санна сафина81 норм контр перед.2 (1198172), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Переменная облачность 3-7 баллов уменьшает поток радиации почти на 50%. Скорость разложения нефтяного пятна солнечным светом составляет в среднем 200 кг/кмl за восьмичасовой световой день. Она зависит от типа нефтепродукта: тяжелые металлы, содержащиеся в нефти, ускоряют процесс окисления, а соединения серы, наоборот, замедляют.

В фотохимических реакциях могут участвовать только соединения, поглощающие свет в области свыше 290 нм. Линзы нефти, которые обычно на порядок толще пленки, и в которых сконцентрированы высококипящие компоненты, уже после трехдневного облучения начинают твердеть. После пяти дней облучения углеводороды с числом атомов С<7 в поверхностной пленке не обнаруживаются, а через 9 дней пленка становится пластичной однородной массой, распадающейся на фрагменты при перемешивании.

Результатом этих процессов является образование нефтяных агрегатов - комочков, близких по плотности к воде.

Результаты исследований последних лет показывают, что наличие нефти в донных отложениях, может оказывать более эффективное воздействие на морскую биоту, чем наличие ее в толще воды, на поверхности или загрязнение берега. Это обусловлено, с одной стороны, большим временем сохранения нефтью токсических свойств в донных отложениях, с другой стороны, повышенной чувствительностью к нефти бентических сообществ. Натурные исследования показывают, что незагрязненные донные отложения шельфовой зоны морей содержат 1-5 мкг/г углеводородов. В эстуариях рек невдалеке от промышленных центров их содержание увеличивается до 1000- 5000 мкг/г.

В толще воды, свободной от взвешенных частиц, нефть может находится в растворенном виде или в виде отдельных капель. Если эти частицы присутствуют в воде, углеводороды могут присоединяться к их поверхности.

Возможно образование новых частиц, объединивших в себе свойства углеводородов и взвесей. Они могут иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от соотношения частей взвесей и углеводородов. Обычно минеральная частица взвеси имеет плотность около 2,5 г/см3, а частица нефти около 0,85 г/см3. Таким образом, если относительный объем фракций нефти в объединенной частице, общая плотность составит:

Ρc = 085j + 2,5(1 - j) (1.2)

Эта величина станет равной плотности морской воды (1,025 г/см3) при отношении объема частицы нефти к минеральной частице 8,3 и отношению диаметров 2. При меньших отношениях объединенная частица будет погружаться, при больших плавать. В любом случае объединение частиц изменит скорость подъема или погружения частиц, что существенно повлияет на толщину пленки на поверхности и концентрацию нефти в толще воды.

Существенно влияет на седиментацию также концентрация взвешенных частиц. Максимальное количество объемов нефти, которое один объем частиц может погрузить в толщу воды - 8,3. В действительности количество погрузившейся нефти обычно значительно меньше. Наилучшими условиями для седиментации будут в том случае, когда плотные частицы со дна перейдут в толщу воды при проведении операций по дноуглублению, под действием ветровых волн или вследствие других причин.

Коэффициент сорбции органических углеводородов взвешенными частицами изменяется в пределах 1000-10000, содержание их в частицах может достигать 10%. Таким образом, если концентрация растворенной нефти составляет З мг/л, концентрация сорбированной нефти будет 300-3000 мг/л. Если взвешенные частицы представлены в количестве 20 г/м3, концентрация сорбированной нефти будет 6x103-60х103 мг/л.

Взвешенные частицы могут сорбировать только небольшую часть (0,002-0,02) растворенной нефти. Вместе с тем, концентрации сорбированной нефти достаточно высоки и когда они добавляются к отложениям уже загрязненным нефтью, появляется угроза для существования бентических сообществ.

Более или менее значительное загрязнение дна от единичного плавающего пятна маловероятно, за исключением случаев интенсивного подъема взвесей в толщу воды.

Как особенности движения, так и состояние самих пятен во многом зависят от того, каким образом и в каком количестве нефть попала под лед.

Отметим, что нефть подо льдом может существовать в виде пленки в редких случаях.

К этим случаям следует отнести:

- большие объемы вязкой нефти значительной плотности, в спокойной воде;

- наличие источника с постоянным расходом, обеспечивающим толщину пленки нефти не менее 2мм;

- шероховатость нижней поверхности льда препятствующая растеканию нефти.

В остальных случаях пленка нефти трансформируется в набор линз различных размеров как по толщине,так и по диаметру. Это явление легко проверить в бытовых условиях. Для этого следует взять сосуд цилиндрической формы налить в него воды и капнуть на поверхность нефть, керосин либо др. После того, как нефть растечется по поверхности воды, наложить сверху пластинку льда соответствующей формы. Сквозь пластинку льда будет видно, как пленка, равномерно распределенная по поверхности, стянется в одну, либо несколько линз. Количество линз и их толщина будут определяться величиной поверхностного натяжения выбранного сорта нефтепродукта. Точнее, это будет определяться соотношением поверхностного натяжения воды и нефтепродукта.

Наличие в воде поверхностно активных веществ (ПАВ) в значительной степени влияет на это явление в сторону уменьшения эффекта

Таким же образом происходит трансформация нефтяной пленки под гладкой нижней поверхностью льда.

