Локализация нефтяных пятен

ЛОКАЛИЗАЦИЯ НЕФТЯНЫХ ПЯТЕН

Выполнили учащиеся 7А класса:        

Холявченко Евгений

Носов Михаил        

Научный руководитель  –  преподаватель дополнительного образования:

Содержание

№ п/п	Стр.
1.	Введение. Актуальность, цель и практическая ценность работы.	3
2.	План и методы работы        .	3
3.	Причины и последствия разливов нефти.	3
3.1. Причины разлива нефти.	3
3.2. Последствия разливов нефти.	4
4.	Методы ЛАРН.	4
5.	Современные разработки.	6
5.1. «SEASWARM»	6
5.2. «Bio - Cleaner»	6
6.	Разработка.  «Робот  - локализатор».	7
6.1. Принцип действия	7
6.2. Предполагаемое устройство	7
6.3. Прототип робота-локализатора	8
7.	Выводы.	9
Источники информации.	10
Приложение 1	11
Приложение 2	12
Приложение 3	13

ВВЕДЕНИЕ.

Аварийные разливы нефти на объектах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также при их транспортировке наносят ощутимый вред экосистемам, приводят к негативным экономическим и социальным последствиям. Несмотря на то, что в последнее время проводится политика предупреждения и ликвидации последствий аварийных разливов нефти, данная проблема остается актуальной.

Цель работы: Разработка прототипа робота-локализатора нефтяных пятен для содействия в улучшении экологической ситуации на воде.

Практическая ценность работы состоит в разработке робота, для локализации аварийных разливов нефти, при ее транспортировке водными видами транспорта, проработка принципа его действия.

2. ПЛАН И МЕТОДЫ РАБОТЫ.

Для достижения поставленной цели мы составили план работы и определили методы его выполнения:

Поиск информации по проблеме разливов нефти и ее анализ; Изучение влияния нефтяных разливов  на экологическую ситуацию региона; Разработка принципа автоматической локализации нефтяных разливов; Создание прототипа робота - локализатора.

3. ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ РАЗЛИВОВ НЕФТИ.

Разлив нефти – попадание этого вещества в окружающую среду из-за деятельности человека.

3.1. ПРИЧИНЫ РАЗЛИВА НЕФТИ.

Причиной может быть выброс нефтепродуктов или аварии на ряде объектов: танкерах; нефтяных платформах; скважинах; буровых установках. Последствия разлива губительны для окружающей среды, а их ликвидация может занять как несколько месяцев, так и много лет. Случаются выходы черного вещества и естественным путем – из разломов на дне морей и океанов. Однако из них нефть просачивается постепенно, небольшими объемами. Экосистема успевает адаптироваться к подобным явлениям.

3.2. ПОСЛЕДСТВИЯ РАЗЛИВА НЕФТИ.

Чем же опасна нефть? Разлив этого вполне натурального вещества приводит к уничтожению всего живого на поверхности земли. Наиболее опасна нефть (разлив неизбежен из-за деятельности человека) для водоемов. Она легче воды, поэтому растекается в виде тонкой пленки, занимая огромные площади. Это приводит к гибели растений и животных. Районы, пораженные нефтью, становятся непригодными для существования живых организмов. Частицы нефти могут смешиваться с водой и проникать на глубину водоемов. Это приводит к гибели многих морских организмов.

4. МЕТОДЫ ЛАРН.

Ликвидация разливов нефти из-за аварий в сокращенном варианте принято называть ЛАРН. Это целый комплекс мероприятий. Они направлены на то, чтобы удалить с поверхности почвы и воды пятна и стоки нефтепродуктов.

Разливы нефти и нефтепродуктов удаляются четырьмя основными методами:

Механический. Сбор нефти при помощи специализированной техники. Один из главных методов ликвидации разлива нефти. Наибольшая эффективность его достигается в первые часы после разлива, пока толщина слоя нефти остается еще достаточной. К достоинствам данного метода можно отнести высокую эффективность при проведении работ, всесезонную возможность использования данного метода. Тем не менее, в местах механического сбора на поверхности воды всё равно остаётся тонкая плёнка.

Термический (выжигание). Применяется непосредственно после загрязнения при следующих условиях:

толщина плёнки более 3мм; скорость ветра менее 35 км/ч; безопасное расстоянии (около 10 км) от места сжигания по направлению ветра.

К достоинствам метода относят быстроту ликвидации аварийного разлива, применение при ликвидации малого количества технических средств и минимальные затраты. Негативным последствием применения метода является то, что из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества. Для ограничения распространения пламени, применяют огнеупорные боновые заграждения.

Физико-химический. Этот метод подразумевает использование диспергентов и сорбентов, которые поглощают и удерживают внутри себя нефть. Эффективен метод, на пример при малой толщине пленки. Диспергенты - специальные химические вещества, применяются для активизации естественного рассеивания нефти. К недостаткам диспергентов относятся токсичность. Сорбенты – это различные порошкообразные, тканевые или боновые сорбирующие материалы. К достоинствам сорбентов относятся независимость применения от внешних условий и минимальные расходы на хранение и транспортировку.

