Пристрій для збору нафтопродуктів з водної поверхні

Винахід відноситься до пристроїв для очищення водних поверхонь від нафти та нафтопродуктів і може бути використаним в тих галузях народного господарства, які пов'язані з видаленням з поверхні води масляних забруднень. Переважне застосування винахід має в нафтоловушках-відстійниках, об'єм яких перевищує 200 м 3, та при видаленні нафтопродуктів з обмежених зон водоймищ. Швидкі темпи зростання науково-технічного прогресу нерозривно пов'язані з порушенням екологічного балансу навколишнього середовища. Проблема збереження здорової екологічної обстановки в нинішній час є однією з найбільш актуальних, особливо коли вона стосується нафтовидобування, нафтопереробки чи використання нафтопродуктів. Для вирішення проблеми очищення акваторій від нафтопродуктів удосконалюються існуючі та розроблюються нові технології. Особливе місце в ряді цих технологій посідають ті, що пов'язані з відведенням нафтопродуктів з водних поверхонь нафтоловушок-відстійників. Більша частка нафтопродуктів, які накопичуються у відстійниках, знаходиться на поверхні води у вигляді плаваючих плям, а значна доля емульгує у воду у вигляді включень. Існуючі на сьогоднішній день методи збирання (вакуумуванням, застосуванням спеціальних решітчастих лопат, обробкою сорбентами тощо) є мало придатними для очищення водної поверхні відстійників від відпрацьованої нафтової субстанції. Так, у патенті Росії № 2052576 [MПK7:E02B15/04, опубл. в Бюл. №2, 1994 р.] описаний метод збирання нафти з поверхні води та дисковий нафтозбирач, який застосовується для реалізації цього методу. Нафтозбирач функціонує за принципом налипання маслянистої маси на дисковий вал, який обертається. Обертання валу забезпечується гребним гвинтом, закріпленим на корпусі нафтозбирача. Налипла на вал маса знімається скребачками і стікає в накопичувальну ємність. Недоліком цього нафтозбирача є неспроможність забезпечення ефективного збирання нафтового шару адже вилучення нафти налипанням саме по собі є малоефективним, крім цього, під час обертання валу значна маса налиплої нафти стікає і знову повертається у воду. Сам нафтозбирач досить громіздкий і енергоємний, а застосування його у відстійниках є мало ефективним. Відома технологія і пристрій для збору нафти з водної поверхні, описані в [а.с. № 1760010 MПK7:E02B15/04, опубл. в Бюл. № 33, 1992 р.]. Суть цієї те хнології полягає у тому, що позиціювання нафтозбирального пристрою узгоджують з напрямком хвиль. Коливання останніх забезпечує надходження нафтопродуктів до конічного збирача, з якого вони у подальшому викачуються. Така технологія, як і сам пристрій, є вкрай непродуктивними, тому що через збирач проходить велика маса "зайвої" води, яка захвачується хвилями, що не тільки знижує ефективність процесу, а і значно затягує його у часі. Крім того, принцип роботи пристрою є неприйнятним на площі, окресленій габаритами відстійника. Більш досконалими з позиції забезпечення ефективного збирання нафтопродуктів з поверхні води є спосіб і пристрій, описані в [а.с. № 1740545 MПK7:E02B15/04, опубл. в Бюл. №22, 1992 р.]. Пристрій-нафтозбирач закріплений на поплавках. Розлита маса збирається за допомогою горизонтальних порожнистих трубчасти х елементів V-подібної форми, на передніх сторонах яких виконані вузькі щілини, крізь які проходить нафта, яка у подальшому подається в резервуар. Така форма забірних елементів покращує умови та інтенсифікує процес збирання нафти, але пристрій в цілому є непридатним для роботи у відстійниках. За прототип винаходу прийнятий спосіб збору нафтопродуктів з водної поверхні, що включає забір водонафтової суміші пороговим скімером, встановленим на підтримувальних поплавках, та подачу суміші в вакуумовану ємність для збирання нафтопродуктів [патент Росії № 2059039, MПK7:E02B15/04, опубл. в Бюл. №12, 1996р.]. За прототип винаходу прийнятий також пристрій для збору нафтопродуктів з водної поверхні, який містить пороговий скімер, встановлений на підтримувальних поплавках, і вакуумовану ємність для збирання нафтопродуктів [патент Росії № 2059039, MПK7 :E02B15/04, опубл. в Бюл. №12, 1996 р.]. Згідно описаної технології, розлиті нафтопродукти спочатку локалізують в одному місці за допомогою бокових загороджень - бонів, після чого збирають їх пороговими скімерами, які утримуються на воді поплавками. Скімер має горизонтальну щілину, яка регулюється по висоті в залежності від товщини шару розлитих нафтопродуктів. За допомогою створеного вакуум у нафтопродукти затягують в щілину скімера і далі - в накопичувальну ємність. Для повного очищення локалізованої зони нижню частину скімера опускають так, щоб горизонтальна щілина була на рівні 1-2 мм нижче рівня водної поверхні. Ця операція здійснюється шляхом заповнення водою утримуючих поплавків. Очевидно, що пряма залежність положення прийомної щілини скімера від ступеню заповнення поплавків (або, що те саме - від маси води, яка міститься в них) є фактором, який ускладнює процес збору нафтопродуктів. Так, по мірі видалення нафтової плями товщина її поступово зменшується, що потребує періодичного настроювання висоти щілини і положення скімера. За таких умов досягти точної відповідності вказаних факторів, які для забезпечення максимального збору нафтопродуктів повинні бути взаємно узгоджені практично неможливо. Через це технологію, описану у винаході, взятому за прототип, не можна назвати ефективною. Крім того, той факт, що для збору нафти останню потрібно локалізувати бонами, додатково ускладнює процес. До цього слід додати, що і сама локалізація за допомогою бонів є вкрай неефективною, тому що як би ретельно не огороджували ними нафтову пляму, поза межами бонів завжди залишається значна її частка. До недоліків пристрою, який реалізує описану те хнологію, слід віднести недосконалість виконання основних конструктивних вузлів, відповідних за таке положення скімера на водній поверхні, при якому він працює у режимі захвату мінімальної кількості води і максимальної кількості нафтопродукту. До таких вузлів у першу чергу відносяться поплавки, які підтримують скімер. Їх конструкція передбачає наявність отворів, в які заливається певний об'єм рідини для урегулювання глибини занурення скімера. І, як було вказано вище, саме цей фактор є основною причиною неефективного функціонування пристрою, тому що він пов'язаний з необхідністю періодичного переналагодження та контролю за станом поплавків та скімера. В основу винаходу поставлена задача підвищення ефективності способу збору нафтопродуктів з водної поверхні шляхом видалення їх з води методом флотації та узгодження рівня занурення скімера з величиною тиску в підтримувальних поплавках, що забезпечує виникнення в об'ємі відстійника поверхневих потоків, обумовлених спливаючими бульбашками повітря, які сприяють накопиченню нафтопродуктів в обмеженій зоні, а також надає можливості управління глибиною занурення скімера змінюванням величини тиску в підтримувальних поплавках. В основу винаходу поставлена також задача удосконалення конструктивного виконання пристрою для збору нафтопродуктів з водної поверхні шляхом введення до його складу аеруючого контур у рециркуляції очищуваної води та оптимізації зв'язків основних функціональних елементів, які входять до складу пристрою, а також оснащенням підтримувальних поплавків трикамерними регуляторами, з'єднаними зі шлангом підведення стисненого повітря, що забезпечує виникнення в об'ємі відстійника поверхневих потоків, обумовлених спливаючими бульбашками повітря, які сприяють накопиченню нафтопродуктів в обмеженій зоні, а також надає можливості управління глибиною занурення скімера змінюванням величини тиску в підтримувальних поплавках. Поставлена задача досягається за рахунок того, що в способі збору нафтопродуктів з водної поверхні, що включає забір водонафтової суміші пороговим скімером, встановленим на підтримувальних поплавках, та подачу суміші в вакуумовану ємність для збирання нафтопродуктів, згідно до винаходу, видалення нафтопродуктів з очищуваної води здійснюється методом флотації, а пороговой скімер встановлюють в зоні накопиченого в результаті флотації шару нафтопродуктів, причому рівень занурення та продуктивність роботи порогового скімера регулюють змінюванням тиску стисненого повітря, яке подають до підтримувальних поплавків. Поставлена задача вирішується також тим, що пристрій для збору нафтопродуктів з водної поверхні, який містить пороговий скімер, встановлений на підтримувальних поплавках, і вакуумовану ємність для збирання нафтопродуктів, згідно до винаходу, має аеруючий контур рециркуляції очищуваної води, до складу якого входить засмоктувальний трубопровід, з'єднаний з насосом рециркуляції, який з'єднаний зі струминним кавітаційним аератором, приєднаним до розширювального бака-ресивера, від якого відгалужуються напірний трубопровід з аеруючим колектором на кінці, та регулятор тиску повітря, до якого приєднаний шланг, сполучений з підтримувальними поплавками через трикамерні регулятори рівня занурення, розміщені на поплавках. Вказаний вище технічний результат, який досягається при реалізації запропонованого винаходу, обумовлений ознаками, що відрізняють його від ознак подібних те хнологій і пристроїв, описаних згідно відомого рівня техніки, зокрема, описаних у винаході, прийнятому за прототип. Запропонований пристрій створює умови для проведення Флотаційного методу очищення відстійників з вилученням з них максимальної кількості нафтопродуктів, і не тільки тих, що зависають на поверхні води, а і тих, що знаходяться в ній у вигляді включень. Нафтопродукти за фізичними властивостями відносяться до ряду гідрофобних, вони погано змочуються, і до них легко прилипають бульбашки повітря, які потрапляють у воду завдяки насиченню її повітрям при флотації. При спливанні бульбашки ініціюють виникнення ерліфтного потоку, під дією якого на водній поверхні утворюється відтічний потік, який містить нафтопродукти, що утримуються цими бульбашками. Під дією цього потоку захвачені нафтопродукти концентруються в обмеженій зоні, просторово протилежній зоні, де встановлений аеруючий колектор. Чим довше здійснюється метод флотації, тим товщим стає шар нафтопродуктів в цій зоні (а значить, і більшає маса вилучених нафтопродуктів). Подальша евакуація накопичених нафтопродуктів вже не є проблемою. Таким чином, нафтопродукти концентруються в одному місці без необхідності застосування будь-яких обмежувальних засобів. Пристрій забезпечує управління рівнем занурення порогового скімеру регулюванням величини тиску в трикамерних регуляторах занурення поплавків, що, в свою чергу, забезпечує можливість управління величиною шару захоплювання нафтопродуктів, при якому до скімера надходять нафтопродукти, вміст води в яких зведений до мінімуму. Запропонований винахід демонструють наведені креслення, де зображено: на фіг. 1 - загальний вигляд основних конструктивних вузлів пристрою для збору нафтопродуктів з водної поверхні; на фіг. 2 - пороговий скімер; на фіг. 3 - підтримувальний поплавок; на фіг. 4 - регулятор тиску повітря, встановлений на виході ресиверу. Пристрій (фіг. 1) містить аеруючий контур рециркуляції очищуваної води, до якого входить засмоктувальний трубопровід 1, з'єднаний з насосом рециркуляції 2, який в свою чергу з'єднаний зі струминним кавітаційним аератором 3. Останній приєднаний до розширювального бака-ресивера 4, який має відгалуження - знизу напірний трубопровід 5, який закінчується аеруючим колектором 6, та зверху - регулятор тиску 7, до якого приєднаний шланг 8 стисненого повітря Шланг 8 сполучений з поплавками 9, які підтримують пороговой скімер 10, встановлений у відстійнику 11 в зоні накопичення нафтопродуктів, протилежній зоні установки аеруючого колектора 6. Нафтопродукти, що стікають в скімер 10, по гнучкому шлангу 12 надходять до вакуумованої ємності. Пороговий скімер (фіг. 2) містить лійку збирання нафтопродуктів 13, яка утримується на глибині П чотирма підтримувальними поплавками 9. Підтримувальні поплавки 9 оснащені поплавковими трикамерними регуляторами рівня занурення 14, які управляються стисненим повітрям, що надходить від бака-ресивера 4 по шлангу 15 через загальний колектор 16 і шланги 17. Для компенсації дії ваги шлангів останні закріплені на додатковому поплавку 18, який зв'язаний зі скімером 10 шарнірами 19. Конструкція поплавків, які підтримують лійку скімера 10 на визначеній глибині, показана на фіг. 3. Підтримувальний поплавок являє собою циліндричний буй 20, в нижній стінці якого виконані отвори 21. Отвори 21 захищені екраном 22, який уберігає внутрішню порожнину буя від попадання спливаючих нафтопродуктів. В екрані 22 встановлений баласт 23, загальна вага якого компенсує плавучість лійки при її випорожненні. У верхній частині буя встановлений поплавковий трикамерний регулятор рівня занурення 14 (фіг. 2). В камеру 24 цього регулятора (фіг. 3) через патрубок 25 подається стиснене повітря від бака-ресивера 4. Камера регулятора 26 через перепускну трубку 27 з'єднана з внутрішньою порожниною буя. Камера 28 через отвір 29 з'єднана з атмосферою, і крім цього сполучається з поплавковою камерою 30. Поплавок-датчик 31 через шток 32 жорстко зв'язаний зі вхідним клапаном 33 і вихідним клапаном 34. Для управління тиском живлення застосовується регулятор тиску повітря 7, встановлений на виході бакаресивера 4 (фіг. 1). Схема регулятора приведена на фіг. 4. Камера 35 регулятора з'єднується через штуцер 36 з виходом бака-ресивера 4. Камера 35 з одного боку обмежена мембраною з встановленими на ній клапанами 37 і 38. Камера 39 регулятора через отвір 40 з'єднана з атмосферою. В клапані 37 виконаний центральний отвір 41, який перекривається клапаном 38 під дією підтримувальної пружини 42. Крім цього, клапаном 38 перекривається перепускний отвір 43 в камеру 44, яка через штуцер 45 з'єднується з регуляторами рівня занурення 14 скімера. Задаюча пружина 46 взаємодіє з клапаном 38. Зусилля задаючої пружини 46 визначається положенням регулюючого гвинта 47. Пристрій працює таким чином. Потік води від насосу рециркуляції 2 в струминному кавітаційному аераторі З насичується диспергованим повітрям і подається в розширювальний бак-ресивер 4, де найменш диспергована частина повітря сепарується в його верхній частині. Стиснене повітря з бака-ресивера 4 через регулятор тиску повітря 7 по шлангу 8 надходить до підтримувальних поплавків 9 порогового скімера 10. Вода, насичена найбільш диспергованим повітрям, по напірному трубопроводу 5 подається до аеруючого колектору б, за допомогою якого розподіляється по всьому поперечному перерізу відстійника 11. Бульбашки повітря, які спливають, утворюють ерліфтний потік, який в свою чергу утворює відтічний поверхневий потік на поверхні води. Цей потік містить нафтопродукти, які утримуються зверху бульбашками повітря. Під дією цього потоку акумульовані на бульбашках нафтопродукти накопичуються в обмеженій зоні, протилежній місцезнаходженню аеруючого колектора 6. Накопичені нафтопродукти стікають в пороговий скімер 10, а далі - по гнучкому шлангу 12 надходять до вакуумованої ємності. Підтримувальний поплавок 9 функціонує наступним чином: В початковому стані, до подачі стисненого повітря, через отвори 21 (фіг. 3) до внутрішньої порожнини буя надходить вода, що призводить до його занурення до надходження води в перепускну трубку 27, яка в цьому стані виконує роль гідравлічного затвору. Довжина цієї трубки вибирається таким чином, щоб забезпечувалась максимальна товщина шару за хоплювання, яка складає 3,5-4,0 см. При цьому під дією на поплавок-датчик 31 виштовхувальної сили вихідний клапан 34 закритий, а вхідний клапан 33 відкритий. Під дією стисненого повітря під тиском 0,010-0,025 МПа, який через відкритий вхідний клапан 33 і перепускну трубку 27 надходить до внутрішньої порожнини буя, відбувається витіснення води через отвори 21. Це призводить до зменшення рівня занурення буя (спливання). Через те, що поплавкова камера 30 сполучається з атмосферою, рівень води в цій камері відповідає рівню води поза буєм. Тому при спливанні буя вхідний клапан 33 закривається, а вихідний клапан 34 відкривається. При цьому внутрішня порожнина буя через відкритий вихідний клапан 34 і отвір 29 сполучається з атмосферою, що приводить до занурення буя. Таким чином, коливання глибини занурення визначається зазором в клапанах, який складає 0,3 мм. Особливістю роботи трикамерного регулятора рівня занурення 14 з прямим управлінням від поплавкадатчика 31 є залежність глибини занурення від величини тиску стисненого повітря. Це визначається тим, що на вхідний клапан 33 з однієї сторони діє закриваюче зусилля, яке визначається площею клапану і надлишковим тиском в камері 24, а з іншої - відкриваюче зусилля поплавка-датчика 31. В процесі надходження стисненого повітря до регулятора тиску 7 центральний отвір 41, який знаходиться в клапані 37, перекривається клапаном 38 під дією підтримувальної пружини 42. Крім цього, клапаном 38 перекривається перепускний отвір 43 в камеру 44, яка через штуцер 45 з'єднується з трикамерними регуляторами рівня занурення 14 скімера. Клапан 38 відкривається під дією задаючої пружини 46, зусилля якої визначається положенням регулюючого гвинта 47. При тиску в камері 35 менше заданого, клапан 38 під дією пружини 42 відкривається, одночасно перекриваючи центральний отвір 41. При підвищенні тиску вище заданого під дією зусилля мембрани пружина 46 стискається, що приводить до закриття клапана 38. Надлишковий тиск скидається в атмосферу через отвори 41 і 40. Вхідний та вихідний тиск контролюється за допомогою встановлених манометрів (на фіг.1 манометри позначені літерою Р). ПРИКЛАД При збиранні шару нафтопродуктів в межах локалізованої площі відстійника, довжина якого становила 25 м, а ширина 4 м, здійснювалось налагодження робочих параметрів трикамерного регулятора тиску. Діаметр вхідного клапана 33 складав 3,5 мм. При такому діаметрі закриваюче зусилля змінюється в межах ID-25 г при змінюванні тиску від 0,010 до 0,025 МПа. При цьому необхідна глибина занурення поплавка-датчика 31 діаметром 25 мм для відкриття вхідного клапана 33 змінюється від 2 до 5 см. Шляхом управління і стабілізації тиску в регуляторі управляється глибина занурення порогового скімера, а значить, і величина шару захва ту нафтопродуктів.