устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

Формула изобретения

1. Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее несущую раму, вращающийся барабан с нефтепоглощающей оболочкой, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки, отличающееся тем, что на несущей раме вокруг вращающегося барабана расположены источники инфракрасного излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источники инфракрасного излучения снабжены экранами.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источники инфракрасного излучения поочередно направлены на вращающийся барабан и окружающее устройство пространство воды с пленкой нефти или нефтепродукта.

4. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что в качестве источников инфракрасного излучения использованы кварцевые галогенные термоизлучатели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды при ликвидации разливов нефти при аварийных ситуациях, связанных с разрушением трубопроводов или судов, и может быть использовано в целях охраны окружающей среды.

Известно устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды (трос-швабра), включающее бесконечный пояс, адсорбирующий нефть, и изготовленный из полиуретановых прядей, протянутых через пряди несущего троса так, что они выступают из него в радиальном направлении по окружности в виде ворса, адсорбирующий пояс проходит между двумя вращающимися роликами, отжимающими нефть, сливающуюся в лоток, откуда нефть откачивается в резервуар (Д. Кормак. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. М: Транспорт, 1989, с. 222-224). Недостатком данного устройства является низкая производительность по собираемой нефти и сложность перемещения из одной зоны загрязненной акватории длинных (более 30 м) нефтепоглощающих элементов.

Известно также устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее частично затопленный барабан с поплавками по торцам барабана и примыкающую к барабану вакуумную приемную камеру с передней стенкой, выполненной в виде скребка (АС СССР N 1625952, МКИ 5 E 02 В 15/04, Морозов Г.И. и др. / Устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Бюлл. изобр. N5, 1991). Недостатком данного устройства является низкая селективность сбора нефти, с которой в устройство засасывается преобладающее количество воды.

Известно также устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее вращающийся барабан с гидрофобной поверхностью и прилегающую к нему систему для съема и сбора продукта (АС СССР N 1618836, МКИ 5 E 02 В 15/04, Караваев И.И. и др. / Устройство для удаления масла с поверхности воды. Бюлл. изобр. N 1, 1991). Недостатком этого устройства является нерегулируемость его работы в условиях изменяющейся толщины нефтяной пленки и существенное влияние температуры окружающей среды на производительность устройства, так как при его эксплуатации в ночное время суток, в холодные осенне-весенние периоды работы, а также зимой в связи с ростом вязкости собираемого нефтепродукта снижается поглощающая способность гидрофобной оболочки по нефти и нефтепродуктам, что снижает производительность устройства.

Изобретение решает техническую задачу стабилизации производительности устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды обеспечения оптимальных условий его работы и повышения его надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающем несущую раму, вращающийся барабан, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки, согласно изобретению на несущей раме вокруг вращающегося барабана расположены источники инфракрасного излучения.

При этом за счет выделения тепла от источников инфракрасного излучения происходит последовательно разогрев нефтепоглощающей оболочки с поглощенным продуктом, барабана и расположенного в непосредственной близости от барабана тонкого слоя продукта на поверхности воды, что, во-первых, повышает полноту отжима поглощенной нефти за счет снижения ее вязкости при повышенной температуре и увеличивает производительность устройства, во-вторых, интенсифицирует поглощение нефти с поверхности воды: при контакте холодной нефти с нагретой нефтепоглощающей оболочкой возрастает скорость диффузии нефти в оболочку за счет локального разогрева нефти, в-третьих, повышается надежность работы системы отвода собранной нефти, так как нагретая нефть легче откачивается через трубопровод и не происходит переполнения лотка с возвращением ранее собранной нефти вновь в водоем.

Для более эффективного использования тепла источники инфракрасного излучения снабжены экранами. Для равномерного обогрева нефтепоглощающей оболочки и прилегающей к устройству поверхности слоя нефти источники инфракрасного излучения поочередно направлены на вращающийся барабан и окружающее устройство пространство воды с пленкой нефти или нефтепродукта. В качестве источников инфракрасного излучения могут быть использованы кварцевые галогенные термоизлучатели (лампы типа КГТ).

На фиг. 1 изображено устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, общий вид сверху, на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг. 1.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды состоит из несущей рамы 1, вращающегося барабана 2, отжимного ролика 3, трубопровода 4 для отвода собранной нефти, поплавков 5, электродвигателя 6, многоскоростного редуктора 7, цепной передачи 8 для привода барабана 2, лотка 9 для сбора и отвода отжатой нефти. На несущей раме 1 крепятся источники инфракрасного излучения 10. Барабан 2 покрыт сверху нефтепоглощающей оболочкой 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 размещен на вспомогательной раме 12, сообщающейся с несущей рамой 1 через регулируемую поджимную систему 13; трубопровод 4 для отвода собранной нефти сообщается одним концом с лотком 9 для сбора и отвода собранной нефти, а другим концом с дополнительной емкостью для хранения собранной нефти (не показана), несущая рама 1 сообщается с поплавками 5 штангами 14 с фиксаторами 15. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны). Часть источников инфракрасного излучения крепится также на вспомогательной раме 12. Источники инфракрасного излучения 10 крепятся к рамам 1 и 12 на стойках 17 и представляют собой кварцевый галогенный термоизлучатель 18, защищенный сверху и сзади экраном 19.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом. При обнаружении разлива нефти устройство доставляется к месту разлива и при помощи кабеля присоединяется к источнику электропитания (например, передвижному генератору). На барабан 2 надевается оболочка 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала толщиной, соответствующей толщине пленки нефти на месте ликвидации разлива. Регулируется положение отжимного ролика 3 при помощи поджимной системы 13. Многоскоростной редуктор 7 при помощи рычага регулирования числа оборотов устанавливается в положение, обеспечивающее оптимальное число оборотов барабана 2. Устройство спускается на воду. Регулируется положение несущей рамы 1, сообщенной с поплавками 5 штангами 14, при помощи фиксаторов 15 таким образом, чтобы барабан 2 касался поверхности воды. Устройство перемещается в эпицентр нефтяного разлива. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны). После подачи напряжения на электродвигатель 6 устройство начинает собирать нефть, которая селективно впитывается в оболочку 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 отжимает нефть из оболочки 11, поступающую далее в лоток 9 для сбора и отвода собранной нефти, откуда по трубопроводу 4 перемещается в дополнительную емкость для хранения собранной нефти (не показана).

В ходе сбора нефти по мере уменьшения температуры окружающей среды в вечернее и ночное время и в холодное время года от внешнего источника электроэнергии (не показан) к источникам инфракрасного излучения 10 подводится напряжение. Тепло, излучаемое кварцевым галогенным термоизлучателем, обеспечивает подогрев поглощающей оболочки 11 и нефти для понижения вязкости нефти на операциях поглощения нефти, ее отжима валком 3 и транспорта нефти по лотку 9.

Пример. Устройство со стальным вращающимся барабаном диаметром 0.4 м, длиной 0.5 м, массой 10 кг, поверхностью обечайки и полной поверхностью соответственно 0.627 и 0.877 м² и теплоемкостью 0.5 кДж/кгК имеет нефтепоглощающую оболочку из целлюлозусодержащего вещества массой 1 кг и теплоемкостью 1.55 кДж/кгК. При понижении температуры окружающей среды от 25 до 5^oC необходимо снизить вязкость собираемой нефти с 30 до 6 сПз, что должно восстановить производительность устройства по нефтесбору с 120 до 400 кг/ч при теплоемкости нефти 1.68 кДж/кгК. Рассмотрим возможность использования источников инфракрасного излучения для решения этой задачи за счет разогрева конструкции и собираемой нефти.

Подвод тепла к конструкции, нефтепоглощающей оболочке и нефти Q_т составит

Q_т = 100.520+11.5520+4001.6820=13600 кДж/час.

Потери тепла в окружающую среду (воздух) при коэффициенте теплоотдачи 9 Вт/м²К составят Q_п:

Q_п= 0.877920-158 Вт=570 кДж/ч.

Общая потребность в теплоподводе составит Q_общ, равное

Q_общ = 13600+570=14170 кДж/ч=4 кВт.

Установка на рамах устройства 16 источников инфракрасного излучения -ламп типа КГТ-0.25 мощностью 250 Вт обеспечивает необходимый теплоподвод, габариты рам обеспечивают размещение и компоновку 16 ламп.

Промышленная применимость устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды обеспечивается простотой конструкции устройства, возможностью его изготовления на любом предприятии, имеющем механический цех,и экспериментально доказанной работоспособностью устройства.

Положительный эффект изобретения заключается в совмещении процессов удаления нефти с поверхности и сбора ее для дальнейшего использования в народном хозяйстве с локальным теплоподводом к месту нефтесбора.

Экономическая эффективность изобретения заключается прежде всего в недопущении экономического ущерба, наносимого аварийными разливами нефти и нефтепродуктов окружающей среде. Экономический ущерб, наносимый окружающей среде при разливе 1 т нефти - 32 млн.руб. (в ценах 1996 г.). Одно устройство ориентировочной стоимостью 50 млн. руб. способно собрать за световой день (12 часов работы) около 5 т нефти. При ликвидации аварийного разлива мощностью 100 т нефти одно устройство в течение 10 суток обеспечит необходимый нефтесбор; таким образом, ожидаемый экономический эффект от применения изобретения составит (без учета стоимости возвращаемой в народное хозяйство нефти) даже при разовом использовании устройства (например, в труднодоступной местности)

32100-50 = 3150 млн.руб.

и изобретение самоокупается практически за 4 часа работы.

Изобретение может быть использовано многократно, потребность народного хозяйства в нем - около тысячи единиц.