Биологический. Метод, связанный с работой бактерий и грибков, поглощающих остатки нефти. Биологический метод используется после применения механического и физико-химического методов. В основе биологического метода лежит понятие биоремедитации - это технология очистки нефтезагрязненной почвы и воды, с использованием специальных, углеводородокисляющих микроорганизмов или биохимических препаратов.  Существуют два основных подхода в очистке загрязненных территорий с помощью биоремедитации:

стимуляция природных «диких» микроорганизмов; использование специально отобранных микроорганизмов.

Достаточно эффективным является способ сорбционной очистки (физико-химический метод). Его преимущества в том, что загрязнения удаляются до наименьшей остаточной концентрации. Метод неблагоприятен для окружающей среды, поэтому его применяют в особых случаях. К наиболее экологически безопасным методам относятся биологические. Их применяют специализированные организации, которые имеют на ведение этих работ лицензию.

Неблагоприятное воздействие нефтедобычи для всего живого не оставляет сомнений. Причем никакие средства не смогут восстановить окружающую среду при разливе нефти. Именно поэтому в этой отрасли необходимо придерживаться высоких экологических стандартов.

5. СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ.

Проблема загрязнения океана нефтью представляет серьезную угрозу для окружающей среды и дикой природы, которая и так страдает от человечества. Разлив нефти в Мексиканском заливе, произошедший в начале лета 2010 года, подтолкнул сопутствующие технологии к стремительному развитию. Мы рассмотрим две новейшие разработки в робототехнике.

5.1. SEASWARM.

Это созданный исследователями в лаборатории Массачусетского технологического института аппарат. (Приложение 3). Seaswarm  может автономно перемещаться по поверхности воды, представляя собой новую систему удаления нефти и очищения поверхности океана. Большая часть конструкции робота, длиной почти 5 м и шириной 2 м представляет собой ленту-конвейер, созданную из нанонитей. Остальное место на передней части зарезервировано для солнечных батарей. Все собранное «черное золото» затем может быть либо сожжено (Seaswarm располагает встроенной высокотемпературной камерой), либо поднято на борт корабля-сборщика. Работая круглосуточно, группа этих относительно недорогих автономных роботов может постоянно собирать нефть без участия человека. Первый опытный образец Seaswarm был испытан в 2010 на Чарльз-Ривер в восточном штате Массачусетс. В настоящее время прототип Seaswarm демонстрируется на международном фестивале искусства, музыки и архитектуры. Тема фестиваля: показ того, как нанотехнологии изменят нашу жизнь к 2050 году.

5.2. BIO-CLEANER.

Специально для быстрой очистки воды от нефти в Китае был разработан концепт своеобразного робота Bio-Cleaner (Приложение 3), который не только борется с загрязнением, но и направляет животных подальше от опасности.

Принцип работы Bio-Cleaner заключается в отслеживании разлитой нефти при помощи биосенсоров. После обнаружения нефтяных пятен, устройство выпускает бактерии, нейтрализующие загрязняющие вещества и препятствующие их распространению. На протяжении всего процесса очистки, устройство Bio-Cleaner передает высокочастотные звуковые волны, которые отгоняют рыб и других животных, обитающих в воде от загрязненной территории.

Полезное устройство Bio-Cleaner намного бы упростило борьбу с нефтяными пятнами, но, к сожалению пока Bio-Cleaner всего лишь концепт разработанный Шу Шон (Hsu Sean). Возможно в будущем, новые технологии позволят создать подобного робота.

6. РАЗРАБОТКА. «РОБОТ-ЛОКАЛИЗАТОР».

После изучения вопроса влияния разливов нефти на окружающую природу, мы поняли, чего не хватает на данный момент в мировой практике для наиболее успешной борьбы с последствиями нефтяных разливов. Сейчас в мире ведутся разработки автономных устройств, для сбора нефти. Все эти устройства, предположительно, собирают нефть для дальнейшей утилизации (сжигания). Что же касается вопроса о локализации нефтяных разливов, тут все ведется человеком, что называется, вручную. Люди приезжают на места аварий и сами устанавливают различные виды ограждений, которые называются боны. Но ведь в распространении – растекании нефти по поверхности воды огромную роль играет время. А с этим пока никто не борется.

Мы решили разработать автономное устройство – робота, которым можно оснастить каждый танкер.

6.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.

До начала изготовления, сборки и программирования робота-прототипа мы создали рисунок-проект будущего робота-локализатора. (Приложение 1).

Первоначально мы разработали принцип его действия. Он очень прост (см. видеоролик). При аварии на танкере, робот автоматически сбрасывается в воду, находит пятно, используя имеющиеся датчики, и объезжает его по периметру, постепенно разматывая оградительный бон, надувающийся по принципу спасательных жилетов, которые используют в самолетах. Таким образом, локализация разлива начнется немедленно после аварии, и пятно будет локализовано в кратчайшие сроки. А так как нефть не успеет растечься по поверхности воды, часть ее можно сохранить для последующей переработки. Остальную же часть пятна, к сожалению, необходимо будет собрать для утилизации.

6.2. ПРЕДПОЛАГАЕМОЕ УСТРОЙСТВО.

6.2.1. Датчики. Для нашего прототипа мы решили использовать датчики цвета. Эти датчики реагируют на изменение цвета и/или изменение отражения света от исследуемой поверхности.

6.2.2. Оградительный бон. Бон для ограждения, по нашей задумке, должен быть надувным и действовать по принципу спасательных жилетов в самолете, т. е. после выпуска очередной секции она автоматически надувается при выдергивании шнура от разматывания оградительного бона.

6.2.3.Замыкание контура. Мы решили, что робот будет выпускать магнитный буй у танкера, прикрепляя его на борт корабля. В этом случае замыкать локализационное кольцо робот должен в любом месте у борта корабля обогнув нефтяное пятно.

По нашей задумке, робот-локализатор, после замыкания контура должен подавать сигнал об окончании работы и готовности для дальнейшей ликвидации нефти и/или нефтепродуктов.

6.3.ПРОТОТИП РОБОТА-ЛОКАЛИЗАТОРА.

Действующую модель этого устройства мы создали на базе конструктора LEGO Mindstorm EV3.

Наш прототип мы собрали из старых деталей конструктора LEGO, которые хранились у нас дома.

Мы создали легкую конструкцию, способную выдержать мини-блок (миникомпьютер), двигадвигателя – для винтов, 1 – выкидывающий буй), датчики, винты (система передвижения) и буй.

Для улучшения плавучести мы использовали заготовки из фанеры, выпиленные в форме круга, по этой же форме вырезали заготовки из пенопласта. Вопрос водоизоляции мы решили, обтянув эти заготовки большим воздушным шаром.

Прототип  сигнального магнитного буя тоже изготовлен из старых деталей LEGO, а обыкновенная нитка имитирует оградительный бон.

Для определения нефтяного пятна, мы решили использовать в нашей моделе датчик цвета. Он определяет изменение цвета исследуемой поверхности воды на черный цвет нефти. Катушка с нитью – прототип оградительного бона, срабатывает сразу после изменения цвета поверхности водоема.

Программа для нашего робота написана при помощи программного обеспечении LEGO Mindstorm. (Приложение 2).

7. ВЫВОДЫ.

Мы проанализировали изученную информацию и с уверенностью можем сказать, что современная жизнь невозможна без нефти. Исходя из этого, нам необходимо принять все возможные меры по охране окружающей среды от разливов нефти. Первое на что необходимо обратить внимание – предупреждение разливов нефти. Необходима также, своевременная проверка и ремонт или замена трубопроводов, танкеров, устаревшего оборудования на буровых и морских платформах.

При этом в мире разрабатываются технологические средства, которые способны предотвратить риск появления аварийных ситуаций.

Но всем известно, что аварийные ситуации могут появляться вопреки всем стараниям. Независимо от характера аварийного разлива нефти и/или нефтепродуктов первые меры по его ликвидации должны быть направлены на локализацию пятен во избежание распространения дальнейшего загрязнения новых участков и уменьшения площади загрязнения. С этой целью нами был разработан робот-локализатор. При использовании нашего работа, нефть не успеет смешаться с водой, и таким образом какую-то часть ее еще можно будет собрать для дальнейшего использования (переработки). Во всех других ныне существующих методах локализации и ликвидации аварийных разливов, нефть собирается для последующей ее ликвидации.

Оптимальным решением, как нам кажется, является оснащение подобным роботом каждого танкера. В этом случае, при аварии, локализация нефтяного пятна начнется автоматически. Это поможет сэкономить так необходимое время.

Правильная и своевременная локализация нефтяного пятна при аварийном разливе нефти поможет существенно сократить площадь загрязнения, а значит спасти множество животных и растений, спасти нашу природу!

СПАСЁМ ПЛАНЕТУ ВМЕСТЕ!

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

, , и др. «Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия». - М: Недра, 2001. «Как отмыть "Черное золото": О ликвидации нефтяных загрязнений» - Энергия, 2000. Катастрофа танкера "Глобе Асими" в порту Клайпеда и ее экологические последствия / Под ред. . - М.: Гидрометеоиздат, 1990. «Нефть в море: Катастрофа века» - Химия и жизнь, 1992. Черный год для супертанкеров: О мерах борьбы с загрязнением Мирового океана нефтью: Ст. из журнала "Файнэншл Таймс" (Лондон): Напеч. с сокр. // Водный транспорт. – 1990, 8 февраля. , , Современные методы и средства борьбы с разливами нефти: Научно-практическое пособие. - СПб.: Центр-Техинформ, 2000. http://www.northsea.ru http://www.interiorholic.com http://www.epochtimes.ru http://www.timerobots.ru

Приложение 1.

ПРОЕКТ-РИСУНОК РОБОТА-ЛОКАЛИЗАТОРА.

Приложение 2.

ПРОГРАММА.

Приложение3.

СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ.

А. SEASWARM

Б. BIO-CLEANER