Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды

 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройствам для механического сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности открытых водоемов, колодцев и других ловушек. В устройство введена вторая плавающая установка, корпус которой выполнен в виде накопительного бака с крышкой и несущими поплавками, решетчатой перегородкой и отверстием в днище. Регулирующие поплавки и герконы размещены внутри бака. Накопительный бак через перепускной вентиль соединен с нагнетателем сжатого воздуха, а через штуцеры в днище и обратные клапаны - с первой плавающей установкой и с откачивающим рукавом. В отверстии в днище бака может быть установлена пробка или третий обратный клапан. Бак может быть снабжен поплавком, перекрывающим отверстие. Устройство может быть снабжено дополнительным герконом, а корпус первой плавающей установки может иметь форму полутора, в центре которого размещена вторая установка. Устройство позволяет обеспечить высокую скорость накопления нефтепродуктов, пожаровзрывоопасность и надежность работы при использовании в глубоких дренажных колодцах и сводит к минимуму наличие воды в нефтепродуктах. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройствам для механического сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности открытых водоемов, колодцев и других ловушек.

Известно нефтеулавливающее устройство (United States Patent N 4243529, МПК E 02 В 15/04, 1981), состоящее из плавающей установки и системы управления и откачки. Плавающая установка состоит из корпуса, образующего внутреннюю камеру, с кольцевым отверстием в боковой стенке, в котором установлен средоразделитель (сетка из гидрофобного материала), куполообразной крышки с подвешенным на ней кольцевым рядом внешних поплавков и центрального стяжного болта. На стяжном болте размещен регулирующий поплавок с возможностью вертикального перемещения между первой позицией, в которой поплавок лежит на дне корпуса, и второй позицией, в которой он расположен в верхней части корпуса. В регулирующий поплавок вмонтирован магнит, а на месте прилегания поплавка на дне корпуса установлен магнитный переключатель (геркон). В нижней части камеры имеется выходной канал, заканчивающийся переходником на внешней стороне куполообразного днища корпуса. Система управления и откачки состоит из смонтированных на взрывобезопасном щите электронасоса и блока управления, шланга, соединяющего электронасос с переходником плавающей установки, и обратного клапана, установленного на шланге. Блок управления электрически соединен с электронасосом, герконом и внешним источником питания устройства. Когда жидкость (нефтепродукты) через средоразделитель заполняет камеру до заданного максимального уровня, регулирующий поплавок всплывает, срабатывает геркон, блок управления включает электронасос, и жидкость откачивается до заданного минимального уровня, после чего поплавок возвращается в нижнюю позицию и электронасос выключается. Процесс заполнения камеры нефтепродуктами идет без энергозатрат. В блоке управления имеется переключатель, служащий для ручного включения и выключения электронасоса при регламентных проверках или в аварийных ситуациях.

Недостатком устройства является постепенное накопление воды в камере плавучей установки и, следовательно, в откачиваемых нефтепродуктах, попадание воды как в трубопровод для транспортировки нефтепродуктов во внешний резервуар (что вызывает закупорку трубопровода льдом при отрицательных значениях температуры окружающей среды), так и в сам резервуар, а также необходимость периодического выполнения "ручной" операции по откачке отстойной воды из собирающей камеры.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды (патент РФ N 2073773, МПК Е 02 В 15/10, БИ N 5, 1997). Оно состоит из плавающей установки, блока управления, электрически управляемого перепускного вентиля и всасывающего электронасоса, связанного с плавающей установкой и через перепускной вентиль с трубопроводом для транспортировки нефтепродуктов или с трубопроводом для транспортировки (сброса) случайной воды.

Плавающая установка содержит корпус, образующий внутреннюю камеру со смонтированным на его верхней кромке (по периметру) средоразделителем в виде вертикально гофрированной сетки из гидрофобного материала, размещенной между двумя уплотняющими кольцами, и крышку. В камере размещены с возможностью вертикального перемещения два регулирующих поплавка с вмонтированными в них магнитами. В нижней части камеры в местах прилегания поплавков установлены герконы. Регулирующие поплавки и связанные с ними герконы обеспечивают поступление в блок управления сигналов о наличии в камере нефтепродуктов или воды. В корпусе также установлен плавающий заборный штуцер, который соединяет внутреннюю камеру с расположенным вне ее обратным клапаном и через него со шлангом, присоединенным другим концом ко входному штуцеру электронасоса. К крышке подвешены внешние (несущие) поплавки так, что имеется возможность регулирования их вертикального положения относительно корпуса плавающей установки.

Плавающая установка размещается в загрязненной зоне (как правило, в специальном дренажном колодце) на воде, поверхность которой покрыта слоем жидких нефтепродуктов. Блок управления и всасывающий электронасос устанавливаются на возвышении (над дренажным колодцем). При работе устройства внутренняя камера плавающей установки постепенно заполняется жидкостью через сетку средоразделителя, пропускающую нефтепродукты, но не пропускающую воду. Когда объем накопленных нефтепродуктов достигает расчетного значения, всплывает первый регулирующий поплавок, блок управления получает сигнал о наличии в камере нефтепродуктов и включает электронасос, производится откачка нефтепродуктов из камеры через плавающий заборный штуцер и перепускной вентиль во внешний резервуар до тех пор, пока регулирующий поплавок не вернется в нижнее положение.

Второй регулирующий поплавок предназначен для выработки сигнала о накоплении в камере случайной воды. При его всплытии блок управления переводит электрически управляемый перепускной вентиль в положение, обеспечивающее направление откачиваемой жидкости в трубопровод сброса воды, и включает электронасос. Данное состояние устройства сохраняется до тех пор, пока вода из внутренней камеры не будет откачана через заборный штуцер до некоторого минимального уровня. Далее возобновляется работа устройства в режиме откачки нефтепродуктов.

Недостатками описанного устройства являются: - нестабильность уровня погружения плавающей установки в процессе перетекания нефтепродуктов через сетку средоразделителя, из-за чего большую часть времени поверхность сетки используется неэффективно и, как следствие, снижается скорость накопления нефтепродуктов; - невозможность использования устройства в глубоких дренажных колодцах из-за физических ограничений глубины всасывания электронасоса, устанавливаемого наверху; - повышенная пожаровзрывоопасность устройства, обусловленная тем, что при включении электронасоса ("самовсасывании" жидкостей) он заполняется легковоспламеняющейся смесью паров нефтепродуктов и воздуха; - низкая надежность и недолговечность устройства из-за наличия трущихся деталей электронасоса и их ускоренного износа при "самовсасывании" жидкостей, содержащих микроскопические твердые включения (абразивы), при работе с нефтепродуктами легких фракций, вымывающих смазку и не обладающих смазывающими свойствами; - невозможность точной регулировки взаимного положения уровней жидкостей, при которых всплывают регулирующие поплавки (и вырабатываются соответствующие сигналы в блок управления), и плавающего заборного штуцера в условиях случайного крена плавающей установки, из-за чего некоторое количество воды попадает в трубопровод для транспортировки нефтепродуктов во внешний резервуар и замерзает в нем при отрицательной температуре окружающей среды.

Поставлена задача повысить эффективность использования поверхности сетки средоразделителя и, следовательно, скорость накопления нефтепродуктов, обеспечить возможность применения устройства в глубоких дренажных колодцах, повысить пожаровзрывобезопасность, надежность и долговечность устройства, уменьшить вероятность закупорки трубопровода льдом при отрицательных температурах.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее плавающую установку, состоящую из корпуса, образующего внутреннюю камеру и имеющего в верхней части выполненное по его периметру кольцевое приемное отверстие, в котором установлен средоразделитель, выполненный в виде сетки из гидрофобного материала, и установленной сверху на средоразделителе крышки с подвешенными к ней несущими поплавками, систему управления и откачки, состоящую из блока управления, электрически соединенного с двумя герконами, размещенными под двумя регулирующими поплавками с вмонтированными в них магнитами, электрически управляемый перепускной вентиль и обратный клапан на шланге, связанном с заборным штуцером, вмонтированном в корпус плавающей установки и сообщающимся с внутренней камерой, согласно изобретению введены вторая плавающая установка, корпус которой выполнен в виде накопительного бака с крышкой, снабженной несущими поплавками, в котором установлена горизонтальная решетчатая перегородка и в днище выполнено перекрываемое отверстие, регулирующие поплавки и герконы размещены внутри накопительного бака, перепускной вентиль входным штуцером подключен к нагнетателю сжатого воздуха, а выходным штуцером соединен нагнетающим рукавом со штуцером, установленным в крышке накопительного бака, при этом вторая плавающая установка через один из двух вмонтированных в днище штуцеров, внутренние отверстия которых расположены выше уровня перегородки, соединена через обратный клапан гибким шлангом с заборным штуцером первой плавающей установки, а через другой штуцер и введенный второй обратный клапан - с откачивающим рукавом.

Регулирующие поплавки могут иметь общую направляющую или две параллельные направляющие, выполненные в виде вертикальных стержней, прикрепленных к крышке или днищу накопительного бака. Герконы, связанные с регулирующими поплавками, могут быть размещены в полостях направляющих стержней.

Отверстие в днище накопительного бака может быть перекрыто пробкой.

Кроме того, отверстие в днище накопительного бака вместо пробки может быть перекрыто обратным клапаном.

Кроме того, накопительный бак может быть снабжен поплавком, в своем нижнем положении перекрывающим изнутри отверстие в днище бака. При этом перемещение блокирующего поплавка осуществляется по направляющим, в качестве которых могут использоваться вертикальные трубки, являющиеся частью штуцеров, вмонтированных в днище накопительного бака.

Кроме того, над одним из регулирующих поплавков может быть установлен дополнительный геркон, электрически соединенный с блоком управления.

Кроме того, корпус первой плавающей установки может быть выполнен в полутороидальной форме, а в его крышке сделано отверстие, в котором размещена вторая плавающая установка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 - первая плавающая установка в разрезе; на фиг. 3 - вторая плавающая установка в разрезе; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления;
на фиг. 5 - нижняя часть накопительного бака с обратным клапаном, установленным на отверстии в днище бака, и блокирующим поплавком;
на фиг. 6 - фрагмент второй плавающей установки в разрезе при введении дополнительного геркона;
на фиг. 7 - функциональная схема блока управления при введении дополнительного геркона;
на фиг. 8 - первая плавающая установка с полутороидальным корпусом в разрезе и со второй плавающей установкой, установленной в отверстии ее крышки.

Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды состоит из плавающей установки 1, плавающей установки 2, соединенной с плавающей установкой 1 гибким шлангом 3 с установленным на нем обратным клапаном 4, откачивающего рукава 5, соединенного с плавающей установкой 2 через обратный клапан 6, электрически управляемого перепускного вентиля 7 с входным штуцером 8, выходным штуцером 9 и дренажным штуцером 10, нагнетателя сжатого воздуха 11 (компрессора или баллона), подключенного к входному штуцеру 8 перепускного вентиля, нагнетающего рукава 12, соединяющего плавающую установку 2 с выходным штуцером 9 перепускного вентиля, и блока управления 13, соединенного кабелем 14 с плавающей установкой 2 и кабелем 15 - с перепускным вентилем 7.

Плавающая установка 1 (см. фиг.2) состоит из корпуса 16, образующего внутреннюю камеру, смонтированного на его верхней кромке (по периметру) средоразделителя 17, выполненного в виде сетки из гидрофобного материала, и крышки 18 с подвешенными к ней несущими поплавками 19. В нижнюю часть корпуса 16 вмонтирован заборный штуцер 20, сообщенный с внутренней камерой.

Плавающая установка 2 (см. фиг. 3) состоит из накопительного бака 21, герметически закрытого крышкой 22 с несущими поплавками 23. Внутри бака установлена горизонтальная решетчатая перегородка 24, а в его днище выполнено отверстие 25, перекрываемое, например, снаружи пробкой 26. В днище накопительного бака вмонтированы два штуцера 27 и 28 с вертикальными трубками 29 и 30, свободные концы которых расположены выше уровня решетчатой перегородки. Штуцер 27 соединен с обратным клапаном 4 и через него - с плавающей установкой 1. Штуцер 28 соединен с обратным клапаном 6 и через него - с откачивающим рукавом 5. В крышку накопительного бака вмонтирован штуцер 31, соединенный с нагнетающим рукавом 12. Внутри накопительного бака установлены с возможностью вертикального перемещения два регулирующих поплавка 32 и 33 с вмонтированными в них кольцевыми магнитами 34 и 35 (на фиг. 3 показана соосная установка поплавков на одном направляющем стержне 36 с ограничительными кольцами 37 и 38, фиксирующими их нижние положения). Плотность регулирующего поплавка 32 такова, что он обладает плавучестью в нефтепродуктах. Плотность регулирующего поплавка 33 такова, что он тонет в нефтепродуктах, но обладает плавучестью в воде. Под регулирующими поплавками (в зонах их нижнего положения) установлены герконы 39 и 40, соединенные с кабелем 14 (на фиг. 3 показана их установка в полости направляющего стержня).

Блок управления 13 обеспечивает обработку поступающих по кабелю 14 электрических сигналов о положении (замкнутом или разомкнутом) герконов 39 и 40, а также включение и выключение электропитания перепускного вентиля 7 через кабель 15. Функциональная схема блока управления, показанная на фиг. 4, состоит из электрически управляемых переключателей (реле) 41 и 42, а также ручного переключателя 43, обеспечивающих поступление напряжения от источника питания 44 к вентилю 7. Управление переключателями осуществляется сигналами от герконов таким образом, что замкнутое состояние геркона 39 обеспечивает замыкание переключателя 41, а замкнутое состояние геркона 40 обеспечивает размыкание переключателя 42. Переключатель 43 служит для ручного включения и выключения электрически управляемого вентиля 7 при регламентных проверках устройства или в аварийных ситуациях.

Отверстие 25 в днище накопительного бака вместо пробки может быть перекрыто обратным клапаном 45 (см. фиг. 5). Накопительный бак может быть снабжен поплавком 46, имеющим возможность перекрывать отверстие 25. Плотность поплавка 42 выбирается из условия его неплавучести в нефтепродуктах, но плавучести в воде.

Для повышения эффективности использования объема накопительного бака в процессе работы устройства, описываемом ниже, над регулирующим поплавком 32 может быть установлен дополнительный геркон 47 (см. фиг. 6), тоже электрически соединенный кабелем 14 с блоком управления 12. При этом в блок управления дополнительно введен двухстабильный элемент 48, управляющий переключателем 41 (см. фиг.7). Элемент 48 переходит в состояние, обеспечивающее замыкание переключателя 41, в момент размыкания геркона 47 и в состояние, обеспечивающее размыкание переключателя 41, в момент размыкания геркона 39.

Кроме того, для уменьшения общих габаритов плавающих установок корпус 16 плавающей установки 1 может быть выполнен в форме полутора, а в крышке 18 сделано отверстие, в которое при работе устройства помещается плавающая установка 2 (см. фиг.8).

Плавающие установки 1 и 2 помещаются в воду в загрязненной зоне. Плавучесть установки 1 регулируется положением несущих поплавков 19 так, чтобы сетка средоразделителя максимально захватывала слой нефтепродуктов на водной поверхности вне установки. Обратный клапан 4 устанавливается в положении, обеспечивающем прохождение жидкости в накопительный бак 21, а обратные клапаны 6 и 45 - в положении, обеспечивающем прохождение жидкости из накопительного бака. Плавучесть установки 2 регулируется положением несущих поплавков 23 так, чтобы обеспечивалось свободное перетекание нефтепродуктов из внутренней камеры установки 1 через штуцер 20, гибкий шланг 3 и обратный клапан 4 в накопительный бак 21. При отсутствии питания на электрически управляемом перепускном вентиле 7 его вход, подключенный штуцером 8 к нагнетателю воздуха 11, является закрытым, а дренажный штуцер 10 соединяет через нагнетающий рукав 12 внутреннюю полость накопительного бака 21 с атмосферой. Ограничительные кольца 37 и 38 устанавливаются так, что нижние положения поплавков 32 и 33 находятся соответственно выше и ниже уровня верхних торцов трубок 29 и 30. Герконы 39 и 40 устанавливаются так, что когда регулирующие поплавки 32 и 33 находятся в своем нижнем положении (лежат на ограничительных кольцах) герконы оказываются в поле магнитов 34 и 35 соответственно и являются разомкнутыми. При этом на геркон 47 магнитное поле не действует и он находится в нормально замкнутом положении.

При нахождении плавающих установок 1 и 2 на поверхности воды, загрязненной жидкими нефтепродуктами, они затекают во внутреннюю камеру корпуса 16 через средоразделитель 17, пропускающий нефтепродукты, но не пропускающий воду. Далее нефтепродукты стекают через штуцер 20, гибкий шланг 3 и открытый обратный клапан 4 внутрь накопительного бака 21. Уровень нефтепродуктов в баке поднимается до тех пор, пока не всплывет регулирующий поплавок 32 (регулирующий поплавок 33 при этом остается в нижнем положении). После всплытия поплавка 32 связанный с ним геркон 39 выходит из поля магнита 34 и приходит в нормально замкнутое состояние. В случае использования трех герконов после всплытия поплавка 32 геркон 47 попадает в поле магнита 34 и приходит в разомкнутое состояние. В результате замыкается переключатель 41 и включается питание перепускного вентиля 7 (переключатель 42 остается замкнутым), при этом нагнетающий рукав 12 отсоединяется от атмосферы и через перепускной вентиль 47 присоединяется к нагнетателю сжатого воздуха 11, в накопительном баке 21 создается избыточное давление, которое закрывает обратный клапан 4 и затем через открывшийся обратный клапан 6 начинает выдавливать жидкость (нефтепродукты) в выходной рукав 5, а через него - во внешний резервуар. Данное состояние устройства сохраняется до тех пор, пока уровень нефтепродуктов не снизится настолько, что поплавок 32 вернется в нижнее положение и геркон 39 разомкнется под действием поля магнита 29. При этом переключатель 41 прервет подачу питания на вентиль 7, через дренажный штуцер 10 вентиля и нагнетающий рукав 12 произойдет выравнивание давления в накопительном баке с атмосферным и возобновится свободное затекание жидкости из внутренней камеры корпуса 16 в накопительный бак 21.

При погрешностях изготовления элементов устройства, неидеальности действия средоразделителя, неблагоприятных условиях эксплуатации и т.д. во внутреннюю камеру корпуса 16, а следовательно, и в накопительный бак 21 наряду с нефтепродуктами может попадать вода. Однако конструкция устройства исключает попадание воды через откачивающий рукав 6 во внешний резервуар. Благодаря тому, что ко внутренним отверстиям штуцеров 27 и 28 присоединены трубки 29 и 30, свободные концы которых приподняты над днищем бака выше уровня решетчатой перегородки 24, пространство между перегородкой и днищем бака является "ловушкой" для некоторого количества воды: проникая сюда через штуцер 27, она стекает вниз и не может попасть на выход через штуцер 28. При этом перегородка 24 препятствует перемешиванию отстойной воды и нефтепродуктов в процессе выдавливания последних из бака. Когда в накопительном баке собирается опасное количество воды, всплывает регулирующий поплавок 33, геркон 40 выходит из поля магнита 35 и приходит в нормально замкнутое положение. При этом возможность включения перепускного вентиля 7 блокируется размыканием переключателя 42. Данная ситуация означает переход устройства в аварийное состояние, при котором требуется вмешательство человека-оператора. Оператор может поднять плавающие установки с поверхности воды, открыть пробку 26 и слить воду через отверстие 25. После этого работа устройства будет возобновлена. При использовании обратного клапана 45 каждое включение перепускного вентиля 7 и увеличение давления в накопительном баке приводит к выдавливанию части отстойной воды вниз через узкое отверстие 25. Если скорость поступления воды настолько велика, что она не успевает удаляться через дренажное отверстие и ее слой в накопительном баке увеличивается, то, как и в предыдущем случае, всплывает регулирующий поплавок 33 и возможность питания перепускного вентиля 7 блокируется размыканием переключателя 42. В этом случае для выхода из создавшейся аварийной ситуации оператор может перекрыть выходной рукав 5 и на некоторое время вручную подать питание на вентиль 7, замкнув переключатель 43. При этом вся вода будет выдавлена из накопительного бака через отверстие 25. Далее возобновляется работа устройства в режиме откачки нефтепродуктов.

Обратный клапан 45, установленный в отверстии 25, необходим для защиты накопительного бака от попадания в него грязной воды извне. Блокирующий поплавок 46 увеличивает коэффициент полезного действия устройства: если вода в накопительном баке 21 отсутствует, он находится в нижнем положении и перекрывает отверстие 25, предотвращая нежелательные потери нефтепродуктов.

Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить высокую скорость накопления нефтепродуктов, возможность применения устройства в глубоких дренажных колодцах, пожаровзрывобезопасную, устойчивую и бесперебойную работу устройства, свести к минимуму наличие воды в откачиваемых нефтепродуктах.

Формула изобретения

1. Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее плавающую установку, состоящую из корпуса, образующего внутреннюю камеру и имеющего в верхней части выполненное по его периметру кольцевое приемное отверстие, в котором установлен средоразделитель, выполненный в виде сетки из гидрофобного материала, установленной сверху на средоразделителе крышки с подвешенными к ней несущими поплавками, систему управления и откачки, состоящую из блока управления, электрически соединенного с герконами, размещенными под регулирующими поплавками с вмонтированными в них магнитами, электрически управляемого перепускного вентиля и обратного клапана на шланге, связанном с зазорным штуцером, вмонтированным в корпус и сообщающимся с внутренней камерой, отличающееся тем, что оно снабжено второй плавающей установкой, корпус которой выполнен в виде накопительного бака с крышкой, снабженной несущими поплавками, в котором установлена горизонтальная решетчатая перегородка, и в днище выполнено перекрываемое отверстие, регулирующие поплавки и герконы размещены внутри накопительного бака, перепускной вентиль входным штуцером подключен к нагнетателю сжатого воздуха, а выходным штуцером соединен нагнетающим рукавом со штуцером, установленным в крышке накопительного бака, при этом вторая плавающая установка через один из вмонтированных в днище штуцеров с трубками, свободные концы которых расположены выше уровня перегородки, соединена через обратный клапан с заборным штуцером первой плавающей установки, а через другой штуцер и второй обратный клапан - с откачивающим рукавом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие в днище накопительного бака перекрыто пробкой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие в днище накопительного бака перекрыто обратным клапаном.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что накопительный бак снабжен поплавком, имеющим возможность перекрытия отверстия в днище бака.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным герконом, электрически соединенным с блоком управления.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус первой установки выполнен в форме полутора, а в его крышке выполнено отверстие, в котором размещена вторая установка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8