СУДОВОЙ СЕПАРАТОР НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Полезная модель относится к судовым техническим средствам по предотвращению загрязнения нефтью окружающей среды и предназначена для повышения эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Известна полезная модель судового устройства для очистки нефтесодержащих вод, содержащего танки отставания, фильтры грубой, тонкой очистки и систему контроля (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов – Л.: Судостроение, 1987. - 480 с., стр. 412-413). Нефтесодержащие воды из сборного танка выдаются в танки отстаивания. В процессе отстаивания происходит отделение нефтепродуктов от воды, они поднимаются вверх, а вода опускается в нижнюю часть танка, откуда подается на фильтры грубой и тонкой очистки и далее на систему контроля. При допустимой концентрации нефтепродуктов в очищенной воде она может сбрасываться за борт, а в противном случае происходит ее дальнейшая обработка.
Данная полезная модель обладает следующими недостатками.
Процесс очистки нефтесодержащих вод протекает достаточно медленно и трудно добиться низкой концентрации нефтепродуктов в воде. Поэтому подобная система очистки нефтесодержащих вод применяется в основном для выделения из их состава основной массы нефтепродуктов с целью их дальнейшего использования, а вода с остатками нефтепродуктов обычно сдается на берег или специальные суда. А это требует определенных материальных и временных затрат.
Известна полезная модель устройства для очистки нефтесодержащих вод в виде нефтеводяных сепараторов типа СК, СКМ, УСКГ, сепараторов типа ОВ и др. (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. –Л.: Судостроение, 1987. - 480 с., стр. 414-419, см. также уч. пособие Судовые установки очистки нефтесодержащих вод / Ермошин Н.Г., Калугин В.Н., Корнилов Э.В., Кулешов И.Н. - Одесса: Фенiкс, 2004. - 44 с., стр. 13-37). Подобные сепарационные установки дорогие, занимают значительное место в машинном отделении, требуют квалифицированного обслуживания и ремонта. Поэтому их установка не всегда целесообразна.
Известна полезная модель котельной установки (см. патент на полезную модель №148625 по заявке №2014127763 от 08 июля 2014 г., авторы Чичурин А.Г., Садеков М.Х., Шураев О.П., Борисов Н.Н.), а также полезная модель дизельной установки (см. патент на полезную модель №151927 по заявке №2014121199 от 26 мая 2014 г., авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Садеков М.Х., Власов В.Н.), в которых утилизация нефтесодержащих вод обеспечивается путем их испарения и дожигания продуктами сгорания в газоходах.
Указанные полезные модели обладают следующими недостатками.
Во-первых, они могут выполнять возложенные на них функции по утилизации нефтесодержащих вод только при работе котла в составе котельной установки и дизеля в дизельной установке.
Во-вторых, утилизация нефтесодержащих вод в газоходах может привести к повышению концентрации вредных веществ в продуктах сгорания.
В-третьих, теплота продуктов сгорания котельной и дизельной установок может использоваться и для других целей (например, в утилизационном котле). В этом случае утилизация нефтесодержащих вод невозможна.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель судового сепаратора нефтесодержащих вод в виде системы нефтесодержащих вод, входящей в состав котельной установки, согласно патенту на полезную модель «Котельная установка» №159519 по заявке №2015126205 от 30 июня 2015 г., авторы: А.Г. Чичурин, О.П. Шураев, Н.Н. Борисов, Р.В. Пырков.
Судовой сепаратор нефтесодержащих вод включает последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, выходной клапан и фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла, а также последовательно соединенные входной клапан, испарительную цистерну и насос нефтеостатков, причем вход входного клапана соединен с выходом насоса, а выход насоса нефтеостатков соединен с входом фильтра тонкой очистки, при этом испарительная цистерна содержит дыхательную трубку, нагревательный элемент и термометр.
Данная система нефтесодержащих вод обеспечивает обезвоживание нефтесодержащих вод путем их прогрева до температуры кипения воды и последующего подогрева до повышения температуры содержимого испарительной цистерны.
Здесь нефтесодержащие воды поступают в испарительную цистерну, где подвергаются нагреванию. Для нагрева может применяться пар или электроэнергия. При этом температура нефтесодержащих вод повышается и при достижении температуры порядка 100°C начинается процесс кипения воды, входящей в их состав. В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар и уходит в атмосферу. При этом нефтесодержащие остатки практически не испаряются, так как температура их кипения выше 100°C, а их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого данной цистерны остается практически неизменной, так как почти вся подводимая к испарительной цистерне теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. После полного испарения воды в испарительной цистерне останутся только нефтесодержащие остатки и подводимая теплота будет расходоваться для их разогрева. В результате температура содержимого испарительной цистерны начнет повышаться. Заметное повышение температуры выше 100°C и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод.
После испарения воды из состава нефтесодержащих вод в испарительной цистерне остаются обезвоженные нефтеостатки. Их объем может быть существенно меньшим по сравнению с первоначальным объемом нефтесодержащих вод и они могут быть использованы в качестве топлива, например, в котельной установке или сданы на берег или суда-сборщики.
Данная полезная модель обладает следующими недостатками.
Во-первых, для нагрева содержимого испарительной цистерны требуется значительная энергия. Во-вторых, состав паров на выходе дыхательной трубки испарительной цистерны не контролируется и они могут содержать вредные составляющие, запрещенные для сброса в окружающую среду.
Известна также полезная модель утилизационного испарителя (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., стр. 206-207, 223). Утилизационный испаритель содержит испаритель, сепаратор, конденсатор и устройство поддержания вакуума, кроме того, полезная модель включает входной и выходной клапаны забортной воды, а также входной и выходной клапаны внутреннего контура охлаждения дизеля, дистилляционный насос и входной клапан, при этом вход и выход греющего теплоносителя испарителя соединены соответственно с входным и выходным клапанами внутреннего контура охлаждения главного двигателя, а вход и выход охлаждающего теплоносителя конденсатора соединены с входным и выходным клапанами забортной воды соответственно, кроме того, выход конденсатора подключен к входу дистилляционного насоса, а питательный вход испарителя подключен к входному клапану.
Утилизационный опреснитель предназначен для очистки от солей морской воды. Здесь применяется принцип испарения морской воды при пониженном давлении теплотой внутреннего контура охлаждения дизеля и последующего охлаждения паров воды забортной водой. При этом в процессе нагрева морской воды молекулы воды из ее состава испаряются, а более тяжелые соли и их соединения остаются в испарителе или задерживаются сепаратором. Частицы нефтеостатков также (как и соли в морской воде и их соединения) гораздо тяжелее молекул воды, однако утилизационный испаритель для очистки воды от нефтеостатков в настоящее время не применяется.
Задачей полезной модели является повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод путем использования теплоты внутреннего контура охлаждения дизеля для испарения воды из состава нефтесодержащих вод.
Задача полезной модели достигается тем, что в известный судовой сепаратор нефтесодержащих вод, включающий последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, входной клапан, а также термометр и последовательно соединенные насос нефтеостатков и цистерну нефтеостатков, дополнительно введены утилизационный опреснитель, последовательно соединенные дистилляционный насос и цистерну очищенной воды, входной и выходной клапаны забортной воды, а также входной и выходной клапаны внутреннего контура охлаждения дизеля, кроме того, утилизационный опреснитель содержит испаритель, сепаратор, конденсатор и устройство поддержания вакуума, при этом вход и выход греющего теплоносителя испарителя соединены соответственно с входным и выходным клапанами внутреннего контура охлаждения главного двигателя, а вход и выход охлаждающего теплоносителя конденсатора соединены с входным и выходным клапанами забортной воды соответственно, кроме того, выход конденсатора подключен к входу дистилляционного насоса, а питательный вход испарителя подключен к входному клапану, при этом его выход соединен с входом насоса нефтеостатков, а информационный выход испарителя подключен к термометру.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
2
В утилизационном опреснителе с помощью устройства поддержания вакуума обеспечивается давление ниже атмосферного, что ведет к тому, что температура кипения воды становится ниже 100°C. Так, при барометрическом (абсолютном) давлении 0.1 кГ/см (0,01 МПа) температура кипения воды составляет 45°C (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. - Л.: Судостроение, 1970. - 304 стр., Приложение V). Температура кипения в утилизационных опреснителях практически всегда находится в пределах 40-46°C (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., стр. 202). Нефтесодержащие воды поступают в испаритель, где подвергаются нагреву водой внутреннего контура охлаждения дизеля. Температура воды на выходе из дизеля обычно находится в пределах 70-90°C (см., например, Леонтьевский Е.С.Справочник механика и моториста теплохода. 4-е изд., - М.: Транспорт, 1981. - 352 с., стр. 173). По мере нагрева температура нефтесодержащих вод повышается и при достижении температуры кипения начинается процесс кипения воды, входящей в их состав. В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар и через сепаратор поступает в конденсатор. В сепараторе задерживаются капли воды, которые могут выбрасываться в процессе кипения нефтесодержащей воды. В конденсаторе пары воды охлаждаются забортной водой, конденсируются и получается вода, свободная от нефтеостатков. По мере накопления эта вода откачивается дистилляционным насосом в цистерну очищенной воды.
При этом нефтеостатки практически не испаряются, так как температура их кипения выше температуры кипения воды и их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого в испарителе остается практически неизменной, так как почти вся подводимая теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. После полного испарения воды в испарителе останутся только нефтесодержащие остатки, и подводимая теплота будет расходоваться для их разогрева. В результате температура содержимого в испарителе начнет повышаться. Постепенное повышение температуры выше температуры кипения воды и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод.
После испарения воды из состава нефтесодержащих вод в нефтесодержащих водах в испарителе остаются обезвоженные нефтеостатки. Их объем может быть существенно меньшим по сравнению с первоначальным объемом нефтесодержащих вод, и они могут быть использованы в качестве топлива, например, в котельной установке или сданы на берег или суда-сборщики.
Таким образом, во-первых, в данной полезной модели для испарения воды из состава нефтесодержащих вод используется теплота внутреннего контура охлаждения двигателя, которая, как правило, передается воде внешнего контура охлаждения дизеля и сбрасывается за борт. Величина этой «бросовой энергии» может доходить до 10-25% в зависимости от мощности двигателя (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. - Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., стр. 202). В известной полезной модели для этой цели применяется пар или электроэнергия, которые на судне всегда весьма дефицитны.
Во-вторых, в данной полезной модели вода, испарившаяся из состава нефтесодержащих вод, после ее конденсации собирается в цистерне очищенной воды. Тогда, как в известной полезной модели, эта вода уходит через дыхательную трубку в атмосферу. При этом состав паров на выходе дыхательной трубки испарительной цистерны не контролируется и они могут содержать вредные составляющие, запрещенные для сброса в окружающую среду.
Оба указанных выше фактора ведут к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в использования теплоты внутреннего контура охлаждения дизеля для испарения воды из состава нефтесодержащих вод, а также в конденсации и сборе испарившейся воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
На чертеже приведена схема судового сепаратора нефтесодержащих вод.
Судовой сепаратор нефтесодержащих вод включает последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод 15, фильтр грубой очистки 18, насос 17, входной клапан 16, а также термометр 12 и последовательно соединенные насос нефтеостатков 13 и цистерну нефтеостатков 14, кроме того, содержит утилизационный опреснитель 1, последовательно соединенные дистилляционный насос 7 и цистерну очищенной воды 6, входной 10 и выходной 11 клапаны забортной воды, а также входной 8 и выходной 9 клапаны внутреннего контура охлаждения дизеля, кроме того, утилизационный опреснитель 1 содержит испаритель 5, сепаратор 4, конденсатор 3 и устройство поддержания вакуума 2, при этом вход и выход греющего теплоносителя испарителя 5 соединены соответственно с входным 8 и выходным 9 клапанами внутреннего контура охлаждения главного двигателя, а вход и выход охлаждающего теплоносителя конденсатора соединены с входным 10 и выходным 11 клапанами забортной воды соответственно, кроме того, выход конденсатора 3 подключен к входу дистилляционного насоса 7, а питательный вход испарителя 5 подключен к входному клапану 16, при этом его выход соединен с входом насоса нефтеостатков 13, а информационный выход испарителя 5 подключен к термометру 12.
Судовой сепаратор нефтесодержащих вод работает следующим образом.
2
В утилизационном опреснителе 1 с помощью устройства поддержания вакуума 2 обеспечивается давление ниже атмосферного, что ведет к тому, что температура кипения воды становится ниже 100°C. Так, при барометрическом (абсолютном) давлении 0.1 кГ/см (0,01 МПа) температура кипения воды составляет 45°C (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. - Л.: Судостроение, 1970. - 304 стр. , Приложение V). Нефтесодержащие воды забираются насосом 17 из цистерны нефтесодержащих вод 15, проходят фильтр грубой очистки 18 и через входной клапан 16 выдаются в испаритель 5 утилизационного опреснителя 1. Подогрев испарителя 5 осуществляется водой внутреннего контура охлаждения дизеля, которая подается через входной клапан 8 внутреннего контура охлаждения дизеля, а отводится через выходной клапан 9 внутреннего контура охлаждения дизеля. Температура воды на выходе из дизеля обычно находится в пределах 70-90°C (см., например, Леонтьевский Е.С. Справочник механика и моториста теплохода. 4-е изд., - М.: Транспорт, 1981. - 352 с., стр. 173). По мере нагрева температура нефтесодержащих вод, находящихся в испарителе 5, повышается и при достижении температуры кипения начинается процесс кипения воды, входящей в их состав. Температура кипения в подобных утилизационных опреснителях практически всегда находится в пределах 40-46°C (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., стр. 202). В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар, который через сепаратор 4 поступает в конденсатор 3. В сепараторе 4 задерживаются капли воды, которые могут выбрасываться из испарителя 5 в процессе кипения нефтесодержащей воды. Конденсатор 3 охлаждается забортной водой, которая подается на него через входной 10 и отводится через выходной 11 клапаны забортной воды.
В конденсаторе 3 пары воды конденсируются и получается вода, свободная от нефтеостатков. По мере накопления эта вода откачивается из конденсатора 3 дистилляционным насосом 7 в цистерну очищенной воды 6. При этом нефтесодержащие остатки, входящие в состав нефтесодержащих вод, в испарителе 5 практически не испаряются, так как температура их кипения выше температуры кипения воды и их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого испарителя 5 остается практически неизменной, так как почти вся подводимая теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. Температура содержимого испарителя 5 измеряется термометром 12. После полного испарения воды в испарителе 5 останутся только нефтесодержащие остатки и подводимая теплота будет расходоваться для их разогрева. В результате температура содержимого в испарителе 5 начнет повышаться. Заметное повышение температуры выше температуры кипения воды и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод.
После испарения воды из состава нефтесодержащих вод в испарителе 5 остаются обезвоженные нефтеостатки. По мере накопления производится их откачка насосом нефтеостатков 13 в цистерну нефтеостатков 14. Объем нефтеостатков может быть существенно меньшим по сравнению с первоначальным объемом нефтесодержащих вод, и они могут быть использованы в качестве топлива, например, в котельной установке или сданы на берег или суда-сборщики.
Таким образом, во-первых, в данной полезной модели для испарения воды из состава нефтесодержащих вод используется теплота внутреннего контура охлаждения двигателя, которая, как правило, передается воде внешнего контура охлаждения дизеля и сбрасывается за борт. Величина этой «бросовой энергии» может доходить до 10-25% в зависимости от мощности двигателя (см., например, Коваленко В.Ф., Лукин Г.Я. Судовые водоопреснительные установки. - Л.: Судостроение, 1970. - 304 с., стр. 202). В известной полезной модели для этой цели применяется пар или электроэнергия, которые на судне всегда весьма дефицитны.
Во-вторых, в данной полезной модели вода, испарившаяся из состава нефтесодержащих вод, после ее конденсации собирается в цистерне очищенной воды 6, тогда как в известной полезной модели эта вода уходит через дыхательную трубку в атмосферу. При этом состав паров на выходе дыхательной трубки испарительной цистерны не контролируется и они могут содержать вредные составляющие, запрещенные для сброса в окружающую среду.
Оба указанных выше фактора ведут к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в использования теплоты внутреннего контура охлаждения дизеля для испарения воды из состава нефтесодержащих вод, а также в конденсации и сборе испарившейся воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях, и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод.