способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема

Формула изобретения

Способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема путем направления ее к открытому нефтеприемнику с помощью заграждения в прорези ледяного покрова поперек водного потока под углом к его динамической оси с последующим удалением нефти из нефтеприемника, отличающийся тем, что в качестве заграждения используют гибкую эластичную оболочку с утяжелением по нижнему краю, верхний край которой закрепляют на ледяном покрове, после чего указанную оболочку наполняют водой под избыточным давлением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к природоохранным технологиям, применяемым при загрязнении поверхности воды, покрытой льдом, жидкими углеводородами нефти и нефтепродуктов, которые возникают при прорывах подводных нефтепроводов, нарушениях целостности нефтесодержащих емкостей, находящихся в непосредственной близости от водоемов, и других подобных ситуациях.

Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова с помощью устройства по а.с. РФ №1765292, кл. Е 02 В 15/04. Сбор нефти осуществляют путем локализации нефтяного пятна при помощи подледного бонового заграждения, которое устанавливают под лед через проруби, затем подтягивают нефтяное пятно к нефтеприемнику буксировкой бонового заграждения посредством лебедки и осуществляют откачку нефти через шланг при помощи насоса.

Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова водоема по патенту РФ №2107127, Е 02 В 15/04, включающий локализацию загрязняющего пятна нефти, выполнение проруби во льду, размещение под ледяным покровом плавучего бонового заграждения с образованием замкнутого треугольного контура, в который производят закачку горячего воздуха, а сбор нефти осуществляют в нижнем углу треугольного контура.

Недостатки указанных способов следующие: эффективность их относительно невысока из-за уноса части нефти течением за пределы отмеченных для очистки участков, границы которых лимитируются фиксированным местоположением наиболее важных рабочих органов устройств и прорубей, а перенос этих границ сложен из-за низкой мобильности используемых устройств. Эти способы небезопасны из-за необходимости постоянно работать на поверхности льда вдали от берега, в том числе в условиях низких температур, ветра, снегопада. Кроме того, для второго способа требуется наличие горячего воздуха, что в условиях удаленности от обжитых мест и бездорожья на территории Сибири практически нереально.

Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема по патенту РФ №2176701, Е 02 В 15/04, который предусматривает вскрытие ледяного покрова так, чтобы кромка льда образовывала острый угол с течением реки, а накопившуюся в прибрежной зоне нефть направляют в заранее подготовленные на берегу наполнители.

Этот способ также недостаточно эффективен, т. к. в условиях ледостава при отрицательной температуре воздуха, что в Сибири бывает более 200 дней в году, вода в прорези начинает быстро замерзать, переохлажденная нефть, всплывая, усиливает замерзание воды и перемешивается со льдом в прорези. В результате не происходит движения нефти (смеси нефти со льдом) к прибрежной зоне, а нефть, которая не всплыла, продолжает движение подо льдом. При аварии нефтепровода происходит значительный выброс нефти и от ее распространения не спасает даже широкая (несколько метров) прорезь во льду. Кроме того, для вскрытия ледяного покрова толщиной около метра (обычная толщина льда зимой на сибирских реках) и шириной прорези в несколько метров требуются значительное время и специальная техника, для доставки которой в условиях бездорожья нужно время и дополнительные средства.

Прототипом предлагаемого решения является способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема, описанный в статье “Метод локализации и ликвидации аварийных разливов нефти на подводных переходах нефтепроводов”, опубликованной в журнале “Трубопроводный транспорт нефти” №11 за 1999 г. Способ заключается в том, что прорезают ледяной покров поперек водного потока под углом к его динамической оси и устанавливают в ней заграждение, которое направляет нефть к прибрежной зоне, где устраивается нефтеприемник в виде открытой майны. Заграждение выполняют из отдельных щитов жесткой конструкции размером 6х1,5 м и устанавливают их в прорези ледяного покрова с некоторым наклоном, чтобы перекрыть прорезь. При правильной постановке заграждения исключается контакт нефти с холодным воздухом и она подо льдом перемещается к нефтеприемнику.

Известный способ требует меньшего количества специального оборудования, он более оперативен, а локализация разлива и сбор разлитой нефти более успешны.

