устройство и система для удержания разливов нефти

Формула изобретения

1. Устройство или система, предназначенные для удержания нефти или подобного загрязнения, плавающего на поверхности массы воды, содержащее относительно удлиненный канал, сформированный двумя образующими стороны фасками (3, 4), которые расходятся друг от друга от узкой внутренней концевой части к широкому раскрыву, причем этот канал перемещается, например, при буксировке с использованием одного или нескольких судов, а устройство выполнено из нежесткого материала, отличающееся тем, что устройство содержит часть (1) клиновидного канала между двумя образующими стороны фасками (3, 4), клинообразную структуру (7) и средство сбора или сепаратор (2), при этом часть (1) клиновидного канала, клинообразная структура (7) и сепаратор (2) расположены друг за другом в виде взаимно соединенных или интегрированных модулей, формируя, таким образом, непрерывный "каркас", который содержит надводный борт (12), и продольные буксировочные устройства (5, 6), которые установлены, будучи закрепленными, на модулях (1, 7, 2), причем указанные буксировочные устройства (5, 6) и, таким образом, буксирующие усилия пересекаются в области задней концевой части клинообразной структуры (7), если рассматривать ее в направлении буксировки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение между буксировочными устройствами (5, 6) и модулями (1, 7, 2) выполнено с помощью сварки, вшивания, пришивания и соединения с помощью клея, с применением соответствующих соединительных устройств, или с использованием комбинации двух или нескольких способов закрепления таким образом, что при буксировке устройства происходит передача сил буксировки и обеспечивается требуемая геометрическая форма устройства.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что клинообразная структура (7) содержит часть (20) покрытия, сформированную с V-образным вырезом, на сторонах которого формируются срезающие кромки (9, 10), состоящие из частей пересекающихся буксировочных устройств (5, 6), закрепленных в области кромки, причем жесткость указанным срезающим кромкам (9, 10) придается под действием сил буксировки, которые передаются на срезающие кромки при буксировании устройства (2).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в клинообразной структуре (7) формируется туннель (14), имеющий входное отверстие, формируемое дном клинообразной структуры (7), боковыми стенками, имеющими высоту, равную высоте юбки (13), и частью (20) перекрытия, имеющей V-образный вырез, причем указанный туннель содержит выходное отверстие (15), расположенное ниже срезающих кромок (9, 10) и приблизительно в точке их пересечения, причем площадь поперечного сечения выходного отверстия (15) меньше, чем площадь поперечного сечения входного отверстия.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что глубина срезания может регулироваться путем регулирования скорости буксировки или тем, что установлено средство в форме, например, вспомогательной системы, которая соединена с клинообразной структурой (7) так, что обеспечивается возможность заглубления системы.

6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что средство сбора или сепаратор (2) имеет форму приемного резервуара, содержащего надводный борт (12) и донный мешок (11), содержащий донный затвор (18), выполненный с возможностью изменять величину отверстия затвора от закрытого положения до открытого положения с обеспечением в ходе буксировки системы захват или сбор "срезанной" жидкости в сепараторе (2) на уровне выше уровня поверхности воды за пределами сепаратора (2), при этом внутри мешка формируется избыточное давление, которое удерживает мешок в распрямленном состоянии.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что донный затвор (18) выполнен в виде клапана, расположенного над отверстием, который может быть оборудован или усилен сетчатой частью, сформированной в днище самого мешка (11).

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что на передней кромке затвора (18) прикреплено соответствующим образом к днищу мешка (11) одно или несколько эластичных устройств, например эластичных шнуров, установленных с возможностью обеспечения закрывания/открывания затвора (18) и, таким образом, днища мешка (11) в соответствии с условиями использования, такими, как буксировка при различных скоростях или неподвижное состояние.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в днище мешка (11) могут быть установлены средства балласта, например один или несколько свинцовых тросов, или подобные средства, которые обеспечивают соответствующее погружение или заглубление мешка, в частности, в неподвижном состоянии системы, и, в случае необходимости, надводный борт (12) также может быть заглублен с помощью соответствующих средств.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству или системе для удержания нефтяных пятен или подобных загрязнений, как описано в преамбуле пункта 1 формулы изобретения патента.

