устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ, содержащее камеру, нижние кромки стенок которой расположены ниже уровня воды, с отводящей горловиной и средство излучения ультразвуковых колебаний, отличающееся тем, что оно снабжено коллектором с отверстиями, расположенным горизонтально в пределах камеры выше уровня воды и соединенным с источником сжатого газа, сепаратором с входным отверстием, а средство излучения ультразвуковых колебаний выполнено в виде блока стержневых газоструйных излучателей, каждый из которых вертикально установлен на отверстии коллектора, при этом часть периметра нижней стенки камеры выполнена с перфорацией, верхний край отверстий которой расположен выше уровня воды, причем максимальный размер b отверстия надводной части перфорации выполнен из условия b/ > 1, где длина волны излучаемого ультразвука, при этом отводящая горловина соединена с входным отверстием сепаратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, а более конкретно к средствам очистки поверхности жидкости от пленок жидких загрязняющих веществ, и может быть использовано для очистки естественных и искусственных водоемов от нефти и нефтепродуктов.

Известна нефтеловушка, включающая два последовательно установленных резервуара, разделенных перегородкой, и плавающий нефтесборный лоток (авт.св. СССР N 392006, кл. C 02 C 1/26, 1972).

Недостаток известной нефтеловушки заключается в ограниченном диапазоне ее применения, так как она может быть использована только для стационарных систем очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов, что не позволяет ее использовать на открытых естественных водоемах, таких как море и океан. Кроме того, разделение нефтепродуктов и воды осуществляется процессом отстаивания, что характеризуется низкой эффективностью.

Известно устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее камеру с отводящей горловиной, установленную на поплавковом основании (авт.св. N 1625952, кл. Е 02 В 15/04, 1989).

Недостаток известного устройства заключается в низкой эффективности и низкой экономичности процесса очистки. Это связано с тем, что при работе вакуумного оборудования в камеру и затем в емкость засасываются не только нефтепродукты, но и большой поток воды, что требует громоздкой системы разделения воды и нефтепродуктов, и поэтому использование ее для сбора нефти и нефтепродуктов с больших площадей воды неэффективно и неэкономично.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее камеру с отводящей горловиной, установленную на поплавковом основании, и излучатель ультразвука (авт.св. СССР N 608877, кл. Е 02 В 15/04, 1972).

Недостаток известного устройства заключается в низкой эффективности, связанной с тем, что под действием разрежения в приемную емкость засасываются не только нефтепродукты, но и вода, что при больших по площади проливах нефти на открытых поверхностях требует больших по объему приемных емкостей. Кроме того, вода с нефтепродуктами, заполняющая емкость, должна быть разделена с последующей утилизацией нефтепродуктов и отводом осветленной воды. Это вызывает дополнительные материальные и энергетические затраты. При этом электродные металлические сетки со временем засаливаются и засоряются, что также снижает эффективность из-за увеличения гидросопротивления сеток, для компенсации которого требуется увеличение производительности вакуумного оборудования или частная их замена на новые.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности работы устройства для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.

Для этого известное устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее камеру с отводящей горловиной, установленную на поплавковом основании, и излучатель ультразвука, согласно изобретению снабжено газовым коллектором с отверстиями, размещенным внутри камеры выше отметки уровня и соединенным с источником подачи сжатого газа, на каждом из отверстий которого установлен излучатель ультразвука, выполненный в виде стержневого газоструйного излучателя ультразвука, а нижняя часть камеры выполнена перфорированной для прохода воды, при этом в одной стенке перфорация выполнена выше отметки уровня и максимальный размер перфорации над ней выбран из условия b/ < 1, где b максимальный размер перфорации в стенке камеры над отметкой уровня; длина волны излучаемого ультразвука, а перфорация в противоположной стенке камеры выполнена ниже отметки уровня, при этом отводящая горловина соединена с входом в сепара- тор.

Кроме того, сепаратор выполнен центробежным, верхняя часть его соединена с атмосферой, а нижняя со сборником нефти и нефтепродуктов.

Стержневой газоструйный излучатель ультразвука представляет собой вертикально установленное на отверстии газовое сопло, осесимметрично которому на стержне установлен цилиндрический резонатор, образующие газоструйный излучатель ультразвука.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Направление выброса газа из газовых сопел над поверхностью воды вверх приводит к интенсивной диссипации ультразвуковой энергии в поверхностной пленке нефтепродуктов. При этом в пленке нефтепродукта возникают капиллярные волны, приводящие к интенсивному распылению нефтепродукта на мелкие капли, захвату их струями газа, истекающего из газового сопла излучателя, и уносу их с поверхности воды.

Экспериментами полностью подтвержден описанный эффект. Так, на поверхность воды объемом 50 л в резервуаре с открытой площадью 0,64 м²разлили керосин в количестве 100 см³ (что соответствовало средней толщине пленки _cp150 мкм). Для конкретного газового излучателя ультразвука время удаления керосина до толщины 2 мкм (т.е. остаточного количества 1,8 см³) составило 15 мин.

Выполнение излучателя ультразвука в виде стержневого газоструйного излучателя позволяет осуществлять не только отрыв пленки нефтепродуктов с поверхности воды, но и обеспечить ее унос, т.е. сжатый газ выполняет в этом случае две функции. Поскольку с газом уносится только пленка нефтепродуктов, то использование центробежного сепаратора позволяет сразу отводить отработанный очищенный газ и собирать в приемную емкость нефтепродукт.

Выполнение камеры в нижней части перфорированной, с высотой перфораций в одной стенке выше отметки уровня, позволяет обеспечить проникновение в камеру загрязненной нефтепродуктами воды, а выполнение перфораций в противоположной стенке камеры ниже отметки уровня приводит к выходу из нее только воды, обеспечивая проточность камеры. Выбор максимального размера перфораций в камере над отметкой уровня из условия b/<1 приводит к полному отражению ультразвука от перфорированных стенок камеры, сохраняя максимальную энергетику ультразвука, повышая эффективность работы устройства (Галямина И.П. Ультразвук. М: Советская энциклопедия, 1979, с. 125).

На фиг. 1 изображено устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.1.

Устройство содержит камеру 1 с отводящей горловиной 2, соединенной с входом 3 в центробежный сепаратор 4. В верхней части сепаратора 4 установлен патрубок 5, сообщенный с атмосферой, а нижняя часть соединена с приемной емкостью для нефтепродуктов (не показана). Камера 1 установлена на поплавковом основании 6, плавающем на поверхности воды. Нижняя часть камеры 1 выполнена с перфорацией 7, при этом в одной стенке 8 она выполнена выше отметки уровня для прохода воды с нефтяными загрязнениями внутрь камеры 1, а в противоположной стенке 9 ниже отметки уровня для выхода только чистой воды, препятствуя выходу пленки нефтепродукта. При этом максимальный размер перфорации над отметкой уровня должен обеспечивать полное отражение ультpазвука от стенок, кроме того, для этого целесообразно обеспечить расстояние между перфорациями не меньше длины волны излучаемого ультразвука.

Внутри камеры 1 над отметкой уровня размещен газовый коллектор 10, соединенный с источником подачи сжатого газа. В газовом коллекторе 10 в его верхней части выполнены сквозные отверстия 11, на каждом из которых размещен стержневой газоструйный излучатель 12 ультразвука. Излучатель 12 ультразвука представляет собой сопло 13, установленное на каждом отверстии 11 коллектора 10. Внутри сопла 13 на пилонах 14 закреплен стержень 15 с цилиндрическим резонатором 16.

Устройство для сбора нефти и нефтепродукта с поверхности воды работает следующим образом.

Камеру 1, установленную на поплавковом основании 6, подводят к пленке нефтепродукта, которая через перфорацию 7 в стенке 8 поступает внутрь камеры 1. При этом максимальный размер перфорации 7 над уровнем воды с пленкой меньше длины волны излучаемого ультразвука. В коллектор 10 подают от источника сжатый газ, который, истекая из сопел 13 излучателей ультразвука и взаимодействуя с острыми кромками цилиндрического резонатора 16, создает ультразвуковые колебания внутри камеры 1. В результате этого ультразвуковые колебания воздействуют на поверхность пленки нефтепродукта, образуя в ней капиллярные волны, вызывающие интенсивное распыление нефтепродукта с поверхности воды. Образующиеся мелкие капли нефтепродукта уносятся потоком сжатого газа через горловину 2 в центробежный сепаратор 4. В центробежном сепараторе 4 происходит отделение нефтепродукта от газа, при этом нефтепродукт опускается в низ камеры 1 и далее поступает в приемный резервуар, например, баржи, а газ через патрубок 5 поступает в атмосферу.

Высокая эффективность работы устройства, основанная на избирательном уносе пленки нефтепродукта с поверхности воды позволяет исключить из схемы резервуар для приема нефтепродуктов с водой и последующее их разделение и отвод, что особенно важно при сборе нефти с поверхности морей и океанов.