Ледоколы СМП оборудуют лазерным комплексом

Москва, 14 дек - ИА Neftegaz.RU. Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ, входит в Росатом) до конца 2023 г. должен разработать и изготовить опытный образец лазерного комплекса для ликвидации последствий аварийных разливов нефти (ЛАРН) в ледовых условиях Арктики.
Об этом свидетельствуют документы, размещенные на сайте госзакупок.

Из технического задания на НИОКР следует, что лазерный комплекс предполагается устанавливать на атомные ледоколы, которые будут работать в акватории Северного морского пути (СМП) и сопровождать суда с грузом углеводородов.

Требования, которые поставлены перед будущим комплексом:

• работа при температурах от - 50 до +30 ^оС;
• эффективность удаления - 90-98%;
• скорость очистки территории - свыше 50 м²/ч;
• максимальная рабочая дистанция - 300 м.

В настоящее время в целях ЛАРН в ледовых условиях компании-операторы морских платформ располагают следующим набором технических средств, доставляемых на вспомогательных судах, в т.ч. ледового класса:

• бонами и скиммерами, которые можно использовать во льду с низким уровнем сплоченности;
• арктическими скиммерами на судах ледового класса;
• специальными средствами, в т.ч. ковшовыми нефтесборщиками;
• навесными системами сбора нефти из-подо льда обогреваемыми емкостями для хранения нефти;
• оборудованием для сжигания нефти;
• запасами диспергентов и т.д.

Механическое удаление нефти во льдах гораздо сложнее, чем в открытой воде по ряду причин:

• из-за физического контакта нефти со льдом,
• низких температур,
• отсутствия освещения в зимние месяцы,
• удаленности и отсутствия инфраструктуры.

По данным компании Сахалин Энерджи, в ледовых условиях:

• механические средства сбора нефти, специализированные для работы во льдах, эффективны при сплоченности льда до 80%;
• диспергенты - при сплоченности до 30%;
• в сплошном льду все указанные средства теряют эффективность, а диспергенты неэффективны уже при 50% сплоченности льда и при низкой температуре морской воды.

По сравнению с традиционными методами удаления разливов нефти (механический, микробиологический, термический) лазерный признан наиболее эффективным для применения в условиях Арктики:

• гарантирует дистанционный (до 300 м) поджог и дожигание нефтеразливов в ледовых арктических условиях,
• позволяет сделать ЛАРН с эффективностью до 98% за сравнительно короткий срок - менее 2 суток.

Ранее экспериментальные исследования ликвидации нефтяной пленки, проведенные в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша показали:

• необходимым условием применения лазерного излучения является:
• интенсивность горения пленки нефти или нефтепродукта, то есть плотность мощности лазерного излучения равной 500-700 Вт/см²;
• в этом случае затраты на очистку загрязненного участка акватории будут минимальными.
• с помощью лазерного излучения можно достигнуть полного уничтожения нефтяной пленки различных типов нефтепродуктов: нефти-сырца, дизельного топлива, керосина, отработанного машинного масла и тд;
• метод лазерного излучения практически не наносит вред окружающей среде, т. к. лазерному воздействию при удалении пленки подвергается очень тонкий слой воды (10-20 мкм) за сотые доли секунды, а продукты испарения перед выпуском в атмосферу очищаются;
• производительность лазерного комплекса при дистанционном сжигании (до 100 м) нефтяной пленки при толщине 5 мм составляет 500 м² /час.
  

Стоимость 1 судно-суток при ЛАРН:

• механическим способом - около 105 тыс. руб в ценах 2014 г.
• с использованием лазерного комплекса - несколько тысяч руб. за сутки.

Затраты на сбор 1 т нефти механическим способом - в 7000-14000 руб., а с использованием лазерной технологии - примерно в 10 раз дешевле.

Технология

Глубина проникновения лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм для нефти различных сортов составляет 100 - 300 мкм, а для воды – порядка 10 мкм.

• лазерное излучение нагревает воду в слое воды, который:
• непосредственно примыкает к нефтяной пленке,
• быстро нагревается,
• переходит в состояние метастабильности;
• происходит парообразующий взрыв метастабильной перегретой воды;
• затем разрывается тепловой контакт нефти и воды, который препятствует горению нефтяной пленки в обычных условиях;
• нефтяная пленка подбрасывается вверх на высоту 30−40 см и дробится на фрагменты;
• капли нефти смешиваются с атмосферным воздухом и образуют горючую смесь;
• происходит самовоспламенение смеси и ее сгорание.

Ранее рассматривался вариант установки лазерных комплексов на вертолеты, однако ограниченные возможности размещения и недостаточное обеспечение комплекса энергопитанием в итоге позволили сделать выбор в пользу ледоколов, тем более, что на атомоходах вопрос энергообеспечения решается автоматически.

Актуальность работы определяется поставленной правительством РФ задачей по добыче на арктическом шельфе углеводородных ископаемых с транспортировкой их по СМП потребителям.

• К 1 декабря 2022 г. должен быть изготовлен опытный образец комплекса и все его периферийное оборудование, должны быть завершены лабораторные и стендовые испытания.
• К 1 декабря 2023 г. комплекс должен быть смонтирован на борту ледокола, проведены испытания комплекса в арктических условиях и он должен быть введен в опытную эксплуатацию.