Известно множество различных способов удержания нефти, плавающей на поверхности массы воды. Общим их свойством является необходимость развертывания плавучего бонового заграждения в форме буквы U или J. Затем используют отдельное устройство для удаления загрязняющих веществ с поверхности воды, с помощью которого нефть удаляют, то есть собирают, из задней части бонового заграждения. Эта система является несложной и относительно не дорогостоящей. Недостаток ее состоит в том, что плавучее боновое заграждение нельзя буксировать со скоростью, превышающей величину от 0,5 до 1 узла, поскольку при этом нефть будет втягиваться вниз в массу воды под боновое заграждение.

В районах, где преобладают жесткие погодные условия, например в открытом море, используют так называемый V-образный сборщик нефти. Он состоит из обычного бонового заграждения, установленного в виде V-образной формы, с использованием сети, закрепленной в донной части, которая стабилизирует систему и придает ей форму. Нефть, собираемая в задней части системы, откачивают с использованием отдельного устройства для удаления загрязняющих веществ с поверхности воды. Удержание может обеспечиваться при скорости до 1-1,6 узлов, но при более высоких ее значениях нефть будет втягиваться вниз под днище устройства. Тем не менее, такая скорость также слишком мала, поскольку океанические течения во многих случаях имеют большую скорость. Кроме того, нефть часто собирается в виде так называемых разбросанных нефтяных пятен, когда 90% нефти занимают 10% площади, и перемещение между такими разбросанными нефтяными пятнами часто приводит к потере нефти из-за того, что движение осуществляется при скорости, превышающей критическое значение.

В норвежском патенте 176066 описана система удержания нефти, которая сдерживает энергию волн и выполнена в форме относительно удлиненного канала, который содержит лицевую сторону боковой кромки и заданным образом установленную кромку, через которую переплескиваются волны, содержащие нефть, по мере того, как они проходят в бассейн захвата. В этой публикации описано, что удлиненные каналы также могут иметь днище, и что система может быть выполнена из нежестких материалов. Однако при практических испытаниях такой системы было определено, что, когда ее буксируют по воде, возникают в основном проблемы стабильности из-за относительно удлиненной формы, поскольку система либо стремится уйти вниз в массу воды или всплыть на поверхность. Для обеспечения удовлетворительного функционирования системы на различных скоростях требуется использовать соответствующие средства регулировки.

Настоящее изобретение направлено на устранение проблем известных устройств и систем.

Это достигается с использованием устройства или системы такого типа, как отмечено во вводной части независимого пункта 1 формулы изобретения, и отличительные особенности которого изложены в отличительной части.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Если разность в скорости между слоем нефти и слоем воды будет больше, чем приблизительно 1 узел, нефть обычно перемещается вместе с водой. Нефть или нефтяные пятна при этом практически неизбежно будут потеряны, так как они уходят, например, под плавучее боновое заграждение. Конструкция V-образного туннеля, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет направлять массы воды, находящиеся под ним, так, что они перемещаются со скоростью через туннель в отверстие, в то время как поверхностные слои выталкиваются вверх. Это приводит к тому, что разность скоростей между нефтью и водой будет находиться в приемлемом диапазоне и нефть не будет втягиваться под туннель.

Внутри сепаратора смесь нефти/воды находится практически неподвижно, поскольку количество поступающей жидкости незначительно по отношению к общему объему сепаратора.

С помощью устройства или системы, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается возможность эффективного удаления нефти с поверхности воды со скоростью 4 узла, что на 400% превышает возможности любого известного до настоящего времени обычного плавучего бонового заграждения (1 узел) и на 260% превышает возможности известных до настоящего времени высокоскоростных боновых заграждений, которые могут использоваться при скорости приблизительно 1,5 узла.

