Способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к средствам для очистки водных акваторий от нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на любых водных поверхностях от отстойников до рек и озер. Способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды включает забор и разделение воды и нефтепродуктов в нефтеловушке под действием центробежных сил с регулированием расхода выводимых из нефтеловушки нефтепродуктов гидравлическим насосом. Кроме того, осуществляют дополнительное регулирование выводимых из нее нефтепродуктов посредством изменения вакуума в накопительной емкости для выводимых нефтепродуктов. Устройство включает вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку с питающим патрубком и расположенными коаксиально патрубками тяжелой и легкой фаз жидкости. Патрубок тяжелой фазы жидкости нефтеловушки соединен с гидравлическим насосом. Патрубок легкой фазы жидкости соединен с накопительной емкостью. Для создания разряжения в накопительной емкости она соединена с вакуумным и гидравлическим насосами. Изменением разряжения в накопительной емкости осуществляют регулирование выводимых из нефтеловушки нефтепродуктов, что позволяет интенсифицировать сбор нефтепродуктов с поверхности воды. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки водных акваторий от нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на любых водных поверхностях от отстойников до рек и озер.

Известно техническое решение для сбора нефти с поверхности воды, включающее заборное устройство, состоящее из 2-х отделений: верхнего (насосного) и нижнего (выполняющего роль промежуточной отстойной емкости для собираемой смеси нефти с водой), вспомогательного оборудования, сборщика, пульта управления и передвижной электрической станции (В.Е. Губин и другие "Промышленные испытания устройства для сбора нефти с поверхности воды при аварийных разливах". Журнал "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов" М. : ВНИИОЭНГ, 1976г., с.17-19).

Недостатком данного способа регулирования работы устройства для сбора нефтепродуктов является его низкая эффективность по принципам действия, заложенным в различные части системы. Так, например, расположение вихревых воронок по борту плавучего средства ставит в неравнозначное условие работы каждую из воронок. В стационарных условиях работы устройства вихревые воронки могут работать лишь по одному из бортов, но самое главное - способ сбора нефти за счет ее захвата в образующиеся воронки низкоэффективен.

Известен способ регулирования работы устройства, когда сбор нефтепродуктов с поверхности воды осуществляется посредством центробежной сепарации и когда "...благодаря движению аппарата по водной поверхности и особой конфигурации входного отверстия. .." жидкость получает вращательное движение, при этом имеется возможность изменять производительность установки, а также скорость движения судна, за счет чего и осуществляется регулирование работы (В. Марков, Ю. Степанов. "Циклон - морской санитар", журнал "Нефтяник", 2, 1977г., с.29-30).

Недостатком данного способа регулирования работы устройства для сбора нефтепродуктов является его низкая эффективность и неработоспособность без движения судна, а также весьма ограниченный диапазон регулирования при работе, так как увеличение производительности мотонасоса, то есть производительности гидроциклона по сливу, при концентрированном его отборе, ухудшит гидродинамическую структуру потока для разделения нефтепродуктов.

Известно устройство для сбора нефти с поверхности воды, включающее установленную на ведущем и ведомом барабанах бесконечную ленту, цилиндрический отжимной ролик и нефтеприемный лоток, причем бесконечная лента выполнена из нефтестойкого материала и снабжена впитывающим нефть материалом (Патент РФ 2006549 С1, МКИ Е 02 В 15/04, Б.И. 2, 1994г.).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность в работе в виду того, что вода, обладая меньшей вязкостью, будет скорее напитывать материал бесконечной ленты и устройство, по сути, будет собирать воду, а не нефть.

Известно устройство "Циклон-С", включающее защитную сетку, поплавки, гидроциклон, вводное отверстие, вывод чистой воды, водослив (перелив) и сливной патрубок для откачки загрязненной жидкости (В. Марков, Ю. Степанов. "Циклон - морской санитар", журнал "Нефтяник", 2, 1977г., с.29-30).

Недостатком данного устройства является его низкая производительность и эффективность, так как работа осуществляется, в основном, за счет движения судна и откачки через сливной патрубок загрязненной жидкости, но если увеличить производительность гидроциклона по сливу, то вместе с отработанным увеличенным количеством нефтепродуктов поступит и большее количество воды. В свою очередь, снижение производительности приводит к потере скорости внутри аппарата и к потере его сепарирующей способности, то есть эффективности.

Техническим решением задачи предлагаемого изобретения является интенсификация работы устройства для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды и способа регулирования его работы, а также повышение эффективности работы системы при расширении диапазона регулирования за счет улучшения гидродинамических характеристик при центробежной сепарации воды, содержащей нефтепродукты.

Задача достигается тем, что согласно способу регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, при установившемся режиме работы вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки, с управлением расхода выводимых продуктов и накоплением их в емкость, дополнительно осуществляют регулирование выводимых из гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством изменения вакуума в накопительной емкости, с которой соединены патрубки легкой фазы слива, причем разряжение в емкости создается или воздушным вакуумным насосом и центробежным гидравлическим, или каждым в отдельности. А устройство, на базе которого осуществляется способ регулирования - это вакуумная многопродуктовая гидроциклонная нефтеловушка с патрубками питающим, тяжелой и легкой фаз жидкости, где последние установлены коаксиально, причем патрубки легкой фазы жидкости начинаются во внутреннем токе в нефтеловушке и соединены с накопительной емкостью, а патрубки тяжелой фазы жидкости начинаются в вершине конической части нефтеловушки, во внешнем токе жидкости и соединены с гидравлическим насосом.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается тем, что при установившемся режиме работы вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки с управлением расхода выводимых продуктов и накоплением их в емкости дополнительно осуществляют регулирование выводимых из гидроциклонной нефтеловушки расходов нефтепродуктов, посредством изменения вакуума в накопительной емкости, с которой соединены патрубки легкой фазы жидкости, причем разряжение в емкости создается или воздушным вакуумным насосом и центробежным гидравлическим, или каждым в отдельности, что позволяет улучшить гидродинамические характеристики при центробежной сепарации воды, содержащей нефтепродукты, и, как следствие, повысить эффективность разделения жидкостей. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого способа с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что в вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушке с патрубками питающим, тяжелой и легкой фаз жидкости, где последние установлены коаксиально, причем патрубки легкой фазы жидкости начинаются во внутреннем токе нефтеловушки и соединены с накопительной емкостью, а патрубки тяжелой фазы жидкости начинаются в вершине конической части нефтеловушки, во внешнем токе жидкости и соединены с гидравлическим насосом. Таким образом, заявляемое устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды соответствует критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемого устройства с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень". Именно использование в качестве устройства для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки, спаренной с накопительной емкостью и гидравлическим насосом, причем, когда у гидроциклонной нефтеловушки слив выполнен в виде коаксиально расположенных парубков тяжелой и легкой фаз жидкости, где последние патрубки соединены с накопительной емкостью, а патрубки тяжелой фазы жидкости - с гидравлическим насосом, появляется возможность, не турбулизируя поток, исключая вредные вторичные течения, обеспечивать вывод из него нефтепродуктов и тяжелой фазы (воды), перераспределять расходы между различными выводами в широком диапазоне, что в конечном итоге позволяет повысить качество и расширить диапазон регулирования работы всего устройства за счет адекватного реагирования на изменение технологических параметров входа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображен общий вид устройства фиг. 1, а также разрезы А-А и В-В фиг.1 соответственно на фиг-2 и фиг-3.

Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включает цилиндроконическую многопродуктовую вакуумную гидроциклонную нефтеловушку 1 (на чертеже в качестве примера двухпродуктовая), сверху цилиндрической части гидроциклонной нефтеловушки 1 находятся питающие патрубки 2, а также нефтеприемная воронка 3, обрамляющая всю гидроциклонную нефтеловушку 1, по центральной оси последней коаксиально, со стороны цилиндрической части расположены патрубок легкой фазы жидкости 4 и патрубок тяжелой фазы 5, причем последний начинается во внешнем токе, в вершине конической части нефтеловушки и соединен с гидравлическим насосом 6 для откачки, в свою очередь, накопительная емкость 7, соединенная с патрубком легкой фазы 4, начинающимся во внутреннем токе, также соединена с вакуумным воздушным насосом 8 и гидравлическим насосом 9, а в самой емкости 7 расположены датчик уровня нефтепродуктов 10 и датчик давления 11.

Предлагаемое устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом.

Вакуумная гидроциклонная нефтеловушка 1 вместе с нефтеприемной воронкой 3 опускается под воду, причем таким образом, чтобы величина переливающегося слоя воды с разлившейся нефтью обеспечивала бы полный забор последней. Поступившая в воронку 3 двухфазная жидкость, через питающие патрубки 2, поступит во внутреннюю полость гидроциклонной нефтеловушки 1. В связи с тангенциальностью подвода питания и сосредоточенным отбором тяжелой фазы жидкости (воды) и легкой фазы из центральной части аппарата в нем образуется вращательное движение. Под действием этого движения произойдет разделение фаз жидкости: более легкая фаза сконцентрируется в центральной части аппарата, во внутреннем токе, и будет отводиться из него через патрубок легкой фазы 4, а более тяжелая фаза, которая расположится у стенки гидроциклонной нефтеловушки 1 и в вершине ее конической части, будет отводиться из него через патрубок тяжелой фазы 5, посредством насоса 6, регулируя производительность которого, можно добиться регулируемой работы гидроциклонной нефтеловушки. Также с целью равномерного отбора нефтепродуктов из тела гидроциклонной нефтеловушки 1 патрубок легкой фазы 4 соединен тангенциально с накопительной емкостью 7, в которой первоначально может находиться вода, и тогда, запуская в работу гидроциклонную нефтеловушку 1 посредством насоса 6, также запускают в работу насос 9 и вакуумный насос 8, два последних создают разряжение в емкости 7, которое и обеспечивает поступление в нее нефтепродуктов по патрубку легкой фазы 4, также подходящему к емкости 7 тангенциально. Такой подвод жидкости в емкость 7 и такой же отвод обеспечивает ее вращение в накопительной емкости 7 и дополнительное обезвоживание. Регулирование поступления нефтепродуктов осуществляется регулированием разряжения в накопительной емкости 7, что отслеживается посредством датчика 11. Когда накопительная емкость 7 наполнится нефтепродуктами, о чем свидетельствует датчик 10, гидравлический насос 9 будет переключен с откачки воды с емкости 7 на откачку нефтепродуктов, по завершению данной операции цикл повторится. Увеличение пропускной способности всей системы нефтеочистки и интенсификация работы вакуумной гидроциклонной нефтеловушки 1 осуществляется, в основном, за счет увеличения пропускной способности гидравлического насоса 6.

Предлагаемый способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий возможность управления работой вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки 1, осуществляется следующим образом.

При установившемся режиме работы гидроциклонной нефтеловушки 1, когда с водой через воронку 3 и тангенциальные питающие патрубки 2 поступает в тело гидроциклонной нефтеловушки определенное количество воды и нефтепродуктов, последние под действием центробежных сил будут концентрироваться по центральной оси устройства. Отвод отделенных от воды нефтепродуктов осуществляется через патрубок легкой фазы 4, связанный с накопительной вакуумизированной емкостью 7. А вот интенсивность работы гидроциклонной нефтеловушки 1, в основном, зависит от производительности гидравлического насоса 6, который удаляет из нее тяжелую фазу жидкости, то есть воду, освобожденную от нефтепродуктов. Таким образом, при необходимости увеличить производительность всей системы необходимо, прежде всего, увеличить производительность гидравлического насоса самой гидроциклонной нефтеловушки. При этом в процессе разделения двухфазной жидкости типа вода-нефть, последней, как правило, поступает в захватные устройства менее 20% от общего количества жидкости. Это означает, что именно такое количество жидкости мы должны, не турбулизируя поток, забрать из внутренних токов гидроциклонной нефтеловушки. Именно для этого трубопровод легкой фазы 4 соединен с накопительной емкостью 7, в которую он подходит тангенциально. Также тангенциально из емкости осуществляется отвод жидкости через патрубок, идущий к насосу 9. Это создает вращательное движение в накопительной емкости 7 и дополнительное обезвоживание поступивших туда нефтепродуктов. А вот количество поступающих нефтепродуктов в емкость 7 будет прямо пропорционально зависеть от величины разряжения в емкости 7, которое фиксируется датчиком 11. Если нефтепродуктов поступает в гидроциклонную нефтеловушку много, что можно визуально видеть в начале у воронки 3, а затем на выходе насоса 6, то необходимо увеличить величину разряжения в емкости 7 и тем самым увеличить количество отводимой из центральной части устройства отсепарированной легкой фазы. При этом этот отвод будет осуществлен, не турбулизируя поток, что очень важно в подобных системах. Если нефтепродуктов поступает очень мало, соответственно можно уменьшить вакуум в емкости 7, то есть уменьшить отбор легкой фазы или вообще осуществлять его периодически. При отработке многофазной жидкости, то есть когда легкая фаза, в свою очередь, может быть различной по плотности, для ее отработки будет использоваться гидроциклонная нефтеловушка с несколькими патрубками для легкой фазы (хотя на чертеже показан лишь один такой патрубок), которые также будут подсоединяться к одной или нескольким накопительным емкостям. Таким образом, осуществляя регулирование выводимой из гидроциклонной нефтеловушки 1 легкой фазы жидкости, посредством изменения вакуума в накопительной емкости 7, с которой связана гидроциклонная нефтеловушка посредством патрубка легкой фазы 4, мы можем управлять перераспределением расходов в теле гидроциклонной нефтеловушки, а значит процессом разделения фаз жидкости.

Предлагаемый способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий регулирование выводимых из гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством изменения вакуума в накопительной емкости, с которой он соединен патрубками легкой фазы, позволяет, не нарушая гидродинамической структуры потока в устройстве, интенсифицировать его работу, повысить сепарационную способность, исключить вторичные циркуляционные течения и плавно отрабатывать любые возможные ситуации по количественному и качественному составу нефтепродуктов, подлежащих сбору с поверхности воды.

Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее накопительную емкость и вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку, в которой слив выполнен в виде коаксиально расположенных патрубков тяжелой и легкой фаз жидкости, причем патрубки легкой фазы начинаются во внутреннем токе в нефтеловушке и соединены с накопительной емкостью, а тяжелой фазы жидкости начинаются в вершине конической части, во внешнем токе жидкости и соединены с гидравлическим насосом, просто по конструкции, надежно в работе, позволяет разделять систему вода - нефть или нефтепродукты на легкую и тяжелую фазы, не турбулизируя дополнительно поток, что повышает эффективность сепарации и способствует интенсификации всего процесса разделения многофазных несмешивающихся жидкостей.

Формула изобретения

1. Способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий тангенциальный забор воды и нефтепродуктов в вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку, разделение воды и нефтепродуктов в гидроциклонной нефтеловушке под действием центробежных сил с регулированием расхода выводимых нефтепродуктов и накоплением их в накопительной емкости, отличающийся тем, что кроме регулирования расхода выводимых из гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством гидравлического насоса гидроциклонной нефтеловушки осуществляют дополнительное регулирование выводимых из нее нефтепродуктов посредством изменения вакуума в накопительной емкости.

2. Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку с питающим патрубком, патрубком тяжелой фазы жидкости и патрубком легкой фазы жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено накопительной емкостью и гидравлическим насосом, соединенным с патрубком тяжелой фазы жидкости нефтеловушки, причем патрубки тяжелой и легкой фаз жидкости расположены коаксиально, а патрубок легкой фазы жидкости соединен с накопительной емкостью, имеющей соединенные с ней вакуумный и гидравлический насосы для создания разрежения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно имеет дополнительные патрубки тяжелой и легкой фаз жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3