Общие сведения

Так как каждое судно является источником загрязнения окружающей среды сточными водами, сухим мусором, пищевыми отходами и нефтепродуктами. В 1973 г. Международная морская организация (ИМО) являющейся органом ООН приняла Международную Конвенцию МАРПОЛ 73 по предотвращению загрянения с судов. Положения Конвенции МАРПОЛ 73 и Протокола 1978 г. представляют единый документ, кратко называемый «Конвенция МАРПОЛ 73/78».

Конвенцией установлены правовые, организационные и нормативнотехнические требования, направленные на предотвращение загрязнения моря с судов и других объектов морской инфраструктуры.

Правила Конвенции распространены на различные источники загрязнения с судов, которые изложены в пяти Приложениях к Конвенции.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 посвящено предотвращению загрязнения нефтью.

В соответствии с требованиями Приложения 1 Конвенции, каждое судно должно быть оборудовано техническими средствами очистки НВ, что подтверждается выдачей этим судам Международного свидетельства о предотвращении загрязнения нефтью

Суда мирового флота укомплектованы разнообразными конструкциями оборудования для очистки нефтесодержащих вод.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные конструкции установок ОНВ.

• Сепаратор нефтесодержащих вод «ФРАМ»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «ФРАМАРИН»
• Сепаратор нефтесодерщащих вод «ПП МАТИК»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «ГИДРОПУР»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «САРЕКС»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «СОФРАНС»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «АКВАМАРИН»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «ПЕТРОЛИМИНАТОР-630»
• Сепаратор нефтесодержащих вод «RWO»

Сепаратор нефтесодержащих вод «ФРАМ»

Принципиальная схема установки «ФРАМ» (Голландия) изображен на рис. 10.1.

При включении установки в работу НВ из судовой сборной цистерны нефтесодержащая жидкость подается в первый коалесцирующий фильтр 1. Степень загрязненности вставок определяется по перепаду давления, который измеряется дифманометрами 7. Далее жидкость поступает в отстойный сепаратор 4. В отстойнике расположен блок наклонных пластин 8, образующих тонкослойный отстойник, между которыми направляется поток воды. Отделенные от воды нефтепродукты поднимаются вдоль пластин вверх и собираются в коллекторе 5. Из него они направляются в верхнюю часть сепаратора.

Уровень накапливаемых нефтепродуктов контролируется поплавковым устройством с пневмоприводом. При накоплении определенного количества нефтепродуктов соленоидный клапан 2 автоматически открывается и, через трубопровод сброса, нефтепродукты сбрасываются в шламовую цистерну. Если концентрация нефтепродуктов в очищенной воде за бортом превысит допустимое значение 15 мл/л происходит прекращение сброса очищенной воды за борт.

Сепаратор нефтесодержащих вод «ФРАМАРИН»

На рис 10.2 предоставлена схема установки «ФРАМАРИН» (Голландия), включает очистку отстоем и коалесценцией.

В отстойном сепараторе 1, горизонтального типа, поток очищаемой воды попадает между гофрированными пластинами 2, где происходит его тонкослойное отстаивание. В выступах гофров имеются отверстия, через которые нефтепродукты поднимаются в верхнюю часть сепаратора — сборный колпак. По мере накопления в нем нефтепродуктов срабатывает датчик 3 и подает сигнал на открытие клапана 5, через который нефтепродукты сбрасываются в шламовую цистерну. Предварительно очищенная НВ после сепаратора, подается в корпус горизонтального коалесцирующего фильтра 6. В конструкции фильтра предусмотрен сборный колпак 8 для накопления отделившихся нефтепродуктов. Накопленные в колпаке 8 нефтепродукты так же сбрасываются в шламовую цистерну, как и из колпака 4 сепаратора.

Сепаратор нефтесодержащих вод «ПП МАТИК»

Принципиальная схема установки «ПП МАТИК» (Швеция) представлена на рис. 10.3.

В ней используется два способа очистки — отстой и адсорбция. В установке использована вакуумная прокачка НВ.

При включении установки в работу, за счет разрежения, создаваемого насосом 1 (насос расположен за сепаратором), НВ из судовой сборной цистерны начинает поступать в отстойное устройство 2, где отделяются пленочные и грубодисперсные нефтепродукты. Отстоявшиеся нефтепродукты накапливаются в верхней полости отстойника. Как только слой нефтепродуктов достигнет определенной величины, срабатывает датчик 4 и открывает клапан 3. При этом электродвигатель насоса 1 начинает вращаться в противоположную рабочему направлению сторону, и нефтепродукты вытесняются в шламовую цистерну.

