Акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды


 


Владельцы патента RU 2599630:

Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" (RU)

Акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды содержит корпус с впускным отверстием и коллектором, систему обеспечивающих плавучесть поплавков, прикрепленных к корпусу кронштейнами, циркуляционный насос с патрубком, резервуар для сбора нефтепродуктов, соединенный гибким шлангом с патрубком циркуляционного насоса, источник питания, соединенный с циркуляционным насосом и ультразвуковым генератором, подключенным к источнику ультразвука, погруженному под поверхность воды и направленному на границу слоя нефти с водой. Корпус снабжен регулирующим уровень кромки впускного отверстия на границе нефти и воды грузом. В корпусе вокруг коллектора выполнена герметичная полость, в которой размещены источник питания и ультразвуковой генератор. Источник ультразвука выполнен в виде системы ультразвуковых излучателей, расположенных по кругу вблизи впускного отверстия коллектора под скользящим углом к границе слоя нефти с водой. Уровень кромки впускного отверстия коллектора выставлен на границе нефти и воды. Технический результат - увеличение производительности сбора нефтяной пленки с поверхности воды. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для охраны окружающей среды, в частности для сбора нефти и нефтепродуктов при очистке естественных и искусственных водоемов. Изобретение может быть использовано также для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов.

Известно устройство для сбора нефтепродуктов, использующее акустическую технологию, содержащее камеру с отводящей горловиной, соединенной с входом в сепаратор, нижняя часть которого соединена с приемной емкостью для нефтепродуктов, причем камера установлена на поплавковом основании, нижняя часть камеры выполнена перфорированной с отверстиями для прохода воды с нефтепродуктами внутрь камеры, в которой установлен выше отметки уровня газовый коллектор с отверстиями с установлением на каждом из них газоструйного излучателя ультразвука. Газовый коллектор соединен с источником подачи сжатого газа. При работе излучателя 12 ультразвука происходит интенсивная диссипация ультразвука в поверхностной пленке нефтепродукта, приводящая к его отрыву от поверхности воды, распылению на мелкие капли и уносу их струями газа. Далее в сепараторе нефтепродукты отделяются от газа и поступают в приемную емкость (Патент РФ №2049200 от 20.02.1992 г., МПК Е02В 15/04).

Устройство имеет недостатки. Во-первых, низка производительность этого метода сбора нефтепродуктов, так как, во-первых, энергию ультразвука приходится тратить на высокоэнергозатратный процесс распыления нефти. Во-вторых, распыление повышает загрязнение воздуха углеводородами и уменьшает пожаробезопасность процесса сбора.

Известно ультразвуковое устройство для ликвидации нефтяных разливов, которое нефтяные разливы рассеивает на поверхности водоема путем воздействия ультразвуковой энергией для получения гомогенизации смеси нефти и воды и последующего поглощения (растворения) нефти в общем большом объеме воды (Патент US №4222868 от 16.09.1980 г., МПК C02F 1/36). Сбора загрязняющей жидкости в устройстве не предусмотрено.

Известно устройство, использующее акустические волны в воде, как движущую силу для сметания загрязнений, подобных нефтяным разливам, вдоль поверхности воды. Акустические волны излучаются устройством, расположенным ниже поверхности воды и направленным под скользящим углом к периферическому краю нефтяного разлива. Акустические волны при отражении от границы с воздухом формируют активную приповерхностную горизонтально расположенную зону, в которой формируется распределенный источник силы на краю нефтяного разлива. Этот метод использует звук в качестве силы, перемещающей (сметающей) поверхностные загрязнения, вдоль поверхности воды (Патент №US 4235711 от 25.11.1980 г, МПК Е02В 15/04. Патент US 4235711 от 25 ноября 1980 г.). Это устройство предназначено для перемещения по поверхности воды пятен нефтяных разливов, ограничения площади разливов нефти, однако не решает проблему сбора загрязнений.

Известно другое изобретение, использующее акустические колебания в области очистки водоемов от загрязнений. Устройство осуществляет распыление и сжигание жидких углеводородов, плавающих на воде. Нефть или другой горючий материал, загрязняющий море, сжигается устройством, имеющим частично погруженную форсунку, снабженную преобразователем высокочастотных акустических колебаний. Преобразователь снабжен трансформером скорости, сконструированным с целью концентрации акустических колебаний в области максимальной интенсивности у верхнего конца трансформера. Поплавковое приспособление на форсунке обеспечивает плавучесть таким образом, что верхний конец трансформера скорости расположен на подходящем расстоянии над поверхностью воды. Система поджига на форсунке выступает сверху над трансформером скорости, чтобы воспламенять облако нефти, которое распыляется над устройством благодаря преобразователю (Патент US №4308006 от 29.12.1981 г., МПК F23C 11/02).

Для широкого применения устройство не обладает достаточно высокой производительностью.

Известно устройство для сжигания горючих загрязнений, плавающих на поверхности водяного водоема. Устройство имеет первое тело и плавательное средство для расположения его (первого тела) вблизи поверхности воды. Первая камера расположена в первом теле. Резонансная камера фиксируется относительно поверхности первого тела и выше первой камеры и располагается выше поверхности воды, когда аппаратура используется. Жидкость с высокой скоростью может впрыскиваться из первого тела в резонансную камеру, образуя ударную волну, которая направляется назад к загрязнителю (загрязняющему агенту) для распыления загрязнителя. Распыленный загрязнитель может быть сожжен (Патент US 4576569 от 18.03.1986 г., МПК F23C 11/04).

Известно устройство для сбора несмешиваемой жидкости с поверхности воды, являющееся по принципу действия пороговым нефтесборщиком, и может быть использовано для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов. Устройство содержит цилиндрическую камеру, погружной насос с поплавком, приводом, напорным трубопроводом и гибким кабелем электроснабжения, кольцевой вход в цилиндрическую камеру с защитной решеткой, поплавки, обеспечивающие плавучесть устройства. Поверхностный слой воды вместе с несмешиваемой жидкостью с плотностью ниже плотности воды аккумулируется в вертикально расположенной цилиндрической камере, нижний конец которой герметически закрыт, а верхний имеет кольцевой вход между цилиндрической камерой и ее крышкой. Жидкость из цилиндрической камеры откачивается погружным насосом, имеющим поплавок для всплытия (Патент РФ №2369689, МПК B01D 17/02, C02F 1/40). Изобретение приемлемо для сбора и откачки нефти в благоприятных условиях функционирования. Однако оно теряет свою эффективность в случаях тонких слоев собираемых загрязнений и практически непригодно при сборе сильно вязких загустевших нефтепродуктов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к изобретению является акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее корпус с впускным отверстием и коллектором, систему обеспечивающих плавучесть поплавков, прикрепленных к корпусу кронштейнами, циркуляционный насос с патрубком, резервуар для сбора нефтепродуктов, соединенный гибким шлангом с патрубком циркуляционного насоса, источник питания, соединенный с циркуляционным насосом и ультразвуковым генератором, подключенным к источнику ультразвука, погруженному под поверхность воды и направленному на границу слоя нефти с водой, при этом источник ультразвука выполнен в виде ультразвукового фокусирующего преобразователя, который поддерживается ниже поверхности воды, а его фокальная область совмещена с нижней стороной загрязнения или нефти (Патент US №4032438 от 28.06.1977 г., МПК B01D 37/00).

К недостаткам устройства, принятого за прототип, относятся относительно малая производительность по сбору нефти и недостаточная экологическая чистота функционирования, обусловленная генерацией облака углеводородов при ультразвуковом фонтанировании. С этим связан повышенный риск возгорания газового углеводородного облака. Последние из перечисленных недостатков объясняются выходом струи, индуцированной сфокусированным ультразвуком в виде фонтана, в воздушное пространство над поверхностью воды.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности сбора нефтяной пленки с поверхности воды, а также улучшение экологической чистоты и обеспечение безопасности процесса сбора нефти.

