Сколько нужно сил исредств для локализации разливов нефти?

В соответствии с требованиями п. 2 постановления Правительства РФ от 14 ноября 2014 г. № 1189 «Об организации предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на континентальном шельфе РФ, во внутренних морских водах, в территориальном море и прилежащей зоне РФ» в настоящее время Минтрансом России завершается работа по введению в действие требований к составу сил и средств постоянной готовности, предназначенных для предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на морских акваториях. В дополнение к этому АО «ЮжНИИМФ» по заявке ФБУ «Морспасслужба Росморречфлота» завершает разработку методических рекомендаций по определению достаточного состава сил и средств для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на морских акваториях. В настоящей статье изложены основные результаты в части определения необходимого количества средств локализации, полученные в ходе проведения научных исследований на базе Морского терминала ЗАО «Каспийский Трубопроводный Консорциум– Р».

Сергей Маценко, генеральный директор АО «ЮжНИИМФ»

ИгорьФлоровский, заместитель регионального менеджера по морским операциям МТ ЗАО «КТК-Р»

Алексей Ситник, менеджер по ТО морских объектов МТ ЗАО «КТК-Р»

Виталий Ткаченко, инженер по делам ГО, ЧС, ЛРН и ПБ, МО МТ ЗАО «КТК-Р»

Применение мобильных ордеров

Локализация и сбор нефтяного пятна с помощью мобильных ордеров широко применяются в мировой практике, удобны с точки зрения управляемости боновых заграждений с помощью работающих в ордере плавсредств, отличаются оперативностью реагирования на изменение внешних условий.

В практике локализации разливов нефти и нефтепродуктов мобильные ордера получили весьма распространенное применение, поскольку позволяют минимизировать эффект прохождения нефти под бонами. Наличие нескольких рубежей локализации, установленных последовательно, позволяет улавливать нефть, проходящую под бонами впереди работающего рубежа. Преимущества такой схемы также показаны в работе [1].

При проведении расчетов сил и средств количество устанавливаемых рубежей локализации определяется уровнем разлива нефти и нефтепродуктов, который устанавливается не только в зависимости от количества разлитой нефти, но и от негативных факторов, влияющих на организацию проведения аварийно-спасательных работ по ЛРН. Так, к региональному уровню могут быть отнесены не только разливы большие (по количеству разлитой нефти), но также средние разливы при большом удалении сил и средств от места разлива и даже малые разливы на объектах с высокой вероятностью их возникновения и при низкой скорости наращивания сил и средств.

Режимы работы судов в мобильном ордере

Различают 2 (два) режима перемещения боновых заграждений (далее БЗ) в составе мобильного ордера. В первом случае целью перемещения является доставка БЗ к месту проведения локализации: конфигурация БЗ должна быть такой, чтобы оно оказывало наименьшее гидравлическое сопротивление движению. При этом первое (ведущее) судно осуществляет непосредственно буксировку БЗ, закрепленного с одной стороны на ведущем судне, а задачей второго (ведомого) судна является удержание БЗ в кильватере ведущего судна. Такой режим называется буксировкой. Скорость буксировки обычно составляет 4-6 узлов и зависит от мощности судовой энергетической установки (далее СЭУ) ведущего судна, его маневренности, уровня практической подготовки экипажа, длины буксируемого БЗ и других факторов.

В режиме траления, который задействуется после доставки БЗ и начала работы мобильного ордера, свободные концы БЗ удерживаются с помощью судов (плавсредств) или с применением якорных устройств. Суда, к буксирным устройствам которых прикреплены свободные концы БЗ, должны осуществлять траление с определенной скоростью относительно воды. В соответствии с результатами экспериментальных испытаний БЗ, выполненных компанией Ro-CleanDESMI [3],эта скорость не должна превышать 1 (одного) узла (рис.1), хотя на практике очень мало судов способно устойчиво поддерживать такую малую скорость. Обычно скорость траления составляет 1-3 узла.

Рис. 1. Зависимость критической скорости от плотности нефти

Конфигурация бонов в режиме траления существенно зависит от практических задач, которые решаются на данном этапе проведения аварийно-спасательной операции, а также от действующих погодных условий. Наиболее распространенными являются мобильные ордеры U-, J-, V-образных конфигураций. Назначение и характеристики задействованных судов в различных конфигурациях ордеров отличаются, что будет учитываться в расчетах сил и средств.

Дальнейшие исследования компании Ro-Clean DESMI [3] также показали, что для достижения максимальной скорости траления 3 (три) узла необходимо дополнительно оборудовать боны сетками для снижения скорости поверхностного слоя воды. Такие устройства носят наименование Ro-Clean DESMI Speed Sweep и специально сконструированы для применения в составе мобильных ордеров. Находящиеся внутри U-образного ордера сетки с крупной ячейкой и поплавками последовательно снижают скорость поверхностного слоя воды вместе с нефтью, за счет чего у задней кромки БЗ скорость движения поверхностного слоя относительно БЗ становится ниже критической. Это позволяет увеличить эффективность БЗ – нефть менее подвержена прохождению под боном.

Таким образом, скорость траления 3 (три) узла относительно воды следует признать максимально возможной с учетом уровня современного развития техники и технологий в области ЛРН. При превышении данной скорости траления любые БЗ любых конструкций следует признавать работающими с нулевой эффективностью при сборе нефти.

Теоретические основы расчета натяжения бонов

Как известно, конструкция БЗ всегда включает натяжную цепь или трос, прикрепленную через соединитель к внутренней цепи или тросу балласта/натяжения. При тралении натяжная цепь подсоединяется к буксирной браге и тяговое усилие, возникающее на последней, равномерно распределяется по всей длине внутренней цепи. Производители БЗ в характеристиках обычно указывают предельное тяговое усилие, которое может выдержать внутренняя цепь или трос (так называемое разрывное усилие). При определении предельной скорости траления необходимо учитывать установленное производителем разрывное усилие. Тем не менее предельная скорость траления назначается не более 3 (трех) узлов, даже если это усилие не превышено при тралении БЗ с такой скоростью.

Рассмотрим факторы и внешние силы, действующие на бон при тралении. Порядок определения тягового усилия, возникающего на буксирном устройстве задействованного для траления судна технического обеспечения (далее СТО), может быть основан на материалах «Силы, действующие на боны» руководства ITOPF [4] с некоторыми уточнениями, внесенными авторами настоящей статьи с учетом рекомендаций руководителя проектов НМЦ «Информатика риска» В.И. Журавеля.

Тяговое усилие, необходимое для траления с определенной скоростью, рассчитывается по формуле:

где:

k– коэффициент для перевода единиц измерения: для получения результатов расчета в килограммах k = 100, для получения результатов расчета в Ньютонах k = 1;

L_В – длина линии бонов, принимается по результатам расчетов количества БЗ, м;

z_трал – коэффициент, учитывающий ширину захвата БЗ при тралении в составе мобильного ордера;

H_w – высота погруженной части бонового заграждения, м;

H_а – высота надводной части бонового заграждения, м;

v_б – допускаемая производителем или предполагаемая скорость перемещения бонов относительно воды, м/с;

W_s – высота волн, характерная для рассматриваемого морского района, м.

При отсутствии сведений о высоте погруженной и надводной частей БЗ можно принимать, что их значение составляет соответственно 70 и 30% от общей высоты БЗ. При отсутствии сведений максимальная высота волн принимается:

• для портовых акваторий – 1 м;

• для прибрежных вод – 2 м;

• для открытого моря – 3 м.

При отсутствии сведений о допускаемой производителем скорости перемещения можно принимать ее равной 1,54 м/с, что соответствует скорости 3 (три) узла.

Перемещение бонов при тралении осуществляется обычно двумя судами, поэтому необходимое тяговое усилие должно создаваться совместной работой двух энергетических установок, кроме случаев траления одним судном с применением устройств типа «гидравлическое крыло», аналогичных DESMIRo-Vane. Учитывая рекомендации [5], для расчета требуемой мощности судов СТО с движителями классического типа применяется следующая эмпирическая зависимость:

где:

N_СТО – мощность главной энергетической установки (далее ГЭУ) судна СТО, необходимая для обеспечения тягового усилия FT, кВт;

k_ФО – коэффициент формы ордера.

При тралении бонов с U-образной конфигурацией мобильным ордером в составе двух СТО тяговое усилие распределяется равномерно между ГЭУ участвующих судов и следует принимать k_ФО = 0,5. Для судна, осуществляющего траление U-образного мобильного ордера с применением устройств типа «гидравлическое крыло», принимается k_ФО = 0,1.

J-образная конфигурация бонов применяется в том случае, когда необходимо обеспечить одновременное решение задач по локализации разлива и сбора нефти с помощью скиммера, устанавливаемого с одного из судов СТО. В этом случае участвующие суда следует разделять на ведущее (находится впереди ордера по ходу движения и решает основную задачу по созданию тягового усилия для перемещения линии БЗ) и ведомое (решает задачу по формированию боновой «ловушки» и сбору нефти с помощью скиммера). Нагрузка между ведущим и ведомым судами распределяется неравномерно (рис. 2). Для обеспечения запаса мощности на случай изменения конфигурации БЗ в ордере при маневрировании или перестроении для ведущего судна следует принимать k_ФО = 0,8, для ведомого судна – k_ФО = 0,5.

Рис. 2. Ведомое (на переднем плане) и ведущее (на заднем плане) суда в J-образном мобильном ордере на комплексных учениях морского терминала ЗАО «КТК-Р»

В состав V-образного мобильного ордера входит две линии бонов и три судна, два из которых являются ведущими и обеспечивают создание тягового усилия. Задачей ведомого судна является сбор нефти, и его ГЭУ не участвует в перемещении бонов, а лишь удерживает их свободные концы для создания боновой «ловушки». Для ведущих судов в V-образном мобильном ордере следует принимать k_ФО = 1,0. Для ведомого судна – k_ФО = 0 и отсутствуют требования по мощности в части создания тягового усилия при тралении.

Экспериментальная проверка теоретических зависимостей

Морской терминал ЗАО «КТК-Р» является одним из самых оснащенных предприятий Азово-Черноморского водного бассейна в части аварийно-спасательного оборудования, предназначенного для борьбы с разливами нефти на море и защиты береговой полосы. Особенностью объекта является расположение его инфраструктуры у берега и непосредственно в море (выносные причальные устройства, плавучие шланги, подводные трубопроводы) в целях снижения рисков и влияния предприятия на окружающую среду.

Для снижения рисков возникновения и нейтрализации последствий возможных аварий на Морском терминале ЗАО «КТК-Р» создана мощная группировка сил и средств, включающая десятки единиц флота, самые современные образцы оборудования для локализации и ликвидации разливов нефти (далее ЛРН), около двухсот привлекаемых спасателей, аттестованных для проведения работ по ЛРН. Постоянную аварийно-спасательную готовность на терминале несут 2 (два) профессиональных аварийно-спасательных формирования, аттестованных Минэнерго России для проведения аварийно-спасательных работ по ЛРН на море и защите береговой полосы.

Наличие морской инфраструктуры обуславливает необходимость применения мобильных ордеров в качестве основного метода локализации и ликвидации разливов. С момента ввода в эксплуатацию в 2001 году руководство Морского терминала уделяет самое пристальное внимание вопросам проведения тренировок и учений персонала по построению мобильных ордеров, маневрированию судов в их составе, слаженности действий судового персонала при работе, накапливанию практического опыта такой работы в различных (в том числе неблагоприятных) гидрометеорологических условиях. По вышеизложенным причинам Морской терминал ЗАО «КТК-Р» был признан наилучшей базой для проверки адекватности разработанной теоретической зависимости развиваемого тягового усилия от конфигурации, длины бонов и скорости траления.

В ходе экспериментов с помощью динамометра определялось тяговое усилие на буксирном устройстве судна, возникающее при тралении бонового ордера. Измеренное тяговое усилие по абсолютной величине соответствует усилию, растягивающему разгрузочный элемент (натяжная цепь или трос) бонового заграждения. При фиксированной длине бонового заграждения тяговое усилие является функцией скорости движения буксирующих судов, имеющей нелинейный характер. При неизменной скорости буксировки тяговое усилие является также функцией длины бонового заграждения, имеющей также нелинейный характер. Проведение серии измерений тягового усилия на различных скоростях буксировки позволило уточнить полученные теоретические зависимости.

Серии экспериментов были проведены 23 июля и 10 сентября 2015 г. в ходе плановых практических тренировок, организованных Морским терминалом ЗАО «КТК-Р» для подрядчиков, участвующих в постановке мобильных ордеров.

Для определения тягового усилия, возникающего на натяжном тросе, использовался комплект промышленных электронных динамометров серии АЦД производства НПО «Мега Тонн Электронные динамометры», характеристики которых представлены в таблице 1.

Таблица 1. Рабочие динамометры общетехнического назначения

Модель	Наиб. предел измерения, кН	Наим. предел измерения, кН	Цена деления, кН	Класс точности
АЦД/1Р-20/1И-1	20	2	0,002	1
АЦД/1Р-20/1И-1	20	2	0,002	1
АЦД/1Р-50/1И-1	50	5	0,005	1
АЦД/1Р-100/1И-1	100	10	0,01	1

Результаты обработки выполненных замеров численными статистическими методами подтвердили принятую гипотезу об адекватности. Разработанная теоретическая модель достаточно верно качественно и количественно описывает свойства исследуемого объекта и может использоваться при выполнении расчетов достаточного количества сил и средств для локализации разлива нефти и нефтепродуктов с помощью мобильных ордеров.

Литература

1. Ликвидация разливов нефти и нефтепродуктов на море и внутренних акваториях. Расчет достаточности сил и средств: Методические рекомендации /С.В. Маценко, Г.Г. Волков, Т.А. Волкова.– Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2009.– 78 с.

2. Шарлай Г.Н. Управление морским судном [Текст]: Учебное пособие / Г.Н. Шарлай. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2010. – 509 с.

3. RO-BOOM SPEED SWEEP & DESMI Single Vessel, Fast Water Oil Spill Recovery System. SRGH On-Water Demonstration 23 March 2015 Port of Amsterdam // Материалымеждународнойконференции Interspill 2015, 24-26 марта 2015 г., Амстердам, Голландия.

4. Применение боновых заграждений при ликвидации разливов нефти. Технический информационный документ. // ITOPF – The International Tanker Owners Pollution Federation Limited. –Produced by Impact PR & Design Limited. – Canterbury, UK, 2011. – 11с.

5. Gуrski Z., Giernalczyk M. Method for determination of energy demand for main propulsion and onboard electric power for modern harbour tug boats by means of statistics. Journal of KONES Power train and Transport, Vol. 19, No.1 2012.

Морской флот №1 (2016)

Вернуться к разделу

Безопасность мореплавания