Збирач нафти і нафтопродуктів з акваторій

Збирач нафти і нафтопродуктів з акваторій, що використовується для очистки поверхні води від нафти або нафтопродуктів, для ліквідації забруднень нафтою поверхонь, прилеглих до морських нафтодобувних платформ, чи при усуненні наслідків аварійних розливів, що займають великі акваторії, який відрізняється тим, що являє собою автономну, плаваючу заглибну ємкість-кесон із забірним вікном, обладнаним регулювальними щитами для забезпечення існування стійкого ламінарного двошарового водонафтового струменя, на траєкторії якого встановлений ВІДПОВІДНИМ ЧИНОМ І ВІДПОВІДНОЇ форми механічний розгалуджувач вихідного струменя на два струмені нафтовий і водяний, які падають в окремі ємкості для окремого збору нафти і води, і містить окремі насоси для перекачування розділених води і нафти ВІДПОВІДНО води за борт і нафти в накопичувальну ємкість Винахід відноситься до області технічних пристроїв для охорони оточуючого середовища, переважно до техніки для очищення забруднених нафтою або нафтопродуктами акваторій морів, ВІДСТІЙНИХ басейнів нафтохімічних або нафтопереробних заводів, а також ВОДОВІДСТІЙНИКІВ залізничних станцій, портів, дільниць миття транспортних засобів тощо Широко ВІДОМІ пристрої для очищення акваторій від плаваючих на них нафтопродуктів у вигляді великих плям, що виникають при аваріях суден або з інших причин Найбільш близькими до винайденого є заглибні порогові пристрої, які у даний час є основними У даний час разом з пристроями, що працюють на адгезійному принципі, вони складають близько 70% з усіх, що використовуються для збирання нафтопродуктів з водних поверхонь, їхня дія грунтується на явищі перетікання шару нафтопродуктів чи нафти у заглибну ємкість за рахунок більш низького рівня у цій ємкості по відношенню до рівня оточуючої води Підтримання рівня у заглибній ємкості на рівні забезпечення природного стоку здійснюється за рахунок роботи відкачуючого насоса Позитивною якістю порогових пристроїв є простота і експлуатаційна надійність для деяких конструкцій практично відсутні обмеження до сорту нафти, що збирається ваючого шару нафтопродуктів чи нафти з поверхні води у очисний пристрій, в створенні організованого двошарового струменевого стійкого ламінарному руху всередині корпуса очисного пристрою Тобто такого режиму течи, при якому механічне вилучення нафти чи нафтопродуктів з водонафтового потоку не являло б серьойзних труднощів Відомим аналогом до винайденого пристрою, що пропонується, є "Нефтесборщик НВ-1" (ТУ 391208-87 введ 88 01 01) До його складу, крім арматури і малозначучих деталей, входять заглибна ємкість, накопичувальна ємність, вакуумний і основний насоси Робота цього пристрою полягає у тому, що у заглибній ємкості, зануреній на невелику глибину під поверхню, за допомогою насоса підтримується рівень нижчий, чим у оточуючої води, яка разом з нафтопродуктами чи нафтою самопливом надходить у цю ємкість Нафта чи її суміш з невеликою КІЛЬКІСТЮ води із цієї ємкості відсмоктується насосом і по трубопроводу надходить до накопичувальної ємкості, у який відстоюється, в результаті чого суміш розділюється на шари нафти і води Вода зливається у оброблюваний басейн, а нафта перекачується до відповідної накопичувальної ємкості Все обладнання окрім заглибної ємності розташовується на березі водоймища Технічний результат полягає у забезпеченні максимально великої швидкості надходження пла Головними критичними зауваженням до цього пристрою є те, що він не має можливості автоном О (О о ю 50769 рідкої субстанції, використаного в аналогах і прототипі до пристрою, тобто просте переливання рідини через край заглибленої приймальної порожнини замінити на струменеве, яке дозволяє досягти зазначеного вище технічного результату Ясно, що при ламінарному стійкому режимі течи двохшарової рідкої субстанції, що надходить у вигляді падаючого струменя, відокремлення верхньго шару нафтопродуктів від нижнього шару води не викликає серьойзних інженерних труднощів Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, що при цьому досягається, полягає в тому, що завдяки введеним суттєвим ознакам пристрою процес надходження до приймальних ємкостей нафтопродуктів і води здійснюється у вигляді стійкого падаючого ламінарного двошарового струменя, що забезпечує максимальну швидкість надходження рідкої субстанції до пристрою і легкість відокремлення шару нафтопродуктів з загального потоку, що надходить до очищувача Суть винаходу полягає у тому, що в корпусі збирача нафти або нафтопродуктів з акваторій, що являє собою заглибну ємкість-кесон, у вертиНайбільш близьким аналогом до винайденого кальній СТІНЦІ передбачене забірне вікно з рухопристрою, що пропонується, прийнятим за протомими незалежно одна від одної у вертикальному тип, є апарат для збору нафтопродуктів з поверхні напрямку горизонтальними щитами-стулками, які води, описаний у патенті США №4851133, можуть зовсім або частково зачиняти вікно, або М Кл Е02В 15/04, 1989 незалежно одна від одної відчинятись для прохоВказаний пристрій с автономним плаваючим дження води з плаваючими на ній нафтою у сереапаратом, що приводиться у рух за допомогою дину корпуса очищувача Передбачена можливість водного пропелерного двигуна, у функції якого незалежного керування положенням кожної стулки входить не тільки забезпечення руху по поверхні вікна і встановлення їх у потрібному для роботи акваторії, але й утягування поверхневого шару з положенні Під ВІКНОМ всередині апарату на потріакваторії до приймального отвору пристрою, що бній відстані, у відповідному МІСЦІ, розташовані дві розташований в носовій частині корпуса Він являє ємкості для роздільного приймання нафтопродуксобою вертикальний отвір, через який надходить тів і води На деякій висоті над ціми ємкостями на вода з шаром плаваючих на ній нафтопродуктів траєкторії руху ламінарного двошарового потоку Для відокремлення шару плаваючих нафтопродукводонафтової суміші, що надходить, встановлений тів при вході в пристрій передбачений регулюючий розгалуджувач струменя для механічного роздіобмежувач товщини шару рідини, яка надходить в лення струменя на водний і нафтовий Для відкакорпус апарата Підкреслимо, що відокремлення чування води і нафтопродуктів з ВІДПОВІДНИХ ЄМКСшару нафтопродуктів відбувається при перетіканні тей передбачені ВІДПОВІДНІ насоси рідкої субстанції через цей поріг Звернімо увагу, що у пристрої знову таки використаний заглибноСуть винаходу пояснюється кресленням пороговий принцип дії Звідси витікає фізична карНа кресленні зображений у перерізі загальний тина неорганізованого переливання рідини через вигляд пристрою збирача нафти/нафтопродуктів перешкоду-поріг та принцип його роботи ноі роботи, оскільки частина обладнання знаходиться на березі, та, крім того, те, що в ньому використаний заглибно-пороговий принцип роботи, за допомогою якого неможливе досягнення зазначеного технічного результату При використанні заглибно-порогового принципу для збирання верхніх плаваючих шарів з поверхні води найважливішим є те, що шар плаваючих нафтопродуктів зливається з поверхні води у ємнкість-приймальник очищувача при безперервному підтриманні рівня заповнюючої и рідкої фази ніжче рівня оточуючої води Зниження рівня здійснюється за допомогою відкачуючого насоса При цьому рідина до приймальної ємкості надходить "неорганізованим чином" шляхом