Преимущества, полученные с использованием настоящего изобретения, включают следующее:

- обеспечивает возможность работы на воде с сильными течениями;

- позволяет с большей эффективностью использовать боновое заграждение;

- имеет существенные преимущества на реках, в условиях течения;

- обеспечивает лучшую маневренность буксирующего судна, которое может работать на более высокой скорости;

- обеспечивается концентрирование нефти в сепараторе, что повышает эффективность насосов и устройств удаления нефти с поверхности воды;

- вся структура выполнена нежесткой, что означает, что для хранения ее можно наматывать на катушки, занимающие небольшой объем.

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 представлена схематичная иллюстрация сборщика нефти, в котором осуществляются принципы настоящего изобретения;

на фиг.2 показано схематичное изображение деталей клинообразной структуры в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 схематично представлены дополнительные детали клинообразной структуры, изображенной на фигуре 2;

на фиг.4 схематично изображен сборщик нефти, вид спереди;

на фиг.5 схематично изображен сборщик нефти, вид сбоку.

Устройство или система в соответствии с настоящим изобретением выполнено, по существу, из подходящего нежесткого и гибкого материала так, чтобы ее можно было хранить на катушке.

Один из примеров подходящего материала может представлять собой лист соответствующего пластика, который является прочным, стойким к воздействию атмосферных условий и к воздействию нефти (и других химикатов). Устройство содержит часть 1 переднего клиновидного канала, часть 2 заднего средства сбора или сепаратора и клинообразную структуру 7, сформированную между этими частями.

Часть 1 клиновидного канала выполнена в форме двух определяющих стороны фасок 3, 4, которые проходят от клинообразной структуры 7. Фаски 3, 4 содержат надводный борт 12 и юбку 13 и, предпочтительно, входное днище 8, как можно видеть, например, на фигуре 4. Кроме формования "разделителя" это днище 8, которое может быть выполнено в форме сетки, служит для поддержания формы части 1 клиновидного канала и входа в туннель 14 клинообразной структуры 7. Надводный борт 12 обычно погружается на требуемую глубину под действием давления воды, когда устройство или система передвигается вперед, но, если требуется, требуемая степень заглубления также может обеспечиваться с использованием соответствующих устройств (не показаны).

Сборщик нефти содержит буксировочные устройства 5, 6, выполненные в форме тросов, канатов или аналогичных средств, которые соответствующим образом закреплены на фасках 3, 4, определяющих стороны клиновидной структуры 7 и средства сбора или сепаратора 2. Буксировочные устройства 5, 6 проходят от фасок 3, 4 на требуемую длину и предпочтительно оба они установлены на обычный плавучий бон соответствующих размеров или соединены с таким боном (не показан). Свободные концы устройств 5, 6 или, в случае необходимости, плавучие боны могут быть сцеплены с соответствующими буксировочными средствами, например буксирующими судами.

Устройства 5, 6 могут быть закреплены на "каркасе устройства сбора нефти", например, с помощью сварки, вшивания, пришивания, соединения с помощью клея, с использованием подходящих соединительных устройств или с использованием комбинации двух или нескольких приведенных выше способов крепления. Важно, чтобы при буксировке сборщика буксирующие силы передавались таким образом, чтобы обеспечивалась требуемая геометрическая форма устройства. Это, в частности, относится к части 1 клиновидного канала и клинообразной структуре 7.

Существенное свойство настоящего изобретения состоит в том, что клинообразная структура 7 выполнена так, что она содержит срезающие кромки 9, 10. Они состоят из соответствующих частей буксирующих устройств 5, 6, закрепленных в области кромки, и жесткость которым придается под действием буксирующих усилий, которые передаются на планирующие кромки при буксировке средства 2 для сбора. Оптимальная глубина срезания зависит, помимо прочего, от ожидаемой толщины нефтяного слоя, поскольку действие срезания должно обеспечивать "срезание" всей нефти, не полностью смешавшейся с водой. Эта жидкость затем поступает в средство сбора или в сепаратор 2. Глубина срезания может регулироваться путем изменения скорости буксирования, но также может быть установлено специальное средство для обеспечения такой регулировки. Такое средство может состоять из не показанной вспомогательной системы, которая соединена с клиновидным каналом, с помощью которой обеспечивается требуемая глубина погружения системы.

