способ быстрого уменьшения крупномасштабных нефтяных пленок на больших акваториях

Формула изобретения

Способ быстрого уменьшения крупномасштабных нефтяных пленок на больших акваториях, включающий сжигание приповерхностных нефтяных пленок, отличающийся тем, что распыляют над нефтяным пятном на водной поверхности наэлектризованное горючее вещество, характеризующееся скоростью детонации, меньшей скорости звука в воде, и создают вертикальную волну детонации, распространяющуюся вдоль водной поверхности перпендикулярно к ней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для ликвидации аварийных крупномасштабных разливов нефти и нефтепродуктов на поверхности водоемов.

Известны способы ликвидации этих разливов, связанные с различными устройствами сбора разлитой нефти [1], например с помощью поплавков и др.

Недостатками этих известных способов является низкая экономичность, трудоемкость и плохая оперативность, не позволяющая быстро ликвидировать аварийные ситуации по разливу нефти на больших водных поверхностях.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, включающий сжигание нефтяной пленки сканирующим лазером [2]. Недостатком этого способа является низкая экономичность и необходимость в довольно долгом воздействии точечного сканирующего лазера. Особенно сильно эти недостатки проявляются даже при относительно низком морском волнении.

Заявленный способ направлен на устранение этих недостатков, на увеличение экономичности и повышение оперативности, позволяющей резко уменьшить время ликвидации нефтяных разливов на водной поверхности. Указанный результат достигается тем, что для быстрого уменьшения крупномасштабных нефтяных пленок на больших акваториях и сжигания приповерхностных нефтяных пленок, распыляют над нефтяным пятном на водной поверхности наэлектризованное горючее вещество, характеризующееся скоростью детонации, меньшей скорости звука в воде, и создают вертикальную волну детонации, распространяя ее вдоль водной поверхности перпендикулярно к ней.

Отличительными признаками заявленного способа являются:

- распыление над нефтяным пятном на водной поверхности наэлектризованного горючего вещества, характеризующееся скоростью детонации, меньшей скорости звука в воде;

- создают вертикальную волну детонации, распространяющуюся вдоль водной поверхности перпендикулярно к ней.

При поджоге сбоку распыленного над нефтяным пятном горючего вещества возникает вертикальная детонационная волна, распространяющаяся вдоль водной поверхности, впереди которой в воде распространяется волна давления, так как скорость звука в воде составляет около 1,5 км/с и может превышать скорость детонации при специальном подборе горючего вещества. Волна давления разбрызгивает непосредственно перед волной детонации мелкие капли нефти, которые, сгорая, только усиливают волну детонации. Проведенные экспериментальные исследования показали, что для разбрызгивания капель на высоту 20 см достаточно избыточного импульса давления в 0,1 атм. Размеры капель при этом, в среднем, равны примерно 1-2 мм. Поджог сбоку (а не сверху) делается для создания вертикальной детонационной волны, так как горизонтальная детонационная волна не может оторвать заметное количество нефти от водной поверхности.

Отметим, что для повышения интенсивности горения облако горючего вещества целесообразно распылять на небольшой высоте над водной поверхностью: при отсутствии волнения эта высота около 1 м, при наличии морского волнения эта высота должна соответственно увеличиваться. Облако горючего вещества может медленно опускаться к поверхности. При этом поджог его должен совершаться на указанной выше высоте.

Электризация горючего вещества приводит к более равномерному пространственному распределению этого вещества. Это особенно существенно при наличии морского волнения и ветровых порывах.

Сущность заявленного способа поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2 - фото 1 и нижеследующим описанием.

На фиг.1 показана общая схема протекающих процессов:

1 - детонатор для поджога облака горючего вещества сбоку;

2 - детонационная волна в горючем материале;

3 - ударная волна в воде;

4 - облако распыленных капель нефти перед детонационной волной;

5 - вода;

6 - нефтяная пленка;

7 - облако горючего материала.

При поджоге сбоку распыленного над нефтяным пятном 6 горючего материала 7 с помощью детонатора 1 (или какого-либо другого поджигающего устройства) возникает вначале фронт горения и вертикальная детонационная волна, распространяющаяся вдоль водной поверхности. За детонационной волной вырабатывается повышенное давление, которое передается в водную среду и распространяется в ней примерно со скоростью звука в воде (около 1,5 км/с). Если горючие материалы и их плотность (хлопковая пыль, мука и пр.) подобраны так, что скорость детонационной волны меньше скорости звука в воде, то перед детонационной волной в воде распространяется повышенное давление, которое разбрызгивает нефтяную пленку на мелкие капли порядка 1 мм на высоту 20-25 см (перед детонационной волной). Тем самым, добавляя горючий материал в распыленное облако горючего материала и усиливая интенсивность детонационной волны. При этом капли масла и капли воды распространяются в воздушной среде по-разному и происходит их сепарация. Облако горючего материала со временем должно опускаться к водной поверхности и сгущаться. Желательно боковой поджог этого облака осуществлять при повышенной плотности облака. Для интенсификации процесса желательно осуществлять поджог с нескольких сторон. При сильном ветре поджог лучше совершать с подветренной стороны, с тем, чтобы уменьшить скорость детонационной волны. Для оперативного создания облака горючего материала можно использовать готовые известные устройства, организующие объемные крупномасштабные взрывы (вакуумные бомбы). Данный способ особенно необходим при возникновении опасности экологических катастроф, при приближении нефтяного пятна к побережью, при аварии нефтяного танкера вблизи экологически неблагополучных районов и т.д. Существенно, что этот способ с помощью самолетов и других стандартных средств доставки можно реализовать в очень краткие сроки, при необходимости многократно повторять, или наоборот, осуществлять в щадящем режиме. Электризация горючего аэрозоля приводит к его равномерному пространственному распределению, к улучшению условий горения и образования детонационной ударной волны. Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом.

Была создана экспериментальная установка-бассейн, в которой поверх воды наливалось машинное масло. В воде с помощью специального устройства создавалась ударная волна. Давление фиксировалось с помощью специального пьезокерамического датчика давления с выводом результатов на осциллограф и компьютер. Процесс разбрызгивания снимался и анализировался с помощью цифровой, обычной и скоростной видеосъемки и с выводом на персональный компьютер. Форма разбрызгивания представлена на фиг.2.

Кроме того, в специально сконструированной взрывной камере проводились соответствующие модельные опыты. Поверх воды наливалось машинное масло. Сверху распылялся бензин. Затем создавался электрический разряд, поджигающий бензин.

Высокая оперативность способа, позволяющего в относительно короткие сроки с помощью стандартных средств доставки ликвидировать аварийные ситуации в особо опасных экологических случаях, надежность и относительная дешевизна делает предлагаемый способ очень полезным.

Источники информации

1. Патент RU №2144109 от 10.01.2000. МПК Е 02 В 15/10. Уфимский государственный нефтяной технический университет. Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.

2. Иванов А.В., Г.И.Петров. Развитие газовой динамики больших скоростей // Материалы юбилейной конференции «Аэромеханика и космические исследования, посвященной 90-летию академика Г.И.Петрова». 2002. Москва. Тип. ЦНИИС. С.35-43.