Сброс нефтепродуктов продолжается до тех пор, пока датчик уровня 4 не зафиксирует отсутствие нефтепродуктов. После этого установка снова начинает работать в режиме очистки. Из отстойника сепаратора 2 вода поступает в фильтр тонкой очистки 8, где происходит отделение эмульгированных нефтепродуктов в слое зернистой фильтрующей загрузки. Затем очищенная вода поступает в сборную емкость 7, откуда сбрасывается за борт.

Если прибор контроля за содержанием нефтепродуктов в очищенной воде подает сигнал о неудовлетворительной очистке, то автоматически закрывается клапан 6, и открывается клапан 5. В результате слив за борт прекращается, и вода начнет сбрасываться в цистерну сбора НВ или в льяла.

Степень очистки зависит от эффективной работы каждой ступени установки, поэтому снижение скорости движения воды через сепаратор 2 (гравитационный разделитель) способствует уменьшению концентрации нефтепродуктов на входе в фильтр 8.

Сепаратор нефтесодержащих вод «ГИДРОПУР»

Очистка НВ в установке «ГИДРОПУР» (Франция) осуществляется в двух основных элементах: отстойнике 8 и в фильтре тонкой очистки 5, рис. 7. В установке реализован вакуумный прием НВ.

При включении в работу насоса 2 НВ, за счет создаваемого разрежения, поступает в приемный бак 3 и далее через воронкообразный элемент 9 в верхнюю часть отстойника 8. В отстойнике происходит отделение пленочных и грубодисперсных нефтепродуктов. Накапливаемые нефтепродукты собираются в коллекторе 7, откуда по мере его наполнения автоматически сбрасываются в шламовую цистерну. Сброс нефтепродуктов осуществляется путем переключения насоса на работу в обратном направлении и вытеснения нефтепродуктов из коллектора под давлением через клапан 6. Системой управления насос переключается автоматически. Из отстойника 8 НВ насосом 2 подается в фильтр тонкой очистки 5, где дополнительно очищается от нефтепродуктов. Фильтрующим материалом служит специальная загрузка. После фильтра очищенная вода сбрасывается за борт.

Уровень воды в приемном баке 3 поддерживается автоматически с помощью верхнего 4 и нижнего 1 датчиков уровня. При осушении судовой цистерны сбора НВ, откуда НВ подается на установку, уровень в приемном баке падает до нижнего датчика уровня 1, который переключает насос 2 на работу в обратном направлении, НВ начинает заполнять приемный бак до тех пор, пока уровень НВ не достигнет верхнего датчика 4. После этого насос снова переключается на работу в режим очистки.

Опыт эксплуатации установок «ГИДРОПУР» показал, что нередки случаи быстрого загрязнения фильтрующего материала из-за недостаточно эффективной работы блока гравитационного разделения (отстойника).

Повысить степень очистки НВ в отстойной зоне можно путем уменьшения подачи насоса 2.

Сепаратор нефтесодержащих вод «САРЕКС»

Принципиальная схема очистки НВ установки «САРЕКС» (США) показана на рис. 10.5. Установка состоит из трех последовательно включенных коалесцирующих фильтров 2 патронного типа, помещенных в корпус 1. Конструктивно фильтры выполнены так, что каждый имеет отстойную полость. Это позволяет сочетать два процесса очистки: отстаивание и коалесценцию.

Из сборной цистерны НВ насосом 1 последовательно прокачиваются через три ступени коалесцирующих фильтров. В каждой из ступеней происходит отделение нефтепродуктов и их последующее накопление в отстойных полостях 3. Из первой и второй ступеней сброс накопленных нефтепродуктов осуществляется автоматически при открытии клапана 4, датчиком 5. Из третьей ступени сброс производится вручную путём открытия клапана 6.

Основной недостаток установки «САРЕКС» — ограниченный ресурс коалесцирующих фильтров. Для повышения их ресурса рекомендуется устанавливать предварительный фильтр, задерживающий механические примеси перед сепаратором. Кроме того, перед подачей на очистку необходимо НВ предварительно отстаивать в сборной цистерне и периодически очищать фильтры (промывать теплой водой, путем ее подачи на обратный ход).

Сепаратор нефтесодержащих вод «СОФРАНС»

Принципиальная схема установки «СОФРАНС» (Франция) представлена на рис. 9. Очистка НВ осуществляется отстоем и коалесценцией. Насосом 1 НВ подается в установку 2 через приемный патрубок 3. В верхней полости 6 установки происходит отстой НВ, в процессе которого пленочные и капельные нефтепродукты всплывают вверх. Частично очищенная вода проходит через полипропиленовые пластины 8, которые, и являются коалесцирующим материалом.

