Способ и устройство для сбора нефтепродуктов с водной поверхности

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки поверхности воды от нефтепродуктов. Способ включает забор смеси нефтепродуктов с водой под действием разряжения, разделение смеси и последующую подачу нефтепродуктов в нефтесборник. Забор смеси нефтепродуктов с водой производят ниже водной поверхности в кавитационном режиме и сопровождают подсосом воздуха. В процессе разделения производят направленное истечение смеси воды, диспергированного воздуха и нефтепродуктов. Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего нефтесборную воронку, эжектор с выпускным патрубком, поплавок и патрубок отвода нефти. Эжектор выполнен в виде кавитирующего аэратора с воздухозаборным патрубком и выпускным коллектором. Нефтесборная воронка размещена на поплавке(ах) по направлению течения от выпускного коллектора. Кавитирующий аэратор может быть снабжен промежуточной емкостью, расположенной между его выпускным патрубком и выпускным коллектором. Поплавок(ки) выполнен(ы) регулируемым(и), а промежуточная емкость выполнена с регулятором давления, соединенным с регулируемым(и) поплавком(ами) воронки. Повышается производительность и расширяется область применения за счет использования в составе очистных сооружений. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки поверхности воды от нефтепродуктов. При его использовании на ограниченной поверхности (например, в нефтеловушках-отстойниках объемом более 200-400 м³) оно применяется непосредственно. Если поверхность воды не ограничена, предложенные способ и устройство используют в сочетании с боновыми или иными временными ограждениями. Кроме того, изобретение может применяться для очистки сточных и ливневых вод от нефтепродуктов (в маслоловушках, нефтеловушках, флотационных установках и т.п.).

Наиболее близким к предложенному является способ сбора нефтепродуктов с водной поверхности, включающий забор смеси нефтепродуктов с водой с водной поверхности под действием разряжения в промежуточную емкость, гравитационное разделение смеси и последующую подачу нефтепродуктов в нефтесборник (см. а.с. №1773975, Е 02 В 15/04, 1990 г.).

Способ реализуют с помощью устройства, содержащего последовательно соединенные нефтесборную воронку, размещенную на поплавке, эжектор с выпускным патрубком, промежуточную емкость и патрубок отвода нефти.

Аналогичные устройства описаны в а.с. №1063929, Е 02 В 15/04, 1983 г. и а.с. 1659604, Е 02 В 15/04, 1991 г.

Недостатком известного способа и устройства является низкая производительность. Это обусловлено тем, что отделение нефтепродуктов происходит только под действием гравитационных сил, т.е. медленно. Кроме того, поскольку в нефтезаборную воронку должна попасть пленка нефти, положение воронки приходится предварительно настраивать с помощью поплавка. Забор (эжекция) пленки нефтепродуктов с поверхности в известном техническом решении приводит также к дополнительному перемешиванию нефтепродуктов с водой, что еще более замедляет процесс отстоя в промежуточной емкости и не позволяет использовать известное решение в очистных сооружениях, ограничивая область его использования.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение производительности и расширение области применения за счет использования в составе очистных сооружений.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе сбора нефтепродуктов с водной поверхности, включающем забор смеси нефтепродуктов с водой под действием разряжения, разделение смеси и последующую подачу нефтепродуктов в нефтесборник, забор смеси нефтепродуктов с водой производят ниже уровня водной поверхности в кавитационном режиме и сопровождают подсосом воздуха, а в процессе разделения производят направленное истечение смеси воды, диспергированного воздуха и нефтепродуктов.

Указанный результат достигается также тем, что в известном устройстве, содержащем нефтесборную воронку, эжектор с выпускным патрубком, поплавок и патрубок отвода нефти, эжектор выполнен в виде кавитирующего аэратора с воздухозаборным патрубком и выпускным коллектором, а нефтесборная воронка размещена на поплавке(ах) по направлению течения от выпускного коллектора.

Кроме того, кавитирующий аэратор может быть снабжен промежуточной емкостью, расположенной между его выпускным патрубком и выпускным коллектором.

При этом поплавок(ки) может быть выполнены регулируемым(и), а промежуточная емкость может быть выполнена с регулятором давления, соединенным с регулируемым поплавком(ами) воронки.

Целесообразно также регулируемый поплавок выполнить в виде буя с центральной поплавковой камерой, донным отверстием и трехкамерным поплавковым регулятором в верхней части, причем верхняя камера регулятора соединена с источником давления, средняя камера соединена с полостью буя, а нижняя - с атмосферой и центральной поплавковой камерой.

И, наконец, кавитирующий аэратор может быть снабжен водозаборным патрубком и размещаться над водной поверхностью.

На фиг.1, 2 показаны варианты устройства для осуществления способа, фиг.3 иллюстрирует установку нефтесборной воронки на поплавке, а фиг.4-6 - выполнение элементов поплавка, регулятора давления промежуточной емкости и кавитирующего аэратора.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит аэрирующий контур рециркуляции очищаемой воды, в состав которого входят последовательно соединенные всасывающий водозаборный патрубок 1, насос 2 рециркуляции, струйный кавитирующий аэратор (эжектор) 3, промежуточная емкость 4, патрубок 5 и аэрирующий выпускной коллектор 6. Емкость 4 выполнена с регулятором 7 давления, который гибкими шлангами 8 соединен с поплавками 9, на которых установлена нефтесборная воронка 10. Позицией 11 обозначен отстойник нефтеловушки, в котором размещается устройство для осуществления способа, позицией 12 - слой нефтепродуктов, позицией 13 - гибкий шланг для откачки собранных нефтепродуктов, 14, 15 - воздухозаборный и выпускной патрубки аэратора 3 соответственно, 16 - струя смеси из сопел коллектора 6. Стрелками показано направление потоков жидкости в отстойнике 11 (сплошные стрелки - прямой поток, пунктирная - обратный).

Во втором варианте устройства (фиг.2), предназначенном для использования в открытых водоемах, струя 16 испускается в направлении воронки 10, емкость 4 отсутствует, насос 2 и аэратор 3 размещены под поверхностью воды, а вместо боковой стенки отстойника 11 для ограничения «пятна» нефтепродуктов используется боновое ограждение 17.

Элементы 7-10 (фиг.1, 2) образуют пороговый скиммер, конструкция которого более подробно показана на фиг.3-5.

Как показано на фиг.3, воронка 10 поддерживается на глубине h четырьмя поплавками 9. Отвод нефтепродуктов производится по гибкому шлангу 13. Поплавки 9 снабжены регуляторами 18 уровня погружения, которые управляются сжатым воздухом, поступающим от регулятора (ресивера) 7 по шлангу 19 через общий коллектор 20 и шланги 21. Для компенсации воздействия веса шлангов 19-21 последние закреплены на дополнительном поплавке 22, который связан со скиммером шарнирными тягами 23.

Устройство поплавков 9, которые поддерживают воронку 10 скиммера на заданной глубине, представлено на фиг.4. Поплавок 9 представляет собой цилиндрический буй 24, в нижней стенке которого расположены отверстия 25. Отверстия 25 защищены экраном 26, который предохраняет внутреннюю полость буя 24 от попадания всплывающих нефтепродуктов. В экране 26 установлен балласт 27, общий вес которого компенсирует плавучесть воронки 10 при ее опорожнении.

В верхней части буя 24 установлен поплавковый трехкамерный регулятор 28 глубины погружения. Верхняя камера 29 регулятора через патрубок 30 соединена с источником сжатого воздуха (регулятором 7). Средняя камера 31 регулятора 28 через перепускную трубку 32 соединена с внутренней полостью буя 24. Нижняя камера 33 через отверстие 34 соединена с атмосферой и, кроме того, сообщается с центральной поплавковой камерой 35. Поплавок 36 через шток 37 жестко связан с входным клапаном 38 и выходным клапаном 39.

Для управления давлением питания служит регулятор давления, установленный на выходе ресивера (регулятора) 7. Схема регулятора давления приведена на фиг.5. Камера 40 регулятора соединяется через штуцер 41 с выходом ресивера 7. Камера 40 с одной стороны ограничена мембраной 42 с установленными на ней клапанами 43 и 44. Камера 45 регулятора давления через отверстие 46 соединена с атмосферой. В клапане 43 выполнено центральное отверстие 47, которое перекрывается клапаном 44 под действием поддерживающей пружины 48. Кроме того, клапаном 44 перекрывается перепускное отверстие 49 в камеру 50, которая через штуцер 51 соединяется с регуляторами 18 уровня погружения порогового скиммера. Клапан 44 открывается под действием задающей пружины 52, усилие которой определяется положением регулировочного винта 53. Пружина 52 опирается на мембрану 54.

Позицией 55 обозначены манометры (фиг.1, 2).

На фиг.6 обозначено: 56 - конфузор, 57 - воздушный патрубок, 58 - кавитирующее тело, 59 - проточная камера, 60 - диспергированный воздух, 61 - диффузор, 62 - фланцы, 63 - зона вакуума.

Применение способа рассмотрим на примере работы устройства для его осуществления.

Поток воды от насоса 2 в струйном кавитирующем аэраторе 3 насыщается диспергированным воздухом и подается в емкость 4, являющуюся расширительным баком-ресивером, где наименее диспергированная часть воздуха сепарируется в его верхней части. Кавитационный режим в аэраторе 3 обеспечивается наличием в его полости кавитирующего тела 58 (фиг.6) или сужения, за которым образуется зона кавитации, в которой и происходит диспергирование воздуха.

Сжатый воздух из емкости 4 через регулятор 7 давления по шлангу 8 поступает в поддерживающие поплавки 9 воронки 10. Выполнение регулятора 7 может быть различным. Так, в варианте, показанном на фиг.2, это может быть источник сжатого воздуха, подключенный к патрубку 41 регулятора давления (фиг.5). В варианте, изображенном на фиг.1, могут использоваться как раздельные потоки для аэрирующего контура и поплавков 9 (воздух из емкости 4 подается в патрубок 5, а воздух от источника сжатого воздуха - в патрубок 41 регулятора давления), так и общие (источником давления служит насос 2, патрубок 5 и патрубок 41 «запитываются» непосредственно от емкости 4).

Вода, насыщенная наиболее диспергировнным воздухом, по напорному патрубку 5 подается в аэрирующий коллектор 6, с помощью которого распределяется по поперечному сечению отстойника 11. Всплывающие пузырьки воздуха вызывают эрлифтный поток, под действием которого на поверхности образуется отточный поверхностный поток, содержащий нефтепродукты, удерживаемые на поверхности пузырьками воздуха. Под действием этого потока слой 12 уловленных нефтепродуктов скапливается в ограниченной зоне, противоположной месту установки аэрирующего коллектора 6, что приводит к увеличению толщины слоя 12 нефтепродуктов и тем самым позволяет повысить производительность порогового скиммера.

Стекающие в пороговый скиммер нефтепродукты по гибкому шлангу 13 поступают в вакуумируемую емкость.

В начальном состоянии, до подачи сжатого воздуха, через отверстия 25 (фиг.4) во внутреннюю полость буя 24 поступает вода, что приводит к его погружению до поступления воды в трубку 32, которая в этом состоянии играет роль гидравлического затвора. Длина трубки 32 выбирается таким образом, что обеспечивается максимальная толщина слоя захвата, которая составляет 3,5-4 см. При этом, под действием на поплавок 36 выталкивающей силы, клапан 39 закрыт, а клапан 38 открыт.

Под действием сжатого воздуха под давлением 0,01-0,025 МПа, который через открытый клапан 38 и трубку 32 поступает во внутреннюю полость буя 24, происходит вытеснение воды через отверстия 25. Это приводит к уменьшению глубины погружения буя (всплыванию). Так как поплавковая камера 33 сообщается с атмосферой, уровень воды в этой камере соответствует уровню воды вне буя 24. Благодаря этому при всплывании буя 24 клапан 38 закрывается, а выходной клапан 39 открывается. При этом внутренняя полость буя 24 через открытый клапан 39 и отверстие 34 сообщается с атмосферой, что приводит к погружению буя. Таким образом, колебания глубины погружения определяются зазором в клапанах, который составляет 0,3 мм.

Особенностью работы регулятора 28 глубины погружения с прямым управлением от поплавка 36 является зависимость глубины погружения воронки 10 от давления питающего сжатого воздуха. Это определяется тем, что на клапан 38 с одной стороны действует закрывающее усилие, которое зависит от площади клапана и избыточного давления в камере 29, а с другой - открывающее усилие поплавка 36. При диаметре клапана 3,5 мм запирающее усилие изменяется от 10 до 25 г при изменении питающего давления от 0,01 до 0,025 МПа. При этом необходимая глубина погружения поплавка 36 диаметром 25 мм для отпирания клапана 38 изменяется от двух до пяти сантиметров. Это позволяет, управляя и стабилизируя давление питания регулятора, управлять глубиной погружения скиммера, а следовательно, и управлять толщиной слоя 12 захвата нефтепродуктов.

Клапан 44 (фиг.5) открывается под действием задающей пружины 52, усилие которой определяется положением регулировочного винта 53. При давлении в камере 40 меньше заданного клапан 44 под действием пружины 52 открывается, одновременно перекрывая центральное отверстие 47. При повышении давления выше заданного под действием усилия мембраны 54 пружина 52 сжимается, что приводит к запиранию клапана 44. Избыточное давление сбрасывается в атмосферу через отверстия 47 и 46. Входное и выходное давление контролируется с помощью манометров 55 (фиг.1).

Таким образом, в отличие от известного способа в предложении обеспечивается интенсивный ускоренный сбор нефтепродуктов за счет эрлифтного потока водовоздушной смеси, увлекающей частицы нефтепродуктов. Кроме того, производится очистка не только поверхности, но и толщи воды. И наконец, повышению производительности способствует создание направленного к воронке потока уловленных нефтепродуктов, размещение воронки ниже уровня воды на регулируемой глубине.

1. Способ сбора нефтепродуктов с водной поверхности, включающий забор смеси нефтепродуктов с водой под действием разряжения, разделение смеси и последующую подачу нефтепродуктов в нефтесборник, отличающийся тем, что забор смеси нефтепродуктов с водой производят ниже водной поверхности в кавитационном режиме и сопровождают подсосом воздуха, а в процессе разделения производят направленное истечение смеси воды, диспергированного воздуха и нефтепродуктов.

2. Устройство для сбора нефтепродуктов с водной поверхности, содержащее нефтесборную воронку, эжектор с выпускным патрубком, поплавок и патрубок отвода нефти, отличающееся тем, что эжектор выполнен в виде кавитирующего аэратора с воздухозаборным патрубком и выпускным коллектором, а нефтесборная воронка размещена на поплавке(ах) по направлению течения от выпускного коллектора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кавитирующий аэратор снабжен промежуточной емкостью, расположенной между его выпускным патрубком и выпускным коллектором.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поплавок(ки) выполнен(ы) регулируемым(и), а промежуточная емкость выполнена с регулятором давления, соединенным с регулируемым(и) поплавком(ами) воронки.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что регулируемый поплавок выполнен в виде буя с центральной поплавковой камерой, донным отверстием и трехкамерным поплавковым регулятором в верхней части, причем верхняя камера регулятора соединена с источником давления, средняя камера соединена с полостью буя, а нижняя - с атмосферой и центральной поплавковой камерой.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кавитирующий аэратор снабжен водозаборным патрубком и размещен над водной поверхностью.