Спосіб вилучення рідких вуглеводнів із води, що їх містить, та обладнання для його реалізації

1. Спосіб вилучення рідких вуглеводнів із води, що їх містить, який включає додавання феромагнітної рідини до вказаних вуглеводнів з утворенням магнітоактивної суміші вуглеводнів з феромагнітною рідиною, прикладання до вказаної суміші магнітного поля, підтягування суміші в зону максимальної напруженості магнітного поля і видалення підтягнутої суміші в місце її збирання, який відрізняється тим, що перед видаленням підтягнутої магнітоактивної суміші її спрямовують магнітними силами у прикріплену до магнітної системи проміжну ємність. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що вуглеводні знаходяться на поверхні води. 3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що вуглеводні розподілені в об'ємі води. 4. Спосіб за пп.1 або 2, або 3, який відрізняється тим, що додатково регулюють положення магнітної системи відносно поверхні води та/або положення проміжної ємності відносно магнітної системи, та/або параметри магнітного поля. 5. Спосіб за п.4, який відрізняється тим, що регульованими параметрами магнітного поля є величина та градієнт напруженості. 6. Спосіб за пп.4 або 5, який відрізняється тим, що регулювання положення магнітної системи відносно поверхні води та/або положення проміжної ємності відносно магнітної системи, та/або параметрів магнітного поля здійснюють в залежності від інтенсивності вилучення магнітоактивної суміші. 7. Спосіб за пп.4 або 5, або 6, який відрізняється тим, що додатково визначають параметри вуглеводнів та/або магнітоактивної суміші, і тим, що 2 (19) 1 3 76092 4 різняється тим, що виконане з можливістю стаціщо засоби визначення вказаних параметрів включають засоби вимірювання складу вуглеводнів онарного закріплення. 17. Обладнання за будь-яким із пп.12-15, яке відта/або товщини шару вуглеводнів, та/або концентрізняється тим, що виконане у варіанті втілення рації вуглеводнів в об'ємі води, та/або концентрації феромагнітної рідини у магнітоактивній суміші, "на плаву". 18. Обладнання за п.17, яке відрізняється тим, та/або в'язкості магнітоактивної суміші, та/або щільності магнітоактивної суміші, та/або швидкості що виконане з можливістю забезпечення проміжзбирання магнітоактивної суміші. ною ємністю принаймні частини плавучості. 16. Обладнання за будь-яким із пп.12-15, яке від Винахід стосується галузі охорони оточуючого середовища, зокрема, способів і обладнання для очищення водного середовища від рідких вуглеводнів, а саме, нафти, масел, мазуту тощо, а також видалення води з обводненої нафти безпосередньо після видобутку. Відомі способи і обладнання для збирання рідких вуглеводнів з поверхні води за допомогою магнітного поля, які засновані на підтягуванні суміші рідких вуглеводнів та феромагнітної рідини (далі - "суміш") в зону максимальної напруженості магнітного поля і відкачування суміші насосом. Загальним недоліком відомих способів і обладнання є надто висока потужність, яку споживає магнітна система, що є джерелом магнітного поля, ускладнена експлуатація обладнання та низька ефективність. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб видалення забруднень у вигляді нафти і нафтопродуктів з поверхні води [за A.C. CPCP №1701818, опубл. 30.12.91р., бюл. №48], який включає створення із забруднень суміші, прикладання до суміші магнітного поля, підтягування суміші в область максимальної напруженості магнітного поля, звідки її через усмоктувальний патрубок, з'єднаний з магнітною системою, викачують насосом у накопичувальну ємність. Найбільш близьким до обладнання, що заявляється, є обладнання згідно з тим самим авторським свідоцтвом СРСР, яке включає насос, що відкачує, з усмоктувальним патрубком, магнітну систему та засіб додавання феромагнітної рідини до нафтопродуктів, причому магнітна система складається з обмотки, що намагнічує, та розташованого у її центральному отворі феромагнітного сердечника, з'єднаного з усмоктувальним патрубком насоса, що відкачує, а обмотка, що намагнічує, виконана з окремих розділених зазорами кільцевих секцій, з'єднаних кріпильними елементами. Як і більшість відомих способів видалення вуглеводневих забруднень з води за допомогою магнітного поля та обладнання для їх реалізації, основним недоліком цих способу та обладнання також є надто висока потужність, яку споживає магнітна система, ускладнена експлуатація обладнання та низька ефективність. Дійсно, для того, щоб забезпечити нормальну роботу насоса, суміш треба не тільки підтягнути до усмоктувального патрубка, а ще й підняти та утримувати на деякій висоті, для чого потрібні високі напруженість і градієнт напруженості магнітного поля, що потребує великих струмів через обмотку, а, внаслідок цього, високої потужності, що споживається. Це у свою чергу призводить до низької видаленої маси забруднень на одиницю спожитої енергії, тобто до низької ефективності способу. Крім того, у відомому способі процес відкачки насосом аж ніяк не синхронізований з інтенсивністю підтягування суміші до усмоктувального патрубка, і тому при інтенсивному підтягуванні, наприклад, у початковій стадії процесу, він не встигає викачувати суміш, а при малих кількостях суміші, що підтягується до усмоктувального патрубка, висока потужність насоса може бути зайвою і тому може призводити до захоплення повітря і, як слідство, до кавітації, яка суттєво знижує строк служби насоса, а також, у деяких випадках, до захоплення води, що погіршує якість зібраної суміші. У відомому обладнанні, крім того, у зазорах між кільцевими секціями обмотки, що намагнічує, внаслідок неоднорідності магнітного поля створюються "пробки" суміші, що збирається, і для того, щоб забезпечити безперервне проходження суміші у зону відкачки, необхідно збільшувати струм в обмотці. Такий режим зводить нанівець очікувану перевагу - природне охолодження розділених кільцевих секцій і, крім того, потребує невиправдано завищених витрат електроенергії. Указані недоліки створюють проблеми для ефективної експлуатації способу та обладнання і потребують створення як потужного обладнання для магнітної системи, так і допоміжних засобів контролю та керування для системи відкачки. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача створення способу і обладнання для видалення вуглеводнів із води, що їх містить, так, щоб шляхом введення нових операцій у спосіб і нових елементів у обладнання знизити потужність, що споживається, підвищити ефективність видалення вуглеводнів , поліпшити експлуатаційні характеристики, зокрема, підвищити строк служби системи відкачки, та підвищити якість суміші, що видаляється. Поставлена задача щодо способу вирішується тим, що у відомому способі видалення рідких вуглеводнів із води, що їх містить, який включає додавання феромагнітної рідини до рідких вуглеводнів з утворенням магнітоактивної суміші вуглеводнів із феромагнітною рідиною, прикладання до вказаної суміші магнітного поля, підтягування суміші в зону максимальної напруженості магнітного поля і видалення підтягнутої суміші у місце її збирання, перед видаленням підтягнутої суміші вводиться додаткова операція: суміш спрямовують магнітними силами у проміжну ємність, прикріплену до магнітної системи. 5 76092 6 При цьому відпадає необхідність відкачки суКонкретними регульованими параметрами маміші безпосередньо з зони максимальної напружегнітного поля є величина та градієнт напруженості. ності магнітного поля, встановлення на магнітній При цьому, наприклад, при інших рівних умовах, системі або у безпосередній близькості від неї чим сильніше магнітні властивості суміші, що збидопоміжних пристроїв (насосів, двигунів, тощо). рається, тим менші напруженість і градієнт напруЗамість примусової відкачки проходить спонтанне женості магнітного поля потрібні для ефективного скидання суміші у проміжну ємність, з якої зібрана збирання. суміш видаляється відомими способами, наприУ конкретному варіанті втілення винаходу, що клад, відкачуванням з проміжної ємності у міру її заявляється, регулювання положення магнітної заповнення, або транспортуванням знятої проміжсистеми відносно поверхні води, та/або регулюної ємності у місце зливу суміші та власне зливу вання положення проміжної ємності відносно магсуміші у цьому місці та таке інше. Таким чином, нітної системи, та/або параметрів магнітного поля відпадає необхідність підтягування суміші і її здійснюють в залежності від інтенсивності вилуутримування на деякій висоті, що знижує вимоги чення магнітоактивної суміші. до напруженості і градієнта магнітного поля, тим Подальшим вдосконаленням способу, що заясамим до струму через обмотку магнітної системи, вляється, є введення додаткових операцій визнаі, внаслідок цього, знижується потужність, що спочення параметрів вуглеводнів та/або магнітоактиживається магнітною системою, і підвищується вної суміші, при цьому регулювання положення ефективність способу. магнітної системи відносно поверхні води, та/або Оскільки тепер немає необхідності безперерврегулювання положення проміжної ємності відносно відкачувати суміш, відпадає необхідність синхно магнітної системи, та/або регулювання парамеронізувати процес відкачування з інтенсивністю трів магнітного поля проводять в залежності від збирання суміші. Тим самим поліпшуються ексвказаних визначених параметрів. Це дозволяє плуатаційні характеристики способу, зокрема, підпідвищити ефективність збирання шляхом встановищується строк служби насоса, якщо він присутвлення оптимальних для визначених параметрів ній у обладнанні, і підвищується якість зібраної положення магнітної системи, та/або проміжної суміші. ємності, та/або параметрів магнітного поля. Проміжна ємність може бути довільно встаноКонкретними параметрами, які визначаються, влена відносно магнітної системи і може мати збиє склад вуглеводнів, та/або товщина шару вуглеральні патрубки. воднів, та/або концентрація вуглеводнів у об'ємі Проміжна ємність та її збиральні патрубки виводи, та/або концентрація феромагнітної рідини у конуються з немагнітного матеріалу. Це дозволяє суміші, та/або в'язкість суміші, та/або щільність запобігти фізичного впливу конфігурації проміжної суміші. Параметри можуть визначатися візуально ємності на процес збирання, тобто поліпшити ексабо за допомогою вимірювальних приладів. плуатаційні характеристики способу. При цьому, Ще одним вдосконаленням способу, що заявзбиральні патрубки простягаються від проміжної ляється, є введення операції переміщення магнітємності до зони збирання, і суміш просувається у ної системи та проміжної ємності у забрудненій збиральний патрубок під впливом магнітних сил, воді в міру вилучення рідких вуглеводнів. Це також гравітаційних сил та сил тиску з боку суміші, що дозволяє у більшому ступені підвищити ефективпідтягується. Якщо збиральний патрубок іде із зоність збирання суміші і зменшити споживну енерни збирання униз, то суміш рухається у бік гравігію, оскільки відпадає необхідність суттєво підвитаційних сил, які допомагають просуванню. Якщо щувати напруженість магнітного поля для ж збиральний патрубок простягається уверх від підтягування віддалених фрагментів суміші. зони збирання, то суміш рухається у бік, протилеПоставлена задача щодо обладнання вирішужний гравітаційним силам. У останньому випадку ється тим, що у відомому обладнанні для вилумагнітні сили повинні бути більшими, ніж у попечення рідких вуглеводнів з забрудненої ними поредньому, але все одно значно меншими, ніж у верхні води, яке містить принаймні магнітну відомому способі. систему з феромагнітним сердечником та засіб Конкретні варіанти втілення способу, що заявдодавання феромагнітної рідини до рідких вуглеляється, призначені для випадків, коли вуглеводні воднів, вводиться новий елемент - проміжна ємзнаходяться на поверхні води або розподілені у ність, прикріплена до магнітної системи і виконана об'ємі води. Вони відрізняються продуктивністю, з немагнітного матеріалу. методами введення феромагнітної рідини у вуглеТехнічний результат, який одержують внасліводні, розмірами, формою та розміщенням промідок цього вдосконалення обладнання, докладно жної ємності, та, можливо, методами її спустоописаний вище для способу, що заявляється згідшення. но з цим винаходом. Одним з вдосконалень способу, що заявляПодальше вдосконалення обладнання згідно з ється, є введення додаткової операції регулюванвинаходом, що заявляється, полягає у тому, що ня положення магнітної системи відносно поверхні феромагнітний сердечник магнітної системи має води, та/або регулювання положення проміжної полюсні наконечники. Це дозволяє підсилити наємності відносно магнітної системи, та/або парапруженість магнітного поля у зоні збирання суміші і метрів магнітного поля. Це дозволяє заздалегідь тим самим підвищити ефективність її збирання. пристосувати обладнання або для видалення конНаступним вдосконаленням обладнання, що кретної суміші, або для заданої інтенсивності збизаявляються, є те, що полюсні наконечники є змінрання, тощо, або регулювати ефективність збиними, і у комплект змінних полюсних наконечників рання впродовж цього процесу. входять полюсні наконечники різної конфігурації. 7 76092 8 Це дозволяє змінювати конфігурацію магнітного системи 6 за допомогою кронштейнів 8, виконаних поля, тобто градієнт його напруженості, як слідстз можливістю регулювання своєї довжини, прикріво, - розподіл сил, які діють на суміш, що збираплена проміжна ємність 9 з датчиком 10 рівня сується, в зоні її збирання відповідно до конкретних міші. До вимірювальної системи 5, яка призначена параметрів цієї суміші і таким чином досягати макдля вимірювання параметрів вуглеводнів та/або симально можливої ефективності її збирання. магнітоактивної суміші, що збирається, та вимірюУ подальшому вдосконаленні у обладнання вання рівня суміші в проміжній ємності 9, підклюзгідно з винаходом додатково введені засіб регучені загалом позначені позицією 11 датчики, які лювання положення магнітної системи відносно вимірюють вказані параметри і введені у шар суповерхні води, та/або засіб регулювання положенміші на поверхні води, та датчик 10 рівня продукту. ня проміжної ємності відносно магнітної системи, Виходи вимірювальної системи 5 підключені до та/або засіб регулювання параметрів магнітного входу джерела 3 живлення та до входів регулююполя. Технічний результат від цього вдосконаленчих елементів (не показані) тримачів 4 та кроння також докладно описаний вище для відповідноштейнів 8. го вдосконалення способу. Платформа встановлена на поплавках 12, які Це також стосується технічного результату, разом з проміжною ємністю 9 забезпечують плаякий досягається такими подальшими вдосконавучість обладнання. леннями обладнання, що заявляється, а саме: у Обладнання працює таким чином. обладнання додатково введені засоби визначення Засобом 2 додавання феромагнітної рідини параметрів суміші феромагнітної рідини з рідкими феромагнітну рідину відомим чином, наприклад, вуглеводнями, виходи яких з'єднані з входами зарозбризкуванням, вводять у рідкі вуглеводні, що собу регулювання положення магнітної системи підлягають збиранню, з утворенням магнітоактиввідносно поверхні води, та/або засобу регулюванної суміші. У прикладі суміш займає шар на поверня положення проміжної ємності відносно магнітхні води. Суміш також може бути розподілена у ної системи, та/або засобу регулювання параметоб'ємі води. За допомогою датчиків 11 визначають рів магнітного поля, причому у конкретному параметри суміші, що збирається: склад вуглевоваріанті втілення обладнання засоби визначення днів, та/або товщину шару вуглеводнів, та/або параметрів суміші включають засоби вимірювання концентрацію вуглеводнів у об'ємі води, та/або складу вуглеводнів, та/або товщини шару вуглеконцентрацію феромагнітної рідини у суміші, воднів, та/або концентрації вуглеводнів у об'ємі та/або в'язкість суміші, та/або щільність суміші. води, та/або концентрації феромагнітної рідини у Склад вуглеводнів опосередковано визначає суміші, та/або в'язкості суміші, та/або щільності в'язкість та щільність суміші, які у свою чергу суміші, та/або швидкості збирання суміші. впливають на інтенсивність збирання, необхідну Одним з конкретних варіантів втілення обладвеличину напруженості магнітного поля та її градінання, що заявляється, є варіант, у якому воно єнт, на величину зазору між отвором проміжної виконане з можливістю стаціонарного закріплення. ємності 9 та магнітної системи 6, на положення Такий варіант може бути встановлений для очиотвору проміжної ємності 9 відносно поверхні вощення води у закритих резервуарах або у обмеди. Щільність суміші впливає на вибір полюсного жених потоках, наприклад на трубопроводах або наконечника та на граничний рівень заповнення невеликих річках, а також на плавучому засобі на проміжної ємності 9. Товщина шару суміші також відкритих акваторіях. впливає на встановлювані величини вищевказаноАльтернативним є варіант втілення обладнанго зазору та параметри магнітного поля. Концентня "на плаву", у якому обладнання оснащене аврація феромагнітної рідини визначає параметри тономним плавучим засобом, який може самостіймагнітного поля, яке необхідно прикладати для но або за допомогою маніпулятора пересуватися у ефективної роботи обладнання. воді. В залежності від визначених параметрів виміУ конкретному варіанті виконання обладнання рювальна система 5 формує сигнали на входи "на плаву" принаймні частину плавучості забезперегулюючих елементів тримачів 4, кронштейнів 8 чує проміжна ємність, розташована у воді під магта джерела 3 живлення, які відпрацьовують ці сигнітною системою. При цьому можна, наприклад, нали шляхом встановлення однозначно зв'язаних обмежити ступінь наповнення проміжної ємності з параметрами значень довжини регулюючих елерівнем, на якому плавучість не менше наперед ментів та струму відповідно. заданої величини. У відсутності вимірювальної системи та/або Приклад здійснення винаходу нижче описаний датчиків 11 необхідні операції виконуються операна прикладі роботи обладнання, яке схематично тором, включаючи візуальне визначення параметзображено на кресленні і яке реалізує обидва об'єрів і регулювання довжини регулюючих елементів кти винаходу. тримачів 4 та кронштейнів 8, а також струму джеОбладнання містить платформу 1, на якій рела 3 живлення. укріплені засіб 2 додавання феромагнітної рідини Після регулювання положень магнітної систедо рідких вуглеводнів, що містяться у воді, джереми 6 та проміжної ємності 9 включають джерело 3 ло 3 живлення, тримачі 4 та вимірювальна систеживлення з встановленим струмом, і створюють ма 5. До тримачів 4, які виконані з можливістю ремагнітне поле, яке впливає на суміш. При цьому гулювання своєї довжини, прикріплена магнітна суміш підтягується до зони максимальної напрусистема 6 з феромагнітним сердечником (не покаженості магнітного поля. У цій зоні знаходиться заний), оснащеним полюсним наконечником 7, яка отвір проміжної ємності 9, куди за рахунок здебіпідключена до джерела 3 живлення. До магнітної льшого гравітаційних сил спрямовується вказана 9 76092 10 суміш. Крім гравітаційних сил суміш в зоні отвору хні води обладнання переміщують на інші ділянки діють магнітні сили, які мають складову, спрямоза допомогою маніпулятора (не показаний), яким вану уверх, а також горизонтальні сили тиску з може бути стріла, встановлена на березі або на суміші, яка підтягується до зони отвору. Оскільки іншому плавучому засобі, або власний рушій, зв'япринципово магнітні сили не повинні підтягувати заний з платформою 1. суміш уверх, то вони створюються суттєво настіУ іншому варіанті у обладнанні відсутні поплальки малими, щоб у зоні отвору вертикальна склавки, і його закріплюють на маніпуляторі, яким знодова магнітних сил була менше гравітаційних сил, ву ж таки може бути плавучий засіб чи стріла. але такими, щоб горизонтальна складова магнітСуміш накопичується у проміжній ємності 9 до них сил у зоні ззовні отвору була достатньою для заздалегідь встановленого рівня, що у обладнанні, підтягування суміші до зони отвору. Отже, під дією представленому на кресленні, вимірюється датчивказаних сил суміш спрямовується у проміжну ємком рівня 10, який при досягненні встановленого ність 9 через її отвір. За допомогою змінних полюрівня видає сигнал на вимірювальну систему 5 про сних наконечників для кожного конкретного випадприпинення роботи обладнання, в результаті чого ку вибирають необхідну конфігурацію магнітного напруженість магнітного поля знижують до мінімаполя, у тому числі таку, щоб вертикальна складова льного значення. сил (пропорційна вертикальній складовій градієнта Наповнену до встановленого рівня проміжну магнітного поля), що діють у центральній зоні ємність спустошують відомими методами: суміш отвору була менше, ніж у зоні стінок отвору. відкачують і спрямовують у місце її збирання наЯкщо проміжна ємність знаходиться вище її сосом, який може входити в обладнання або бути отвору, то магнітні сили повинні бути більше, ніж у автономним, або усе обладнання чи тільки проміпопередньому випадку. Але суміш буде спрямовужну ємність переносять до місця збирання, де суватися у проміжну ємність за рахунок суми вертиміш, наприклад, зливають. кальної складової магнітних сил та тиску з суміші, Створені спосіб та обладнання завдяки знищо спрямовується у зону отвору ззовні нього. У женню значень напруженості магнітного поля та її цьому випадку вибором полюсного наконечника градієнта, необхідних тільки для горизонтального біля центра отвору створюють градієнт магнітного переміщення вуглеводнів принаймні у зоні біля поля більший, ніж на периферії отвору. отвору проміжної ємності забезпечують зниження При наповненні проміжної ємності 9 маса потужності, що споживається магнітною системою усього обладнання зростає, плавучість падає, при і, тим самим підвищується ефективність способу і цьому обладнання глибше занурюється у воду, і, обладнання. можливо, виникає необхідність регулювання поЗавдяки перенесенню процесу спустошення ложення магнітної системи 6 та проміжної ємності проміжної ємності у кінець процесу видалення вуг9 за висотою. Сигналом, який керує цим процесом, леводнів, поліпшуються умови експлуатації системоже бути сигнал датчика 10 рівня. В інших випадми відкачки, якщо вона присутня у обладнанні, ках може бути встановлений додатковий датчик підвищується її строк служби. рівня магнітної системи 6 над поверхнею води. Завдяки відсутності відкачки безпосередньо У залежності від інтенсивності збирання суміпісля підтягування суміші до зони максимальної ші, характеристикою, якої може бути або товщина напруженості магнітного поля і завдяки слідкуваншару суміші або інтенсивність наповнення ємності, ню за процесом збирання зменшується практично регулюють параметри магнітного поля та, можлидо нуля вірогідність попадання води у проміжну во, положення магнітної системи 6 та/або проміжємність, що позитивно впливає на якість зібраної ної ємності 9. суміші. Після збирання суміші з певної ділянки повер Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601