Внутри пластин мелкие частицы нефтепродуктов укрупняются и всплывают. Из полипропиленовых пластин вода поступает по трубе 9 в патронный фильтр 7. В нем происходит окончательная очистка. Накопление в верхней части установки нефтепродуктов контролируется датчиками 5, которые через систему управления открывают клапана 4 для сброса нефтепродуктов в шламовую цистерну. В установке используется насос объемного типа с низкой частотой вращения. Применение такого насоса позволяет исключить дополнительное эмульгирование НВ при перекачивании её насосом.

Сепаратор нефтесодержащих вод «АКВАМАРИН»

В основу работы установки «АКВАМАРИН» (Швеция) заложен принцип отстоя и коалесценции. Отстой НВ происходит в отстойном сепараторе, имеющем вакуумный прием. В сепараторе нефтепродукты находящиеся в капельном и грубодисперсном состоянии всплывают в верхнюю его часть. Процесс отстоя интенсифицируется коалесценцией, для осуществления которой установлены пластины. Накопление отстоявшихся нефтепродуктов контролируется эластичной мембраной, которая под действием слоя нефтепродуктов выгибается вверх. Давление с обеих сторон мембраны выравнивается при перетекании воды по трубопроводу. Выгибаясь, мембрана через систему рычагов и блок управления, открывает клапан. Насос начинает вращаться в противоположную сторону и происходит сброс нефтепродуктов. Из сепаратора очищаемая вода насосом подается в коалесцирующий фильтр, фильтрующим элементом которого является мешок, выполненный из ткани.

Сепаратор нефтесодержащих вод «ПЕТРОЛИМИНАТОР-630»

Принцип действия работы биомеханического сепаратора НВ основан на биокорреляции НВ до уровня содержания в ней нефтепродуктов около 1 мл/л, что значительно ниже значения, требуемого Конвенцией.

Совместно с оборудованием и управляющей аппаратурой, он обладает малыми габаритами длина — 1,9 м, ширина — 1,5 м. Сепаратор «ПЕТРОЛИМАРТОР-630» предназначен для уничтожения нефтепродуктов бактериями, жизнедеятельность которых поддерживается естественным образом.

Процесс сепарирования в сепараторе происходит при атмосферном давлении и состоит из трех фаз.

Первая фаза — ступень сепарирования заключается в следующем: НВ подается в сборный танк, где осуществляется первоначальное отделение и удаление (отвод) нефтепродуктов в сборный танк нефти. В сборном танке нефтепродукты отстаиваются и всплывают, т. е они частично отделяются от воды, так чтобы дать возможность шламу и находящимся во взвешенном состоянии механическим примесям осесть на дно танка. Затем нефтепродукты насосом прокачиваются через соленоидный клапан в сборный танк нефтепродуктов, а эмульсия (НВ) подается другим насосом во вторую ступень очистки.

Во второй ступени вступают в действие живые организмы (бактерии), атакуя нефтепродукты содержащиеся в воде. Это происходит следующим образом. Нефтесодержащая вода прокачивается через носитель катализатора, представляющий собой матрицу сотовой конструкции на которой располагаются прикрепленные бактерии, способные разрушить углеводороды нефтепродуктов.

Бактерии выделяют полисахарид, так называемый «биологический клей», который прочно связывает бактерии с носителем катализатора, и изменяет скорость химических реакций, а сами бактерии остаются без изменения. Этот биологический процесс сводит до минимума унос бактерий потоком воды, проходящей через систему катализатора.

Нефтепродукты м связанные с ними загрязняющие частицы разрушаются в этом биологическом слое, и в силу того, что бактерии фактически «съедают» углеводороды нефтепродуктов, детергенты и другие и другие эмульгаторы ускоряют процесс, поскольку они разлагают нефтепродукты на более мелкие частицы.

Третья фаза или окончательная очистка НВ заключается в том, что продолжается дальнейшее воздействие бактерий на оставшиеся нефтепродукты и твердые частицы, перед тем, как очищенная вода будет удалена за борт.

В отличие от некоторых традиционных систем, в этом сепараторе осуществляется непрерывный контроль содержания нефтепродуктов в очищенной воде. Весь процессе в сепараторе полностью автоматизированы электронной системой управления. Сепаратор рассчитан на круглосуточную работу с производительностью 11 тонн в сутки.

Усовершенствование установок типа «Петролиминатор-630» путем внесения существенных изменений в конструкцию отдельных элементов и технологию очистки, позволили обеспечить в установках последнего поколения непрерывную работу в полностью автоматическом режиме без участия обслуживающего персонала до 30 суток. При этом содержание нефти на выходе не превышало 5 мл/л, что подтверждено Береговой охраной США.

Сепаратор нефтесодержащих вод «RWO»

Устройство сепаратора «RWO». Сепараторы типа «RWO» испытаны и допущены к эксплуатации Германским Ллойдом в соответствии с требованиями конвенции.

