АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ

Полезная модель относится к устройствам сбора нефти с поверхности воды, как при наличии течения, так и при его отсутствии для осуществления ликвидации аварийных разливов нефти, ограниченных небольшими площадями.
Автоматическое устройство ликвидации аварийных разливов нефти (фиг. 1) включает станцию сбора нефти (1), снабженную управляющей ЭВМ и датчиком толщины слоя нефти на поверхности воды, емкость для содержания собранной нефти (2), надувные боны-занавесы (3), с дистанционно управляемыми воздушными клапанами (4), намоточную катушку с приводом, расположенные на плавучей платформе (5).
Из предшествующего уровня техники известно устройство, способ и судно для предотвращения и уменьшения ущерба от нефти, где судно соединено с боном и с устройством для отделения нефти. При этом бон содержит удлиненную часть и установленные, в соединении с ней, понтонный элемент и множество поворотных перемещающих элементов, снабженных вращающимися лопастными элементами. Устройство для отделения нефти от ледяных блоков содержит корпус, разделительную решетку, опорную часть для изменения высоты подъема и угла разделительной решетки относительно уровня поверхности воды (RU 2494000 (С2), B63B 35/32, E02B 15/04, E01H 12/00, 19.01.2010).
Недостатком известного устройства является ограниченная областью берега зона использования устройства и необходимость участия специализированного судна в ликвидации разлива нефти.
Также известна полезная модель установки для очистки воды, содержащей сорбирующий бон, изготовленный из гидрофобного материала, обладающий высокой сорбирующей способностью к нефти и нефтепродуктам, отличающаяся тем, что она включает последовательно соединенные между собой гибкой связью и заполненные сорбирующим материалом секции, якорь и поплавки, причем каждая секция выполнена в виде сетчатого полотна с размером ячеи, обеспечивающей локализацию сорбирующего материала внутри секции (RU 80693 (U1), E21B 15/04, 21.07.2008).
Недостатком известного устройства является необходимость наличия постоянно направленного течения в месте очистки воды, снижение эффективности очистки воды при длительной работе устройства и необходимость замены выработавших ресурс сорбирующих материалов.
Известна установка с автоматическим управлением улавливания нефти на поверхности водоемов с проточной водой, содержащее водопропускное устройство с размещенным в нем ограждающим от разлива нефти приспособлением, электронную систему обнаружения пленки нефти на поверхности воды, имеющую импульсный датчик, установленный вверх по течению перед ограждающим от разлива нефти приспособлением, и сообщенную с исполнительным механизмом (RU 2097485 (C1), E02B 15/04, 25.07.1997).
Недостатком известной установки является ограниченная водоемами с проточной водой область ее использования.
Известно устройство для сбора нефти, которое включает комплект нефтезадерживающих бонов, соединенных с образованием длинной линии нефтезадерживающих бонов. Линия нефтезадерживающих бонов содержит на расстоянии друг от друга несколько якорных узлов для закрепления якорем нефтезадерживающего бона на морском дне. Между якорными узлами и в соединении с нефтезадерживающим боном имеется станция сбора нефти для сбора нефти, направляемой бонами, с поверхности воды (В базе данных ФИПС РФ - RU 2518385 (С2), E02B 15/04, B63B 35/32, 04.11.2009, другие номера патента: ЕР 2352883 А1, ЕР 2352883 А4, US 20110253642, WO 2010052369 A1).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатками данного устройства для сбора нефти являются: 1) невозможность повлиять на эффективность сбора нефти станцией сбора нефти; 2) вне зависимости от величины нефтяного пятна, которая может уменьшаться вследствие работы станции сбора нефти, размеры заграждения не меняются, что не меняет вероятность столкновения льда с заграждением в случае ликвидации разлива нефти в арктических и приближенных к ним районах.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Изобретение поясняется графическими материалами:
- фиг. 1 - схема устройства при ликвидации локализованного на малой площади разлива нефти;
- фиг. 2 - схема устройства при ликвидации разлива нефти в случае использования нескольких намоточных катушек;
- фиг. 3 - платформа с намоточной катушкой и приводом.
Технический результат обеспечивается тем, что автоматическое устройство ликвидации аварийных разливов нефти включает станцию сбора нефти (1), снабженную управляющей ЭВМ и датчиком (датчиками) толщины слоя нефти на поверхности воды, емкость для содержания собранной нефти (2), надувные боны-занавесы (3), с воздушными клапанами (4), намоточную катушку с приводом, расположенные на плавучей платформе (5).
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается повышении производительности устройства сбора нефти с поверхности воды за счет изменения толщины нефтяной пленки на поверхности воды посредством изменения площади, охваченной замкнутым контуром бонового ограждения, а также уменьшении вероятности столкновения бонового ограждения со льдом, за счет уменьшения по ходу работы линейных размеров устройства.
