close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методика демеркуризации хлорсодержащими рецептурами объектов нефтегазового комплекса в условиях Крайнего Севера

код для вставкиСкачать
2
Работа выполнена в ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет
ГПС МЧС России
Научный руководитель
доктор химических наук, профессор
Ивахнюк Григорий Константинович
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор,
Гуменюк Василий Иванович,
ФГАОУ ВО Санкт-Петербургский
политехнический университет Петра Великого,
Высшая школа техносферной безопасности,
профессор
кандидат технических наук,
Фаргиев Магомед Абусупьянович,
Главное управление МЧС России по Республике
Ингушетия, отдел материально-технического
обеспечения, главный специалист
Ведущая организация
ФГБОУ ВО «Уфимский государственный
нефтяной технический университет»
Защита состоится «17» января 2019 г. в 14.00 часов на заседании
диссертационного совета
Д 205.003.01
на базе ФГБОУ ВО
Санкт-
Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург,
Московский проспект, дом 149).
С
диссертацией
можно
ознакомиться
в
библиотеке
Санкт-
Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург,
Московский проспект, дом 149) и на сайте https: // dsovet.igps.ru
Автореферат разослан «___» _________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 205.003.01
кандидат технических наук
М.Р. Сытдыков
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Объемы добычи и потребления нефти возрастают. Одновременно с ростом добычи данного топливного сырья истощается
наиболее качественная часть ресурсов. В разработку включаются месторождения нефти и газа, которые обогащены опасными токсическими элементами, в
том числе ртутью, расположенные на Крайнем Севере. К месторождениям
Крайнего Севера относятся нефтяное месторождение Приразломное, месторождения Ханты-Мансийского АО, Ямало-Ненецком АО, Сахалине и др. Содержание ртути в нефти изменяется от 3х10-3 до 6,9 мг/кг (таблица 1), пределы
содержания ртути в свободных газах 5х10-8-1,4х10-5 г/м3. Помимо стандартных
технологий добычи нефти в перспективе может использоваться метод гидроразрыва пласта, применение которого может привести к увеличению количества тяжелых металлов в добываемой нефти, в том числе ртути.
Таблица 1 – Содержание ртути в нефти
Регион
Месторождение
Сахалин
Ямало-Ненецком АО
Арктический шельф
Ай-Курусское месторождение
Русское
Приразломное
Содержание ртути,
мг/кг
0,043
0,32-0,36
0,42-0,46
Нефть поступает из скважин в виде водной эмульсии с пластовой водой.
Существенная часть ртути присутствует именно в пластовой воде и механических примесях. Перед транспортировкой потребителям из нефти должны быть
удалены газ, механические примеси, вода и соли. Основная часть ртути высвобождается при первичной переработке сырья и поступает в отходы нефтеперерабатывающих предприятий в виде нефтешлама.
Шламы, содержащие ртуть, также образуются при зачистке резервуаров
и емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов, магистральных трубопроводов, в которых амальгируется ртуть при прохождении по ним газа. Кроме полигонов промышленных отходов, нефтешлам депонируется в шламонакопителях, емкостях, шламовых амбарах, открытых площадках, подземных резервуа-
4
рах, расположенных на самом предприятии. При разгерметизации таких хранилищ, помимо испарения углеводородов, происходит высвобождения паров
ртути в окружающую среду и быстрое насыщение воздуха ее парами, что представляет собой опасность для работников предприятий и населения окрестных
территорий. Также, проявление химически опасных факторов, способных приводить к поражению населения и загрязнению территорий складывается при
эксплуатации приборов, систем и механизмов с ртутным наполнением, при
разгерметизации оборудования, работающего под давлением с ртутными катализаторами. Низкие температуры существенно влияют на надежность техники,
сосудов и аппаратов, ухудшая физическое состояние узлов и элементов, увеличивают хрупкость стали, усугубляя износ и риск возникновения чрезвычайных
ситуаций. Поток отказов оборудования в зимнее время увеличивается по сравнению с летним временем и может достигать десятикратной величины. Вместе
с тем, температурный фактор влияет не только на надежность и безотказность
оборудования, но и на риск возникновения чрезвычайных ситуаций.
В настоящее время отсутствуют демеркуризаторы и инструкции по применению демеркуризаторов, применяемых при низких температурах в условиях Крайнего Севера, отсутствуют методические указания по контролю полноты демеркуризации, использование которых позволит повысить эффективность
аварийно-спасательных работ при ликвидации ЧС, отсутствует доступный способ контроля полноты демеркуризации, удовлетворяющий такому требованию,
как: точность выполнения анализа, отсутствуют демеркуризаторы, обладающие 100%-ным коэффициентом очистки. Имеющиеся демеркуризаторы обладают большим временем демеркуризации (1,5 – 2 суток).
В связи с этим, совершенствование мероприятий по обеспечению безопасности в условиях чрезвычайных ситуаций, а также при эксплуатации технических средств с ртутным заполнением, работающих в условиях низких температур, в первую очередь, должно быть связано с решением задач, направленных
на выявление и контроль источников химической опасности, предотвращение
загрязнения воздушной среды от химически опасных веществ. Решающиеся за-
5
дачи при ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разгерметизацией и
разрушением оборудования, работающего под давлением, входят в перечень
основных направлений химической безопасности.
Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процессов аналитического определения ртути на поверхностях технологических площадок объектов нефтегазового комплекса и демеркуризации в аварийных ситуациях при разгерметизации оборудования, работающего под давлением. Выявленные в работе данные явились научнометодической основой для совершенствования методик контроля величины загрязненности поверхностей ртутью и проведения демеркуризации за короткие
промежутки времени в условиях низких температур, характерных для Крайнего Севера.
Цель исследования – повысить эффективность способов демеркуризации объектов нефтегазового комплекса за счет использования разработанных
хлорсодержащих рецептур в условиях Крайнего Севера при проведении работ
по ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разгерметизацией и разрушением оборудования, работающего под давлением.
Научные задачи исследования – разработка способов, применимых в
условиях низких температур, для демеркуризации поверхностей технологических площадок объектов нефтегазового комплекса при чрезвычайных ситуациях; разработка метода определения невидимого ртутного загрязнения после
проведения демеркуризационных мероприятий на объектах нефтегазового
комплекса; разработка методических основ организации процессов демеркуризации на предприятиях нефтегазового комплекса в условиях чрезвычайных ситуаций, связанных с разгерметизацией и разрушением оборудования, работающего под давлением, при низких температурах.
Объект исследования – процессы демеркуризации, протекающие на поверхности технологических площадок объектов нефтегазового комплекса, загрязненных металлической ртутью, а также процессы демеркуризации технических средств, содержащих ртуть, строительных конструкций и материалов.
6
Предмет исследования – особенности реализации процессов демеркуризации с применением хлорсодержащих рецептур на поверхностях технологических площадок объектов нефтегазового комплекса в условиях низких температур при чрезвычайных ситуациях.
Методы исследования: современные физико-химические методы аналитических измерений (спектрофотометрический, фотометрический, колориметрический, ион-селективный, рентгено-структурный).
Научная новизна результатов заключена:
–
в разработке новых способов демеркуризации поверхностей технологи-
ческих площадок объектов нефтегазового комплекса на основе применения
хлорсодержащих рецептур в условиях низких температур поверхностей технологических площадок объектов нефтегазового комплекса;
–
в разработке метода определения невидимого ртутного загрязнения по-
сле проведения демеркуризационных мероприятий на объектах нефтегазового
комплекса путем модификации метода Полежаева;
–
в разработке на основе предложенных способов методических основ ор-
ганизации процессов демеркуризации на предприятиях нефтегазового комплекса в условиях чрезвычайных ситуаций при низких температурах.
Практическая значимость результатов состоит в том, что:
–
разработаны способы и средства предотвращения поражения людей от
загрязнения поверхностей металлической ртутью при разгерметизацией и разрушением оборудования, работающего под давлением и при ее проливах на
объектах нефтегазового комплекса;
–
обеспечено повышение уровня химической безопасности при авариях и
чрезвычайных ситуациях, связанных с проливом ртути на рабочие поверхности
предприятий нефтегазового комплекса, объектов хранения нефтепродуктов и
транспорта;
–
организован контроль содержания ртути на поверхностях технологиче-
ских площадок при аварийных ситуациях для выявления невидимого ртутного
загрязнения и после проведения демеркуризационных мероприятий;
7
–
разработаны методические указания использования демеркуризирующих
рецептур на основе хлора и оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода для проведения работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с разгерметизацией и разрушением оборудования, работающего под давлением, и инструкции по контролю эффективности демеркуризации.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы учтены и
внедрены:
–
в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного технологи-
ческого института (технического университета);
–
в практической деятельности ЗАО НТЦ «ТЭН» при проведении техниче-
ского аудита опасных производственных объектов, при разработке деклараций
промышленной безопасности на различных ОПО, при разработке паспортов
безопасности опасных производственных объектов, при разработке плана локализации и ликвидации аварий на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах (ПЛА);
–
в практической деятельности ЗАО НДЦ НПФ «Русская лаборатория» при
разработке деклараций промышленной безопасности на различных объектах
промышленной безопасности, при разработке плана мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий (ПМПЛА), при разработке паспортов
безопасности опасных производственных объектов, при разработке плана локализации и ликвидации аварий на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах (ПЛА).
Основные результаты, выносимые на защиту:
–
способы демеркуризации поверхностей технологических площадок объ-
ектов нефтегазового комплекса на основе применения хлорсодержащих рецептур в условиях низких температур поверхностей технологических площадок
объектов нефтегазового комплекса;
–
модифицированный метод Полежаева для определения невидимого ртут-
ного загрязнения на поверхностях технологического оборудования после про-
8
ведения демеркуризационных мероприятий на объектах нефтегазового комплекса;
–
методические основы организации процессов демеркуризации на пред-
приятиях нефтегазового комплекса в условиях чрезвычайных ситуаций при
низких температурах.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
1.
На научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки -
2012» СПбГТИ (ТУ) 28-29 марта 2012 г.
2.
На VI Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов с меж-
дународным участием «Менделеев 2012» (СПбГУ) 3-6 апреля 2012 г.
3.
На XVI Всероссийской научно-методической конференции «Фундамен-
тальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах» 13-15 мая 2012 г.
4.
На III научно-технической конференции молодых ученых «Неделя науки
2013» СПбГТИ (ТУ) 2-4 апреля 2013 г.
Публикации. Основные положения диссертационного исследования отражены в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации в количестве 3 научных публикаций и в других изданиях (9 научных
