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管道研究

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长输管道穿跨越环境敏感区溢油应急处置技术分析

来源:《管道保护》杂志 作者:孙秉才 龚克 胡家顺 刘文才 杨 磊 宋亚敏 时间:2018-7-9 阅读:

孙秉才1 龚克2 胡家顺1 刘文才1 杨 磊3 宋亚敏3

1.中国石油集团安全环保技术研究院; 2.中国石油大学(北京); 3.中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司

溢油事故不但会造成环境污染,还会给企业带来经济损失和不良社会影响,制定完善的应急处置计划,采取科学有效的应急处置措施,方能最大限度减小泄露事故的危害。

1 现有应急处置技术对比

处理溢油事故的应急方法目前主要有4类,分别为人工清理、机械回收(围堰、撇油、吸附等)、化学处理(辅助分散剂、破乳乳化、生物降解等)及现场控制燃烧,其适用条件及对环境的影响和处理成本相差很大。其中化学方法不但处理成本高,而且对周围环境破坏非常严重,已被许多国家禁止使用;而人工清理和机械回收虽然不对环境造成二次伤害,但耗时长,处理成本高,不适用于快速处理环境敏感区溢油事故;现场控制燃烧因成本低、速度快,已在欧美等国家成功使用。通过对比得出,现场控制燃烧技术处理溢油事故速度快,对环境的伤害小,适合处理环境敏感区溢油事故(见表 1)。

2 现场控制燃烧技术的适用性

溢油应急响应的主要目标是快速清除溢油,阻止溢油扩散,尽量减轻其对环境的伤害,而最佳的应急响应策略是选择对环境伤害最小和处理效果最优的应急处理方法。现场控制燃烧技术与机械回收和人工清理等应急响应技术相比,由于不需要大量的机械设备和清理人员,对环境造成的侵入性伤害和机械伤害会更小。溢油中的组分会随时间推移渗入土壤,进入植被根系,对植被造成一些急性和慢性损伤。而如果在此之前实施现场燃烧,则可以减小进一步伤害的范围和程度,加快植被恢复的质量和速度。但实施现场燃烧的时机依赖于油的风化程度和现场天气条件,在某些天气情况下,等待出现实施现场燃烧时机的时间会比较长[1-3]。在3种情况下,不宜实施现场控制燃烧。一是天气预报有降雨时。因为溢油可能会被雨水冲刷到环境敏感区或未被溢油污染的区域;二是临时围建(构)筑物可能会失效;三是在围堵冰雪解冻期间,因为较小区域内被冰雪堤坝围堵的溢油可能会由于冰雪融化而扩散。

同时,采用现场控制燃烧处理溢油事故还应结合4个方面的需要:需要将陆上或水面上溢油的扩散范围减到最小;需要快速清除表面溢油以减少其暴露时间;对后勤保障和接近溢油区道路的要求较低,且能降低对环境的损害;将需要收集、运输和处理的回收油量降到最少,尽量避免收集、运输和处理过程中发生危险。

3 现场控制燃烧技术应急处置流程

发生溢油事故后,应急响应指挥人员需要综合考虑各种因素,比如溢油的面积、油品类型和性质、天气条件;溢油的蔓延轨迹;评估其他供选择的方案,如机械回收方法等;现场燃烧的可操作性,包括风速、油品类型、风化、乳化、油膜厚度、现场能见度等;对环境可能造成的危害等。如果满足实施现场控制燃烧的条件,还应征得国家和地方相关主管部门同意,才能按计划实施,其处置流程如图 1所示[4]。

4 现场控制燃烧技术的优缺点

现场燃烧技术的主要优缺点见表 2。

从表 2可以看出,现场控制燃烧技术主要有3个优势。

(1)快速清除表面溢油

泄漏油品对环境的污染程度与其浓度和暴露时间有关,由于现场燃烧技术可在很短的时间内清除溢油,从而大大减少溢油区单位面积的浓度和暴露时间,而且燃烧熄灭后,如发现燃烧不完全,还可以进行二次燃烧,以最大限度清理溢油。此外,在实施现场燃烧之前,可以挖沟或采用其他方法将溢油聚集,以增加油膜的厚度,提高燃烧效率[5]。

(2)对后勤保障和应急条件要求较低

溢油扩散到环境敏感区或应急人员不容易到达的区域,常规的应急响应技术会对环境造成二次伤害,如人员的踩踏、重型机械设备的碾压以及抽油软管的拖拽等,不但会使溢油渗入土壤造成污染,而且还会对地表脆弱的植被造成伤害,同时很难在短时间内开辟一条应急响应通道。而采用现场控制燃烧技术,可以较好解决上述问题。

(3)最大限度减少废物量

通过室内实验、中等规模现场试验及溢油现场燃烧的经验观察,现场控制燃烧的处理效率能达到98%以上[6],可回收的残留物很少。而无论采用人工清理还是机械清理,都需回收大量的溢油和含油废物,并对回收废物安全、合理地储存、运输和处置,这意味着需要设置临时储存地点、制定临时处理方案及配置相应的运输工具,且储存、运输过程中的每一项活动都具有一定风险。如果采用现场控制燃烧技术进行清理,则可以避免这些问题。

5 现场燃烧技术应用注意事项

(1)油品类型

原油、柴油和其他石油产品可安全燃烧,而轻质油如汽油由于挥发过快,无法安全燃烧。

(2)燃烧位置选择

考虑溢油泄漏类型(间歇泄漏还是连续泄漏)、可实施燃烧的地点与泄漏源之间的距离以及泄漏源是否有被意外引燃的可能。内陆的很多区域都可以实施现场燃烧技术处理溢油事故,只是从燃烧控制的角度出发,选择实施燃烧的区域应尽量远离溢油源,尤其是仍在泄漏的溢油源。由于受环境条件的限制,有时现场控制燃烧技术可能是唯一安全有效的溢油应急处理方式。

(3)点火和维持燃烧

现场燃烧的可燃物为溢油蒸发产生的蒸气,为了维持燃烧持续稳定进行,就需要有足够蒸气及产生蒸气的油,且蒸气量会随着燃烧的进行而增大。支撑点火和维持燃烧所需油膜的厚度取决于油的挥发性、乳化程度(或含水率)及天气状况等。点燃溢油受上述条件影响,主要是由于大多数点火装置的尺寸和点火强度是有限的。

如果溢油时间超过4天或5天,由于挥发性组分蒸发过快,就会只剩重组分成分。如果要点燃挥发后的残留物,不使用高温且能长时间维持燃烧的点火装置点火,则无法将其点燃,或即使点燃也无法持续燃烧。如果溢油发生在水面上,一旦点火燃烧就会持续进行,直至油膜厚度不足1 mm时才会停止燃烧。对陆上溢油燃烧来说,由于溢油会不同程度渗入土壤,且受到燃烧区植被助燃作用的影响,燃烧会更加彻底。

水面溢油燃烧所需油膜厚度至少应为2~3 mm,而对于重质油或乳化油来说,所需油膜厚度最少需要10mm,才能获得可支持燃烧的足够量的蒸气[7-9]。

(4)围堵措施

点火和维持燃烧需要一定的油膜厚度,为了阻止油膜的扩散,需要采取一些必要的围控措施。陆地上溢油因受土壤和植被吸附作用的影响,会在一定程度上减缓油膜的水平移动速度,具体的围堵措施如下。

①陆上溢油可以采用物理方法(例如堤堰、雪障或沟渠)进行围控,还可以利用天然的凹陷或低洼区域进行围控和点火。

②其他类型溢油,可以用雪、冰、杂物、海岸线等形成障碍,防止溢油扩散,以便实施现场燃烧。③内陆水域溢油,可用耐火围油栏或冰围堵,或被风吹到岸边、堤坝内富集起来。

④风和化学集油剂也可以帮助把水上的浮油推到天然的或人造的障碍物旁,增加油膜,从而支持燃烧。

(5)人员安全

应急响应人员的安全尤为重要,在某些时候,出于安全考虑,点火人员可能采用特定的点火流程,利用易挥发的流体点燃溢油。

6 结论

现场控制燃烧技术是处理环境敏感区溢油事故的有效手段,甚至某些情况下是唯一行之有效的选择。但由于受到相关法律法规和公众认知程度的限制,目前尚无相关的实施指南和政策支持。为此,应该加大在该技术领域的科研投入,尽快出台相关指导文件,以提升我国管道运营企业在溢油应急处置方面的能力。

参考文献:

[1] Janet H. Kucklick , Don Aurand. Historical dispersant and in-situ burning opportunities in the united states[C]. International oil spill conference, 1997:802-810.

[2] Allen, A.A. Contained controlled burning of spilled oil during the Exxon Valdez oil spill[C]. Proceedings of the Thirteenth Arctic and Marine Oil Spill Program Technical Seminar, 1990: 305-313.

[3]Neré J. Mabile, Considerations for the Application of Controlled In-Situ Burning[C]. The SPE/APPEA International Conference on Health, Safety, and Environment in Oil and Gas Exploration and Production, 2012:11–13

[4]DAVID E. FRITZ .In Situ Burning of Spilled Oil in Freshwater Inland Regions of the United States[J]. Spill Science & Technology Bulletin, 2003,8(4):331–335.

[ 5 ] S C O T T A . Z E N G E L , J A C Q U E L I N E MICHEL,JEFFREY A. DAHLIN. Environmental Effects of In Situ Burning of Oil Spills in Inland and Upland Habitats[J]. Spill Science & Technology Bulletin,2003,8(4):373–377.

[6] Merv Fingas, In-situ Burning of Oil[M],USA: IPIECA ,2014.

[7] ExxonMobil.Oil Spill Response Field Manual[M],ExxonMobil Research and Engineering Company, 2008.

[8] Nere Mabile. The coming of age of controlled insitu burning[J], BP America, 2012.

[9] JOSEPH V. MULLIN. MICHAEL A. CHAMP.Introduction/Overview to In Situ Burning of Oil Spills[J],Spill Science & Technology Bulletin, 2003,8(4):323–330.

作者:孙秉才,男, 1984年4月生,工程师, 2015年6月毕业于中国石油大学(北京),博士研究生,现就职于中国石油安全环保技术研究院,从事大型储罐、长输管道安全检测与监测方面的相关研究。

《管道保护》2017年第2期(总第33期)

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