Летучие органические соединения

                   Летучие органические соединения на судах (ЛОС)

Экологические аспекты загрязнения  окружающей воздушной среды

Загрязнение воздушной среды  твердыми частицами –  золой , пылью и другими, оксидами серы, азота, углерода, летучими углеводородами, хлорфторуглеводородами может привести к необратимым изменениям в атмосфере и серьезным экологическим последствиям. Так оксиды углерода, азота, метан и водяные пары являются парниковыми газами, способствующими изменению климата на планете – глобальному потеплению. В последние десятилетия ежегодные накопления СО₂  в  атмосфере  составляют  0,4 %, с начала ХХ века уровень СО₂ в атмосфере увеличился на 31 %. Содержание метана увеличивается на 1 %  в  год,  а  общее  накопление   оксида  азота за весь период интенсивного промышленного развития составило 15 %. Быстрое потепление приводит к ускорению круговорота воды,  что   способствует  накоплению  водяного   пара  в атмосфере и усилению парникового эффекта.

Глобальное потепление приведет к опустыниванию земель, таянию накопленных  на Земле льдов и подъему  уровня  Мирового океана. Изменение климата вызовет серию природных катаклизмов – наводнений, землетрясений, штормов. Повышение уровня океана создаст угрозу жизни людей, проживающих в прибрежных районах.

В 1997 году в Киото (Япония) была а подписана Конвенция по сокращению  выбросов  парниковых газов на 5 – 12 %. Задачей подписанной в Киото Конвенции является стабилизация содержания парниковых газов в атмосфере на уровне,  обеспечивающем  отсутствие антропогенного влияния на климат.

Не менее важной проблемой  является разрушение озонового слоя планеты.

Озоновый слой находится  на высоте примерно 20-25 км и обеспечивает защиту Земли от коротковолновой  ультрафиолетовой солнечной радиации, обеспечивает постоянный тепловой режим  стратосферы. Антропогенные выбросы  загрязняющих веществ в атмосферу  приводят к разрушению озонового  слоя. К озоноразрушающим веществам относятся хлорфторуглероды ( ХФУ ), бромфторуглероды ( галлоны ), четыреххлористый углерод, гидрохлорфторуглероды ( фреонф ) и другие вещества. Последствиями разрушения озонового слоя являются нарушения в жисзни Мирового океана, зеленых растений, возрастания числа раковых заболеваний у людей.

К практическим мерам, принимаемым в настоящее время для прекращения  разрушения  озонового слоя следует отнести отказ от производства и использования озоноразрушающих веществ.

Выбросы в атмосферу оксидов  азота и серы  приводят  к выпадению кислотных осадков. Для решения  этой   проблемы  следует  сократить   выбросы   в  атмосферу кислых продуктов сгорания топлива.

 Не  менее  важными   экологическими  проблемами являются загрязнение окружающей среды отходами антропогенной деятельности – бытовыми, промышленными, в том числе  радиоактивными .

При работе энергетических установок и судовых систем потребляется забортная вода, воздух, сбрасываются в атмосферу выпускные газы, а  в гидросферу забортную воду из теплообменных  аппаратов и нефтесодержащие  воды, являющихся источником теплового, шумового, вибрационного и радиационного  загрязнения биосферы и др.  Загрязнение  атмосферы с судов  происходит  при выбросах отработавших газов судовых энергетических установок, дымовых  газов  при работе котлов и инсинераторов, при утечках озоноразрушающих веществ и летучих органических соединений.

 Это приводит к изменению  санитарно-гигиенических условий  жизнедеятельности человека, способствует  развитию различных заболеваний  и оказывает негативное влияние  на флору и фауну. Источниками  загрязнения биосферы при эксплуатации  судна являются энергетические  установки, перевозимый груз, экипаж  судна и пассажиры. Качественная  и количественная стороны загрязнения  составляющих биосферы ( атмо-, гидро-, и литосферы) определяются типом и назначением судна, видом перевозимого груза, типом и мощностью энергетических установок, сортом топлива, степенью автоматизации СЭУ и пр.

Токсичность выпускных газов  определяется сортом топлива и условиями  его сгорания. Применение более дешевых (тяжелых сернистых топлив) вызывает повышенное загрязнение окружающей среды, увеличивает изнашивания  и число отходов СЭУ. При выборе сорта топлива решающее значение могут иметь перечисленные факторы, а не его дешевизна. В выпускных  газах находится около 200 компонентов, которые можно разделить на семь групп.

Группа 1 представляет собой  продукты  полного  сгорания топлива, которые способствуют образованию  парникового эффекта и кислотных  дождей.

 СО (группа 2), NO, NO₂,  N₂ O₄,  N₂ O₅ и т.д.

3 група, участвуют в образовании фотохимических реакций смога,

примеси группы 4 (углеводородные соединения С_хН_х) являются канцерогенами.  Наиболее опасен 3,4-бензо(α) перен (С₂ОН₁₂) представляющий собой желтые кристаллы хорошо растворяющиеся в органических растворителях.

 Альдегиды относятся  к группе 5.

Сажа (группа 6) является переносчиком канцерогенных веществ. При работе СЭУ на сернистых топливах в состав выпускных газов входят неорганические газы группы 7 (сернистый ангидрид    и другие). Выпускные газы способствуют задымлению атмосферы в черный цвет, придают сажа и зола, а бурый  – двуокись азота.

Концентрация токсичных  веществ в выпускных газах  зависит от типа двигателя, сорта  топлива, температуры и давления газов, конструкции камеры сгорания или форсунки, степени сжатия, состава  рабочей смеси, режима работы.

        Загрязнения атмосферы при работе судовых котлов серьезно влияет на ее состояние в портах, судоходных каналах, узкостях и прилегающих территориях. 

Установленная мощность судовых  двигателей уже сейчас превышает  суммарную мощность всех тепловых электростанций и продолжает расти из года в год. В этой связи из-за роста мирового флота оснащенного высокофорсированными дизелями повышенной оборотности, а  также использования в них  тяжелых топлив становится актуальной проблема предотвращения загрязнения  воздушной среды судовыми дизелями.

По инициативе ИМО в  сентябре 1997 года было издано Приложение YI к МАРПОЛ 73/78, посвященным предотвращению загрязнения атмосферы с судов.

Особенно важным является снижение уровня локального загрязнения  воздушной среды в районах, близких  к внутренним водным путям, портам и  другим местам  скопления флота.

По биологической активности воздействию на здоровье людей, из всего  спектра выбросов выделяют пять основных компонентов отработанных газов: окислы азота NO_х, окись углерода СО, окислы серы SO_х, углеводороды СН и альдегиды. На долю нефтяных топлив приходится 80-95% от общей массы вредных газообразных веществ. Экологическая опасность отработавших газов заключается еще и в том, что перемешиваясь с атмосферным воздухом, взаимодействуя друг с другом и образуя новые токсичные вещества, они оказывают на живую природу негативное воздействие, часто имеющее необратимый характер.

В результате эксплуатационных анализов выявлено, что на установившихся режимах работы дизельных установок, в отработавших газах представлены в основном окислы азота. Причинами  неблагоприятного протекания рабочего процесса также являются техническое  состояние двигателей и утяжеление винтовых характеристик, погодные условия (направление и сила ветра, состояние  моря, степень загрузки судна, обрастание корпуса судна, состояние гребного винта и т.д.).

19 мая 2005 года вступило  в силу Приложение VI «Правила предотвращения загрязнения атмосферы с судов» к Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов 73/78.

Предотвращение загрязнения   воздушной   среды  с  судов 

Приложение VI  к  МК МАРПОЛ73/78 о предотвращении загрязнения воздушной  среды  с судов распространяется на:

- озоноразрушающие вещества – вещества, разрушающие озоновый слой атмосферы, перечисленные в приложениях к Монреальскому протоколу 1987 года. Из них на судах используются галлоны 1211, 1301, 2402 и ХФУ - 11,  12 , 113, 114, 115. Эти вещества используются в  рефрижираторах , системах кондиционирования и пожаротушения;

- окислы азота NO_х;

- окислы серы SO_х;

- летучие органические соединения ( ЛОС );

- продукты инсинерации;

- выбросы от главных  и вспомогательных  установок .

Новые установки, содержащие озон разрушающие вещества, запрещаются на всех судах,  кроме  установок, содержащих гидрохлорфторуглеводороды (ГХФУ ), использование которых разрешено до 1 января 2020 года. Правительства  каждой   стороны  Монреальского  протокола   обязаны   обеспечить  свои порты ремонта сооружениями для демонтажа и приема с судов озоноразрушающих веществ и оборудования, содержащего такие вещества.

На каждый дизель с выходной мощностью более 130 квт, который установлен на судах, построенных 1 января 2000 года или после этой даты или подвергшийся существенному переоборудованию 1 января 2000 или после этой даты, распространяются требования по контролю за выбросами окислов азота. Процедура испытания, освидетельствования и сертификации установлена  Техническим  Кодексом по контролю  выбросов  окислов азота из судовых дизелей. Международное свидетельство

(EIAPP), подтверждающее соответствие двигателя Техническому Кодексу действительно в течение всего срока службы двигателя.

В  целях  предотвращения загрязнения воздушной среды окислами серы содержание серы в любом жидком топливе, используемом на судах, не должно превышать 4,5%. Но в районах контроля выбросов серы (РКВС) – зонах SЕCА, куда входят Балтийское море, Северное море, пролив Ла-Манш, содержание серы в жидком топливе не должно превышать 1,5 %.

В подтверждение этого  на судне должна храниться проба   топлива  (не менее 12 месяцев) и накладная на его поставку (не менее 3-х лет). Или на  судне  применяется  система  очистки выхлопных газов от главных и вспомогательных установок до содержания в них не более 6г SO₂ /кВт.ч. Стоки отходов этого оборудования не должны сбрасываться в закрытых портах.

Требования  по  ограничению  выбросов ЛОС относятся к танкерам. Танкеры должны быть обеспечены системой сбора паров ЛОС, используемой во время погрузки и одобренной правительством государства с учетом безопасности.. В свою очередь, порты и терминалы должны быть обеспечены системой контроля выбросов паров ЛОС, а также системой утилизации паров ЛОС.

Речь идет о загрязнении  атмосферы выбросами летучих  органических соединений (ЛОС), возникающими вследствие интенсивного испарения  нефти при её хранении и транспортировке. По оценкам экспертов, удельные потери углеводородного сырья за счет испарения  в процессе его перевалки составляют около 0,28 % от общего объема нефти, перевозимой  морем. Выбросы ЛОС, с мирового танкерного флота в процессе морской транспортировки  нефтяных грузов составляют от 4-х до 7-и миллионов тонн в год, что  превышает общее количество нефти, попадающее в море в результате аварий танкерного флота боле чем в 115 раз. Образно говоря, ежегодно 25 танкеров типа УЬСС дедвейтом по 250 тысяч тонн каждый, полностью испаряется.

Но даже такие значительные количественные потери нефти не отражают того негативного воздействия, которое  оказывают нефтяные пары на окружающую среду. Помимо того, что среди органических соединений, входящих в состав ЛОС, содержится достаточно большое число  токсичных веществ, в ходе фотохимических реакций между оксидами азота (МОх) и некоторыми ЛОС образуется приземный озон, который по токсичности приравнивают к цианидам.

Вступление в силу 15 мая 2005 года нового Приложения VI к Международной

конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ-73/78),

регламентирующего правила  по погрузке ,отгрузки ,перевозки и хранения с танкеров

и терминалов, потребует  от РФ принятия в самые короткие сроки жестких мер по уменьшению выбросов ЛОС при перевалке нефти  до разумного минимума.

Регулирование эмиссии нефтяных паров с танкеров в процессе транспортировки  нефти может быть осуществлено следующими способами:

1. путем оборудования  танкеров системами контроля  эмиссии паров (СКЭП) в соответствии  с требованиями ИМО, для отвода  паров в береговые устройства  утилизации ЛОС;

2. установкой на танкерах  абсорбционных систем рекуперации  нефтяных паров;

3. оборудованием танкеров  системами реконденсации нефтяных паров и их использования в качестве топлива для судовых силовых установок;

4. предусматривая на танкерах  дополнительные системы трубопроводов,  позволяющие осуществлять донасыщение  парогазовой смеси за счет  последовательного перемещения атмосферы танков (ППАТ).

 
        1.Контроль источников загрязнения атмосферы выбросами ЛОС должен представлять собой часть единого механизма управления воздухоохранной деятельностью предприятий, включающего полную инвентаризацию выбросов ЛОС и их источников, нормирование выбросов, а также принятие мер долгосрочного и оперативного характера по уменьшению выбросов ЛОС, в том числе за счет совершенствования технологических процессов, использования экологически безопасных газоочистных устройств. Поэтому, система нормативно-правового регулирования выбросов ЛОС, как при перегрузке нефти и нефтепродуктов на терминалах, так и во время их транспортировки морем, должна обеспечить совокупность

организационных, технических  и методических мероприятий, направленных на выполнение требований законодательства в области охраны

атмосферного воздуха, в  том числе на обеспечение действенного контроля выполнения нормативов выбросов ЛОС.

       2. При разработке национальных требований к технологическим системам регулирования эмиссии ЛОС, используемым на нефтяных терминалах, следует учитывать, что выбор метода регулирования эмиссии ЛОС производится, прежде всего, на основании анализа технологий грузообработки, интенсивности выбросов и объемов образующихся паровоздушных смесей, концентрации в них ЛОС и их фракционного состава. ^ Идеальным вариантом газоочистки является полное преобразование ЛОС во вторичное топливо или полезную энергию. Рекуперативные технологии

являются наиболее приемлемыми  для использования в качестве средств контроля эмиссии, поскольку  деструктивные способы контроля эмиссии не позволяют контролировать выбросы СО², МОх и вОх.

       3. Помимо обязательного применения на танкерах и терминалах стандартной системы контроля эмиссии паров (СКЭП) для отвода парогазовых смесей в береговые приемные сооружения методом газового баланса, задача повышения экологической безопасности технологий перегрузки и морской транспортировки нефти может быть решена следующими способами:

 дооборудованием танкеров  дополнительными системами

трубопроводов, позволяющими осуществлять ПЛАТ; н. установкой на танкерах дополнительных систем рекуперации нефтяных паров;

ш. изменением установочного  давления срабатывания

предохранительных клапанов на газоотводной системе танкера; ?

4 При дооборудовании существующих и строящихся танкеров системами

ППАТ следует учитывать, что использование ППАТ позволяет  снизить с

общую массу ЛОС в отходящих  газовых потоках при погрузке танкера на 12,5%. На балластном переходе танкера, за счет использования ППАТ, объёмная концентрация ЛОС в газовом  пространстве грузовых танков может  быть увеличена с 20% до 33% от общего объёма парогазовой смеси, что также  приведет к уменьшению эмиссии ЛОС  во время погрузки. Использование  ППАТ, в случае погрузки с применением  метода газового баланса (СКЭП), позволит уменьшить диаметр газоотводного  трубопровода за счет снижения общего объёма эмиссии. Использование ППАТ в комплексе с любым типом  технологической установки

регулирования эмиссии ЛОС, обеспечит значительное снижение расхода  энергии, габаритов и сложности  установок улавливания, повысит  экологическую и технологическую  безопасность процесса налива нефти.

5. При оборудовании танкеров  дополнительными системами рекуперации  ЛОС, рекомендуется учитывать,  что установки абсорбции ЛОС  нефтью экологически более эффективны, чем УПСГ, кроме того, при заданной  степени улавливания ЛОС энергоемкость  процесса их повторного сжижения  выше, чем при абсорбции нефтью. Помимо этого, перспективы использования  конденсата, образовавшегося в ходе  сжижения ЛОС, в качестве топлива  для силовой установки танкера  или для поддержания необходимого  позитивного давления в грузовых  танках на выгрузке, еще полностью  не изучены и не определены  необходимые меры экологической  и технологической безопасности  при ею использовании.

6. При проектировании и строительстве новых танкеров, следует учитывать, что повышение давления срабатывания предохранительных клапанов газоотводной системы танкера до 1800 мм в.ст., позволяет сократить общие объёмы выбросов ЛОС с танкеров в процессе морской транспортировки нефти на 80%. Более высокое установочное давление предохранительного клапана позволит полностью исключить необходимость стравливания избыточного давления из грузовых танков в процессе транспортировки нефти. Кроме того, обучение персонала танкеров в отношении правильного применения существующей процедуры регулируемого выпуска паров позволит уменьшить общую эмиссию ЛОС с нефтяных танкеров примерно на 15%.

Список литературы:

лекции   ПЗМ  А К  Зарецкой(СМ)

Предотвращение загрязнения  морской среды с судов и  морских сооружений.

Автор: Михрин Л.М.  Место издат.: СПб   ISBN: 5-900703-65-7 
Год: 2005

Баскаков  С.П. Безопасность перегрузочных операций с нефтью. II. Материалы международного экологического форума «День Балтийского моря». - СПб,- 2003. стр.105-107

Автореферат (ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ  ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ЭМИССИИ ЛЕТУЧИХ  ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.) 
 
выполненый в Государственной морской академии им. адм. С.О.Макарова

Научный руководитель:

доктор технических  наук, профессор Ф.М. Кацман

Официальные оппоненты:

доктор технических  наук, профессор В.В. Яковлев, кандидат технических наук, О.Р.Крупнов

Индивидуальное задание, к Дипломной работе,

по дисциплине Охрана окружающей среды

Студента гр.ЗСМ-6

Остапенко И.Л