публикаций). Соискателем получен патент на изобретение способа демеркуризации поверхностей, загрязненных металлической ртутью.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, заключения, списка литературы из 216 наименований и 5 приложений.
Общий объем работы составляет: 213 страниц основного текста, 116 рисунков
и 28 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулирована решаемая проблема, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи работы, отмечены положения, харак-
9
теризующие ее новизну и практическую значимость, приведены научные положения, выносимые на защиту.
Отмечены основное сырье, обогащенное ртутью, основные приборы, системы и механизмы с ртутным заполнением, показаны токсичность ртути, основные пути ее поступления в организм человека, особенности загрязнения
ртутью поверхностей технологических площадок и оборудования нефтегазового комплекса. Отмечена важность определения ртути на поверхностях, а также
необходимость разработки новых способов демеркуризации.
Первая глава «Состояние вопроса контроля металлической ртути при
эксплуатации объектов нефтегазового комплекса. Постановка задач исследования» является обзорной и постановочной. Она посвящена обзору и анализу публикаций, а также и ранее выполненных исследований по тематике диссертационной работы. Приведены сводные аналитические данные содержания
ртути в нефти и газе, добываемых в России. Рассмотрены общие сведения о ртути, ее роль в жизнедеятельности человека, распределение ртути в биосредах, а
также физико-химические особенности и токсикологические свойства ртути.
Ртуть и ее соединения являются чрезвычайно и высокотоксичными химическими веществами, принадлежат к числу тиоловых ядов и относятся к первому
классу опасности. Особенностью ртути является ее способность к испарению
даже при температурах до минус 53оС. При авариях, сопровождающихся проливом ртути, происходит ее дробление на капли, диаметр которых может составлять несколько микрон или даже долей микрона. Это приводит к огромному увеличению поверхности ртути и, следовательно, к быстрому насыщению
воздуха помещений ее парами.
Проведен анализ существующих методов и средств определения ртути,
проанализированы основные способы проведения демеркуризационных мероприятий в условиях Крайнего Севера, обозначены основные задачи по разработке способов контроля ртути и способов проведения демеркуризации поверхностей объектов нефтегазового комплекса.
10
Показано, что основными источниками ртутных отравлений населения являются пары ртути, концентрация которых значительно зависит от температуры
окружающей среды.
В первой главе проведен анализ методов и средств определения ртути.
Сформулированы практические задачи, подлежащие решению в диссертационной работе, заключающиеся в проведении теоретических и экспериментальных исследований процессов контроля содержания ртути на поверхностях
оборудования и технологических площадок нефтегазового комплекса в условиях Крайнего Севера, исследовании влияния различных факторов, мешающих
определению ртути, исследовании процессов демеркуризации, разработке новых способов демеркуризации исследуемых поверхностей и методических
предложений по применению разработанных демеркуризаторов.
Во второй главе «Объекты и методы исследования процессов демеркуризации» объектами исследования являются ртуть, имитированные поверхности технологических площадок и оборудования объектов нефтегазовой отрасли такими материалами как сталь (легированная сталь, титан), стекло (полиметилметакрилат), бетон. Для изучения ассимиляции в народном хозяйстве
предложенных
методов
демеркуризации
использовался
люминофор
((SrAl2O4):Eu,Dy,Y) люминесцентных ламп.
При решении поставленных в работе задач использовались: современные
физико-химические методы аналитических измерений (фотоколориметрический, спектральный, методы качественного и количественного определения).
Для определения малых содержаний ртути в различных продуктах широко используются фотоколориметрические методы анализа. Фотоколориметрирование, качественное и количественное определение ртути осуществлялось по
методикам, описанным в «Аналитическая химия ртути. М: Наука, 1974» Гладышев В.П., Левицкая С.А., Филиппова Л.М.
Спектральное определение осуществлялось по методике Русанова А.К.,
описанной в «Основах количественного спектрального анализа руд и минералов».
11
Для разработки математической модели процесса демеркуризации испльзовались методики Кафарова В.В., Глебова М.Б., описанные в «Математическом моделировании химических производств».
В третьей главе «Теоретический анализ диаграммы Е-рН системы
Hg–H2O в присутствии окислителей для оптимизации состава демеркуризирующих рецептур. Низкотемпературные демеркуризатры. Математическая модель прогнозирования факторов химической безопасности в чрезвычайных ситуациях» представлены и обобщены результаты анализа диаграмм «Потенциал – рН» (Е-рН) системы Hg–H2O в присутствии окислителей с
целью теоретического обоснования выбора оптимальных составов демеркуризирующих рецептур, обоснована необходимость и рассмотрена возможность
создания низкотемпературных демеркуризаторов.
Показано, что диаграммы Е-рН (диаграммы Пурбе) могут служить химико-термодинамической основой при решении вопросов об устойчивости того
или иного состояния системы Hg–H2O в присутствии демеркуризаторов, и решении вопросов о возможности протекания в рассматриваемой системе какойлибо реакции, в частности – реакций окисления ртути.
Рассчитана термодинамическая возможность проведения химической демеркуризации с участием серы и полисульфидов, хлорида железа (III), перманганата и манганата калия, соляной и хлорноватистой кислот, а также оксида
хлора (I) и оксида хлора (IV), проиллюстрированы диаграммы Е-рН в присутствии перечисленных демеркуризаторов, показаны возможные реакции с металлической ртутью.
Таблица 2 - Некоторые реакции ртути в присутствии демеркуризаторов для построения диаграмм Е-рН
№
реакции
1.
Электрохимические реакции
Значение потенциала при 298 К
Реакции растворения ртути
2Hg 2  2e   Hg 22

E  0,920  0,0295 lg a Hg

2 2
aHg 22
Номер реакции на диаграмме Пурбе
3 (3´)
12
Продолжение таблицы 2
№
реак- Электрохимические реакции
Значение потенциала при 298 К
ции
Реакции образования оксидов, гидроксидов и хлоридов ртути
E  0,123  0,059 pH
Hg 2O  2e   H 2O  2Hg  2OH 
2.


E  0,926  0,059 pH  0,0295 lg aHgO
HgO  2e  2H  Hg  H 2O
3.
E  1,034  0,059 pH  0,0295 lg aHg OH 2
НHgO2  2e  3H   Hg  2Н 2О
4.
5.
HgOкрасн.  2e  2H   Нg  2OH 
6.
Hg 2Cl2  2e  2Hg  2Cl 
7.
8.
9.
10.
11.
HgO  Hg

E  0,63  0,059 lg aCl  0,059 lg aHgCl2 
 0,0295 lg aHg 2Cl2
Hg  Hg ОН 2  2H 



2HgO  2e  4H 
E  1,18  0,1182 pH
Hg 22
 H 2O
E  1,01  0,0591pH
Hg 22
 2 H 2O
pH  4,31
 2e  2H 
Hg 22
2
12.
Hg ОН 2  2H   Hg
13.
HgO  2H   Hg 2   H 2O
12

Hg ОН 2  HgO  2e   4H   Hg 22  3H 2O

6
12´
E  0,98  0,059 pH  0,0295 lg aHgO
E  0,268  0,059 lg aCl   0,0295lg aHg 2Cl2
2HgCl2  2e  Hg 2Cl2  2Cl 
2
Номер реакции на диаграмме Пурбе
 2 H 2O
 2 H 2O
E  1,073  0,1182 pH  0,0295 lg aHg 22 
pH  3,04

lg C  2,44  pH lg C  lg aHg 2 

4´´
3´´
4´´´
13´
1´
7´
Реакции с участием ионов хлора в различных степенях окисления
14.
ClO4  2e  2H   ClO3  H 2O
15.
ClO4  8e  8H   Cl   4H 2O



E  1,19  0,0591 pH  0,0295 lg aClO4


aClO
3 




E  1,38  0,0591 pH  0,0074 lg aClO4


aCl


42
Реакции с участием оксида хлора (I), оксида хлора (IV).
aCl2O
16.
Cl2O + 2H+ +4е = 2Cl- + H2O
Е  1,351  0,014 lg
17.
ClO2 + 4H+ +5е = Cl- + 2H2O
  0,0473 pH
E  1,50  0,011lg aClO2

