БЛОЧНО-МОДУЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для сбора проливов нефтепродуктов с поверхности воды, применяемых при аварийно-экологических работах на объектах добычи, транспортировки, переработки и хранения нефти и нефтепродуктов, а также при проведении технологических регламентных работ по зачистке резервуаров для хранения любых вязких жидкостей, а именно, к блочно-модульным установкам для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.
Известно устройство для очистки поверхности воды / а.с. СССР N 579921, кл. E02B 15/04, 1977/ [1], включающее плавучую раму, прикрепленный к ней ковш с впускным отверстием, транспортер, выполненный из эластичного материала с поглощающей способностью для подачи в ковш нефти, образующий с рамой канал, всасывающее приспособление для удаления нефти из верхней части ковша, завихряющее приспособление, наклонные пластины.
Недостаток - несовершенство конструкции транспортера, проявляющееся в том, что нижний отжимной ролик, вращающийся с ведомым барабаном отжимает нефть из пористого материала под водой, а после выхода из сцепления лента конвейера сразу впитывает воду, которая при последующем погружении ленты будет препятствовать проникновению в пористую среду нефти, чем снижается эффективность устройства.
Известно также устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды / а.с. СССР N 350903, кл. E02B 15/04, 1971/ [2], включающее вращающийся диск, покрытый пенополиуретаном, скребок, установленный в надводной части диска, и отстойник. В подводной части также установлен скребок.
Недостаток - при работе подводного скребка обводненность нефти резко возрастает, в результате чего резко снижается эффективность работы устройства.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемой полезной модели является устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды/патент РФ №2104366, кл. E02B 15/04, 1998/ [3], выбранное в качестве прототипа, состоящее из блока сбора нефти и нефтепродуктов, содержащего перфорированный транспортер в форме барабана с сорбционным материалом, верхней и нижний отжимные приспособления, установленные соответственно верхний на внешней поверхности транспортера и сливной емкости, а нижний на границе раздела фаз вода-нефть и/или нефтепродукт, причем верхнее отжимное приспособление выполнено из комбинации трех или пяти отжимных валиков и боковин, валики связаны между собой, боковины прикреплены к крайним валикам комбинации и связаны с осью барабана, а нижнее отжимное приспособление выполнено в виде валика с установленной перед ним экранирующей полосой или в виде пружинной полосы.
Недостатками устройства - прототипа [3] являются низкая эффективность работы устройства за счет большой обводненности собираемой нефти или нефтепродуктов и невозможность отделения и дополнительной очистки воды из собранных водонефтяных смесей.
Предполагаемая полезная модель решает задачу повышения эффективности работы блочно-модульной установки путем снижения обводненности собираемых нефти и нефтепродуктов и повышения эффективности отделения и дополнительной очистки воды из собранных водонефтяных смесей.
Поставленная задача достигается тем, что установка дополнительно снабжена блоком флотации для разделения смеси воды с нефтью и/или нефтепродуктами, патрубок ввода которого соединен с напорным патрубком насоса для подачи смеси из сливной емкости в блок флотации, а выходной
патрубок сливной емкости соединен с всасывающим патрубком насоса, при этом патрубки вывода блока флотации соединены через насос, по крайней мере, с двумя модулями мембранной очистки, выходы из которых соединены соответственно со сборной емкостью для очищенной воды и сборником нефтепродуктов, внутри блока флотации установлено перекрытие, верхняя часть которого соединена посредством трубопровода со сборником нефтепродуктов, при чем перекрытие выполнено в виде пятигранной призмы с двумя наклонными гранями, боковая грань призмы с большей поверхностью является днищем корпуса, а ее основания - противоположными боковыми стенками корпуса, блок - флотации снабжен вертикальной перегородкой, установленной внутри призмы с образованием с ее стенками флотационной и отстойной камер равного объема, блоком наклонных пластин и перфорированной перегородкой, расположенными последовательно по направлению движения жидкости в верхней части флотационной камеры, при этом перфорированная перегородка установлена перпендикулярно боковой наклонной плоскости флотационной камеры, большее основание призмы имеет в верхней части отверстие в форме треугольника, нижняя сторона которого параллельна днищу корпуса и расположена выше уровня воды, а боковая плоскость призмы со стороны ввода очищаемой воды в нижней части по всей длине имеет переливное окно, устройство для диспергирования газа выполнено в виде корпуса с разъемной полусферой и диафрагмой, к боковой поверхности которого перпендикулярно примыкает патрубок для подачи газа, а внутри корпуса диспергатора соосно с ним установлен патрубок для подачи водно-нефтяных смесей, снабженный насадкой с отбойником в виде обратного конуса, насадка выполнена в виде эжектора, боковая поверхность которого у основания имеет отверстия, сборник нефтепродуктов расположен со стороны большего основания перекрытия на уровне отверстия в форме треугольника, при этом все модули и блоки выполнены автономными и
оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой, трубопроводами с запорной арматурой и насосами.
Внутренняя поверхность призмы, вертикальная и перфорированная перегородки выполнены из олеофобного материала, а блок наклонных пластин - из олеофильного материала.
Блок флотации, снабженный вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого имеет вентиль и ловушку паров воды и нефтепродуктов и соединен со сборником нефтепродуктов.
Отверстие в форме треугольника снабжено сетчатой перегородкой, выполненной из гидрофобного материала.
Перфорированная перегородка выполнена гофрированной. Каждый из модулей мембранной очистки содержит набор помещенных в корпус параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов в виде полых волокон, при этом патрубки вывода нефти и/или нефтепродуктов и воды соединены сборником нефтепродуктов и сборной емкостью для очищенной воды соответственно.
Указанные отличительные признаки предполагаемой полезной модели являются существенными для достижения задачи модели, т.к.:
1. Установка дополнительно снабжена блоком флотации для разделения смеси воды с нефтью и/или нефтепродуктами, патрубок ввода которого соединен с напорным патрубком насоса для подачи смеси из сливной емкости в блок флотации, а выходной патрубок сливной емкости соединен с всасывающим патрубком насоса, при этом патрубки вывода блока флотации соединены через насос, по крайней мере, с двумя модулями мембранной очистки, выходы из которых соединены соответственно со сборной емкостью для очищенной воды и сборником нефтепродуктов. Данный признак обеспечивает не только сбор проливов нефти и/или нефтепродуктов на воде но и разделение с дополнительной очисткой воды от нефти и/или нефтепродуктов и нефти и/или нефтепродуктов от воды.
2. Внутри блока флотации установлено перекрытие, верхняя часть которого соединена посредством трубопровода со сборником нефтепродуктов, при чем перекрытие выполнено в виде пятигранной призмы с двумя наклонными гранями, боковая грань призмы с большей поверхностью является днищем корпуса, а ее основания - противоположными боковыми стенками корпуса. Блок флотации снабжен вертикальной перегородкой, установленной внутри призмы с образованием с ее стенками флотационной и отстойной камер равного объема, блоком наклонных пластин и перфорированной перегородкой, расположенными последовательно по направлению движения жидкости в верхней части флотационной камеры, при этом перфорированная перегородка установлена перпендикулярно боковой наклонной плоскости флотационной камеры, большее основание призмы имеет в верхней части отверстие в форме треугольника, нижняя сторона которого параллельна днищу корпуса и расположена выше уровня воды, а боковая плоскость призмы со стороны ввода очищаемой воды в нижней части по всей длине имеет переливное окно. Данный отличительный признак позволяет уменьшить габаритные размеры блока флотации и более полно производить разделение водонефтянной смеси за счет увеличения пути прохождения водонефтяной смесью всего объема блока флотации.
3. Устройство для диспергирования газа выполнено в виде корпуса с разъемной полусферой и диафрагмой, к боковой поверхности которого перпендикулярно примыкает патрубок для подачи газа, а внутри корпуса диспергатора соосно с ним установлен патрубок для подачи воднонефтяных смесей, снабженный насадкой с отбойником в виде обратного конуса, насадка выполнена в виде эжектора, боковая поверхность которого у основания имеет отверстия. Это позволяет получать более мелкие пузырьки воздуха, что в конечном итоге приводит к
более полному извлечению нефти и/или нефтепродуктов из собранной водонефтянной смеси.
4. Все модули и блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой, что позволяет в зависимости от решаемых задач применять блочно-модульную установку, а также использовать модули и блоки отдельно для решения конкретных задач.
5. Внутренняя поверхность призмы, вертикальная и перфорированная перегородки выполнены из олеофобного материала, а блок наклонных пластин - из олеофильного материала. Это необходимо для более полного разделения водонефтянной смеси на ее составляющие, т.к. перфорированные перегородки выполненные из олеофобного материала не смачиваются нефтью и нефтепродуктами, а пропускают только воду. Блок наклонных пластин выполненный из олеофильного материала не смачивается водой, а пропускают только нефть и нефтепродукты.
6. Блок флотации снабжен вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого имеет вентиль и ловушку паров воды и нефтепродуктов и соединен с сборником нефтепродуктов, что позволяет получать большое количество пузырьков малого диаметра, повысить эффективность разделения смеси и охлопывать пузырьки воздуха и извлекать нефть и/или нефтепродукты.
7. Отверстие в форме треугольника снабжено сетчатой перегородкой, выполненной из гидрофобного материала, которая дополнительно препятствует проникновению воды в модули мембранной очистки.
8. Перфорированная перегородка выполнена гофрированной, что увеличивает площадь соприкосновения с водонефтяной смесью и способствует уменьшению количества воды в извлекаемых нефти и/или нефтепродуктах.
9. Каждый из модулей мембранной очистки содержит набор помещенных в корпус параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов в виде полых волокон, при этом патрубки вывода нефти и/или нефтепродуктов и воды соединены сборником нефтепродуктов и сборной емкостью для очищенной воды соответственно, что обеспечивает не только сбор прливов нефти и/или нефтепродуктов на воде но и их разделение с дополнительной очисткой воды от нефти и/или нефтепродуктов и нефти и/или нефтепродуктов от воды. Таким образом, вышеперечисленные отличительные признаки, являются в совокупности существенными для достижения поставленной задачи предполагаемой полезной модели.
Блочно-модульная установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды состоит из следующих модулей и блоков (фиг.1 - фиг.8).
На фиг.1 приведена общая схема блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды с плавсредством, на фиг.2 - схема барабана с отжимными приспособлениями блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.3 - принципиальная схема предполагаемого блока флотации блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.4 - оксанометрическая модель корпуса блока флотации блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.5 - принципиальная схема сборника нефтепродуктов блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.6 - принципиальная схема устройства для диспергирования газа блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.7 - принципиальная схема модуля мембранной очистки собранных нефти и/или нефтепродуктов от воды блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, на фиг.8 - принципиальная схема модуля мембранной очистки для очистки собранной
воды от нефти и/или нефтепродуктов блочно-модульной установки для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.
Посредством рамы 1 (фиг.1) к плавсредству 2 прикреплен перфорированный барабан 3, покрытый по образующей сорбционным материалом 4. Внутри барабана установлен блок сбора нефти и нефтепродуктов в виде сливной емкости 5. К раме 1 с помощью поворачивающихся на оси барабана 3, боковины 6 прикреплены отжимные приспособления в виде валиков 7 и 8, причем верхний валик 7 установлен над емкостью 5, а нижний - 8 прикреплен с возможностью его поворота относительно оси барабана и установлен так, чтобы линия раздела фаз нефть - вода была на уровне верхнего образующего отжимного приспособления. Перед отжимным приспособлением - валиком 8 установлена экранирующая полоса 9. Валик 8 соединен через исполнительный механизм 10 с пультом управления 11. Установка дополнительно снабжена блоком флотации 12 для разделения смеси воды с нефтью и/или нефтепродуктами, патрубок ввода которого 13 соединен с напорным патрубком 14 насоса 15 для подачи смеси из сливной емкости 5 в блок флотации 12, а выходной патрубок сливной емкости 16 соединен с всасывающим патрубком насоса 17, при этом патрубки вывода блока флотации 12 соединены через насос 18, по крайней мере, с двумя модулями мембранной очистки 19, 20, выходы из которых соединены соответственно со сборной емкостью для очищенной воды 21 и сборником нефтепродуктов 22, при этом блок флотации и модули мембранной очистки соединены при помощи трубопроводов 23 с запорной арматурой 24 и насосами 15, 18. Нижнее отжимное приспособление может быть выполнено в виде пружинной полосы 25 (фиг.2). Верхнее отжимное приспособление может состоять как из одного валика 7, так и комбинации валиков 7, 26, 27, образующих с барабаном и боковыми перегородками объем 28, или комбинации валиков 7, 26, 27, 29, 30, образующих еще один объем 31.
Блок флотации содержит корпус 32 (фиг.3), патрубки ввода 33 и вывода 34 очищаемой жидкости, устройство 35 для диспергирования газа, перекрытие
36, выполненное в виде пятигранной призмы с двумя наклонными гранями 37 и 38, боковая грань с большей поверхностью которой является основанием 39 перекрытия 36 и днищем корпуса 32. Внутри перекрытия 36 перпендикулярно основанию установлена сплошная перегородка 40, разделяющая полость 36 на флотационную 41 и отстойную 42 камеры одинакового объема. Большее основание призмы имеет в верхней части отверстие в форме треугольника 43, нижняя сторона 44 которого расположена в плоскости, параллельной днищу корпуса 32, и выше уровня очищаемой жидкости 45. Камера 41 в верхней части снабжена блоком наклонных пластин 46 и перфорированной перегородкой 47, установленными последовательно по направлению движения жидкости. Перегородка 47 установлена в плоскости, перпендикулярной направлению движения жидкости и боковой поверхности блока наклонных пластин 47 флотационной камеры 41.
Внутри отверстия в форме треугольника 43 установлена сетчатая перегородка 48, выполненная из гидрофобного материала. Внутренняя полость перекрытия 36 соединена с всасывающим патрубком 49 вакуумного насоса 50. Патрубок насоса снабжен вентилем 51 и ловушкой 52 паров воды и нефтепродуктов. Боковая поверхность перекрытия 36 со стороны ввода очищаемой жидкости по всей длине у основания 39 оборудована переливным окном 53 (фиг.4). Ребро 54 наклонных граней 37 и 38 (фиг.3) расположено в одной плоскости со сплошной перегородкой 40 (фиг.3). Оба основания 55 и 56 (фиг.4) призмы являются противоположными боковыми стенками корпуса 36 (фиг.3). Внутренняя полость перекрытия 36 соединена с всасывающим патрубком вакуумного насоса 50 через сборник 52 (фиг.3) нефтепродуктов 57 (фиг.5). Внутренняя поверхность перекрытия 36 (фиг.3), сплошная перегородка 40 и перфорированная перегородка 47 выполнены из олеофобного материала, а блок наклонных пластин 46 (фиг.3) из олеофильного материала.
Устройство для диспергирования газа содержит сборный корпус 58 (фиг.6) с разъемной полусферой 59 и диафрагмой 60. Боковая поверхность корпуса 58 снабжена патрубком 61 для подачи газа, установленным перпендикулярно корпусу 58. Внутри корпуса 58 и соосно с ним установлен патрубок 62 для подачи воды, который оборудован насадкой 63 с отбойником 64 в виде обратного конуса. Насадка 63 представляет собой эжектор, боковая поверхность которого у основания выполнена с отверстиями 65.
Модули мембранной очистки содержат набор параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов 66 (фиг.7) и 70 (фиг.8) в виде полых волокон, помещенных в корпусе 67 (фиг.7) или соответственно мембранных элементов 68 в виде полых волокон, помещенных в корпусе 69 (фиг.8). В предлагаемой полезной модели предусмотрена возможность работы каждого модуля и блока в отдельности, а также в зависимости от решаемых задач в различном сочетании модулей и блоков. С этой целью все модули и блоки выполнены автономными и оборудованы устройствами для крепления блоков к модулям и/или блоков и модулей между собой, трубопроводами с запорной арматурой и насосами.
Блочно-модульная установка для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом.
Прикрепленный при помощи элементов рамы 1 к плавсредству 2 барабан 3 вращается, как показано на фиг.1 и фиг.2. Сорбционный материал 4, выходя из пространства между барабаном 3 и отжимного приспособления - валика 8, расширяясь в основном в нефтяной среде, пропитывается водонефтяной эмульсией с большим содержанием нефти. Экранирующая полоса 9 существенно снижает количество воды в пропитываемой сорбционным материалом водонефтяной эмульсии. Установка верхней образующей отжимного приспособления 7 на уровень границы раздела фаз нефть - вода осуществляется с помощью исполнительного механизма 10, например, гидросистемы с пульта управления 11. Верхнее отжимное
приспособление - валик 7 отжимает водонефтяную эмульсию в емкость 5. Нижнее отжимное приспособление может быть выполнено в виде пружинной полосы, что упрощает конструкцию узла и способствует снижению возмущения воды и нефтяного слоя и снижению их перемешивания. Верхнее отжимное приспособление может быть выполнено из трех или пяти валиков. При этом, подавая в объем 28, образуемый валиками 7, 26, 27, барабаном и боковыми перегородками, сжатый воздух, можно увеличить степень удаления водонефтяной эмульсии из сорбционного материала 4. Степень удаления нефти из сорбционного материала еще более увеличивается в случае нагрева подаваемого воздуха, а также в случае подачи в объем 26, образуемый валиками 27, 29, 30, барабаном и боковыми пластинами, растворителя, например, легкой фракции нефтепереработки.
Воды, загрязненные нефтепродуктами, подают по патрубку 33 (фиг.3) через устройство 35 в камеру 41, в которой при помощи мелкодисперсных пузырьков газа, например воздуха, осуществляется транспортирование нефтепродуктов на поверхность жидкости. В камере 41 жидкость последовательно проходит через блок наклонных пластин 46 из олеофильного материала и перегородку 47 из олеофобного материала. При прохождении жидкостью блока наклонных пластин 46 происходит тонкослойное отделение нефтепродуктов и переход течения жидкости из турбулентного режима в ламинарный. Окончательная стабилизация потока осуществляется при прохождении жидкостью перегородки 47. Всплывшие на поверхность жидкости нефтепродукты в виде пены собираются в верхней части многогранного наклонного перекрытия 36 под ребром 56 (фиг.4) наклонных граней 37 и 38 (фиг.3). Такая конструкция перекрытия 36 обеспечивает уменьшение поверхности очищаемой жидкости и увеличение толщины слоя выделенных нефтепродуктов на поверхности жидкости. Для разрушения пены и повышения эффективности отвода выделенных нефтепродуктов в сборник 53, в последнем с помощью вакуумного насоса 50 создается разрежение, величина которого превышает силу поверхностного
натяжения нефтепродуктов, что приводит к захлопыванию пузырьков газа и более полному отделению нефтепродуктов от воды.
Скапливающиеся в верхней части перекрытия 36 нефтепродукты через сетчатую перегородку 48, установленную в отверстии в форме треугольника 44 и выполненную из гидрофобного материала, поступают в сборник 52 нефтепродуктов. Освободившаяся в основном от нефтепродуктов жидкость поступает в отстойную камеру 43, где окончательно очищается от диспергированных нефтепродуктов, и через переливное окно 54, оборудованное у основания 39 боковой поверхности перекрытия 36, подается по наружной поверхности призмы через притопленную часть наклонного ребра 54 и выводится из блока по патрубку 34 вывода очищаемой жидкости.
После подачи водонефтяной смеси в модуль мембранной очистки собранных нефти и/или нефтепродуктов от воды (фиг.7) оно подается в набор параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов 66 (фиг.7) в виде полых волокон помещенных в корпус 67 (фиг.7) и отделенных сплошными перегородками. Размер ячеек волокон подбирается в зависимости от размера механических и других примесей, подлежащих отделению. Очищения нефть и/или нефтепродукты собирается в сборник нефтепродуктов 22 (фиг.1), а загрязнения вода - на повторную очистку в модуль мембранной очистки собранной воды от нефти и/или нефтепродуктов (фиг.8). Вода подается в набор параллельно соединенных цилиндрических мембранных элементов 68 (фиг.8) в виде полых волокон помещенных в корпус 69 (фиг.8) и отделенных сплошными перегородками. Очищенная вода собирается в сборную емкость для очищенной воды 21 (фиг.1).
Технико-экономический эффект предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности работы блочно-модульной установки путем снижения обводненности собираемых нефти и нефтепродуктов и повышения эффективности отделения и дополнительной очистки воды из собранных водонефтяных смесей.
Предлагаемая установка по сравнению с установкой-прототипом позволяет существенно расширить функциональные и технологические возможности по очистке нефтезагрязненных вод. При внедрении предлагаемой установки исключается необходимость осуществлять разные технологии (которые существуют в настоящее время) для очистки нефтезагрязненных вод, так как предлагаемая блочно-модульная установка позволяет значительно снизить обводненность собираемых с поверхности воды нефти и/или нефтепродуктов.
Литература:
1. Патент СССР N 579921, E02B 15/04, 1977.
2. Патент СССР N 350903, E02B 15/04, 1971.
3. Патент РФ №2104366, E02B 15/04, 1998-прототип.