установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ, содержащая шнек, отстойник и нефтенакопительную емкость, разделенные плавучими подвижными перегородками, отличающаяся тем, что, с целью расширения области использования и повышения надежности, отстойник снабжен гидравлическим затвором, выходной патрубок которого выполнен плавучим и подвижным, причем верхний торец его расположен выше ватерлинии и ниже перегородки между отстойником и нефтенакопительной емкостью, при этом перегородки между корпусом шнека, отстойником и нефтенакопительной емкостью выполнены в виде неподтопленного водослива, а в отстойнике размещена вертикальная плавучая перегородка, верхняя кромка которой выше верхней кромки перегородки между корпусом шнека и отстойником, а нижняя кромка выше границы раздела нефти и воды в отстойнике, а нефтенакопительная емкость снабжена синхронизированным с работой шнека откачивающим устройством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки от загрязнения нефтью и нефтепродуктами поверхности открытых водоемов.

Известна установка для сбора и удаления плавающих веществ, содержащая лоток с подрезающим ножом, шнековый конвейер, размещенный в лотке, при этом нож установлен с возможностью поворота относительно продольной кромки лотка. Установка позволяет очищать поверхность водоемов от загрязнений.

Однако установка не решает вопроса сепарации плавающих веществ и не может быть эффективно использована для сбора с поверхности воды пленочной нефти.

Наиболее близким к изобретению является установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, 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 пленки нефти любой толщины.

К недостаткам установки следует отнести невозможность использования ее на мелководье при сборе тяжелых нефтей и нефтепродуктов с плотностью более 850 кг/м³, поскольку при недостаточной глубине погружения отстойника без дна с учетом соотношения плотностей воды и нефти возможен вынос нефти через нижнюю кромку стенки отстойника в водоем.

К увеличению осадки установки приводит и увеличение в процессе работы объема уловленной нефти в нефтенакопителе.

Цель изобретения - расширение области использования установки и повышение надежности ее работы.

Указанная цель достигается тем, что отстойник снабжен гидравлическим затвором, выходной патрубок которого выполнен плавучим и подвижным, причем верхний торец его расположен выше ватерлинии и ниже перегородки между отстойником и нефтенакопительной емкостью, при этом перегородки между корпусом шнека, отстойником и нефтенакопительной емкостью выполнены в виде неподтопленного водослива, а в отстойнике размещена вертикальная плавучая перегородка, верхняя кромка которой выше верхней кромки перегородки между корпусом шнека и отстойником, а нижняя кромка выше границы раздела нефти и воды в отстойнике, кроме того нефтенакопительная емкость снабжена синхронизированным с работой шнека откачивающим устройством.

Установка в целом 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.

Установка содержит корпус 1 с продольной щелью. В корпусе размещен шнек 2 (правая симметричная часть шнека). С торца к корпусу шнека присоединен отстойник 3, к которому, в свою очередь, присоединена нефтенакопительная емкость 4. Шнек и отстойник разделены плавучей подвижной перегородкой 5, выполненной в виде неподтопленного водослива с острым ребром, что обеспечивает переток водонефтяной смеси из корпуса шнека в отстойник без разбрызгивания. Перегородка 5 снабжена поплавком 6. В отстойнике помещена промежуточная вертикальная плавучая перегородка 7 с поплавками 8, верхняя кромка которой выше верхней кромки перегородки 5, а нижняя кромка выше границы раздела нефти и воды. Отстойник отделен от нефтесборника плавучей перегородкой 9 с поплавками 10. К отстойнику в нижней его части присоединен гидравлический затвор 11 с поплавком 12. Затвор 11 выполнен подвижным и плавучим. Емкость 4 снабжена эжектором 13, работа которого синхронизирована с работой шнека, что обеспечивает постоянство откачки собранной нефти из нефтесборщика, а это, в свою очередь, позволяет использовать емкость нефтесборщика в качестве поплавка для сохранения постоянства осадка всей установки.

Установка для сбора нефти и нефтепродуктов работает следующим образом.

Шнек 2 приводится во вращательное движение. Нефтяная пленка вместе с определенным количеством воды забирается в корпус шнека и перемещается в сторону отстойника 3. На выходе с торца шнека нефть с незначительным количеством воды перебрасывается через перегородку 5 в отстойник 3, причем перегородка 5 выполнена в виде неподтопленного водослива с острым ребром, который не создает условий образования водонефтяной эмульсии. В объеме отстойника, образованном перегородками, происходит седиментационное осаждение капель воды различного диаметра. Капли воды на нефтеводяном разделе уходят в подстилающую воду, а нефть всплывает в объеме отстойника, ограниченном перегородками 7 и 9. Удлинение пути движения нефти в нефтесборнике способствует более глубокой очистке нефти от воды. Нефть, занимающая верхнюю часть отстойника в связи с разностью удельных весов и воды, через перегородку 9 переливается в емкость 4, откуда откачивающим устройством, например эжектором, откачивается на берег в специальную емкость, например цистерну. Избыток накапливаемой в отстойнике 3 воды сбрасывается через гидрозатвор 11, свободный конец которого с помощью поплавка 12 устанавливают на такую высоту над уровнем воды в водоеме, которая позволяет поднять уровень жидкости в отстойнике 3 выше ватерлинии, но ниже верхней кромки перегородки 9. Установленный указанным образом гидрозатвор обеспечивает постоянный перелив нефти в нефтенакопитель 4 по мере накопления ее в отстойнике 3 и одновременно перелив воды со дна отстойника 3 в водоем через свободный конец гидрозатвора 11.