Другим фактором, определяющим движение нефти подо льдом, является шероховатость его нижней поверхности. Абсолютное значение шероховатости зависит от целого ряда гидродинамических и климатических факторов и до сих пор изучено не достаточно. Шероховатость может быть настолько значительной, что исключит любое движение нефти (нефтяных линз) подо льдом. Имеются в виду торосы, выступы которых на нижней поверхности могут достигать 1м и более, а также стамухи (торосы, выступы которых могут достигать дна).

При небольших значениях шероховатости движение линз нефти будет определяться скоростью подледного течения. При определенных сочетаниях скорости течения, плотности нефти образовавшей линзы и шероховатости нижней поверхности, пятна нефти подо льдом будут перемещаться в турбулентном пограничном слое в направлении течения. При этом размеры линз (капель) нефти будут уменьшаться в соответствии со степенью турбулентности пограничного слоя.

Испарение легких фракций нефти с поверхности пятна в числе прочих может быть описано уравнением (1.3.). Это уравнение включает в себя ряд параметров, которые, как правило, неизвестны. В частности, такие как масса жидкой составляющей остатка, ее плотность и т. п. Эти значения могут быть получены в химической лаборатории. Параметры нефтей, добываемых на различных месторождениях, отличаются друг от друга, более того, они могут изменяться в процессе транспортировки. Поэтому расчеты носят приближенный характер.

(1.3)

где: Λi(t) – вес на единицу оставшегося пятна фракции i (кг/кв.м);

α(t)=CdU(t) – коэффициент переноса массы, зависит от скорости ветра (м/с);

M(t) – молярная масса нефти образующее пятно;

pi(t) – давление паров фракции i (H/ кв.м);

ρ(t) – плотность соответствующей фракции (кг/куб.м);

h(t) – толщина стенки в пятне (м);

R – универсальная газовая постоянная (Дж/кмоль.К);

T – абсолютная температура

Cd - коэффициент шероховатости водной поверхности;

W(t) - скорость ветра (м/с),

(1.4)

W* = 0,0ЗW(t) для W(t) менее 7м/с,

W* = Cu1 + (Du2 – Cu1) для ,

W* = DW(t)… для W(t), более 20 м/с.

Изменение объема пятна нефти плавающего на поверхности воды за тот же период времени можно определять следующим образом:

(1.5)

Иллюстрировать вышесказанное можно следующими примерами:

В таблице 1.2 приведены значения скорости испарения нефтепродуктов в метрах кубических в минуту в зависимости от скорости ветра и давления паров Р для пятна диаметром 100м и М=200 (дизельное топливо)

Таблица 1.2

Скорость испарения пятна дизельного топлива диаметром 100м. в зависимости от скорости ветра и давления паров

В таблице 1.3 приведены те же значения для пятна диаметром 1000 м и М=120 (бензин).

Таблица 1.3

Скорость испарения пятна бензина диаметром 1000м. в зависимости от скорости ветра и давления паров

Из приведенных цифр следует, что существенное влияние на процесс испарения оказывают размеры пятна и, в частности, его диаметр. При увеличении диаметра пятна в 10 раз скорость испарения увеличивается в 50-80 раз, тогда как при увеличении в 10 раз скорости ветра скорость испарения увеличивается лишь в 7 -8 раз.

Зависимость скорости испарения от молекулярного веса и паров и давления паров линейная. Она обусловлена также процентным содержанием низкокипящих фракций в нефтепродуктах. Для пятен, плавающих на поверхности воды, давление паров резко уменьшается по мере их испарения, изменяются и другие параметры, такие как плотность, вязкость.

Количественно эти изменения можно выразить эмпирическими соотношениями:

РМ(Y) = 1900ехр(8Y-200Y₃) (сырая нефть) (1.6)

PM(Y) = 4000ехр(-1,2Y- 2,5Y₂) (бензин) (1.7)

где: - объемный коэффициент.

Алгоритм расчета испарения с поверхности пятна за время Т может быть следующим:

По данным о начальном объеме разлива V0 и данным о ветре W, рассчитываются линейные размеры пятна через промежуток времени tj, затем вычисляется изменение объема за тот же период, после чего получаем значение V_j, которое используем для расчета PM(Y)_i.

Так для пятна с начальным объемом V0'= 1000м³, с площадью поверхности A = 2x104 м² и скоростью ветра W=7м/с, результаты расчетов показывают, что наибольшая часть нефти испаряется в первые 30 мин., скорость испарения (при Р=760 мм.рт.ст.) составляет 7м³/мин. В дальнейшем скорость испарения замедляется и через 2-2,5 часа после разлива процесс практически прекращается. К этому времени может испариться до 30% начального объема легкой нефти.

Испарение бензина происходит более интенсивно. Первые Юмин скорость испарения составляет около 60 м³/мин. Далее скорость испарения также, как у сырой нефти замедляется и составляет около 15 м³/мин. В течение 35-40 минут практически весь бензин испаряется.

Растекание нефтяного пятна по поверхности воды можно вычислять на базе модели Фэя:

, (1.8)

где:

A(t) - площадь нефтяного пятна (м²)

Характеристики

Список файлов ВКР