Степень очистки после обработки НВ менее 6 мл/л.

На рис. 10.7 приведена схема установки очистки нефтесодержащих льяльных вод.

Сепаратор состоит из гравитационного сепаратора 1 типа GSF — с подводящими и отводящими трубопроводами и дополнительно включенного фильтра 17.

Эксцентриковый однороторный винтовой насос 14 сепаратора расположен на одном фундаменте с сепаратором и фильтром, имеет защиту от работы всухую, для чего он оборудован соленоидным клапаном 16. При работе насос 14 засасывает НВ из льял машинного отделения и подает ее в верхнюю часть гравитационного сепаратора 1. Гравитационный сепаратор предназначен для предварительной очистки НВ, до содержания нефтепродуктов менее 100 мл/л, т. е. для разделения грубодиспергированных нефтяных эмульсий.

Корпус сепаратора представляет собой сварную конструкцию из стали, защищенную от коррозии с внутренней и наружной сторон слоями антикоррозийного покрытия, стойкого против забортной воды. Снаружи гравитационный сепаратор оборудован предохранительным клапаном 4, манометром 5, выводами от датчиков 3 и 6, определяющих содержание нефтепродуктов в колпаках сепаратора. Собравшиеся в колпаке сепаратора нефтепродукты отводятся через пневматические поршневые клапаны 7, в сборный танк нефтепродуктов 13. Контрольные краны 21 служат для визуального контроля наличия нефтепродуктов в колпаках сепаратора.

Воздушный кран 22 предназначен для выпуска воздуха из сепаратора в период его заполнения.

Вода, содержащая нефтепродукты проходит через гравитационный сепаратор и поступает в фильтр 17. Фильтр с фильтрующим патроном и зачистным трубопроводом предназначен для тонкой очистки НВ до остаточного нефтесодержания — 5 мл/л.

Собравшиеся в колпаке нефтепродукты отводятся через управляемый вручную воздушный кран 18. Давление в системе и в корпусе фильтра поддерживается подпружиненным клапаном на выпуске очищенной воды. Степень отделения нефтепродуктов от воды являются постоянными при давлении до 0,2 МПа. Поэтому при постоянном давлении 0,1 МПа в корпусе фильтра и повышении давления в сепараторе до 0,25 МПа является признаком загрязнения фильтрующего патрона, который необходимо заменить.

Принцип действия сепаратора «RWO». Схема движения НВ в сепараторной установке «RWO» показана на рис. 10.8.

Насос под давлением подает льяльную воду в гравитационный сепаратор по трубопроводу 2. В корпусе сепаратора за счет принудительной циркуляции поток смеси проходит систему кольцевых камер, сечения которых рассчитаны так, чтобы подъемная сила нефтепродуктов в противопотоке преодолела поверхностное трение в воде, и нефтепродукты, таким образом, поднимались в верхнюю часть сепаратора. Этому процессу способствуют участки замедления и ускорения, а также подогрев эмульсии в змеевике 6, так, чтобы даже мельчайшие частицы нефтепродуктов были отделены от воды.

Отделенные от воды нефтепродукты собираются в колпаке 4 сепаратора, в двух разделенных друг от друга уравнительных камерах. Количество нефтепродуктов регистрируется датчиком 3 с чувствительными элементами и системой автоматического контроля.

Собравшиеся в колпаке сепаратора нефтепродукты отводятся через два пневматических поршневых клапана 5 предварительно отрегулированных на давление воздуха от 0,40 МПа до 0,60 МПа в сборный танк нефтепродуктов 13 на рис. 10.7.

Вода, предварительно очищенная от нефтепродуктов до значений менее чем 100 мл/л и, в основном, освобожденная от механических примесей, поступает в фильтр 8, в котором, проходя через фильтрующий патрон 9 и зачистные трубки очищается до остаточного содержания в ней нефтепродуктов 5 мл/л.

Собравшиеся в колпаке фильтра нефтепродукты отводятся через кран 7, управляемый вручную или автоматически. Значение давления около 0,10 МПа в системе и в корпусе фильтра, поддерживается подпружиненным клапаном слива очищенной воды за борт. Такая настройка обеспечивает нормальную работу сепаратора и сток нефтепродуктов в сборный танк.

Приемные и напорные патрубки соединены байпасом малого диаметра, который служит защитой от работы всухую до тех пор, пока нагнетательный трубопровод не заполнится водой. На байпасе установлен соленоидный клапан, подключенный к системе пуска насоса, который открывается, после ввода его в действие.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

• Внутрибарабанные паросепарирующие устройства
• Конструкции утилизационных паровых котлов
• Типичные неисправности вспомогательных механизмов
• Сепараторы для очистки топлива и масла
• Топливная система судовой дизельной установки