Была испытана опытная установка, выполненная следующим образом. В цилиндрический корпус диаметром 150 мм длиной 800 мм был установлен шнек с шагом 100 мм, угол наклона витка шнека 30^о. Корпус шнека жестко соединен с отстойником и нефтенакопителем, каждый объемом 10 л. Между корпусом шнека, отстойником и нефтенакопителем установлены плавающие перегородки, снабженные поплавками. К нижней части отстойника присоединен гидрозатвор диаметром 15 мм, верхний конец которого установлен на высоте 100 мм над ватерлинией.

Испытания проведены на нефти плотностью 0,819 г/см³ и вязкостью 4,2 сРз. Шнек приводился в движение с помощью пневмодрели ИП-1027, воздух с этой же пневмодрели использовался также для подачи на высокую сторону эжектора, откачивающего нефть из нефтенакопительной емкости.

Опытная установка показала надежность работы и высокую эффективность, позволившую собрать практически безводную нефть (содержание воды в нефти не превышало 0,5%). Установка собирала нефть с поверхности подъема при глубине его 7,5 см. Для сравнения нефтесборщик-прототип (нефтесборщик с отстойником без дна) оказался непригодным для работы при такой глубине водоема.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает, по сравнению с прототипом следующими преимуществами: использование плавучего гидрозатвора позволило обеспечить сбор нефти с водоема любой минимальной глубины; за счет использования плавучей перегородки, установленной в нефтеотстойнике, и исполнения всех перегородок в виде неподтопленного водослива с острым ребром улучшены условия сепарации и надежности работы установки; использование постоянно работающего откачивающего устройства и, как следствие, использование нефтесборной емкости в качестве поплавка позволило уменьшить вес и габариты установки и увеличить надежность работы установки.

Следует отметить, что чем выше поднят над ватерлинией открытый конец гидрозатвора, тем выше может быть установлена верхняя кромка перегородки 10 и тем больше глубина нефтяного слоя в отстойнике 3. Это связано с разностью плотностей воды и собираемой нефти (или нефтепродукта). Например, пусть при плотности нефти 850 кг/м³ и плотности воды 1000 кг/м³, верхняя кромка плавучей перегородки 9 выше верхнего открытого конца гидрозатвора 11 на h_п = 1 см. Сам же верхний конец гидрозатвора выше уровня воды в водоеме на H_в = 20 см.

Из условия гидродинамического равновесия в отстойнике 3 и гидрозатворе 11 относительно уровня воды в водоеме

(H_н+h_п)_н=H_вв или

H_н= = 22,5 см.

Из условий нормальной работы гидрозатвора определяется необходимая глубина погружения нефтесборщика H_г

H_г = H_н-H_в + d + H_а, где d - диаметр трубки гидрозатвора (d = 2 см);

H_а - высота слоя воды над отверстием ввода трубки гидрозатвора в отстойник 3. Величина H_а выбирается из условий эксплуатации нефтесборщика (H_а 3 см).

В конкретном примере H_г = 22,5-20 + +2 + 3 = 7,5 см.

Таким образом, с помощью изменения высоты открытого конца гидрозатвора над уровнем моды можно создавать условия надежной эксплуатации нефтесборщика при заданной его осадке.

Таким образом, исследования показали, что новое техническое решение обладает по сравнению с известными следующими преимуществами: установка может быть использована для сбора нефти и нефтепродуктов с водоемов практически любой минимальной глубины; установка обладает повышенной надежностью в работе и обеспечивает высокое качество сепарации; установка позволяет использовать нефтенакопительные емкости в качестве поплавков, что позволяет резко уменьшить габариты установки и снизить ее вес.

Экономическая эффективность установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды подсчитывается для конкретного случая ее использования и включает стоимость собранной и утилизированной нефти и сумму ущерба окружающей среде от удлинения срока сбора нефти с мелководного водоема за счет использования неэффективных ручных средств или способов, связанных со сбором нефти различного рода пористыми или волокнистыми материалами, связанных с необходимостью последующего сжигания собранной нефти и, как следствие, с загрязнением окружающей среды.