Технический результат достигается за счет того, что в акустическом устройстве для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащем корпус с впускным отверстием и коллектором, систему обеспечивающих плавучесть поплавков, прикрепленных к корпусу кронштейнами, циркуляционный насос с патрубком, резервуар для сбора нефтепродуктов, соединенный гибким шлангом с патрубком циркуляционного насоса, источник питания, соединенный с циркуляционным насосом и ультразвуковым генератором, подключенным к источнику ультразвука, погруженному под поверхность воды и направленному на границу слоя нефти с водой, корпус снабжен регулирующим уровень кромки впускного отверстия на границе нефти и воды грузом, в корпусе вокруг коллектора выполнена герметичная полость, в которой размещены источник питания и ультразвуковой генератор, а источник ультразвука выполнен в виде системы ультразвуковых излучателей, расположенных по кругу вблизи впускного отверстия коллектора под скользящим углом к границе слоя нефти с водой, при этом уровень кромки впускного отверстия коллектора выставлен на границе нефти и воды.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены основные элементы конструкции и суть процесса сбора нефти. Акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды содержит корпус 1, состоящий из коллектора 2 с впускным отверстием 3, и герметичной полости 4, расположенной вокруг коллектора 2, расположенные в герметичной полости 4, источник питания 5 и ультразвуковой генератор 6, циркуляционный насос 7 с патрубком 8, расположенный на дне полости коллектора 2, источник ультразвука, выполненный в виде системы ультразвуковых излучателей 9, расположенных по кругу вблизи впускного отверстия коллектора 2 под скользящим углом к границе слоя нефти с водой, при этом уровень кромки впускного отверстия 3 коллектора 2 выставлен на границе нефти и воды, систему обеспечивающих плавучесть поплавков 10, прикрепленных к корпусу 1 кронштейнами 11, регулирующий уровень кромки впускного отверстия на границе нефти и воды груз 12, расположенный внизу под корпусом 1, резервуар для сбора нефтепродуктов 13, соединенный гибким шлангом 14 с патрубком 8 циркуляционного насоса 7. Резервуар для сбора нефтепродуктов 13 расположен на берегу 15 водоема со слоем нефтяного загрязнения 16. Источник питания 5 соединен с ультразвуковым генератором 6 и циркуляционным насосом 7. Ультразвуковой генератор 6 подключен к системе ультразвуковых излучателей 9.

Акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом. Согнав боновым ограждением попавшие на водную поверхность нефть или нефтепродукты, устройство помещают в загрязненную зону водоема. Перед началом работы необходимо отрегулировать глубину погружения устройства так, чтобы кромка впускного отверстия 3 коллектора 2 была на уровне границы раздела собираемой нефти с водой или на 1-2 мм ниже этого уровня. Плавучесть всего акустического устройства сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды обеспечивается четырьмя поплавками 10, прикрепленными к корпусу 1 с помощью кронштейнов 11 и, с целью регулировки уровня глубины погружения, подстраивается подвешиванием груза 12 подходящей массы. Поддержание глубины погружения верхней кромки впускного отверстия на уровне границы раздела нефти с водой имеет большое значение для обеспечения высокого качества сбора нефти, т.е. получения максимально большой доли содержания нефти в забираемой из водоема жидкости при высокой производительности процесса сбора загрязнений.

При оптимальной глубине погружения устройства возникает самопроизвольный слив нефтяной пленки через впускное отверстие 3 в коллектор 2.

После набора в коллектор 2 нефти и (или) воды, включают расположенные в герметичной полости 4, работающие от источника питания 5, ультразвуковой генератор 6 и циркуляционный насос 7. В качестве источника питания 5 служит электрический аккумулятор. Возможны также варианты электрического питания с берега 15 или с борта специализированного судна, осуществляемого по гибкому электрическому кабелю. Высокочастотное электрическое напряжение частотой 0,5-2 МГц от ультразвукового генератора 6 подается на систему ультразвуковых излучателей 9. При этом системой ультразвуковых излучателей 9, находящихся ниже поверхности воды, возбуждаются ультразвуковые волны в радиальных по отношению к впускному отверстию 3 направлениях под скользящим углом к поверхности воды. Они концентрируют волновую энергию по кругу вблизи кромки впускного отверстия 3. Эти сходящиеся ультразвуковые волны индуцируют дополнительный к самопроизвольному сливу поток жидкости (смеси нефти и воды). Важно отметить, что при этом возникающее акустически индуцированное поверхностное течение не сопровождается образованием фонтана (выходом струи жидкости над поверхностью). Отдельные ультразвуковые излучатели могут быть как фокусирующего типа, так и нефокусирующего типа. Фокусирующие излучатели предпочтительны в случае жидких загрязнений с высокими значениями вязкости. Нефокусирующие ультразвуковые излучатели перекрывают большую площадь, формируют более широкий поток поверхностной пленки нефти, направляемый во впускное отверстие 3, и более эффективны в случаях мало вязких нефтяных загрязнений. Конкретный набор разного типа излучателей может быть подобран в зависимости от свойств собираемой нефти. Доля дополнительного индуцированного ультразвуком потока в некоторых важных случаях может значительно превышать самопроизвольный слив. Прежде всего, это наблюдается в случаях загустевших нефтепродуктов, обладающих большой вязкостью, когда самотек затруднен или вовсе невозможен. Вклад нефтяного потока, индуцированного ультразвуком, может превышать самотек и в случае обычной нефти с малой вязкостью, если толщина пленки достаточно мала, меньше 3 мм.