простого переливання через край заглибленої ємкості При цьому ясно, що рідина, яка "неорганізованим чином" рухається через край заглибного порогового пристрою, не може мати швидкостей надходження більших, ніж природний принцип надходження и у вигляді струменя, при якому досягається максимальна швидкість надходження рідкої субстанції з поверхні води Схожість ЦЬОГО аппарата і того, що пропонується, полягає насамперед в тому, що і той і другий є автономно плаваючими, а також в тому, що обидва мають ВХІДНІ отвори для приймання рідкої двошарової субстанції І в тому і другому пристроях потік поступаючої рідкої субстанції розділюється на водну і нафтову компоненти всередені корпуса апарата Відзнаками між ними слугують суттєві ознаки, притаманні лише запропонованому пристрою Вони полягають у тому, що пристрій, який пропонується, має заглибну ємкість із забірним вікном, обладнаним регулюючим щитом, що дозволяє забезпечити існування стійкого ламінарного двошарового струменя водонафтової суміші, на траєкторії якого встановлений розгалуджувач вихідного струменя на два нафтовий і водяний Наявність сукупності вказаних суттєвих ознак дозволяє замінити характер процесу надходження На кресленні у перерізі вертикальною площиною показаний загальний вигляд пристрою збирача нафти чи нафтопродуктів На ньому зображено (1) - корпус збирача, (2) - приймальна камера, (3) забірне вікно для входу води у приймальну камеру, яке затуляється на певну висоту знизу рухомим тонким переливним щитом (4), виконаним у вигляді рухомого у вертикальному напрямку міцного щита, і зверху аналогічним щитом (5), механічний розгалуджувач струменя (6), ємкості для збирання води і нафти ВІДПОВІДНО (7) і (8), трубопроводи (9), (10) для транспортування води за борт і нафтопродуктів до місця їх складування Робота збирача нафти/нафтопродуктів з акваторій полягає у наступному Вода разом з плаваючим шаром нафти або нафтопродуктів (див креслення) через забірне вікно (3) з відкритими на певну відстань і на певному рівні щитами (4) і (5) надходить у приймальну камеру (2) очищувача у вигляді стабільного ламінарного двохшарового струменя За допомогою розгалуджувача (6) з падаючого струменя відокремлюється верхній шар нафтопродуктів, в результаті чого виникають два струмені водний струмінь і нафтовий Кожен з цих струменів потрапляє у окрему ємкість (7) - для води, а (8) - для нафти Насосами по трубопроводам (9) і (10) вода і нафта перекачуються, вода - за борт, а нафтопродукти по трубопроводу (10) спрямовуються до накопичувача нафти Приклад Можливість практичної реалізації винаходу збирача нафти, що описаний, грунтується на результатах робот з гідродинаміки, проведених у 1888р Базеном, і матеріалах, наведених у книгах Н Н Кременецкий, Д В Штеренлихт, и др Гидравлика, 416 стр Изд-во "Энергия", 1975г А И Богомолов, К А Михайлов, Гидравлика, 647стр Стройиздат, М 1972г (див стор 363) Головною складовою частиною експериментальної установки, за допомогою якої дослідницьки вишукувалась можливість практичної перевірки і використання винаходу, слугувала ванна, що являла собою прямий паралеліпіпед без верхньої грані із співвідношеннями глибина довжина ширина 1 2 1 Під час екпериментів вона заповнювалась до потрібного рівня, синхронно з її витратою води через забірне вікно для підтримки постійного рівня заповнення У ванні впритул до малої вертикальної грані була встановлена і міцно прилаштована до її дна вертикальна прямокутна коробка, без верхньої кришки, із співвідношеннями між висотою, шириною і довжиною у співвідношенні 1,5 1 1, причому з меншою гранню, в якій було зроблене прямокутне забірне вікно з рухомим нижнім краєм, виконаним у вигляді шторки, положення якої по вертикалі можна було міняти під час проведення ДОСЛІДІВ, міняючи тим самим відстань від верхнього рівня шторки до рівня поверхні води У дні коробки був зроблений стічний ВОДОВІДВІД відпрацьованої води, об'єм витоку якої за одиницю часу ретельно вимірювався, до буферної ємкості, що за 50769 безпечувало незатоплюваність кесону, можливість руху струменя води із забірного вікна в повітряному середовищі, а дослідникам можливість спостережень і вимірів, за допомогою світлових променів і ВІДМІТОК на координатних сітках, нанесених тонкими ЛІНІЯМИ на протилежних паралельних напрямку руху води гранях кесона На протилежних гранях ванни, заповнюваної під час експериментів водою, теж була нанесена координатна сітка для фіксації величини кута нахилу рівня води при ПІДХОДІ її до забірного вікна Вода у ванну контрольовано, для підтримання постійного рівня, подавалась з накопичу вальної ємкості ВІДПОВІДНОГО об'єму насосом з буферної ЄМКОСТІ Єдиним змінним параметром, величину якого згідно з планом досліду визначав оператор, була глибина занурення Н кромки забірного вікна відносно рівня далеких від вікна площ В результаті експериментів було встановлено, що при рівнях води над нижньою кромкою вікна величиною 5-7см струмінь, що надходить до кесону через забірне вікно, прилипає до внутрішньої стінки кесону, а при більших рівнях над нижнім краєм забірного вікна, не зважаючи на зростаючу потужність потоку, зберігає стійкий характер течи, який полягає у тому, що при переході через площину вікна він падає, знижуючись приблизно на 15% від рівня Н, що він займає на далеких від вікна відстанях утри і більше разів від рівня води над нижньою кромкою забірного вікна Вплив на зниження рівня води, тобто відчутний нахил рівня води, що підпливає до вікна, спостерігається лише на відстанях, рівних трьом калібрам Н занурення нижньої кромки забірного вікна відносно рівня далеких від вікна ділянок води Крім того, нижня границя струменя вигинається дугою опуклістю догори з максимальним підйомом у 0,65Н, а струмінь тоншає і на відстані, що дорівнює Н, має товщину приблизно 0,4Н Експериментальне виміряна залежність об'єму води, що вливається через забірне вікно шириною 1м до порожнини кесону за 1с в залежності від глибини зануреності вікна величини Н наведена у наступній таблиці Таблиця Швидкість надходження води через забірне вікно при зануренні нижньої кромки на глибину Н і дальності польоту струменя І_(м) в залежності від висоти h и витоку над горизонтальною площиною Н,м Q,M a c І_(п=2м) ЦИ=1м) І_(п=0,5м) 0,15 0,10 0,74 0,54 0,4 0,20 0Т15 0,87 0,63 0,5 0,25 0,22 0,98 0,73 06 0,35 0,37 10 09 0,70 0,45 0,54 1,2 1,0 0,8 Провадилися також досліди по видаленню із струменю води, що находить через забірне вікно до порожнини кесона, за допомогою плоского тонкого водоріза, за допомогою якого з верхніх шарів зрізуються плаваючі нафтопродукти або малі плаваючі тіла В результаті ДОСЛІДІВ встановлено, що вельми успішно ці предмети (для ДОСЛІДІВ з плаваючими тілами використовувалися тирса і нафта , що заливалася у ванну на відстані 3,5 Н від забірного вікна ) видаляються з потоку, що через забі 0 55 0 74 1,4 12 1, 0 0 65 0 93 1, 6 1, 3 1, 1 0 75 1 16 1, 7 1, 5 1, 2 0 85 1 40 1, 9 1, 6 1, 3 0,95 1 65 22 17 14 10 1, 78 23 18 15 рне вікно надходить до кесону, різаком, розташованим під кутом приблизно 40° до горизонту у МІСЦІ струменя, де його вигін найбільший Оскільки в цій області швидкість частинок води по вигнутій траєкторії максимальна, спостерігалися випадки і самостійного вилиту невеликих плаваючих тіл із струменя під дією відцентрових сил 50769 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71