На фигурах 2 и 3 представлены схематичные иллюстрации деталей клинообразной структуры 7. Структура 7 выполнена так, что она содержит туннель 14, входное отверстие которого расположено в части 1 канала, выходное отверстие 15 и часть 20 покрытия. Часть 20 покрытия содержит V-образный вырез, на краях которого сформированы срезающие кромки 9, 10, состоящие из частей устройств 5, 6, закрепленных на частях кромок. Стрелками А и В обозначены, соответственно, приток смеси нефти/воды и отток, в основном, воды. Существенный момент состоит в том, что площадь поперечного сечения выходного отверстия 15 туннеля 14 выполнена меньшей, чем площадь поперечного сечения его входного отверстия. Это означает, что некоторое количество воды выдавливается вверх таким образом, что ее поверхность, на которой находится большая часть нефти, поднимается и переносится через часть 29 покрытия, поступая в сепаратор 2.

В части 20 клинообразного покрытия, в концевой части V-образного выреза или в точке пересечения устройств 5, 6 или 9, 10, или непосредственно вниз по потоку от нее может быть установлена кромка клина (не показана), который поднимает поток нефти при переносе его в часть 2 сепаратора и который также может действовать как вспомогательный барьер, предотвращающий обратный отток нефти во время перерывов в буксировке сборщика нефти.

Часть средства сбора 2 или сепаратора выполнена в форме приемного резервуара, который содержит надводный борт 12 и донный мешок 11. Если необходимо, надводный борт 12, так же, как и часть клиновидного канала, может быть заглублен с использованием соответствующих средств. Вместе с кромками надводного борта могут быть установлены секции 16, 17 крепления для устройств 5, 6 буксирования, как показано на фиг.1. Кроме того, донный мешок 11 содержит донный затвор 18. Донный затвор 18 может быть выполнен в виде соответствующего клапана, установленного над отверстием, которое может быть усилено сетчатой частью на днище самого мешка. В области передней кромки затвор 18 соответствующим образом закреплен на днище мешка 11. Одно или несколько эластичных устройств, например эластичных шнуров, предпочтительно установлены для обеспечения закрывания/открывания затвора 18 и, таким образом, днища 11 в соответствии с условиями использования устройства, такими как буксирование на различных скоростях или неподвижное его состояние.

На днище мешка могут быть установлены одно или несколько средств балласта, таких, например, как свинцовый трос или подобные (не показано), которые обеспечивают требуемое погружение или заглубление мешка, в частности, когда система находится в неподвижном состоянии, для предотвращения всплывания днища.

Средство 2 сбора функционирует как резервуар промежуточного накопителя, из которого нефть может быть удалена с использованием, например, одного или нескольких насосов или с помощью судна, ведущего сбор нефти с поверхности моря, на котором установлено оборудование, пригодное для выполнения этой операции.

Как указано во вводной части описания, устройство или система, в соответствии с настоящим изобретением, по существу выполнены из подходящего нежесткого материала. Представленный надводный борт 12 изготовлен из секций ткани. Им придана форма, в основном, цилиндрических элементов, которые взаимно соединены или интегрированы друг с другом таким образом, что получается "форма каркаса", которая схематично показана на фиг.1. Эти цилиндры выполнены надувными и заполняются соответствующей средой, например воздухом или другим подходящим газом, пеной или другим соответствующим, в большей или меньшей степени, твердым и податливым материалом.

При использовании устройства для сбора разлива нефти или аналогичных загрязнителей, плавающих на поверхности массы воды, устройство буксируют, предпочтительно, в состоянии соединения с обычными плавучими боновыми заграждениями с помощью буксирующих устройств 5, 6, сцепленных, например, с двумя буксирующими судами (не показаны).

Буксирующие суда движутся таким образом, чтобы из боновых заграждений и фасок 3, 4, определяющих стороны, формировался собирающий раскрыв, и чтобы при передвижении устройства нефтяное пятно загонялось по направлению к сужающемуся отверстию части 1 клиновидного канала. Вода с незначительным количеством загрязнений может проходить сетку, установленную во входном отверстии 8, в то время как нефтяное пятно поступает на клиновидную структуру 7 с клинообразным туннелем 14 и срезающими кромками 9, 10. Как указано выше, эти кромки обеспечивают "срезание" нефти и/или нефтяных пятен, которые проходят в резервуар 2 для сбора, как обозначено стрелкой С на фигуре 5, для промежуточного накопления и последующего удаления. В меньшей степени загрязненная вода/жидкость проходит через отверстие 15 туннеля.

Благодаря скорости скольжения или скорости буксирования вода будет выдавливаться в туннель 14. Это совместно с напором, возникающим при движении, приводит к тому, что уровень 19 жидкости в сепараторе 2 будет выше поверхности воды (фиг.5). Так как нефть легче, чем вода, капли нефти в сепараторе 2, смешанные с массой воды, будут достаточно быстро поступать на поверхность жидкости. Подъем 19 уровня жидкости выше уровня воды благодаря тому, что глубина сепаратора 2 больше, чем слой нефти, приводит к выдавливанию незагрязненной или незначительно загрязненной жидкости через затвор 18 в днище 11 сепаратора 2, как обозначено стрелкой D.

Когда система передвигается вперед со скоростью, например, 4 узла, передняя кромка нежесткого днища 11 сепаратора 2 будет прижиматься назад и вверх так, что днище будет вдавливаться, если отверстие в донном затворе 18 будет слишком большим, и вода изнутри сепаратора 2 будет легко выдавливаться. Однако, когда отверстие в затворе 18 будет выполнено с возможностью соответствующего дросселирования, днище 11 из-за подъема над уровнем воды 19 и, таким образом, благодаря повышенному внутреннему давлению жидкости будет растягиваться наружу и его поведение будет соответствовать жесткой структуре, например как если бы оно было сделано из стали. В качестве примера: при подъеме уровня 19 жидкости над поверхностью воды на высоту 30 см, когда днище 11 имеет цилиндрическую форму с радиусом 1,9 м, создается напряжение на ткань, составляющее приблизительно 550 кг/м. Такая жесткая структура ведет себя как каркас корабля, который прокладывает борозду по воде и создает спокойные условия для нефти, находящейся внутри сепаратора 2.

Величина подъема уровня 19 жидкости над поверхностью воды определяется количеством нефти/воды, которая поступает в сепаратор 2, и количеством воды, которая выходит через отверстие в днище донного затвора 18. По мере повышения скорости буксирования системы количество жидкости внутри сборника увеличивается, а также повышается давление на внешнюю сторону днища 11. При условии, что выходное отверстие затвора 18 в днище будет правильно отрегулировано, подъем уровня 19 жидкости над поверхностью воды будет увеличиваться. При этом внутреннее давление в сепараторе 2 повышается, обеспечивая большую величину давления на внешнюю сторону днища 11, чем его отклонение, что будет поддерживать сепаратор 2 в расширенном состоянии. Такая регулировка выполняется эмпирическим путем, путем регулировки выходного отверстия, то есть площади поверхности самого выходного затвора 18 и отверстия затвора. Оптимальное отверстие для затвора достигается тем, что устанавливают соответствующее количество эластичных устройств (не показаны), таких как эластичные шнуры, соединенные с затвором 18 и днищем 11, так, чтобы затвор 18 практически полностью закрывался, когда система находится в неподвижном состоянии, и открывался на необходимую/требуемую величину при буксировке системы под действием повышения давления, возникающего в результате превышения подъема уровня 19 жидкости над поверхностью воды, противодействующей силы, образующейся в результате давления потока на затвор 18, а также силы эластичного устройства. На фиг.5 показано отверстие затвора 18 на днище в двух положениях.

Передача буксирующих усилий и конструкция средства сбора или сепаратора 2 для обеспечения формирования подъема уровня жидкости над поверхностью воды обычно достаточны для поддержания требуемой формы устройства при работе (при буксировке или в неподвижном состоянии). Однако, если необходимо, могут быть установлены соответствующие средства держателей или ребер. Такие средства должны быть простыми при установке их на место и удалении после использования.