aCl  

( aCl  )2
 0,0295 pH
44
45
Примеры реакций с участием Значение констант равновесия КР
ртути и хлорсодержащих сореакций, вычисленных на основе
единений
стандартных потенциалов
18.
4Hg  Cl 2 O  2HCl  2Hg 2Cl2  2H 2O
19.
10Hg  2ClO2  8HCl  5Hg 2Cl2  4H 2O
20.
5Hg  2ClO2  8HCl  5HgCl2  4H 2O
Kp  e
Kp  e
Kp  e
21,3510 ,788
0 ,0257
51,500 ,788
0 ,0257
51,500 ,854
0 ,0257
 e 43,81
 e138,52
 e125,68
Представленное теоретическое рассмотрение электрохимических процессов и детерминистской математической модели процесса демонстрирует возможность протекания реакций окисления металлической ртути и образования
стабильных продуктов демеркуризации в условиях низких температур, а пред-
13
ставление этих данных на диаграммах потенциал-рН является простым и удобным способом обоснования и выбора оптимальных составов рецептур для обеспечения химической безопасности при демеркуризации в условиях чрезвычайных ситуаций.
В четвертой главе «Разработка хлорсодержащих рецептур, применимых в условиях низких температур для демеркуризации поверхностей
технологических площадок и оборудования объектов нефтегазового комплекса» проводилась разработка и исследование новых способов демеркуризации.
Для сравнительной оценки качества демеркуризации растворами оксидов
хлора в тетрахлориде углерода и в воде с другими демеркуризирующими рецептурами впервые были разработаны две методики равномерного нанесения ртути
на поверхность.
Экспериментально исследована возможность применения рецептур на
основе оксида хлора (I), оксида хлора (IV), оксида хлора (VII) в тетрахлориде
углерода и хлорной воды в качестве демеркуризаторов. Проведенные эксперименты продемонстрировали высокую демеркуризирующую способность оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода и отсутствие демеркуризирующих свойств
у оксида хлора (VII) в тетрахлориде углерода и способности у хлорной воды
очищать пары ртути только в низких концентрациях.
Для синтеза оксида хлора (I) при низких температурах собиралась лабораторная установка, представленная на рисунке 1.
14
Рисунок 1 – Установка для получения оксида хлора (I) при низких температурах
Определено, что растворы оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода по
скорости окисления ртути превосходят все известные демеркуризаторы: капля
ртути диаметром 5-10 мм растворяется за время от 5 до 10 минут в зависимости от его концентрации.
Применение демеркуризирующих рецептур на основании растворов оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода различных концентраций позволяет добиться максимального удаления ртути. Помимо демеркуризационного эффекта
при использовании растворов оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода производиться полная дезинфекция помещений в результате образования гипохлорит-иона ClO-.
Исследована возможность проведения демеркуризации при отрицательных температурах. Применение оксида хлора в тетрахлориде углерода позволяет уничтожать ртуть при низких отрицательных температурах (-25°С), что не
в состоянии сделать ни один из известных демеркуризаторов (рисунок 1.).
15
Рисунок 2 – Демеркуризация капли ртути 10% водным раствором соляной кислоты (слева) и раствором оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода (справа)
при температуре -25оС
Установлено, что особую ценность оксид хлора в тетрахлориде углерода
имеет для уничтожения капель ртути в труднодоступных местах.
Определены недостатки способа: повреждение поверхностей, которое при
кратковременном контакте (1-5) минут для металлов, пластиков, резин минимально, однако с течением времени возможно огрубление структуры полимерных композиционных материалов и резины и появление следов коррозии на
металлических конструкционных материалах.
Установлено, что скорость демеркуризации водного раствора оксида
хлора (IV) намного выше, чем в растворе тетрахлорида углерода. Хлорная вода
удалять ртутные загрязнения в капельном виде не в состоянии. Ее целесообразно использовать только для удаления паров ртути из воздуха.
Установлено, что растворы хлора в тетрахлориде углерода обладают выраженными демеркуризирующими свойствами в широком диапазоне концентраций и мало чем уступают аналогичным растворам оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода. Их достоинством является увеличение демеркуризирующей
способности с уменьшением температуры и эти растворы имеют самое низкое
значение температуры проведения демеркуризации вследствие очень низкой
температуры сжижения хлора (-32оС).
Предлагаемый способ может найти широкое применение не только на
объектах нефтегазового комплекса, но и в химической промышленности, так
16
как отличается простотой реализации и высокой эффективностью демеркуризации даже при использовании средств индивидуальной защиты. Данный способ может быть использован при проведении работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса, особенно в условиях низких температур.
В пятой главе «Разработка метода определения невидимого ртутного
загрязнения после проведения демеркуризационных мероприятий поверхностей технологических площадок объектов нефтегазового комплекса.
Разработка методических основ организации процессов демеркуризации
на основе предложенных хлорсодержащих рецептур в условиях низких
температур при чрезвычайных ситуациях» приведены данные по исследованию возможности контроля ртути в различных средах методом Полежаева.
Для решения проблемы контроля ртути на химически опасных объектах сымитированы различного рода поверхности. Среди рассмотренных методов и приборов контроля ртути в воздухе и в различных материалах, а также на различных поверхностях, наиболее простым в исполнении, дешевым, точным, анализирующим различные среды, является метод Полежаева, который выбран за
основу изучения и определения загрязненности ртутью поверхностей.
В результате применения этого метода показано, что:
–
целесообразно определение паров ртути в газо-воздушной среде методом
Полежаева;
–
применение метода Полежаева возможно для определения ртути в пори-
стых материалах и в защитной одежде;
–
применение метода Полежаева возможно для определения ртути в люми-
нофоре люминесцентных ламп;
–
эффективным является использование метода Полежаева для определения
ртути на поверхностях, в том числе загрязненных, посторонними примесями
(песком, пылью, краской, маслами и др.).
В результате проведения экспериментальной работы разработан способ
отбора проб ртути, находящейся на имитированной поверхности технологиче-
17
ской площадки нефтегазового комплекса. Чувствительность указанного способа составляет 0,2 мкг ртути в пробе. Для выполнения всех операций по отбору
пробы предусмотрены:
–
сбор ртути с поверхности 100 см2 посредствам ватного тампона, смоченно-
го в поглотительном растворе;
–
сбор оставшейся части поглотительного раствора сухим тампоном;
–
объединение обоих тампонов и анализ содержания в них ртути до отрица-
тельной реакции;
–
в случае загрязнения поверхности отделение взвеси от поглотительного
раствора осуществляется центрифугированием со скоростью 5000 об /мин в течение 5 минут.
Установлены возможности уменьшения числа обработок тампонов при
высокой загрязненности ртути: повышение температуры поглотительного раствора до плюс 35оС; растворение тампонов в больших объемах поглотительного раствора (10-100 мл).
Показано влияние качества используемых реактивов на контрастность
стандартной шкалы. Установлено, какие из них и в каких пропорциях больше
подходят.
Исследовано и выявлено мешающие влияния остатков демеркуризаторов
на химизм реакции Полежаева. Установлено, что все демеркуризаторы мешают
определению содержания ртути в отобранных образцах.
Установлено, что данный метод может быть ассимилирован в народном
хозяйстве. Определены величины поверхностного загрязнения ртутью различных поверхностей, а также элементов стекла люминесцентных ламп. Экспериментально установлено, что ртуть неодинаково распределена во всех частях
люминесцентной лампы (от минимальных количеств до микрокапель), а также
откладывается в пористой структуре стекла.
Разработан способ искусственного нанесения ртути в воспроизводимых
количествах с помощью раствора металлической ртути в хлористом метилене.
18
Разработанный способ позволяет определить ртуть в люминофоре и
включает в себя проведение следующих операций:
–
заливку люминофора поглотительным раствором на время 5-10 минут
(увеличение времени заливки к увеличению извлечения ртути не приводит);
–
перетирания массы люминофора в пробирке с поглотительным раствором
стеклянной палочкой в течение 3-5 минут;
–
центрифугирование пробы при скорости 5000 об/мин в течение 3 минут до
образования плотного осадка;
–
сливание поглотительного раствора с последующим его взаимодействием
с реактивным раствором.
Применение демеркуризаторов на основе оксидов хлора требует соблюдения особых мер безопасности. Во время проведения механического сбора
ртути необходимо тщательно убрать органические жидкости (протечки масла,
дизельного топлива и т.п.). После проведения механической демеркуризации
возможно применение данных демеркуризаторов общепринятым способом –
путем их прямого нанесения на обрабатываемую поверхность. При проведении
демеркуризации необходимо использовать средства защиты органов дыхания.
На основе данных, полученных в предыдущих главах, и экспериментальных исследований, разработан проект наставление и методические основы организации защиты от поражающих факторов источников чрезвычайных ситуаций в условиях низких температур и оценке их эффективности и включают в
себя:
1. Требования к персоналу (специальное обучение; медицинский осмотр).
2. Аппаратурное обеспечение (СИЗОД, спецодежда, средства индивидуальной
защиты ног, глаз и рук; демеркуризаторы: растворы хлора и оксида хлора (I) в
тетрахлориде углерода (от 5 мг/мл до 170 мг/мл), распылители, полиэтиленовая
пленка).
3. Методическое обеспечение:
19
- предлагаемые демеркуризаторы полностью переводят капельную ртуть
в малолетучие соединения за время демеркуризации менее 10 минут при температуре воздуха от минус 25оС;
