 балла.

Р азливш аяся		на п ов ер хн ости		моря неф ть п ер е ­
м ещ ается	в том	ж е направлении		и с той ж е ск о р о ­
стью , что	и п ов ер хн остн ы й		сл ой	воды . Главны ми
ф ак торам и , оп р ед ел яю щ и м и			п ер ем ещ ен и е		неф тя­
н ого пятна, являю тся теч ен и е и ветер.
Р а с т е к а н и е		н еф т и н а м о р е . Р астек ание			и тур ­

бул ен тн ое р ассеи в ан и е неф ти являю тся проц ессам и естеств ен н ого рассеивания. И нтенсивность п р оц ес­

сов о п р ед ел я ется обр азов ан и ем								«ветровы х п ол ос» .
Л ен гм ю р	р азр аботал				теор и ю			дв и ж и м ы х			ветром
ви хревы х ячеек для					обосн ов ан и я н абл ю давш ей ся
им т ен д ен ц и и			к сб о р у			пятен,		пены , в одор осл ей
и п л ав аю щ его			м у со р а			в параллельны е				п ол осы ,
вы тян уты е по нап равлен ию ветра.
В и хр ев ы е			си стем ы			состоя т		из бол ьш и х гори ­
зон тал ьн ы х ц и л и н дри ч еск и х							яч еек		воды ,		р асп о ­
л ож ен н ы х параллельно						д р у г	д р у гу		и п о д		малы м
угл ом к нап равлен и ю					ветра. С о с ед н и е ячейки вра­
щ аю тся	в п р оти в оп ол ож н ы х						нап равлен иях, п ер е ­
м ещ аясь	вни з		и обр азуя у зк и е					п ол осы , в которы х
встречаю тся		н и сходя щ и е п оток и с о с е д н и х									вихрей .
А н ал оги ч н о		с	п р оти в оп ол ож н ы х ст о р о н							вращ аю ­
щ ихся ц и л и н дров				обр азую тся				зон ы	в осходя щ и х
потоков, к оторы е у				п ов ер хн ости в заи м одей ств ую т

с ни сходящ им и потокам и. В результате плаваю щ ий

на п ов ер хн ости воды	м атериал кон ц ен три руется
в виде параллельны х	п ол ос м еж д у н и сходящ и м и
потокам и.

Р асстояния м еж д у «ветровы м и п ол осам и », рав­

ны е 5-к ратной ск ор ости (м /с ) ветра, и м ею т тен ­

ден ц и ю к стаби л и зац и и в д и ап азон ах 2 6 - 3 0 , 3 6 —40

и 4 8 - 5 2 м. П	одобн ы е полосы	ф ор м и р ую тся по
всей площ ади	неф тяны х пятен,	одн ак о, по всей

вероятности, циркуляция в н и ж ел еж ащ ем сл ое п о д толсты м и пленкам и неф ти п одавл ен а на ранн их стади ях растекания и сл ой н еф ти б у д е т сп лош ны м . Если после образования «ветровы х п ол ос» направ­ л ен и е ветра сущ ествен н о изм енится, первоначально обр азов авш и еся «ветровы е п ол осы » разби ваю тся на новые полосы , располож енны е п од углом к перво­ начальной схем е, каким бы ни бы л масш таб разлива. Как только обр азую тся «ветровы е п олосы », интен ­ сивность п р оц есса рассеивания и др уги х проц ессов в каж дой из п ол ос б у д е т так ой ж е, как наблю дав­ шаяся при небольш их эксперим ентальны х разливах.

О тм ечается тен ден ц и я к др ей ф у разлитой нефти вправо о т и сти н н ого направления ветра, п од углом 0 - 2 1 ° к н ем у . Результаты согл асую тся с теор и ей спирального др ей ф а Экмана, которая предсказы вает

углы др ей ф а	0 - 2 2	°	вправо от ср ед н и х ш и р от
в С ев ер н ом полуш ари и .
Н еф тяны е	пятна		п ерем ещ аю тся п о д дей ст в и ем

р езультирую щ его вектора, равного сум м е векторов

полного течения или приливного течения и неболь­

ш ой части вектора ветра. П редставляется, что эта

часть вектора ветра зависит от толщ ины слоя нефти.

Т олсты е		«ковры » в одон еф тя н ой эм ул ь си и м огут
им еть	к оэф ф и ц и ен т		дей ств и я		ветра	4 - 5 %, в	то
время	как для тон к и х п лен ок				б о л ее	вероятно	его
зн ачен и е		1—4 %. Для	целей прогнозирования п ере­
мещ ения		неф тян ы х	пятен	м ож ет бы ть принят			ко­
эф ф и ц и ен т дей стви я			ветра	3 %. Э то		обесп еч и в ает

д о с т а т о ч н у ю т о ч н о ст ь и с сл ед о в а н и й в ер о я т н о ­ ст н ы х м оделей, а при реальны х разливах в прогнозы

м огут п ер и од и ч еск и в носи ться коррективы п о

р езул ьтатам н а б л ю д ен и й .

Благодаря м н огочисленны м визуальны м н абл ю ­

ден иям	за разливам и, вы веден о		сл ед у ю щ ее ур ав ­
н ен и е,	связы ваю щ ее	коли чество	растекш ейся по
в одн ой	п ов ер хн ости	неф ти (q, л/к м 2) с тол щ и н ой
пленки (А, мкм):
	«7 = 4 + 1137/».		(2 -3 ° )

2.2.2. Испарение нефти

И сп ар ен и е			н еф ти	—	эт о п р о ц есс		п е р е х о д а
в а тм о сф ер у		к ом п он ен тов неф ти с ни зк им и т е м п е ­
ратурам и	кипения. С к орость исп арен и я						является
ф ун к ц и ей	давлени я			н асы щ ен н ого		пара	к аж дого
к ом п он ен та		н еф ти, его			к он ц ен трац и и ,		толщ и ны
пленки н еф ти ,			ск ор ости		ветра и	тем п ер атур ы .
Н аи бол ее и н тен си вн о				и сп ар ен и е в т еч ен и е первы х

неск ольк и х часов п осл е разлива.

Л егк оисп аряю щ иеся неф тепродук ты (н ап ри м ер,

бен зи н ,	л егк и й газойль)	б у д у т	испаряться,	как
и л егк и е	ф ракции сы ры х	н еф тей ,	оставляя на	п о ­

в ер хн ости воды м ен ее испаряем ы е ф ракции в в и де вы сок овязких остатков.

И сп ар ен и е является начальны м п р о ц ессо м у д а ­ ления неф ти с поверхн ости моря. Э тот п р оц есс для

бол ьш и н ств а ти пов неф ти н аи бол ее важ ен . В п р о ­
ц е с с е	и сп ар ен и я неф ть м о ж ет терять			в	п ервы е
сутк и	ок ол о 2 5	- 3 0 %	л егк и х ф ракций . Т яж елы е
ф ракции н еф ти		б о л ее	устойчи вы и з-за	огр ан и ч ен ­
ного	исп арен и я,	п оэтом у и сп ар ен и е н еф ти			м о ж ет
п р одол ж аться м есяцы . И сп арен и е л егк и х					к ом п о ­

нентов п р и води т к ув	ел и ч ен и ю п л отн ости и вязко­
сти ост аю щ ей ся на	п ов ер хн ости воды неф ти .

П лотность нефти м ож ет оказаться больш е плот­

ности воды, и нефть станет тонуть. И спарению

подвергаю тся алифатические У В, в то время как н аи бол ее токсичны е аром атические соединения не испаряю тся.

И спарение низкокипящ их компонентов следует

учиты вать при принятии мер по локализации раз­ лива нефти и выборе ее способов. О сновное внима­ ние необходим о уделять защите персонала от отрав­ ления и предотвращ ению возмож ности взрывов.

Нефть и нефтепродукты — многокомпонентные вещ ества. Каждый из компонентов испаряется

с различной интенсивностью . Для учета этого важ­ ного свойства можно использовать так называемый

псевдоком понентны й подход. Суть этого подхода

в том , что нефть представляется в виде набора

угл еводор одн ы х фракций, сгруппированны х по

молекулярной массе и физико-химическим свойст­ вам. Такой п одход бол ее точно описы вает процесс

испарения	каждой из фракций		и	см еси в целом.
При этом скорость потери массы			— L каждой (/-й)
				dx
из ком понент в результате испарения					мож ет быть
р ассчи тан а	на осн ове	известн ого			давления ее
п ар ов /?„	м олек улярной массы			М,	и площ ади
р астекан ия S:
	dm, _ KEMiPi
	dx	RtH f>’			(2 'j1 )

где R — газовая постоянная; /„ — температура нефти; f — доля /-й фракции; КЕ— коэффициент м ассового переноса У В , связанный со скоростью ветра иа'.

	КЕ = 0,0025м °'78	(2 .32)
М етодика определения интенсивности испарения
различны х	ж идкостей при различных	скоростях
дв и ж ен и я	воздуха и тем пературах их	поверхно­

стн ого слоя излож ена в НПБ 105-03 «О пределение категорий зданий, помещ ений и наружных устано­ вок по взры вопож арной и пож арной опасности».

С огласн о НПБ 105-03,	масса паров /и„, посту­
паю щ их в пом ещ ение при	испарении с открытой

п оверхн ости ж идкости, определяется по формуле

	т» = WFЛ	(2 .33)
где W —	и н тенси вн ость испарения	ж идк ости
с отк ры той	поверхности, кг/(м“ • с); FH— площадь

поверхности испарения, м2; т — время, в течение которого происходит испарение, с.

у
W = lO-6r]M2ps,	(2.34)

где т| — коэффициент, принимаемый по табл. 2 НПБ 105-03 в зависимости от скорости и темпера­ туры воздушного потока над поверхностью испа­ рения; М — молекулярная масса вещества; р5 — давление насыщенных паров, кПа.

Эта методика не учитывает изменение интен­ сивности испарения жидкости при скоростях ветра более 1 м/с, температуры ее поверхностного слоя, которая, как правило, отличается от температуры окружающей среды, изменение давления насы­ щенных паров (ДНП) в зависимости от времени испарения и высоты слоя жидкости.

С учетом указанных ограничений нецелесооб­ разно использовать данную методику для опреде­ ления интенсивности испарения нефти и нефте­ продуктов с открытой поверхности в окружаю­ щую среду, поскольку расчетные значения будут значительно отличаться от истинных.

Зависимость расчета плотности потока массы у, кг/(м2 • с), при испарении светлых нефтепродуктов

в резервуарах:
y = O ,O 6 5 ^ R e ° - 8P rngM°-50 ,	(2.35)

где р — плотность, кг/м3; р — кинематический

коэффициент вязкости, м‘/с; F0 —	площадь огра­
ждающей конструкции, м2; V — объем, м3; М —
молекулярная масса паров; Re,	Рг,	0 —
критерии (числа) подобия.

Использование данной методики для расчета плотности потока массы паров УВ осложняется из-за отсутствия справочных данных, а также методики расчета коэффициента диффузии этих паров. Эта зависимость не учитывает влияние тол­ щины слоя жидкости и изменение плотности потока массы во времени.

Количество	испарившихся		нефти и нефтепро­
дуктов можно	определить,	используя		преобразо­
ванное уравнение Н.Н. Константинова:
	'ип„ = - ^ п —		<	(2-36)
	F	Ps

где шпн — потери от испарения, %; pso — упругость насыщенных паров исходной нефти и нефтепро­ дуктов, мм рт. ст.; ps — упругость насыщенных

паров нефти и нефтепродуктов после испарения, мм рт. ст.; К — коэффициент, определяемый экс­ периментально для каждого сорта нефти и нефте­ продуктов.

При испарении нефти и нефтепродуктов со сво­ бодной поверхности давление их насыщенных паров понижается. Степень понижения ДНП во времени зависит от следующих параметров: динамической вязкости начальной нефти и нефтепродуктов при температуре 20 и 5 °С; их плотности при темпера­ туре 20 °С; температуры начала кипения (/нк); тем­ пературы их поверхностного слоя (7ПС); высоты монослоя (Ам); скорости движения воздуха над поверхностью испарения (vB); времени с начала процесса испарения (т).

Для определения массы при испарении с откры­ той поверхности получено расчетное соотношение:

		/	\-4 .5
	^ -	= 1,7(Н о-1)"0’17	(2.37)
U	V	критерии гомохронности.
где Но = - £—

К.

Процесс испарения приводит также к увеличе­ нию вязкости нефти р. Это изменение задается формулой

ц = р 0 ехр(Сц^н),

(2.38)

где ро — начальная вязкость; Сц — коэффициент порядка 1- 10, выбираемый в зависимости от типа нефти (для газолина, керосина и легких дизельных топлив С(1= 1, для других нефтепродуктов Сц= 10); Ря — доля испарившейся нефти.

В настоящее время исследуется применимость приведенных методик для расчетного определения количества испаряющейся нефти и нефтепродук­

тов с открытой	поверхности земляных	амбаров,
в которые они	поступают в результате	откачки

из горящих резервуаров.

Наиболее существенными физико-химическими показателями, определяющими поведение нефтяных УВ в воде, являются интенсивность испарения из воды и растворение в воде.

Летучесть химического соединения, зависящая от упругости его паров, определяет один из глав­ ных источников поступления в атмосферу и может приводить к его распространению на большие территории.

Для оценки скорости испарения вещества с поверхности жидкости может быть использовано видоизмененное уравнение Кнудсена:

Q = fiP(M/2nRT)0'5,

(2.39)

где Р = (1,98 ±0,020)- 10~5 — множитель, учитываю­ щий, что испарение вещества происходит в воздух, а не в вакуум; р — давление паров вещества; М — молекулярная масса; Т — абсолютная температура.

2.2.3. Естественное диспергирование нефти

Естественное диспергирование нефти — это процесс, в результате которого нефть или эмульсия удаляется с поверхности морской воды под воздей­ ствием турбулентного перемешивания и воздей­ ствия поверхностных волн. Этот процесс включает в себя образование нефтяных капель диаметром от 1 до 500 мкм, находящихся в вертикальном дви­ жении. Характерно, что капли диаметром менее 70 мкм остаются в диспергированном состоянии почти в любых морских условиях. Движение таких капель происходит под действием турбулентной диффузии, конвекции и сил плавучести, и если они остаются ниже поверхности воды, то счита­ ются диспергированными. При этом в отличие от испарения процесс диспергирования идет с одина­ ковой скоростью независимо от фракционного состава нефти.

Увеличение массы капель благодаря ветровому воздействию можно описать формулой

dm	n .	W	2	(2.40)
—	= 0,4 m — ,		.
dx		Wn2e-°-5x
Процесс диспергирования			можно	представить

как работу непрерывно действующего источника, распределенного на поверхности и поставляющего

частицы	(капли)	нефти	в нижние	слои моря.
В этом	смы сле	процесс	переноса	неф тяны х

загрязнений следует считать существенно трех­ мерным. При этом для практических целей часто используются оценки потока массы нефтяных капель QK, для выражения которого используется эмпирическая формула

	(2.41)
где QK(do) — поток	массы капель с размером
в интервале d0 + Ad\	FmB = с(ык - мн/)Гв — доля