Смесь нефти и воды перекачивается циркуляционным насосом 7 с патрубком 8 по гибкому шлангу 14 в резервуар для сбора нефтепродуктов 13, откуда нефть после отстоя может быть эвакуирована для прямого использования.

Если сравнивать представленное акустическое устройство сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды с прототипом, то можно утверждать, что оно обладает существенно большей производительностью. Это обусловлено как многоканальной конструкцией системы ультразвуковых излучателей, так и радиально-горизонтальной направленностью индуцированных ультразвуком потоков нефтяных загрязнений, позволяющей получать большие по величине радиальные поверхностные потоки нефти на большой площади. Погруженность кромки впускного отверстия ниже уровня поверхности нефти вызывает дополнительный самопроизвольный слив нефти в коллектор, что повышает суммарную производительность устройства особенно при работе на толстых пленках нефти (толщиной более 3 мм). Отсутствие выхода фонтанных струй над поверхностью улучшает экологическую чистоту процесса и делает процесс сбора нефти пожаробезопасным.

Акустическое устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее корпус с впускным отверстием и коллектором, систему обеспечивающих плавучесть поплавков, прикрепленных к корпусу кронштейнами, циркуляционный насос с патрубком, резервуар для сбора нефтепродуктов, соединенный гибким шлангом с патрубком циркуляционного насоса, источник питания, соединенный с циркуляционным насосом и ультразвуковым генератором, подключенным к источнику ультразвука, погруженному под поверхность воды и направленному на границу слоя нефти с водой, отличающееся тем, что корпус снабжен регулирующим уровень кромки впускного отверстия на границе нефти и воды грузом, в корпусе вокруг коллектора выполнена герметичная полость, в которой размещены источник питания и ультразвуковой генератор, а источник ультразвука выполнен в виде системы ультразвуковых излучателей, расположенных по кругу вблизи впускного отверстия коллектора под скользящим углом к границе слоя нефти с водой, при этом уровень кромки впускного отверстия коллектора выставлен на границе нефти и воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судовому оборудованию и может быть использовано для сбора объектов, плавающих на воде. Судно содержит корпус, в носовой части которого выполнено отверстие.

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для локализации и сбора нефтепродукта на водной поверхности крупных судоходных рек с быстрым течением, преимущественно в местах подводных переходов через реки магистральных трубопроводов нефти или нефтепродуктов.

Изобретение относится к средствам для очистки водоема от разлитых нефтепродуктов. Предложен катер для аварийных работ, имеющий емкость, насос и электродвигатель, скрепленный с барабаном, причем емкость и насос, соединенный с радиоуправляемым двигателем, расположены на прицепленной к катеру барже, а на барабан намотана состоящая из герметического материала пленка, имеющая в верхней части пузыри, заполненные воздухом.

Изобретение относится к концепции для контролируемой локализации нефти и конденсата и возможно других типов жидкостей и химреагентов в конструкциях при возможном выходе из строя обычных известных барьеров, используемых в морской разведке и добыче нефти и газа, предназначенных для использования на нескольких морских глубинах.

Изобретение относится к устройствам для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей и может быть использовано в очистных сооружения водоснабжения и канализации, в химической, металлообрабатывающей отраслях промышленности при очистке технологических, смазочно-охлаждающих жидкостей и моющих растворов от посторонних органических примесей, а также для удаления нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей, океанов.

Изобретение относится к устройствам для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей и может быть использовано при очистке технологических, смазочно-охлаждающих жидкостей и моющих растворов от органических примесей, а также для удаления нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей, океанов.

Изобретение относится к системам для ликвидации разлива нефти, находящейся на поверхности воды. Предложена система для ликвидации разлива нефти судном для ликвидации разлива нефти, которое имеет в борту входное отверстие (1), расположенное на уровне воды, и водовод (3), проходящий от входного отверстия и содержащий блок отделения нефти, находящейся на поверхности воды, при этом указанный водовод ведет в обратный водовод (15), содержащий выходное отверстие (2).

Способ сбора нефти или нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема включает локализацию пятна нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой в нефтеприемник, в области локализации пятна нефти или нефтепродукта в ледяном покрове бурят скважину, погружают через нее в область пятна завихритель с откачным устройством, вращением завихрителя создают в воде подо льдом вихревую воронку, обеспечивающую сбор в нее нефти или нефтепродукта, и производят откачку нефти или нефтепродукта из вихревой воронки.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водоемов, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами.

Способ включает размещение на водоеме источника сжатого воздуха и источника водовоздушной смеси, который подсоединен к водовоздушному шлангу, перед началом очистных мероприятий осуществляют гидроэкологическое обследование водоема по сетке станций, устанавливают направляющие каналы (основной и вспомогательный) для передвижения нефти и нефтепродуктов с водовоздушной смесью, водовоздушную смесь подают водовоздушным шлангом, который имеет перфорированную и неперфорированную часть, шланг перемещается по дну водоема посредством лебедки.

Изобретение относится к способу получения селективно связывающих переходный металл частиц на основе фосфина, применению макропористых частиц в качестве реакционноспособного агента, к связывающему металл частицам на основе фосфина, применению связывающих металл частиц для связывания атомов переходного металла и к способу захвата атомов переходного металла с использованием частиц на основе фосфина.

Изобретение относится к устройству и способу контролирования и управления установками дезинфекции воды, в которых применяют широкополосные УФ-излучатели. Устройство содержит по меньшей мере один широкополосный УФ-излучатель (101), расположенный в водотоке (100), причем устройство включает, по меньшей мере, первый сенсорный УФ-датчик (103), расположенный в массе воды на расстоянии от широкополосного УФ-излучателя (101), причем первый сенсорный УФ-датчик соединен с блоком (105) регулирования, предназначенным для регулирования мощности широкополосного УФ-излучателя (101) или объемного расхода воды через водоток (100).

Изобретение может быть использовано для очистки воды из источников водозабора от соединений мышьяка и тяжелых металлов при получении питьевой воды, а также для очистки некоторых промстоков от указанных токсикантов.
Изобретение относится к пищевой промышленности, медицине, фармакологии, хозяйственно-бытовой деятельности, где очистка воды производится с применением магнитных факторов с последующим фильтрованием, и направлено на создание очищенной, омагниченной воды.

Изобретение относится к способам извлечения ионов тяжелых металлов сорбцией на природных целлюлозосодержащих сорбентах из растворов различного состава и может быть использовано для совершенствования мембранных и сорбционных технологий, в водоподготовке, при разработке технологий утилизации ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод различной природы.

Изобретение относится к опреснению соленой воды, в том числе морской или минерализованной воды дистилляцией, и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой.

Изобретение предназначено для фильтрации. Фильтрационное устройство содержит по меньшей мере один картридж, содержащий зону обработки, заполненную по меньшей мере одной фильтрующей средой.

Изобретение относится к способам очистки воды от растворенных органических веществ и может быть использовано для очистки природных и сточных вод. Способ включает предварительное полное газонасыщение обрабатываемой воды газами-окислителями и каталитическое окисление компонентов водного раствора в мембранном реакторе.

Изобретение относится к очистке воды от сульфидов и углеродсодержащему сорбенту на основе растительного сырья. Углеродсодержащий сорбент для очистки вод от сульфидов имеет микропористую структуру со средним диаметром пор около 2 нм, рентгеноаморфное состояние и выполнен в виде пучков волокон с диаметром 50-100 мкм при диаметре отдельного волокна около 1,5 мкм.

Изобретение относится к области термодинамики многофазных систем и может быть использовано для получения микродисперсных систем. Растворенные в воде газы в соответствии с законом Генри выделяются из нее при прохождении через отверстия в перегородке в виде пузырьков размером от 5 мкм и более.

Изобретение относится к системам обработки текучей среды от накипи и может быть использовано для предотвращения формирования накипи в содержащей текучую среду системе и/или для предотвращения роста бактерий внутри такой системы. Технический результат состоит в повышении надежности обработки. Способ обработки содержащей текучую среду системы для замедления образования и скопления накипи включает подачу радиочастотного сигнала в содержащую текучую среду систему. Причем, подают импульсный радиочастотный сигнал на первичную обмотку трансформатора и в содержащую текучую среду систему посредством функционального подключения между первой клеммой вторичной обмотки трансформатора и содержащей текучую среду системой. Вторую клемму вторичной обмотки трансформатора функционально подключают к заземлению, что обеспечивает распространение по трубе электромагнитного сигнала. Предложенные способ и система также могут быть использованы для подачи импульсного радиочастотного сигнала в несколько точек содержащей текучую среду системы или для подачи импульсного радиочастотного сигнала в несколько независимых содержащих текучую среду систем. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх