Установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

 

Использование: охрана окружающей среды, в частности для очистки от загрязнений нефтью и нефтепродуктами поверхности открытых водоемов. Сущность изобретения: устройство для сброса нефти и нефтепродуктов содержит корпус 1, внутри которого размещен шнек 2. Корпус имеет продольную щель и содержит отстойники без дна 3, нефтенакопительные емкости 4, каждая из которых выполнена в виде бункера, причем днище представляет собой шнековый питатель 11. Щель корпуса шнека снабжена подвижной шторкой 16, которая жестко соединена с одним из поплавков 17. В каждом отстойнике помещена промежуточная вертикальная плавучая перегородка 7 с поплавком 8, ее верхняя кромка выше верхней кромки перегородки 5, а нижняя выше грани раздела нефти и воды. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки от загрязнения нефтью и нефтепродуктами поверхности открытых водоемов, в том числе водоемов, заполненных жидкостью любой плотности, например, морской.

Известна установка для сбора и удаления плавающих веществ (а.с. N 1110753, G 027 1/40), содержащая лоток с подрезающим ножом, шнековый конвейер, размещенный в лотке, а нож установлен с возможностью поворота относительно продольной кромки лотка. Установка позволяет очищать поверхность водоемов от загрязнений. Однако данная установка не обеспечивает сепарацию плавающих веществ и не может быть использована для сбора с поверхности воды пленочной нефти.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды (а.с. N 1752864, кл. Е 02 В 15/04, Б.И. N 29, 1992), содержащая шнек, помещенный в цилиндрический корпус с продольной щелью, к которому с торца присоединен отстойник без дна, спаренный с нефтенакопительной емкостью, причем корпус шнека, отстойник и нефтенакопитель разделены плавучими подвижными перегородками, верхние кромки которых выше ватерлинии устройства. Установка хорошо работает при сборе с поверхности воды разлитой нефти, а также ее следов в летних условиях. К недостаткам установки можно отнести следующее: при сборе с поверхности водоемов высокозастывающих нефтей (например, высокопарафинистых мангышлакских с температурой застывания +25 +29^оС для высоковязких, например, Каражанбасских нефтей с вязкостью при температуре 20^оС μ= 9-11 пз), нефть скапливается в нефтенакопительной емкости и подать ее на приемный патрубок откачивающего устройства, помещенного в нее, невозможно без подогрева, осуществление которого, особенно в осенне-весенний период (а разливы нефти особенно опасны во время весеннего паводка) при температуре окружающей среды и водоемов 2-4^оС, практически трудноразрешимая (энергетически и экономически) проблема; существенно затруднен сбор обычной нефти при низких температурах, когда резко увеличивается ее вязкость, что отрицательно сказывается на качестве и скорости сепарации в бездонном отстойнике, поскольку вода, попадающая вместе с пленкой нефти из шнека в отстойник, попадает на слой нефти с повышенной вязкостью и скорость отстаивания воды через этот слой резко снижается, уменьшая эффективность работы нефтесборщика; установка не приспособлена для сбора нефти с поверхности водоемов при увеличении плотности воды (например, морской или пластовой), так как глубина погружения установки и приемной щели корпуса шнека не регулируется; установка неэффективна в условиях сильного волнения поверхности водоема в зоне сбора разлитой нефти, поскольку в заборное устройство (щель в корпусе шнека) преимущественно попадает вода.

Целью настоящего изобретения является сбор с поверхности воды нефти любой вязкости при практически любых погодных условиях с высоким качеством сепарации.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве-прототипе нефтенакопительная емкость установки выполнена в виде бункера, днище которого снабжено встроенным шнековым питателем, нагнетательный патрубок которого соединен с всасывающим патрубком откачивающего устройства, кроме того, щель корпуса шнека снабжена подвижной шторкой, которая жестко скреплена с поплавком, при этом установка снабжена кингстонами и жестко соединена с поплавками, нижние кромки которых на уровне щели. При этом установка снабжена подвижным лотком, которым обрамлена снизу щель корпуса шнека. Установка состоит из двух симметричных частей. Шнек соответственно выполнен из двух частей (лево и правозаходных).

На фиг.1 изображена правая часть установки, вид сверху; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Установка содержит корпус 1 с продольной щелью. В корпусе размещен шнек 2 (правая симметричная часть шнека). К торцу нагнетательной части корпуса присоединен бездонный отстойник 3, к которому, в свою очередь, присоединена нефтенакопительная емкость 4, выполненная в виде бункера. Шнек и отстойник разделены перегородкой 5 с поплавком 6. В отстойнике помещена промежуточная вертикальная плавучая перегородка 7 с поплавком 8, причем ее верхняя кромка выше верхней кромки перегородки 5, а нижняя выше границы раздела нефти и воды. Отстойник отделен от нефтенакопителя плавучей перегородкой 9 с поплавком 10. Днище бункера выполнено в виде шнекового питателя 11, а корпус бункера жестко соединен с поплавком 12. К нижней части корпуса шнека жестко присоединен кингстон 13. Продольная щель корпуса обрамлена выдвижным лотком 14. Нагнетательный патрубок шнекового питателя соединен с всасывающим патрубком откачивающего устройства 15. Щель корпуса регулируется подвижной шторкой 16, которая скреплена с поплавком 17 и перемещается внутри направляющей скобы 18. Лоток выдвигается с помощью телескопических антенн 19, жестко прикрепленных к корпусу. К нагнетательному патрубку откачивающего устройства подсоединен нагнетательный трубопровод 20, по которому собранная нефть подается в береговую емкость. Кингстон снабжен штуцерами 21 и 22 для подачи (или сбросе) воздуха при сбросе (или подачи) воды.

Установка для сбора нефти и нефтепродуктов работает следующим образом. Шнек 2 приводится во вращательное движение. Нефтяная пленка через подвижную плавающую шторку 16 всасывается через щель корпуса 1 шнека. На выходе из нагнетательного патрубка шнека нефть с незначительным количеством воды перебрасывается через перегородку 5 с поплавками 6 в бездонный отстойник 3. Затем после седиментационного осаждения капель воды и попадания их на границе раздела нефть-вода в подстилающую воду нефть накапливается и всплывает (за счет разности удельных весов воды и нефти) выше уровня воды в водоеме, но ниже верхней кромки перегородки 7 с поплавками 8. Затем нефть через подвижную перегородку 9 с поплавками 10 переливается в нефтенакопительную емкость 4, выполненную в виде бункера, и, стекая, попадает в шнековый питатель 11. Далее нефть, подпираемая последующими слоями, стекающими из отстойника 3, подается с помощью включенного в работу винтового конвейера в откачивающее устройство 15, например, эжектор, и затем поступает по трубопpоводу 20 в береговую емкость, например, в автоцистерну. Для первичной установки щели корпуса (чтобы она подтопилась в воде с любой плотностью) на необходимом уровне, относительно пленки нефти используется кингстон 13 с патрубками 21 и 22, в один из которых подается вода (для подтопления установки), а из другого одновременно сбрасывается воздух. Или наоборот (для всплытия установки) в кингстон подается сжатый воздух при одновременном сбрасывании воды.

Для поддержания постоянного минимального слоя собираемой нефти используются шторки 16 с поплавками 17, которая перемещается внутри направляющей скобы 18 по мере погружения (или всплытия) установки, что может быть связано с наполнением откачивающей системы трубопроводов нефть, с изменением толщины слоя нефти в зоне сбора, с загрязнением корпуса нефтесборщика, с уклоном одной из частей корпуса при неравномерности сбора и откачки нефти и т.д.

При волнении водоема в зоне сбора нефти используется выдвижной лоток 14, который выдвигается с помощью телескопических антенн 19 (в количестве не менее четырех) на длину, равную или большую длины прибрежной волны и укладываются в траншею, глубина которых не должна превышать высоту лотка. При этом нефтесборщик помещается в приямок, выкопанный на расстоянии от водоема, равном длине выдвинутого лотка. Покрытие корпуса лотка предпочтительно изготовляется из эластичной пленки или ткани.

Была испытана опытная установка, выполненная следующим образом. В цилиндрический корпус диаметром 150 мм длиной 800 мм был установлен шнек с шагом 150 мм, угол наклона витка шнека 50^о. Корпус шнека жестко соединен с отстойником и нефтенакопителем, объем отстойника 10 л, объем нефтенакопителя 5 л. Дно обоих нефтенакопителей выполнено в виде шнекового питателя, диаметр шнека которого равен 50 мм, шаг 40 мм, числе витков 8, размеры зоны загрузочной щели в корпусе шнекового питателя 150 х 30 мм. Шнековый питатель жестко соединен с одновинтовым насосом 1В(5-0,1)1,6. Щель вдоль корпуса шнека снабжена затвором с поплавком и направляющими для присоединения четырех выдвижных антенн, на которые одевалась ткань АЗТС, образуя лоток размером 250 х 100 мм. Испытания были проведены на водоеме с водой повышенной плотности ( ρ 1,027 г/см³), поверхность которого была залита слоем каражанбасской нефти толщиной 2 мм ρ₂₀= 0,942 г/см³, кинематическая вязкость ν₂₀=10,8˙10^-4 м²/с (10,8 ст). Шнек приводился во вращательное движение с помощью пневмодрели ИП-1027. Шнековые питатели также приводились во вращение с помощью таких же пневмодрелей. Установка была снабжена кингстоном объемом V 12 л. С помощью кингстона установка была погружена в воду до затопления нижней кромки щели. При дальнейшем погружении толщина слоя, попадающего через щель корпуса в шнек, саморегулировалась с помощью плавающей шторки, что обеспечивало сброс минимального количества свободной воды в бездонный отстойник. Нефть из бездонного отстойника попадала непосредственно в загрузочную щель шнекового питателя и затем подавалась в винтовой насос.

Для сравнения та же нефть была собрана с обычной пресной воды (плотность 0,998 г/см³) и с пластовой воды (плотность 1,015 г/см³). В обоих случаях, с помощью кингстона и подвижной плавучей шторки щели обеспечивался минимальный захват с пленкой нефти свободной воды.

Был проведен эксперимент по сбору нефти с поверхности воды при волнообразовании. С помощью сжатого воздуха на поверхности водоема с нефтью подымалась волна высотой 0,10 м. Ниже уровня воды в водоеме устанавливался лоток, по которому вода с пленкой нефти подавалась на нефтесборщик, установленный на расстоянии 3 м от него. Этой длины было достаточно чтобы обеспечить успокоение потока на входе его в щель корпуса шнека.

Для сравнения испытанный в тех же условиях нефтесборщик-прототип оказался непригодным для сбора нефти с воды повышенной плотности: попавшая в бездонный отстойник вода (из-за нерегулируемой ширины щели корпуса шнека) эмульгировала высоковязкую нефть, процесс сепарации резко ухудшался, высоковязкая нефть, попавшая в нефтенакопитель, без подогрева не подавалась на всас насоса, что фактически парализовало работу нефтесборщика.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает, по сравнению с прототипом, следующими преимуществами: использование кингстона и подвижной шторки щели позволило обеспечить погружение установки на любую заданную глубину, что, в свою очередь, обеспечивает возможность использования нефтесборщика для очистки водоемов с водой любой плотности; применение нефтенакопителя в виде бункера, дно которого представляет собой шнековый питатель, позволило обеспечить опорожнение нефтенакопителя от высоковязкой нефти без подогрева, т.е. сделало нефтенакопитель пригодным для сбора любых нефтей, в любую погоду при температурах, выше температуры замерзания воды.

Следует подчеркнуть, что чем меньше объем бункера-нефтенакопителя, тем эффективнее работа шнекового нефтесборщика. Оптимальной является конструкция, в которой бункер представляет собой прямоугольную загрузочную воронку шнекового питателя, что уменьшает вес и габариты нефтесборщика и исключают возможность накопления высоковязкой нефти в нефтенакопителе. Такое техническое решение позволяет использовать для вращения шнека и откачки нефти из нефтенакопителя один общий вал с пневмоприводом. Использование вышеописанного бункера позволяет использовать для опорожнения его струю сжатого воздуха, обеспечивающего поршневой режим течения высоковязкой нефти. Применение кингстона и подвижной плавучей шторки на щели корпуса позволяет увеличить ширину самой щели и расширить диапазон использования нефтесборщика: например, используя его при сборе нефти из нефтехранилищ с подстилающим водным слоем, при толщине слоя нефти соизмеримой с диаметром шнека, но не превышающей его.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с известными следующими преимуществами: установка может быть использована для сбора нефти любой вязкости при любых погодных условиях, за исключением температуры равной или меньшей замерзания водоема; установка обеспечивает более высокое качество сепарации нефти от воды за счет поддержания постоянной минимальной толщины поверхностного слоя, захватываемого нефтесборщиком; техническое решение позволяет осуществлять сбор нефти толщиной, соизмеримой с диаметром шнека.

Экономическая эффективность установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности водоемов оценивается в каждом конкретном случае с учетом: стоимости собираемой и утилизируемой нефти, суммы предотвращенного ущерба окружающей среде от удлинения срока сбора нефти с использованием неэффективных, в том числе ручных средств и способов.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ, содержащая двухзаходный шнек, цилиндрический корпус которого имеет продольную щель, а с торцов шнек соединен с отстойниками без дна, каждый из которых соединен с нефтенакопительной емкостью, откачивающие устройства и поплавки, отличающаяся тем, что она снабжена кингстонами, присоединенными к нижней части корпуса двухзаходного шнека, каждая нефтенакопительная емкость выполнена в виде бункера, днище которого представляет собой шнековый питатель, полость которого соединена с откачивающим устройством с помощью всасывающего патрубка, при этом щель цилиндрического корпуса двухзаходного шнека выполнена с подвижной шторкой, которая жестко скреплена с поплавками.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена выдвижным лотком, торцевыми кромками которого обрамлена снизу щель корпуса двухзаходного шнека.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3