Водные перевозки нефтепродуктов

Наличие большого количества морей, судоходных рек, каналов и озер на территории России обусловило широкое развитие водных перевозок нефти и нефтепродуктов. Для некоторых экономических районов страны водный транспорт является основным средством перевозки нефти и нефтепродуктов. По своим экономическим показателям во многих случаях этот вид транспорта успешно конкурирует с трубопроводным.

Различают следующие типы нефтеналивных судов:

танкеры морские и речные;

баржи морские (лихтеры) и речные.

Нефтеналивное судно состоит из жесткого стального каркаса, к которому крепится обшивка. Каркас судна выполнен из продольных и поперечных жестких связей (рис.1).

Продольные и поперечные переборки образуют наливные отсеки-танки, которые соединяются между собой через перекрываемые клинкетами отверстия, расположенные у днища. Открываются и закрываются клинкеты посредством маховика, выведенного на палубу.

Каждое нефтеналивное судно характеризуется следующими основными показателями:

Водоизмещение — вес воды, вытесненной груженым судном. Водоизмещение судна при полной осадке равно собственному весу судна и полного груза в нем.

Дедвейт — полный вес поднимаемого груза (транспортируемого и для собственных нужд).

Грузоподъемность — вес транспортного груза.

Скорость хода при полной загрузке.

Отношение дедвейта к водоизмещению называется коэффициентом утили­зации водоизмещения (для танкеров колеблется в пределах 0,65—0,75 и характеризует степень совершенства судна).

Существенное отличие конструкции нефтеналивных судов от других транспортных судов обусловлено особыми свойствами жидкого груза:

жидкий груз, имеющий свободную поверхность, перетекает при крене на один борт, уменьшая устойчивость судна;

удары жидкого груза при качке создают дополнительную нагрузку на переборки и борта;

увеличение объема жидкого груза при повышении его температуры тре­бует наличия свободного объема в танках при полной загрузке судна;

повышенная пожарная опасность требует принятия некоторых противопожарных мер;

необходимость применения специальных технологических трубопроводов и насосов для производства грузовых операций.

Поперечный разрез корпуса танкера

Рис. 1. Поперечный разрез корпуса танкера

Для уменьшения вредного воздействия жидкого груза на устойчивость судна устанавливают продольные переборки. Поперечные переборки ставятся на расстоянии не более 12,5 м одна от другой. Это позволяет уменьшить удары жидкого груза в переборки при качке.

Из всех типов нефтеналивных судов наибольшее распространение получил танкер — самоходное судно, корпус которого системой продольных и поперечных переборок разделен на отсеки. Различают носовой (форпик), кормовой (ахтерпик) и грузовые отсеки (танки). Для предотвращения попадания паров нефтепродуктов в хозяйственные и машинные отделения грузовые танки отделены от носового и кормового отсеков специальными глухими отсеками (коффердамами). Для сбора продуктов, испарения нефтепродуктов, регулирования давления в танках на палубе танкера устроена специальная газоотводная система с дыхательными клапанами.

Все грузовые танки соединены между собой трубопроводами, проходящими от насосного отделения по днищу танков. Различают грузовой и зачистной трубопроводы (рис. 2). Грузовые и зачистные приемники размещаются в наи­более глубокой части танка, у кормовой переборки, так как танкеры обычно имеют дифферент на корму.

Кроме грузовой и зачистной систем, грузовые танки оборудуются и другими технологическими трубопроводами и устройствами: подогревателями, установками для орошения, мойки палубы, вентиляции и пропаривания танков, средствами пожаротушения и др.

Погрузка и выгрузка танкера производятся с соблюдением следующих условий.

1. Для разгрузки корпуса танкера от опасных концентраций напряжений нефтепродукт (а при порожнем рейсе балласт) следует размещать по отсекам с учетом возможного равномерного распределения веса по длине судна. Загрузку и выгрузку танков необходимо производить по строго определенной очередности. Например, кормовую и носовую группы танков надо загружать равномерно.

2. Для предотвращения нормального крена судна бортовые танки следует загружать равномерно.

Погрузка и выгрузка танкера производятся с соблюдением следующих условий.

