УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТИ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
DEVICE TO COLLECT OIL FROM WATER SURFACE

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судам для сборки загрязнения с поверхности воды, а также к охране окружающей среды и может быть использовано для локализации и сбора пятна нефти или нефтепродукта, в том числе мощного его потока на любой водной поверхности. Возможно использование изобретения для локализации и сбора аварийных разливов нефти вокруг морских нефтеналивных терминалов, морских нефтедобывающих буровых платформ, а также для укомплектования нефтеналивных танкеров, морских буровых платформ.
Известен плавучий нефтемусоросборщик, включающий корпус с носовой и кормовой оконечностями, движителями, сообщающимися с водоподводящим каналом и поперечным каналом через гидравлическую заслонку. В носовой части размещено нефтемусороприемное устройство. В центральной части корпуса судна расположена отстойная цистерна, гидравлически связанная через переливные пороги и отверстия с вакуумной системой разделения и перекачки нефти (п. РФ №2066654, В63В 35/32, опубл. 20.09.1996).
Недостатком известного устройства является то, что защищенная конструкция нефтемусоросборщика не позволяет оперативно производить сбор нефтепродуктов, так как нефтемусороприемное устройство, расположенное в носовой части, не может работать при волнении даже на самом малом ходу. Эксплуатация такого устройства возможна только при полном отсутствии волнения, то есть в закрытых акваториях. При работе на волнении и неизбежной при этом килевой и бортовой качке судна любое устройство, закрепленное в носовой части судна, будет подвергаться долговременным циклическим колебаниям, работать «на излом», или при достаточной жесткости конструкция будет периодически отрываться от поверхности воды, что неизбежно приведет к уходу (потере) собранной нефти.
Известно судно-нефтесборщик, проект 17501, представляющее собой закрытое стальное судно водоизмещающего типа, гладкопалубное, с одноостровной рубкой, с корпусом, разделенным четырьмя поперечными переборками на пять водонепроницаемых отсеков, с двухвальной дизельной энергетической установкой и водометными движителями.
Судно предназначается для решения следующих задач:
- транспортировка и постановка плавучих боновых заграждений;
- прием с судов и транспортировка к местам переработки льяльных вод и мусора;
- погрузка и транспортировка различных грузов общей массой до 5 т;
www.stapel.ru/completed/div12/104.html
- выполнение работ по ликвидации разливов на поверхности моря нефтепродуктов с температурой вспышки выше 60° (Найдено в сети Интернет 18 декабря по адресу http://).
Основным недостатком данного устройства является то, что оно может работать только в закрытых акваториях и не может эксплуатироваться в море на открытых акваториях.
Известно устройство для локализации и сбора нефти или нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее судно-нефтесборщик со средствами откачки нефти, полое гибкое боновое заграждение, концы которого соединены с кормовыми частями буксиров. Для разворота бонового заграждения используется два буксира. Нефтесборщик выполнен в виде катамарана, корпуса которого прикреплены к расположенному между ними каркасу. Внутри каркаса на вертикальных осях, имеющих приводы, расположен ряд барабанов по длине каркаса, и, по крайней мере, два ряда барабанов по его высоте. На каждый барабан намотана отдельная лента бонового заграждения, имеющая на концах соединительные элементы для механического сопряжения с соседними лентами, при этом боновое заграждение выполнено с возможностью соединения его полостей с источником сжатого воздуха и выпуска из них воздуха. Боновое заграждение имеет возможность отсоединения от буксиров и замыкания его в кольцо (п. РФ №2249078, Е02В 15/04, опубл. 27.03.2005).
К недостаткам известного устройства, прежде всего, следует отнести невысокую его надежность, поскольку судно выполнено в виде катамарана и технологическое оборудование расположено на каркасе между его поплавками. Известно, что при волнении наибольшим нагрузкам подвергается пространство между поплавками. В боновые заграждения нагнетается сжатый воздух, следовательно, достаточно мощные компрессоры должны располагаться на том же каркасе. В случае повреждения компрессора или приводного электродвигателя произойдет прекращение подачи сжатого воздуха, что приведет к затоплению бонового заграждения. Буксировка заграждения двумя буксирами также будет способствовать временному притоплению отдельных участков бонового заграждения за счет гидродинамической составляющей набегающего потока воды, колебаний участков заграждения, при появления отрицательных углов атаки «заныривания» этих участков и, как следствие, будет осуществляться проход части нефтяного пятна через образовавшееся свободное пространство. Наличие вышеперечисленных недостатков затрудняет применение известного устройства для сбора нефтяных пятен в открытом море. Кроме того, в случае ликвидации нефтяных пятен больших размеров устройство требует наличия плавучего резервуара или танкера.
Задача, решаемая изобретением, - возможность работы устройства в открытом море, повышение надежности, производительности с одновременным упрощением процесса сборки и переработки нефтяной эмульсии.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для сбора нефти с поверхности воды, содержащем судно-нефтесборщик со средствами откачки нефти, заграждение, соединенное одним концом с судами-буксирами, и, по меньшей мере, два барабана с очистными роликами, согласно изобретению, судно-нефтесборщик выполнено в виде судна-дока, имеющего корпус с палубами и двойным дном, внутри корпус разделен на два отделения - технологическое и буксирное. Буксирное отделение размещено в кормовой части корпуса судна-дока и выполнено в виде канала, обрамленного стенками, и двух бортовых ангаров, снабженных воротами и переборками, при этом ширина бортового ангара не менее ширины судна-буксира, а длина не менее длины, обеспечивающей размещение, по меньшей мере, одного судна-буксира.
Технологическое отделение выполнено в виде ангара, ограниченного потолком, боковыми и торцевыми стенками, в нижней части ангара расположен центральный канал, по верхним границам которого с симметричным углублением вправо и влево в сторону корпуса расположены полки-уступы, на которых размещено технологическое оборудование для переработки водно-нефтяной эмульсии. Между бортами корпуса судна-дока и боковыми стенками центрального канала размещены емкости для сбора нефтяной эмульсии, соединенные всасывающими патрубками с центральным каналом технологического отделения.
Центральный канал технологического отделения снабжен, по меньшей мере, двумя переборками, в которых выполнены герметично закрывающиеся отверстия, расположенные на разных уровнях, при этом уровень размещения герметично закрывающихся отверстий в переборках понижается от кормы к носу.
Заграждение выполнено в виде секционного сетного рукава, заполненного эластичным пористым адсорбентом и снабженного положительной плавучестью в верхней кромке сложенного вдвое сетного полотна, за счет чего образуется сетной рукав, и отрицательной плавучестью в нижней его кромке.
Барабаны с очистными роликами размещены в кормовой части судна-дока и соединены с одним из концов секционного сетного рукава.
Секции сетного рукава выполнены разъемными.
Секции сетного рукава выполнены разными по высоте, при этом секции, имеющие большую высоту, располагаются при разматывании рукава ближе к судну-доку.
Верхняя кромка сетного рукава может быть снабжена дополнительными плавучестями. Дополнительные плавучести способствуют эффективной работе секционного сетного рукава в штормовых условиях и позволяют избегать перехлеста нефти через секционный сетной рукав.
В потолке ангара технологического отделения размещена, по меньшей мере, одна вентиляционная шахта. Вентиляционная шахта позволяет регулировать уровень концентрации сопутствующих газов. В случае аварийной ситуации технологическое отделение через вентиляционную шахту может быть заполнено инертным газом или противопожарным составом.
Выполнение устройства в виде судна-дока обеспечивает возможность переработки водно-нефтяной эмульсии в достаточно большом объеме непосредственно в море и передачу готового продукта на танкера для дальнейшей транспортировки.
Разделение судна-дока на два отделения буксирное и технологическое позволяет нести судну-доку небольшие суда-буксиры, которые не могут перемещаться самостоятельно с необходимой скоростью в открытом море, и оперативно доставляются судном-доком к месту разлива нефтяного пятна, что в конечном результате обеспечивает быструю и качественную ликвидацию нефтяных разливов, способствует решению проблемы охраны окружающей среды.
Наличие канала в буксирном отделении, разделяемого воротами на отдельные отсеки, обеспечивает первичное накопление сопутствующего мусора и водоэмульсионной смеси до определенной концентрации, что, в конечном результате, позволяет не только повысить качество нефти, собранной с поверхности моря, но и повышает остойчивость судна дока.
Установка в центральном канале технологического отделения, по меньшей мере, двух переборок разделяет его на отдельные отсеки (отстойники), что позволяет не только отделить инородный мусор от нефти, но и способствует качественному отделению нефти от воды, а наличие в переборках герметично закрывающихся отверстий, расположенных на разных уровнях, способствует плавному свободному перемещению нефти, отделенной от воды, по центральному каналу технологического отделения в отсек, расположенный рядом с носовой частью корпуса судна-дока, и, как следствие, в этом отсеке собирается нефть, практически полностью отделенная от водной фракции.
Полки-уступы, расположенные по верхним границам центрального канала с симметричным углублением вправо и влево в сторону корпуса, выполняют роль фундамента для размещения технологического оборудования и способствуют безопасному перемещению обслуживающего персонала.
Использование в качестве заграждения секционного сетного рукава, заполненного адсорбентом, обеспечивает возможность непрерывного сбора разлившихся нефтепродуктов с большой площади, до полукилометра. Также оно обеспечивает временное ограждение разлива нефти, при условиях буксировки этого секционного сетного рукава судами-буксирами и концентрирование нефтяного пятна. При повышении концентрации нефтяного пятна и перевода его в канал буксирного отделения сетной рукав предотвращает выход нефти за сетный рукав, поскольку эластичный пористый адсорбент помещен как бы в двойной сетной силовой каркас, поддерживаемый в вертикальном положении за счет положительной плавучести, размещенной по верхней кромке сетного рукава, и отрицательной плавучести, размещенной в нижней его кромке. Использование эластичного пористого адсорбента позволяет впитывать и удерживать значительное количество нефти, а также является преградой для прохождения нефти в очищаемое пространство в процессе буксировки и направления ее в канал буксирного отделения.
Выполнение сетного рукава секционным обеспечивает простоту обслуживания и изготовления заграждения, выполняющего роль открылок-концентраторов при сборе нефти. Кроме того, это дает возможность применять в заграждении разные по высоте секции, что позволяет удерживать непосредственно у кормовой части корпуса судна-дока нефтяной слой большей толщины. Сетная форма позволяет равномерно фиксировать адсорбент внутри рукава, избежать окон и протечки через него нефти. Более того, простота конструкции сетного рукава позволяет изготавливать его непосредственно на судне-доке и осуществлять его ремонт при повреждении непосредственно на судне-доке.
Наличие емкостей и двойного дна в судне-доке позволяет накапливать готовый очищенный продукт (нефть) для дальнейшей его транспортировки.
Барабаны могут размещаться в кормовой части судна, их может быть установлено два и более. Барабаны снабжены отжимными роликами, обеспечивающими выдавливание нефти из адсорбента при выборке секционного сетного рукава на борт по окончании работ, или при ремонте, или их замене.
Устройство для сбора нефти с поверхности воды иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен вид сверху судна-дока с разрезом; на фиг.2 - вид судна-дока с кормы, разрез; на фиг.3 - схема заграждения; на фиг.4 - схема сбора нефтяного пятна судном-доком.
Устройство для сбора нефти с поверхности воды выполнено в виде судна-дока, имеющего корпус 1 с палубами 2 и двойным дном 3, внутри корпус 1 разделен на два отделения - технологическое 4 и буксирное 5.
Буксирное 5 отделение расположено в кормовой части корпуса 1 судна-дока и выполнено в виде канала 6, обрамленного стенками 7, и двух бортовых 8 ангаров, снабженных отдельными 9 воротами и переборками 10, при этом ширина бортового 8 ангара не менее ширины судна-буксира 11, а длина не менее длины, обеспечивающей размещение, по меньшей мере, одного судна-буксира 11.
Технологическое 4 отделение выполнено в виде ангара 12, ограниченного потолком 13, снабженным вентиляционной шахтой 14, боковыми 15 и торцевыми 16 стенками; в нижней части ангара 12 расположен центральный 17 канал, по верхним границам центрального 17 канала с симметричным углублением вправо и влево в сторону корпуса расположены полки-уступы 18, на которых размещено технологическое оборудование (на чертеже не обозначено) для переработки водно-нефтяной эмульсии; между боковыми 15 стенками центрального 17 канала и бортом корпуса 1 размещены емкости 19 для сбора нефти, соединенные всасывающими патрубками (на чертеже не обозначены) насосов для откачки воды и нефти с центральным 17 каналом технологического 4 отделения.
Внутри канала 6 буксирного 5 отделения установлены ворота 20 для закрытия кормовой части буксирного отделения. Центральный 17 канал технологического 4 отделения снабжен, по меньшей мере, двумя переборками 10, с образованием отсеков, временных отстойников для нефтяной эмульсии. В переборках 10 выполнены герметично закрывающиеся отверстия 21, расположенные на разных уровнях, при этом уровень размещения герметично закрывающихся отверстий в переборках 10 понижается от кормы к носу корпуса 1 судна-дока. Для обеспечения возможности самопроизвольного перетекания нефти из одного отстойника в другой отверстия 21 в переборках 10 расположены на разных уровнях ступенчато, при этом отверстия в носовой части расположены ближе к двойному дну 3 корпуса 1, чем в кормовой части.
Технологическое оборудование, размещенное на полках-уступах 18, доступно для обслуживания и контроля. На палубах 2 размещаются оборудование и лаборатория для контроля над качеством нефти и сливаемой за борт воды, а также жилые помещения для персонала (на чертеже не обозначены).
Заграждение выполнено в виде секционного сетного 22 рукава, заполненного эластичным пористым адсорбентом 23 и снабженного положительной 24 плавучестью в верхней кромке, образующейся за счет сложения вдвое сетного полотна, и отрицательной 25 плавучестью в нижней его кромке. Секции 26 секционного сетного 22 рукава выполнены разъемными. Верхняя кромка секционного сетного 22 рукава, она же положительная плавучесть 24, может быть снабжена дополнительными плавучестями (на чертеже не обозначены).
Барабаны 27 с очистными роликами (на чертеже не обозначены) размещены в кормовой части судна-дока 1 и соединены с одной из секций 26 сетного секционного 22 рукава.
Устройство работает следующим образом.
По прибытии судна-дока к месту разлива нефти капитан притапливает корму судна-дока и дает команду на открытие ворот 9 бортовых ангаров 8. Оба судна-буксиры 11 выходят из бортовых 8 ангаров, увлекая за собой секции 26 секционного сетного 22 рукава, сматывая их с барабанов 27. Количество выставляемых секций 26 секционного сетного 22 рукава сопоставимо с размером обрабатываемого пространства (разлившегося пятна нефтепродуктов). Суда-буксиры 11 по возможности вытягивают секции 26 сетного 22 рукава, устанавливая их справа и слева от корпуса 1 судна-дока таким образом, чтобы нефтяное пятно 28 располагалось между судами-буксирами 11. Нефтяное пятно 28 оказывается при этом охваченным заграждением из секционного сетного 22 рукава, выполняющего роль открылок-концентраторов, за счет его конструкции при сматывании с барабанов 27. Верхняя кромка секционного сетного 22 рукава, снабженная положительной 24 плавучестью, и нижняя кромка, снабженная отрицательной 25 плавучестью, разворачиваются и держат на воде верхнюю кромку сетного 22 рукава, заполненного эластичным пористым адсорбентом 23, вследствие чего предотвращается выход нефти за заграждение. Развернутое заграждение не только предотвращает выход нефти за него, но и частично ее адсорбирует эластичным пористым адсорбентом 23. После того как нефтяное пятно оказалось внутри заграждения из секционного сетного 22 полотна, в судне-доке закрываются ворота 9 и открываются ворота 20. И судно-док начинает движение тем же курсом, что и суда-буксиры 11, но кормой вперед. В процессе движения «системы» судов судно-док и два судна-буксира идут с одинаковой скоростью, нефтяное пятно перемещается к корме судна-дока. Благодаря тому, что секции 26 секционного сетного 22 рукава, расположенные ближе к корме судна-дока, имеют большую высоту, то по-прежнему, несмотря на концентрацию нефтяного пятна, выход нефти за заграждение предотвращается. И при этом заграждение обеспечивает перемещение нефтяного пятна к входу в канал 6, обрамленному стенками 7, буксирного отделения 5. Увеличение толщины нефтяной пленки происходит за счет набегания встречного потока, скопившись в канале 6 буксирного 5 отделения, нефть через отверстия 21 в переборке 10, установленной в буксирном 5 отделении, самотеком сливается в первый отсек (отстойник) технологического 4 отделения. За счет установки нескольких переборок 10 в центральном 17 канале технологического 4 отделения образуются отсеки - «отстойники», которые способствуют отделению нефти от нефтяной эмульсии. Затем открываются герметично закрывающиеся отверстия 21 во всех переборках 10 центрального 17 канала технологического 4 отделения. По мере накопления нефти в первом отсеке (отстойнике), за счет того, что отверстия 21 в следующей переборке 10 размещены ниже, чем в предыдущей переборке 10, нефть самотеком поступает в следующий отсек (отстойник) технологического 4 отделения, откуда перемещается в следующий. Концентрация нефти повышается по мере ее перемещения к отсеку (отстойнику), расположенному в носовой части корпуса 1 технологического 4 отделения. По мере заполнения этого отсека (отстойника) включают технологическое оборудование (сепараторы, эжекторы, насосы и т.п.), размещенное на полках-уступах 18, которое перерабатывает собранную нефтяную эмульсию с получением чистой нефти и очищенной воды. Нефть через всасывающие патрубки насосов перекачивается в емкости 19 или двойное дно 3, а очищенная вода сливается за борт. Перед сливом за борт качество очищенной воды проверяется в лаборатории, размещенной на одной из палуб 2.
По завершению сбора разлившегося нефтяного пятна 28 суда-буксиры 11 начинают обратное движение к судну-доку, при этом секции 26 сетного 22 рукава наматываются на барабаны 27, предварительно пройдя через очистные ролики (на чертеже не обозначены). При проходе через очистные ролики собранная нефть отжимается из эластичного пористого адсорбента 23, накапливается в поддоне (на чертеже не обозначен). Затем оттуда она откачивается насосами и, пройдя через сепараторы, поступает в емкости 19, а очищенная вода после лабораторного контроля выливается за борт. Секционный сетный 22 рукав полностью сматывается на барабан, последние секции 26, присоединенные к судам-буксирам 11, отсоединяются от них. Судно-док создает дифферент на корму и суда-буксиры 11 возвращаются на свои штатные места, ворота 9 и 20 закрываются, также герметично закрываются отверстия 21 в переборках 10. Судно-док выравнивает дифферент и готово к перемещению в другой район к месту разлива очередного нефтяного пятна.
Заявляемое устройство может использоваться для сбора нефти в открытом море, оно не только оперативно перемещает средства для сбора нефти, но и принимает на себя значительное количество нефти. При этом судно-док обеспечивает также возможность отделения нефти от воды, а технологическое оборудование, размещенное на полках судна-дока, позволяет получить чистую воду, что значительно повышает эффективность работы судна на разливах. На разработанном судне-доке могут быть задействованы люди различного социального уровня, имеется возможность применения наиболее современных систем автоматизации сбора нефти, дистанционного управления судами-буксирами.