Однако секции заграждения имеют большие размеры, что обуславливает некоторую сложность и длительность транспортирования их к месту аварии. Кроме того, вследствие жесткой конструкции заграждения невозможно перекрыть все зазоры между ледяным покровом и заграждением, которые возникают из-за неровной поверхности ледяного покрова, в результате часть нефти всплывает и замерзает на холодном воздухе.

Задачей настоящего изобретения является создание способа сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема, который позволял бы оперативно и эффективно локализовать и собрать нефть при аварии нефтепровода (нефтехранилища) в условиях ледостава.

Для решения поставленной задачи сбор нефти из-под ледяного покрова проточного водоема осуществляют путем направления ее к открытому нефтеприемнику с помощью заграждения, установленного в прорези ледяного покрова поперек водного потока под углом к его динамической оси и последующим удалением нефти из нефтеприемника.

Отличие от прототипа заключается в том, что в качестве заграждения используют гибкую эластичную оболочку с утяжелением по нижнему краю, верхний край которой закрепляют на ледяном покрове, после чего указанную оболочку наполняют водой под избыточным давлением.

На чертеже представлен поперечный разрез расположения оболочки в прорези ледяного покрова: 1 - ледяной покров, 2 - вода, 3 - нефть. В качестве заграждения использована гибкая эластичная оболочка, например надувной бон с клапанами 5 для накачивания воды и стравливания ее излишков, юбкой 6 с утяжелителями 7 по нижнему краю и с приспособлениями 8 для крепления оболочки к ледяному покрову, например тросик с поперечной штангой, длина которой больше ширины прорези в ледяном покрове 1. Утяжелителем 7 может быть, например, металлическая цепь, которая одновременно увеличивает прочность оболочки на разрыв. Можно использовать и дискретную нагрузку. Материал оболочки — синтетический бензомаслостойкий материал.

Способ осуществляется следующим образом. При прорыве нефтепровода или другой подобной ситуации вниз по течению подо льдом распространяется нефтяное пятно. Ниже по течению от места распространения загрязнения производят прорезание ледяного покрова поперек водного потока под углом к его динамической оси. При этом учитывается скорость течения и время, прошедшее с момента аварии. Для более эффективной работы место заграждения желательно определить заранее при проектировании нефтепровода с учетом гидрологических исследований береговой линии и подъездных путей. Прорезание ледяного покрова можно осуществить любым возможным способом, например с помощью буровой установки БГМ-1 на тракторе МТЗ-82.1. При небольшой ширине реки можно использовать мотопилу. Ширина прорези 0,1-0,15 м. Угол между створом установки экрана и динамической осью потока зависит от скорости течения. Например, оптимальный угол при скорости течения 0,2-0,4 м/с равен 30. В нижней по течению реки части прорези создают нефтеприемник в виде открытой майны. В подготовленную прорезь опускают гибкую эластичную оболочку 4. При большой ширине водоема можно использовать несколько секций указанной оболочки, соединяя их между собой так же, как соединяются секции надувного бонового заграждения. Оболочку подвешивают в прорези таким образом, чтобы под нижней поверхностью ледяного покрова 1 выступало 20-30 см нижней части оболочки 4. Оболочку с помощью мотопомпы накачивают водой с избыточным давлением 0,1 атм (0,01 МПа), что обеспечивает практически герметичное закрытие рабочей прорези на границе раздела “лед-вода” и, следовательно, позволяет исключить выход воды и нефти в ледовую прорезь и направить поток нефти вдоль полученного экрана к нефтесборнику открытой майне, где нефть всплывает, и ее можно собрать любым имеющимся в наличии нефтесборщиком. Бесперебойная работа нефтесборщика возможна при положительной температуре воздуха. Для обеспечения этого условия наиболее простой вариант - установка отапливаемой палатки над открытой майной. Если разлив нефти произошел на водоеме с малым течением или с неподвижной водой, водный поток можно имитировать с помощью специальной волокуши, перемещаемой подо льдом. Как показали испытания, время установки одной секции заграждения бригадой из 3 человек составляет 5-6 минут. Для извлечения оболочки из нее с помощью мотопомпы откачивают воду, после чего ее извлекает из-подо льда 1 рабочий. Время свертывания 1 секции 4-5 минут. В собранном виде заграждение компактно и может легко транспортироваться любым видом техники.