1. Для разгрузки корпуса танкера от опасных концентраций напряжений нефтепродукт (а при порожнем рейсе балласт) следует размещать по отсекам с учетом возможного равномерного распределения веса по длине судна. Загрузку и выгрузку танков необходимо производить по строго определенной очередности. Например, кормовую и носовую группы танков надо загружать равномерно.

2. Для предотвращения нормального крена судна бортовые танки следует загружать равномерно.

Рис. 2. Схема размещения нефтепроводов на танкере
Рис. 3. Схема откачки нефтепродуктов через вакуумный танк

При снижении уровня нефти в танках в конце выгрузки может произойти подсасывание воздуха, что приведет к резкому падению производительности вплоть до прекращения откачки вследствие срыва работы насоса.

Для устранения попадания воздуха в насосы на танкерах широко применяют откачку с помощью вакуумтанков. Сущность этого способа состоит в том, что насосы откачивают продукт не отдельно из каждого танка, а из одного герметически закрытого танка, в котором поддерживается разрежение; из остальных танков продукт поступает в этот вакуумтанк самотеком за счет перепада давлений. В качестве вакуумного (рис. 3) используется танк 1, смежный с насосным отделением. Танк оборудуется дополнительным приемником 3, соединяющим его с насосом 4, а также клинкетами на газоотводных и других трубопроводах, подведенных к танку с палубы.

Перед началом выкачки вакуумтанк отключают от всех трубопроводов и проверяют надежность герметизации. Затем через дополнительный приемник 3 из танка откачивают нефтепродукт, примерно на 2/3 высоты заполнения при этом в танке создается разрежение, равное 0,035 МПа. После этого продолжают откачку, сообщают вакуумтанк с очередным грузовым танком, для чего открывают соответствующий клинкет 2 на грузовом трубопроводе. Переход на следующий танк по мере откачки нефтепродукта выполняется обычным пере­ключением приемных клинкетов. Воздух, попадающий в грузовую магистраль, теперь уже не проникнет в насос, а останется в вакуумтанке. По этому же принципу производится зачистка танков.

Величина разрежения в вакуумтанке должна быть назначена с учетом давления насыщенных паров нефтепродукта при температуре откачки. Если Ру >Рвак1 начнется кипение нефтепродукта в танке. Применение вакуумтанков позволило сократить время выкачки нефтепродуктов на 20%.

При откачке воды балластной и после зачисток танков необходимо принимать специальные меры по предотвращению загрязнения моря нефтепродук­тами. Согласно требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря нефтью вдоль берегов установлена зона шириной 100— 150 миль, где запрещается выбрасывать воды с содержанием нефтепродуктов. Нежелателен слив нефтяных остатков и в открытое море, поскольку, плавая на поверхности воды, они могут быть занесены ветром или течением в запретные зоны.

Для приема с судов воды, загрязненной нефтепродуктами, на нефтебазах предусматриваются специальные береговые емкости с очистными установками. Кроме того, большинство танкеров оборудованы специальными сепараторами.

По своим техническим показателям и условию плавания различают морские, речные и озерные танкеры.

Наибольший удельный вес имеют морские танкеры, получившие особенно широкое применение для перевозки нефти.

Некоторые данные о находящихся в эксплуатации танкерах приведены в табл.1.

Таблица 1

Основные данные морских танкеров

В настоящее время в мировом судостроении наметилась тенденция к резкому увеличению грузоподъемности. Уже сейчас плавают супертанкеры дедвейтом 200 000 т. Разрабатываются проекты строительства супертанкера дедвейтом 500 000 т. Но, несмотря на явные экономические преимущества крупнотоннажных танкеров дедвейтом более 80 000 т, число таких судов исчисляется единицами. Это объясняется малочисленностью портов с достаточными глубинами для приема таких судов. При постройке крупнотоннажных танкеров с высокой скоростью хода возникает серьезная проблема вибрации корпуса и его отдельных конструкций. Поэтому по сравнению с темпами роста дедвейта значительно медленнее растет скорость хода танкера.

Речные танкеры в отличие от морских имеют сравнительно меньшую осадку, а следовательно, и ограниченную грузоподъемность. Строительство речных танкеров в настоящее время ведется по типовым проектам. Некоторые основные данные этих танкеров приведены в табл. 2.

Рис. 4. Самоходная речная баржа

Наличие на малых реках перекатов и незначительных глубин, особенно в летний период навигации, требует применения танкеров с минимальной осадкой. Величина наименьшей осадки, исходя из условий обеспечения нормальной работы двигателей, может быть доведена до 1,25 м (в этом случае грузоподъемность составит около 600 т). В I960 г. введен в эксплуатацию речной танкер грузоподъемностью 150 т с осадкой при полном грузе 1,12 м. Вместо танков применены четыре вставные цистерны, что позволяет перевозить четыре сорта нефтепродукта. Кроме того, на танкере размещается 10 т масла в таре.

Нефтеналивные баржи (рис. 4) получили широкое применение при речных перевозках. Внедрение метода толкания каравана барж вместо буксировки способствовало повышению экономичности речных перевозок.

Таблица 2

Основные данные речных танкеров

При этом способе толкаемые баржи счаливаются жестко, что обеспечивает лучшее использование попутного потока и лучшую маневренность. Этот прогрессивный способ проводки несамоходных барж позволил резко увеличить скорость хода каравана и сократить расход топлива.

Основные показатели некоторых эксплуатируемых несамоходных барж приведены в табл.3.

Таблица 3

Нефтяные гавани и причальные сооружения служат для производства нефтегрузовых операций при водных перевозках.При сооружении нефтяных гаваней необходимо соблюдать следующие требования.

Минимальная глубина воды hmin (в м) в гавани у причалов

где Нo — наибольшая осадка судна (наиболее глубоко сидящего) в м;

hв — наибольшая высота волны в м.

Нефтяная гавань должна иметь достаточную акваторию для размещения необходимого числа причалов и для свободного маневрирования судов.

Нефтяная гавань должна быть надежно укрыта от господствующих ветров.

Для защиты водоема от загрязнения нефтепродуктами в гавани должны быть предусмотрены специальные меры на случай аварийного разлива.

В морских гаванях нефтяные пирсы размещаются перпендикулярно к берегу. Расстояние между смежными пирсами должно быть более 200 м и не менее длины самого крупного танкера, прибывающего в порт.

В речной гавани нефтяные причалы размещаются параллельно берегу на расстоянии не менее 300 м от сухогрузных причалов. Речные причалы нефтебаз, как правило, размещают ниже по течению от населенных пунктов, крупных рейдов и мест постоянной стоянки флота, на расстоянии не менее 1000 м. При невозможности соблюдения этого условия речные причалы нефтебаз могут быть сооружены и выше по течению, но в этом случае указанное расстояние должно быть не менее 5000 м.

Количество причалов на нефтебазах определяется в зависимости от грузооборота нефтепродуктов различных сортов, с учетом грузоподъемности прибывающих судов, частоты прибытия и времени их обработки.

Причалы речных нефтебаз бывают стационарные и временные в виде плавучих понтонов или разборных деревянных эстакад, устанавливаемых на период навигации. Наиболее распространенным типом стационарного причала являются железобетонные «бычковые» причалы с насосной установкой внутри «бычка». На рис. 5 приведена схема стационарного «бычкового» причала. Причал состоит из следующих основных сооружений: причальные «бычки» для швартовки судов, центральный «бычок» для установки насосов и устройств для шланговки судов, отбойно швартовые палы, предназначенные для швартовки судов, подводящие эстакады для укладки технологических трубопроводов, соединяющие коммуникации нефтебазы с причалом, ледозащитные устройства, предохраняющие эстакаду от возможного разрушения во время ледохода.

Рис. 5. Речной «бычковый» причал на свайном основании

1 — швартово-отбойные палы из металлического шпунта; 2— переходные мостки; 3 — надстройка для размещения аппаратуры дистанционного управления и служебных помещений; 4 — железобетонный «бычок» с насосной станцией; 5 — железобетонные сваи «бычки»; 6 — помещение насосной; 7 — подводящая эстакада.

В настоящее время за рубежом широкое распространение получили рейдовые причальные буи для швартовки танкеров и перекачки нефтегруза. Это позволяет обходиться без сооружения дорогостоящих пирсов обычного типа для приема крупнотоннажных танкеров с большой осадкой. Причальные буи представляют собой плавучую конструкцию, установленную в определенной точке рейда при помощи якорей. Посредством гибких шлангов буи соединены с подводными нефтепроводами, проложенными к нефтебазе.