- растворы демеркуризаторов применяют после механического сбора видимых капель ртути, но можно применять их и при наличии больших капельных загрязнений;
- растворы тетрахлорида углерода с оксидами хлора обильно наносятся
на поверхности при помощи средств распыления (например, штатных распылителей);
- при отсутствии распылителей обработка загрязненных ртутью поверхностей производится при помощи вспомогательных средств – пластиковых кистей, щеток;
- эффективность демеркуризации повышается при тщательном растирании растворов демеркуризаторов по поверхности. Время демеркуризации растворами на основе тетрахлорида углерода в зависимости от степени загрязнения поверхностей ртутью составляет несколько минут;
- через 10 минут демеркуризатор с продуктами взаимодействия с ртутью
тщательно удаляют с поверхностей сначала мыльной водой комнатной температуры, затем чистой водой, после чего поверхности насухо вытирают ветошью и контролируют качество удаления ртути при помощи смывов с обработанных поверхностей;
- для наиболее безопасного и качественного удаления ртути с поверхностей площадью (1-2) м2 предлагается следующая методика. На участок с пролитой ртутью накладывается кусок оргстекла, который герметично заключает
загрязненную поверхность. После этого демеркуризатор через равномерные
расстояния (10-12) см вводится под пластину с помощью шприца или другого
подручного приспособления. По окончании введения демеркуризатора проделанные в пластине отверстия заделываются скотчем. Для уменьшения времени
демеркуризации демеркуризатор, находящийся под оргстеклом, щеткой или
шваброй распределяется равномерно по поверхности;
20
- спустя (20-30) мин. под пленку может быть введена вода, которая в течение нескольких минут взаимодействует с оксидами хлора с образованием
слабых кислородсодержащих кислот хлора и понижает поступление оксида
хлора в воздушную среду; для перевода продуктов демеркуризации в менее
растворимые соединения вместо воды можно использовать сульфидные растворы щелочных металлов;
- после нейтрализации демеркуризатора оргстекло снимается, продукты
демеркуризации удаляются сухой чистой ветошью, после чего поверхность обрабатывается сначала мыльной водой комнатной температуры, затем чистой
водой и вытирается насухо ветошью.
Расходные коэффициенты для получения и использования разработанных демеркуризаторов приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Расходные коэффициенты для получения и использования разработанных демеркуризаторов
HgО,
кг
HCl,
кг
2
3
KMnO4, CCl4,
кг
кг
1
10
Площадь,
м2
Пленка,
м2
Ртуть,
кг
1
1,5
1
Объем
раствора,
л
15
Концентрация,
кг/м3
53
В заключении представлены новые научные результаты исследования и
их практическая значимость, сделаны выводы, подтверждающие решение поставленных научных задач:
1.
Разработаны способы демеркуризации поверхностей технологических
площадок объектов нефтегазового комплекса хлорсодержащими рецептурами в
условиях низких температур; способы и средства предотвращения поражения
людей от загрязнения поверхностей металлической ртутью при ее проливах. В
качестве демеркуризаторов экспериментально исследованы рецептуры на основе хлора в тетрахлориде углерода, оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода
и воде, оксида хлора (IV) в тетрахлориде углерода и воде, оксида хлора (VII) в
тетрахлориде углерода. Разработана детерминистская математическая модель
чрезвычайной ситуации, связанная с поступлением паров ртути в атмосферу в
21
условиях низких температур, применимая к объектам нефтегазового комплекса
в условиях низких температур.
2.
Разработан метод демеркуризиции для технологических площадок объ-
ектов нефтегазового комплекса при отрицательных температурах, применимый
в условиях Крайнего Севера, на основе раствора оксида хлора (I) в тетрахлориде углерода с концентрацией оксида хлора (I) от 0,5 мг/мл до 50 мг/мл.
3.
Научная новизна разработанных способов демеркуризации на основе
раствора хлора в тетрахлориде углерода подтверждена патентом РФ №2481161
/ № 2011151515/05; Заявл. 07.12.2011; Опубл. 10.05.2013 «Способ демеркуризации поверхностей, загрязненных металлической ртутью».
4.
Проведены экспериментальные исследования процессов пробоотбора ме-
таллической ртути на различных поверхностях, процессов определения ее путем модификации метода Полежаева. Разработан способ определения невидимого ртутного загрязнения после проведения демеркуризационных мероприятий на объектах нефтегазового комплекса путем модификации метода Полежаева. Разработаны две методики нанесения ртути на поверхность, ранее не применяемые в лабораторной практике.
5.
Разработаны методические основы организации демеркуризационных
мероприятий поверхностей технологических площадок объектов нефтегазового комплекса в случае обнаружения капельной ртути и проведения демеркуризационных работ, а также предложения по организации проведения демеркуризационных работ.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Ведущие рецензируемые научные журналы по перечню ВАК Министерства образования и науки РФ:
1.
Новоселова Е.А. Новые демеркуризаторы поверхностей, загрязнен-
ных металлической ртутью. [Текст] / Е.А. Новоселова, Г.К. Ивахнюк, С.В.
Колесников
//
Научно-аналитический
журнал
«Известия
Санкт-
22
Петербургского государственного технологического института (технического
университета)», 2014. – № 27 (53). – С. 67-70. – 0,2/0,07 п.л.
2.
Новоселова Е.А. Особенности контроля поверхностей, загрязнен-
ных металлической ртутью. [Текст] / Е.А. Новоселова, С.В. Ефремов, С.В.
Колесников // Научно-практический и учебно-методический журнал «Безопасность жизнедеятельности», 2015. – № 4. – С. 80-84. – 0,31/0,1 п.л.
3.
Новоселова Е.А. Аппаратурно-методическое обеспечение процес-
сов демеркуризации объектов чрезвычайных ситуаций в условиях Крайнего
Севера. [Текст] / Е.А. Новоселова, А.В. Иванов, С.В. Колесников // Научноаналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета противопожарной службы МЧС России», 2016. – № 2. – С. 16-20. – 0,28/0,9 п.л.
Патент:
4.
Способ демеркуризации поверхностей, загрязненных металличе-
ской ртутью: пат. 2481161 Рос. Федерация: МПК В08В3/08 / С.В. Колесников,
Е.А. Новоселова, В.А. Хмелева, Д.Н. Иванова; заявитель и патентообладатель
Колесников С.В. - № 2011151515/05; Заявл. 07.12.2011; опубл. 10.05.2013,
Бюл. № 13. – 10 с. – 0,6/0,15 п.л.
Публикации в других изданиях:
5.
Новоселова Е.А. Новые методы демеркуризации поверхностей, за-
грязненных металлической ртутью / Е.А. Новоселова, С.В. Колесников //
Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы: материалы I
Межвузовской научно-практической конференции, 26 декабря 2011 г. Центр
развития научного сотрудничества, Новосибирск.: 2011. – часть 2. – С. 112117. – 0,3/0,15 п.л.
6.
Новоселова Е.А. Усовершенствование методики пробоотбора ме-
таллической ртути с загрязненных поверхностей и люминофоров ламп / Е.А.
Новоселова, С.В. Колесников // Современные тенденции в науке: новый
взгляд: материалы Международной заочной научно-практической конферен-
23
ции, 29 ноября 2011 г. Министерство образования и науки РФ. Тамбов.: 2011.
– часть 3. – С. 101-103. – 0,1/0,05 п.л.
7.
Новоселова Е.А. Новый способ демеркуризации поверхностей, за-
грязненных металлической ртутью растворами хлора в тетрахлориде углерода
/ Е.А. Новоселова, С.В. Колесников // Современные вопросы науки и образования – XXI век: материалы Международной заочной научно-практической
конференции, 29 февраля 2012 г. Министерство образования и науки РФ.
Тамбов.: 2012. – часть 3. – С. 106-107. – 0,1/0,05 п.л.
8.
Новоселова Е.А. Усовершенствование методики пробоотбора ме-
таллической ртути с загрязненных поверхностей и люминофоров ламп / Е.А.
Новоселова // Менделеев 2012: материалы VI Всероссийской конференции
молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. 3-6 апреля 2012 г. Санкт-Петербургский государственный университет, Российское
химическое общество им. Д.И. Менделеева. СПб.: 2012. – 0,4/0,4 п.л.
9.
Новоселова Е.А. Усовершенствование методики пробоотбора ме-
таллической ртути с загрязненных поверхностей и люминофоров ламп / Е.А.
Новоселова // Неделя науки – 2012: материалы II Научно-технической конференции молодых ученых Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 28-29 марта 2012 г. СанктПетербургский государственный технологический институт (технический
университет), СПб.: 2012. – С. 106-107. – 0,1/0,1 п.л.
10.
Новоселова Е.А. Новый способ демеркуризации поверхностей, за-
грязненных металлической ртутью растворами хлора в тетрахлориде углерода
/ Е.А. Новоселова, Е.А. Зубов, С.В. Колесников, С.В. Ефремов // Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах: материалы Всероссийской научно-методической конференции.
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.:
2012. – том 4. – С. 156-161. – 0,3/0,08 п.л.
11.
Новоселова Е.А. Новые рецептуры демеркуризации поверхностей,
загрязненных металлической ртутью / Е.А. Новоселова, С.В. Колесников //
24
Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания: материалы IX
Молодежной международной научно-практической конференции. 3 марта
2012 г. Центр развития научного сотрудничества. Новосибирск.: 2012. – С. 8791. – 0,28/0,14 п.л.
12.
Новоселова Е.А. Усовершенствование методики пробоотбора ме-
таллической ртути с загрязненных поверхностей и люминофоров ламп / Е.А,
Новоселова, С.В. Колесников // Вопросы науки и техники: материалы Международной заочной научно-практической конференции. 16 января 2012 г.
Сибирская ассоциация Консультантов. Новосибирск.: 2012. – С. 41-44. –
0,18/0,09 п.л.
13.
Новоселова Е.А. Новый способ демеркуризации ртути на загряз-
ненных поверхностях / Е.А. Новоселова, С.В. Колесников // Неделя науки2013: материалы III Научно-технической конференции молодых ученых. 2-4
апреля 2013 г. Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). СПб.: 2013. – С. 182. – 0,06/0,03 п.л.
Подписано в печать
Печать цифровая
19.10.2018
Объем 1,0 п.л.
Формат 60  84 1/16
Тираж 100 экз.
Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России
196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа