دانلود رایگان ترجمه مقاله کارایی و توسعه پراکنده ساز جدید نشت نفت سازگار با محیط زیست (ساینس دایرکت – الزویر 2015)

تحقیق بر روی فناوری ارزیابی کارایی و توسعه پراکنده ساز جدید نشت نفت سازگار با محیط زیست

Research on Development and Effectiveness Evaluation Technology of New Environment-friendly Oil Spill Dispersant

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F2157

3. تحقیق بر روی فناوری ارزیابی تاثیر کاربرد سطح دریایی پراکنده ساز نشت نفت

3.1       پیشرفت تحقیق در مورد تاثیر کاربرد سطح دریایی پراکنده ساز نشت نفت

تاثیر پراکنده ساز نفتی مورد استفاده برای رسیدگی به حادثه نشت نفت تحت تاثیر عوامل زیادی است، مانند نوع نفت، نوع پراکنده ساز و شرایط محیطی. از لحاظ بین المللی، آزمایشات داخلی کوچک معمولا برای اجرای مقایسه عملکرد پراکنده ساز و مطالعه تاثیرات عوامل محیطی استفاده می شود. نمونه های معمول عبارتند از آزمایشات SFT، BFT، EXDET و WSL که توسط EPA انجام می شوند. چنین آزمایش هایی ساده، ارزان و قابل کنترل هستند اما نتایج آنها دقیق نیست زیرا آنها نمی توانند شرایط موجود بر روی دریا را منعکس سازند. خوشبختانه، آزمایش شبیه ساز تنگه موج که در سالهای اخیر توسعه پیدا کرده است می تواند نقصهای سابق را علاوه بر داشتن همان صلاحیت سابق پوشش دهد بطوریکه به یک ابزار موثر برای تعیین تاثیر پراکنده ساز نشت نفت تبدیل شده است. برای مثال، لی و همکاران (2008) از تنگه موج برای مطالعه قیاسی خود استفاده کردند که در آن تاثیر پراکنده ساز امولسیونی نفت خام MESA تحت امواج منظم و شرایط موجی مورد بررسی قرار گرفت؛ ترودل و همکاران (2010) از تنگه موج OHMSETT برای بررسی محدودیت ویسکوزیته مربوط به پراکنده ساز کراگزیت 9500 نفت خام استفاده کردند. برای حادثه رخ داده در مکزیک در سال 2010، تیم ارزیابی از تنگه موج SL Ross برای آزمایش قیاسی نرخهای امولسیون کنندگی پراکنده سازها استفاده کردند و آنهایی را که برای محیط زیست زیرآب مناسب بودند را شناسایی کردند.

با توجه به تحقیقات در مورد تاثیر کاربرد سطح دریای پراکنده سازها، کشورهای خارجی شروع به تحقیقات مربوطه از دهه 1990 کردند که به ندرت در چین دیده می شد. دالینگ و همکاران (1990) نرخ امولسیون کنندگی سه نوع از نفت خام امولسیون شده توسط پراکنده ساز نشت نفت و توزیع قطر قطرات را آزمایش کردند و یک مدل تجربی ریاضی را برای توصیف رابطه بین نرخ امولسیون کنندگی و توزیع قطر قطره مطابق با نتایج آزمایش ارائه دادند. مک کی و همکاران (2001) یک تحقیق شبیه سازی را بر روی رفتار نفت نشت یافته در سطح دریا و غلظت آب تحت تاثیر پراکنده ساز را با فرض اینکه نرخ امولسیون کنندگی پراکنده ساز به ترتیب 25، 50 و 75 درصد است را با استفاده از مدل SIMAP انجام دادند. یافته های تحقیق نشان داد که پراکنده ساز مورد استفاده می تواند نرخ جداسازی نفت و آب و توزیع اندازه قطره نفت را تغییر دهد و پراکندگی قطرات را به سمت آب تا نرخ تبخیر کمتر و افزایش غلظت نفت در آب افزایش دهد. چندراسکار و همکاران (2006) تاثیر بسیاری از عوامل (مانند نوع نفت، نوع پراکنده ساز، شوری، دما، درجه هوای آزاد و سرعت چرخش) را بر روی نرخ امولسیون کنندگی پراکنده-ساز را از طریق آزمایشات داخلی کوچک بررسی کردند و یک معادله تجربی چند عاملی را برای توصیف رابطه بین نرخ امولسیون کنندگی پراکنده ساز و بسیاری از عوامل تاثیرگذار ارائه کردند.

3.2       تحقیق در مورد آزمایش شبیه سازی بررسی تاثیر کاربرد سطح دریایی پراکنده ساز نشت نفت

با توجه به نوع پراکنده ساز مورد نیاز استفاده شده برای رسیدگی به حوادث نشت نفت دور از ساحل و شرایط فنی مورد نیاز بکارگیری پراکنده ساز نشت نفت، آزمایشگاه ما یک وسیله آزمایش شبیه سازی را برای ارزیابی اثر کاربرد سطح دریایی پراکنده ساز ساخت. این وسیله تنگه موج برای آزمایش شبیه سازی نشت نفت دور از ساحل نام دارد که در شکل 1 نشان داده شده است. ابعاد فیزیکی آن بصورت 4/0*3/0*5 (عمق*عرض*طول) است. هر دو انتهای این وسیله با ژنراتورهای موج تعبیه شده است که می تواند امواجی را با ماکزیمم ارتفاع 15/0 متر و فرکانس قابل تنظیم ایجاد کند. دستگاه دارای تابع تنظیم دمایی است که محدوده دمای بین 5 تا 30 درجه سانتیگراد را پشتیبانی می کند.

آزمایش با تزریق آب دریا به داخل سرریز موج تا رسیدن به عمق آب 25/0 متر آغاز می شود. سپس حلقه محدودکننده در ناحیه مرکزی سرریز جاگذاری می شود؛ یک تزریق کننده 100 میلی لیتری برای تزریق حجم خاصی از نفت خام به داخل سطح دریا استفاده می شود. سپس، پراکنده ساز نشت نفت با یک نسبت خاص (پراکنده ساز به نفت) به سطح نفت تزریق می شود. سپس، سیستم تولید موج شروع به مخلوط کردن نفت، پراکنده ساز و آب دریا برای مدت 20 دقیقه می کند.

نرخ امولسیون کنندگی و توزیع قطر قطره بعنوان شاخصهای ارزیابی اثر کابرد پراکنده ساز نشت نفت انتخاب می-شوند. ناحیه افقی سرریز موج با 5 مقطع نمونه برداری از آب طراحی شده است که در محدوده 4/0 متری از همدیگر قرار دارند. هر مقطع با 2 نقطه نمونه برداری در اعماق مختلف تعبیه شده است که نمونه بردای اتوماتیک با حجم نمونه 100 میلی لیتر از آب در زمانهای مختلف (2، 5، 10 و 20 دقیقه) صورت می گیرد. بعد از استخراج توسط دی کلرومتان، نمونه های آبی با طیف سنج UV برای تعیین غلظت نفت موجود در نمونه آب و نیز نرخ امولسیون کنندگی پراکنده ساز اندازه گیری می شوند. در همین حال، یک دوربین میکروسکوپی برای جمع آوری و آنالیز داده های قطر قطره های نفتی پراکنده شده در آب استفاده می شود.

4. تحقیق در مورد فناوری ارزیابی اثر کاربرد زیرآبی پراکنده ساز نشت نفت

4.1       نظریه نشت نفت در زیر آب

نشت نفت تحت فشار در زیر آب عمدتا شامل سه مرحله مهم و برجسته است (شکل 2): ناحیه فوران، ناحیه پالم و ناحیه برهمکنش سطحی. ناحیه فوران به ناحیه ای اشاره می کند که در آن نفت نشت شده در زیر آب به شکل فوران از ورودی نشت نفت خارج می شود و در سرعت اولیه توسط لوله یا فشار ایجاد شده افزایش پیدا می کند. ناحیه فوران مرحله اولیه نشت نفت در زیر آب است. ناحیه پالم نیز به ناحیه ای اشاره دارد که در آن نفت به شکل توده در سرعتهای کمتر تحت تاثیر شناوری بالا می آید و نقش فزاینده غالبی را بازی می کند. مرحله پالم بسیار طولانی تر است، مخصوصا از انتهای ناحیه فوران تا رسیدن به سطح دریا. خصوصیات رفتاری پالم در زیر آب بطور عمده ای با قطر قطره نفتی تشکیل شده در طول مرحله پالم در ارتباط است، به خصوص قطرات با قطر کوچکتر احتمال بیشتری را برای تشکیل پالم زیر آب دارند. مرحله پالم بطور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر شناوری هستند و جریان عرضی تاثیر جدی بر رفتار و بروز نشت نفت در زیر آب دارد. در ناحیه برهمکنش سطحی، به دلیل تاثیر عوامل محیطی خارجی (مانند باد، موج)، ریزش های نفت نشت شده، یا پراکنده می شود یا ادامه پیدا می کند.

برای نشت نفت در زیر آب عمیق، بعد از اینکه نفت خام از نقطه نشت در زیر آب خارج می شود، نفت نشت شده به اطراف بدنه آب کشیده می شود. به دلیل دانسیته بیشتر نسبت به نفت، آب موجود در اطراف بطور مداوم به سمت فوران کشیده می شود که متعاقبا از لحاظ حجم و دانسیته رشد پیدا می کند. اکنون، قطرات نفت در نقطه فوران با آب جمع می شوند و سپس به شکل مخلوط حرکت می کنند. حرکت جسم اصلی پالم با شکل، اندازه و دانسیته قطرات نفت در ارتباط است. چونکه آب دریای با دانسیته بالا بطور دائم حرکت می کند، پالم از لحاظ دانسیته بیشتر رشد پیدا می کند؛ زمانیکه پالم به سمت محیط آبی با دانسیته پایین بالا می آید، یک حالت پایدار بین پالم و اطراف آب ایجاد می شود؛ اکنون قطرات نفت تمایل به پراکنده شدن دارند. در یک مرحله خاص، نیروی جنبشی پالم بطور کامل از بین می رود و پالم تحت تاثیر شناوری خود شناور می شود. قطر قطره نفتی کوچکتر منجر به این می شود که قطرات نفتی زمان بیشتری را برای رسیدن به سطح دریا طی کنند. در همین حال، قطرات نفت شروع به پراکنده شدن افقی تحت تاثیر جریان عرضی می کنند. مراحل رفتار پالم در زیر آب در شکل زیر نشان داده شده است.

پاشش پراکنده ساز نشت نفت قادر است که نفت نشت شده را در نقطه نشت نفت در زیر آب پراکنده کند و توزیع قطر قطرات را تغییر دهد و نیز فرآیند رفتاری و بروز نشتی در زیر آب را تحت تاثیر قرار دهد. با این حال، با توجه به مدل پیش بینی تاثیر کاربرد پراکنده ساز نشت نفت در زیر آب، مطالعه خارجی در حال حاضر در مرحله ابتدایی خود است در حالیکه هیچ مطالعه مرتبطی در چین دیده نشده است.

برای حادثه رخ داده در مورد نشت نفت در مکزیک، پاریس و همکاران (2012) رفتار و بروز اجزای هیدروکربنی در آب را یا استفاده از مدل جفتی تصادفی و هیدرودینامیکی ردیابی ذره شناور شبیه سازی کردند و همچنین فرآیند انتقال دور از میدان نفت را در عمق شبیه سازی کردند. نتیجه شبیه سازی نشان می دهد که پراکنده ساز می تواند تنها به مقدار جزیی حجم نفت خام تا سطح دریا را تحت شرایط فرض شده که پراکنده ساز به خوبی با نفت مخلوط شده کاهش دهد ( 1 تا 2 درصد)، اما می تواند بطور قابل ملاحظه ای محتوای نفتی موجود در پالم در عمق 1000 متری را افزایش دهد (10 تا 25 درصد).

4.2       تحقیق آزمایشی

به منظور بررسی اثر پراکنده ساز نشت نفت برای پراکنده کردن نفت نشت شده در زیر آب، آزمایشگاه ما یک وسیله آزمایش شبیه سازی پراکنده ساز را مطابق با خصوصیات نشت نفت در زیر آب و نیازمندیهای پراکنده ساز نشت نفت ساخت. سرریز آزمایش شبیه سازی برای پراکنده ساز نشت نفت در شکل 4 نشان داده شده است. این دستگاه بطور کامل یک کانال شیشه ای کاملا شفاف با ابعاد فیزیکی 2*1*1 متر (ارتفاع*طول*عرض) است که قادر به نگه داشتن 2 متر مکعب آب می باشد. عمق دستگاه با یک فوران کننده نفت خام و یک ورودی فوران پراکنده ساز تعبیه شده است که اجازه شبیه سازی تحت شرایط نشت نفت در زیر آب را می دهد.