Введение в COW и IGS

ГЛАВА 9. ВВЕДЕНИЕ В COW И IGS

1. ЧТО ТАКОЕ COW И IGS?

Ниже приводится краткое описание мытья сырой нефтью (COW – crude oil washing) и системы инертных газов (IGS – inert gas system). Цель – уменьшить вероятность взрывов и минимизировать количество загрязнений нефтесодержащих балластных вод. Это, конечно, оказывает прямое влияние на выгрузку отходов процессов очистки и мытья танков.

COW – это система очистки танков, при которой груз (сырая нефть) используется в качестве моющего средства в противоположность воде и химпрепаратам. Нефтяные остатки подвергаются воздействию струй стационарных моечных машинок таким образом, что они растворяются и удаляются с грузом, а не позже с балластом. Это также приводит к увеличению количества сдаваемого с судна груза.

Другие преимущества использования COW: уменьшение коррозии танков, сокращение времени подготовки судна к постановке в док и ремонту, уменьшение потребности в оборудовании для приема нефтесодержащих вод.

Метод имеет ряд недостатков, среди которых:

  • COW невозможно для некоторых нефтей;
  • требует подготовленного и квалифицированного персонала;
  • возможно увеличение испарения углеводородов и опасности доступа в танк;
  • увеличение продолжительности выгрузки у причала;
  • требует увеличения затрат при установке и обслуживании.

В настоящее время это наиболее экономичный способ удовлетворить требованиям МАРПОЛ, выбранный операторами эксплуатируемых танкеров для перевозки сырой нефти.

Из-за графика работы причала и портовых сборов, 100% мытье сырой нефтью не всегда возможно. Это заставляет вернуться к мытью водой с химпрепаратами, особенно в случаях, когда для обслуживания необходима дегазация, или смены груза.

Мытье водой производится стационарными машинками для COW. Эти машинки имеют больший часовой расход по сравнению с переносными машинками, и не предусматривают наличия подогревателя в системе.

В то время, как COW первоначально применялся по коммерческим причинам (сдача большего количества груза), системы инертных газов преследовали цели безопасности. Первоначально используемые для предотвращения взрывов в танках, частично заполненных углеводородами (исключением одной стороны треугольника возгорания ¬топлива, кислорода и источника воспламенения), они стали основным противопожарным средством на танкерах при мытье танков водой.

После трех взрывов на VLCC, было установлено, что при мытье танков водой в них возникают большие электростатические заряды, и использование инертных газов предотвращает возникновения взрыва. Очевидно, что COW приводит к выделению гораздо большего количества газообразных углеводородов, и применение инертных газов необходимо.

Впервые мытье сырой нефтью было одобрено владельцами танкеров в начале 1970-х главным образом по коммерческим соображениям, позволяющим полнее сдавать груз и значительно уменьшать количество нефти, остающейся на борту, как части погрузки поверх предыдущего груза, а также исключающим проблему образования шлама в танках, и уменьшающим коррозию. Благодаря различным конвенциям IMCO, MARPOL, TSPP (Безопасность танкеров и предотвращение загрязнений), мытье сырой нефтью стало признанным как альтернатива танкам сегрегированного балласта в попытке минимизировать загрязнения от танкеров, и в настоящее время является обязательным в Соединенном королевстве, США и Голландии.

Помимо специфических требований к оборудованию для COW, включая пригодные для этой цели моечные машинки, устанавливаемые в продуманных местах, и эффективную зачистную систему, система инертных газов необходима для уменьшения содержания кислорода и исключения опасности взрыва. Мытье сырой нефтью без применения системы инертных газов не допускается. На каждом судне должна быть разработана процедура мытья сырой нефтью и к ее выполнению допускается только подготовленный персонал, имеющий опыт участия в проведении таких работ и знающий системы судна. Не следует забывать, что мытье сырой нефтью производится во время выгрузки судна, т.е. во время максимальной загрузки экипажа любого танкера, и вопросы безопасности должны быть согласованы.

2. МЫТЬЕ СЫРОЙ НЕФТЬЮ (COW)

На судах, перевозящих сырую нефть, очистка танков традиционно производилась мытьем их струями воды. Такие способы мытья приводили к образованию больших количеств нефтесодержащих вод, которые должны подвергаться сепарированию.

Процесс сепарирования усложняется нефтеводяной эмульсией, которая образуется во время мытья. Это приводит к скоплению на борту судна значительного количества воды наряду с нефтеостатками, подвергаемыми восстановлению процедурой Load On Top. В процессе выполнения процедуры Load On Top новый груз смешивают с оставшейся смесью нефти и воды, и полученный продукт сдают в порту назначения.

После выгрузки, судовые танки, в которых перевозилась нефть, обычно содержат отложения на днище и других горизонтальных поверхностях. Эти отложения, образовавшиеся в результате отстоя груза, содержат парафинистые и асфальтеновые вещества. Если позволить им остаться, их количество после нескольких рейсов увеличится и затруднит удаление, а также уменьшит грузоподъемность судна. Вся нефть и отложения должны быть удалены из грузовых танков, которые должны быть использованы для приема чистого балласта.

При мытье сырой нефтью, часть груза (содержащая все летучие компоненты) циркулирует через стационарное оборудование для удаления парафинистых и асфальтеновых осадков за счет удара струи. Обычно это происходит во время выгрузки. Мытье сырой нефтью более эффективно, чем мытье водой, т.к. сырая нефть измельчает и разбрасывает осадки и восстанавливает груз до первоначального состояния. Если по причине недостаточной скорости струи или наличия недоступных для нее участков, полная очистка не достигается, применение топливного кондиционера AMERGY 222 будет способствовать расщеплению и удалению парафинистых осадков. Если на судне имеются трудности с достижением хороших результатов при мытье сырой нефтью, рекомендуется кондиционер AMERGY 222 добавлять для разложения остатков перед выгрузкой нефти. Кондиционер AMERGY 222 следует добавлять из соотношения 1 литр кондиционера AMERGY 222 на 10 тонн груза, остающегося на борту к моменту начала мытья сырой нефтью. Прежде чем добавлять кондиционер AMERGY 222 или другой химпрепарат в груз сырой нефти, необходимо выяснить, может ли нефтеперегонный завод переработать этот продукт.

Если танк будет принимать чистый балласт, или по какой то причине требуется его дегазация, то после мытья сырой нефтью требуются как мытье днища танка водой, так и промывка грузовых трубопроводов.

Если мытье сырой нефтью не применяется, то для очистки грузовых танков требуется большое количество воды. Образующиеся нефтесодержащие смеси и эмульсии, а также грязный балласт, должны оставаться на борту до тех пор, пока они не отстоятся и не разделятся. Этот процесс значительно упрощается, если танк вначале моют сырой нефтью. В результате этой процедуры содержание нефти в грязном балласте существенно снижается. Грузовые танки, которые должны быть использованы для чистого балласта после мытья сырой нефтью, требуют лишь непродолжительного споласкивания водой. Однако насосы и трубопроводы должны быть тщательно промыты водой. Танки, которые не предназначены для приема балласта, не нуждаются в мытье водой при обычной эксплуатации, т.к. осадки могут оставаться под контролем мытьем сырой нефтью. Под эту категорию подпадают грузовые танки сегрегированного балласта.

Благодаря этому методу не только уменьшается количество осадков, а также количество нефтесодержащих вод, но и сама операция сокращается. Эти факторы уменьшают опасность загрязнения.

Мытье сырой нефтью производится с помощью надлежащим образом спроектированных труб, постоянно установленных на месте моечных машинок. Все или, по крайней мере, большая их часть, имеют большую производительность (60 куб м и более). Мытье сырой нефтью производится во время выгрузки или реже, в море, между портами выгрузки. Оно должно быть завершено до отхода из конечного порта выгрузки. Там, где эта система предусмотрена, не следует принимать балласт в танк не прошедший мытье сырой нефтью. Чистый балласт следует принимать только в танки, которые были сполоснуты водой после мытья сырой нефтью.

Что касается оборудования, то имеется, вероятно, полдюжины основных поставщиков. Большая их часть производит односопловые машинки, или пушки, которые могут быть запрограммированы таким образом, что все время их цикла отводится тем зонам, которые подвергаются наибольшему отложению осадков. Однако, для обеспечения качественного мытья, пост управления каждой машинки должен контролироваться, по крайней мере, один или два раза во время цикла.

Альтернативой являются двухсопловые машинки, которые практически вдвое сокращают количество ручных операций при выполнении мытья, и реализуют двойную обработку поверхности за каждый оборот.

Чрезвычайно важным для удовлетворительного мытья танков стационарными моечными машинками является конструкция и установка зачистной системы, которая должна обеспечивать отсутствие застоя нефти на дне танка во время его мытья. Было установлено, что наилучшим является применение для этой цели эжектора зачистной системы. Для обеспечения надежной длительной эксплуатации без дополнительного обслуживания, корпус эжектора выполняют из никель-алюминиевой бронзы, а сопла из монель-металла.

3. СПОСОБ ПОГРУЗКИ ПОВЕРХ (LOT)

Обычно любой танкер или нефтерудовоз (ОВО), который перевозит сырую нефть, покидает порт выгрузки, имея балласт в нескольких танках, трюмах или танках двойного дна.

Любые порожние танки, если они не были предварительно вымыты сырой нефтью, должны быть очищены с использованием обычных процессов. Эти танки после очистки заполняются балластной водой, а танки, в которых до этого находился балласт, опоражнивают и чистят. Таким образом, судно прибывает в порт погрузки с балластом, который необходимо выгрузить. Имея в результате чистки танков нефтесодержащую воду, а также нефтесодержащую воду балласта, приходится сталкиваться с проблемой, т.к. современные законы позволяют в процессе очистки откачивать нефть в количестве одной пятнадцатитысячной (одну тонну нефти на каждые 15000 тонн дедвейта) тоннажа судна. Так например, судно дедвейтом 30000 т в процессе очистки танков может откачивать до 2 тонн нефти.

В связи с тем, что обычно нефть легче воды, она в основном будет поверх воды в слоп-танке. В течение длительного перехода, возможно, положиться на естественный процесс разделения нефти и воды (некоторые из современных остаточных продуктов значительно тяжелее морской воды и те из них, которые по шкале API имеют значение 10, т.е. плотность 1,0 или более, невозможно разделить с использованием системы LOT). При использовании процессов LOT основная часть чистого балласта и моечной воды должна быть откачана за борт. Вода откачивается, в то время, как нефть, удаляемая в процессе чистки, удерживается, что позволяет минимизировать количество вредных выбросов. Смесь нефтеостатков и воды остается в танке.

При использовании системы LOT остатки из вымытых танков собираются в слоп танке. Обычно это специальный танк или выбранный грузовой танк. По истечении времени отстоя в слоп-танке большая часть воды может быть откачана, так что в слоп-танке остаются нефтеостатки, содержащие забортную воду. Следующий груз принимается поверх этих остатков и в порту выгрузки вся смесь откачивается на берег для доставки на нефтеперерабатывающий завод, где производится разделение нефти и воды физическими или химическими способами.

Содержание соленой воды в грузах сырой нефти создает постоянную проблему для тех, кто занимается переработкой нефти. Удаление воды из грузовых танков и уменьшение количества нефтеостатков после мытья сырой нефтью уменьшает содержание соленой воды в последующем грузе.

При использовании LOT возможность приема нового груза уменьшается из-за остатков на борту судна. Для танкера дедвейтом 215000 т типичным является количество нефти/воды, остающихся на борту судна после мытья танков, порядка 1200/2300 т, в то время как для судна такого же размера, на котором производится мытье танков сырой нефтью, типичной является величина 360 т. Это увеличивает эффективность использования грузоподъемности судна.

LOT в течение нескольких лет используется как наиболее эффективный метод уменьшения выбросов нефти в море. Благодаря LOT ежегодно утилизируется около 2 миллионов тонн нефти.

4. ИНЕРТНЫЙ ГАЗ

Наличие горючих паров в грузовых танках танкеров привело к разработке систем, в которых инертный газ используется как защитная среда поверх сырой нефти.

Очень важно использование инертизации, если мытье нефтью производится в процессе выгрузки. В это время соотношение газ/воздух может быстро измениться и привести к образованию сверхбогатой смеси, которая потенциально является взрывоопасной.

Документы ИМО предписывают, что все танкеры дедвейтом свыше 40000 т, на которых имеется возможность использования мытья сырой нефтью с высокой производительностью, должны оборудоваться системой инертных газов.

A. Производство инертного газа

Инертный газ получают либо из промытого выпускного газа котла, либо в специальном генераторе газа. Иногда, в случае перевозки опасных грузов, способных вступать в реакцию с воздухом, для предотвращения реакций груза, которые могут вызвать серьезные повреждения, необходимо защитить его инертным газом, например азотом, или другим инертным газом.

Инертный газ производимый котлом не должен содержать более 5% кислорода.

С помощью совершенных систем управления горением может быть достигнуто значение 3% и менее. Однако оба эти значения, ниже требуемого для поддержания горения (см. Опасность пожара и взрыва – глава Х). Производимый газ пропускается через водяной скруббер, где из него удаляются коррозионно-активные примеси, такие, как сера. Затем он охлаждается до приемлемой температуры впрыском морской воды.

Газ, обработанный должным образом, под давлением проходит через палубный водяной затвор, который действует как невозвратный клапан, в танки, где он вытесняет атмосферный воздух и создает над грузом подушку.

Действительный состав выпускного газа меняется, но в среднем приблизительно выглядит следующим образом:

  • Кислород 3% – 5%
  • Азот 80% – 81%
  • Двуокись углерода 14% – 15%
  • Другие газы (приблизительно) 1%

Некоторые нежелательные примеси, такие как окислы углерода и серы, будут присутствовать, если используется низкокачественное топливо или газ не проходит через скруббер.

Газ должен подаваться в танки с такой скоростью, при которой содержание свободного кислорода будет непрерывно находиться ниже уровня, требуемого для поддержания горения, т.е. 11,5%. При использовании выпускного газа котла в качестве инертной среды, содержание кислорода должно быть меньше 11,5%.

Если концентрация кислорода в танках поддерживается на уровне 5% и ниже, обеспечивается некоторый запас и вероятность возникновения пожара или взрыва мала.

Как отмечалось выше, при смешении паров нефти с воздухом в определенной пропорции может быть получена взрывоопасная смесь, которая при воспламенении может вызвать очень серьезные разрушения. Содержание газообразных углеводородов в смеси с воздухом, требуемое для образования горючей смеси, составляет от 1% до 10%. При содержании газообразных углеводородов менее 1% смесь является очень бедной, при содержании свыше 10% – очень богатой. Точные требуемые соотношения показаны на рис. 11, приведенном ниже.

B. Диаграмма горючей – взрывоопасной смеси

При очистке водой танков от остатков сырой нефти концентрация паров углеводородов в танке очень часто падает до значения, которое находится в границах горючей смеси. Если остальная часть смеси – воздух, смесь может быть взрывоопасной. Подводом выпускного газа, прошедшего очистку в скруббере, в таком количестве, что содержание кислорода в смеси уменьшается до значения менее 5%, смесь превращают в безопасную, даже при содержании паров углеводородов 1%-10%.

По завершении мытья танка остатки паров углеводородов, образовавшихся в процессе очистки, следует вытеснить подводом инертного газа. Этим обеспечивается предотвращение образование опасной газовоздушной смеси при неизбежном подводе воздуха в танк для проведения его осмотра.

На диаграмме горючей-взрывоопасной смеси рис.11 приведена линия критической концентрации. Ниже этого уровня подвод атмосферного воздуха не приводит к образованию взрывоопасной смеси. Для обеспечения безопасности, содержание паров углеводородов должно быть понижено до 2%, хотя уровень 4% может поддерживаться при полном вытеснении кислорода.

Точки Х и Y диаграммы показывают, что в случае поступления воздуха в танк, не содержащий инертного газа, горючая смесь может образовываться при любой концентрации паров углеводородов. Для того, чтобы избежать этих опасных состояний, в случае точки Х (6% углеводородов, 5% кислорода), подвод инертного газа следует начинать при концентрации углеводородов 2%. В этом случае добавление воздуха не приведет к попаданию в опасную зону. В случае точки Y (12% углеводородов, 15% кислорода) инертный газ, содержащий 3% кислорода, уменьшает опасность по линии Y-Z до тех пор, пока в точке М не пересечет линию критической концентрации, когда поступление атмосферного воздуха безопасно.

Рисунок 11 ДИАГРАММА ГОРЮЧЕЙ – ВЗРЫВООПАСНОЙ СМЕСИ

C. Сорта сырой нефти

В зависимости от способности испаряться нефтепродукты подразделяются на 3 группы.

  • Нефть класса А легко испаряется и благодаря тому, что она легко образует богатую смесь в танке, является опасной. При доступе атмосферного воздуха это может привести к образованию горючей смеси. При погрузке или выгрузке продуктов класса А, такая возможность представляет собой отдельную проблему, и во время этих операций должна быть обеспечена инертизация.
  • Нефть класса В образует умеренное количество паров и считается не такой опасной, как нефть класса А. Тем не менее при обращении с продуктами требуется соблюдать осторожность, особенно в случаях подвода к ним тепла, т.к. их способность испаряться значительно увеличивается.
  • Нефть класса С обычно слабо испаряется до тех пор, пока она не нагрета до температуры, превышающей температуру вспышки.

D. Система инертных газов

Типичная система инертных газов с использованием выпускных газов котла показана на рис. 12, а на рис. 13 показано палубное уплотнение, которое разработано для удовлетворения требованиям ИМО.

Система инертных газов с использованием выпускных газов котла состоит из следующих основных компонентов:

  • трубопровода с дистанционно управляемыми клапанами для подвода газа к потребителям с надлежащей скоростью.
  • фильтров и скруббера, которые удаляют такие примеси, как частицы сажи и окись углерода.
  • насосов забортной воды для охлаждения и промывки скруббера.
  • больших вентиляторов для подачи в танки охлажденных газов через палубные трубопроводы. Вентиляторы также могут быть использованы для подачи в танки воздуха через переключающие клапаны.
  • палубное уплотнительное устройство, оборудованное реле вакуума/давления для защиты от обратного потока газов из танков в машинное отделение.
  • панелей управления, расположенных в машинном отделении, на посту управления грузовыми операциями и на мостике, анализаторов содержания кислорода, приборов, обеспечивающих безопасность и сигнализацию. Инертный газ должен быть полностью удален из танка до того, как персонал получит разрешение войти в танк. Если инертный газ не полностью удален из танка, нехватка кислорода вызывает гибель людей в течение очень короткого времени.

На дизельных судах, где нет выпускных газов высокого качества, предусматривают генератор инертного газа. Он представляет собой установку, в которой:

  • производится непосредственное сжигание топлива, причем управляют горением таким образом, чтобы минимизировать содержание кислорода и окиси углерода.
  • продукты сгорания охлаждаются и промываются в скруббере.
  • инертный газ (или воздух через переключающий клапан) направляется к палубному уплотнительному устройству и в систему.

Преимуществом генератора инертных газов является то, что он производит газ высокого качества независимо от режима работы судна.

Рис. 12 ТИПИЧНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫПУСКНЫХ ГАЗОВ КОТЛА

ТИПИЧНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫПУСКНЫХ ГАЗОВ КОТЛА

Рис. 13 ПАЛУБНЫЙ ЗАТВОР СИСТЕМЫ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

ПАЛУБНЫЙ ЗАТВОР СИСТЕМЫ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