Техническая сущность полезной модели поясняется иллюстрацией (фиг. 1), на которой в виде схемы отображено устройство ликвидации аварийных разливов нефти (фиг. 1) состоящее из станции сбора нефти (скиммера) (1), снабженной управляющей ЭВМ, реализованной на любом из существующих промышленных компьютеров с наличием функции обмена данными по радиоканалу для получения сигналов задачи с судна и передачи сигналов на органы управления, и датчиком толщины слоя нефти на поверхности воды (ID-227WL или другой с аналогичным диапазоном обнаружения), емкости для содержания собранной нефти (2), надувных бонов-занавесов (3), с пороговыми или дистанционно управляемыми воздушными клапанами (4), намоточной катушки с приводом, расположенной на плавучей платформе (5).
В случае если необходимо большее число секций бона, чем имеется на одной намоточной катушке, устройство может включать в себя большее число катушек с бонами, соединенных последовательно (фиг. 2).
В ходе работы станции сбора нефти (1) собранная нефть поступает в емкость для содержания собранной нефти (2). При этом, поскольку нефти внутри контура, ограниченного бонами (3), становится меньше, высота слоя нефти на поверхности воды также становится меньше. Современные устройства механического сбора нефти с поверхности воды обеспечивают приемлемую эффективность сбора при толщине нефтяной пленки от 1-2 мм и больше. А это значит, что для поддержания эффективной работы устройства сбора необходимо обеспечивать стабилизацию толщины нефтяной пленки на уровне, большем минимального значения.
Операция намотки бонов на катушку позволяет уменьшить длину линии бонового заграждения, что в случае образования замкнутого контура бонового заграждения уменьшит площадь этого контура пропорционально второй степени длины, на которую уменьшится окружность контура, образованного боновым заграждением. Вследствие чего, увеличится толщина слоя нефти на поверхности воды, поскольку объем нефти за рассматриваемый период изменится незначительно (при отсутствии поступления нефти из аварийного судна). Если изменять толщину слоя нефти h на поверхности воды у места ее сбора таким образом, чтобы она находилась внутри диапазона
min
max
h≤h≤h
min
где h - минимальное значение высоты нефтяной пленки, определяемое эффективностью работы станции сбора нефти, которая зачастую зависит от ее конструктивных параметров (у известных скиммеров оптимальные значения высоты пленки располагаются в диапазоне от 2 до 30 мм);
max
h - максимальное значение высоты нефтяной пленки, определяемое высотой слоя нефти, удерживаемой боновым заграждением (для боновых заграждений эта величина от 50 до 200 мм).
max
При этом h может быть выбрано с запасом так, чтобы в случае выхода порции нефти из аварийного судна, которое находится внутри бонового заграждения, до превышения максимально допустимой боновым заграждением высоты нефтяного слоя на поверхности воды был запас времени для оповещения персонала о необходимости увеличения длины бонового заграждения.
При намотке на намоточную катушку необходимо стравливать воздух из секций поплавковой части бона (3). Стравливание воздуха из бона может быть осуществлено предохранительным (пороговым) клапаном (4), который открывается при превышении давлением в поплавковой части бона номинального значения на фиксированную величину, которая меньше максимально допустимого давления воздуха в воздушной части бона. Такой клапан может быть не один, но как минимум один должен располагаться в дальнем от намоточной катушки конце секции бона.
Также стравливание воздуха из бона может быть реализовано с помощью радиоуправляемого клапана получающего сигналы с управляющей ЭВМ, однако в этом случае для работы такого клапана потребуются элементы питания рядом с клапаном или подвод энергии.
Сама намоточная катушка (6) (фиг. 3), располагаемая на плавучей платформе (7) может быть закреплена на раме (8) в полупогруженном в воду состоянии таким образом, чтобы наматываемый бон (9) не извлекался из воды перед непосредственной намоткой на катушку (6). При этом должно обеспечиваться наматывание как поплавковой части бона, так и его юбки, и балласта (который может выполняться в виде цепи).
Для более точного подвода бона (9) к оси катушки намотки (6) может использоваться направляющая воронка (10), задающая направление подвода бона (9) к катушке (6) в вертикальной и горизонтальной плоскостях по ходу движения бона.
Для выдавливания воздуха из бона (9) при намотке на катушку (6) может быть использован прижимающий вращающийся на оси вал (11), ось которого передвигается по желобу на раме (8) катушки под действием двух амортизаторов (пружин) сжатия (12), установленных у верхнего и нижнего краев прижимного вала (11), с одной стороны и катушки намотки (6), радиус которой будет увеличиваться по мере намотки бона. При этом ось прижимного вала (11) может фиксироваться в желобе рамы (8) управляемым стопором до остановки намоточной катушки для выдавливания остатков воздуха из поплавковой части уже намотанного на катушку бона.
Привод намоточной катушки (13) может располагаться на плавучей платформе (7). Питание привода может осуществляться от того же источника энергии, который обеспечивает работу станции сбора нефти, или от собственного источника энергии.
Плавучесть платформы (7) обеспечивается поплавками (14), а предотвращает от проникновения нефти за ограждение под платформой защитная стенка (15). Платформа должна быть обеспечена якорем для крепления ко дну. Для ограничения движения намотанного бона по оси катушки катушка снабжена торцевыми кольцами (16), которые ребрами (17) закреплено на оси катушки.
В случае, если в заградительный контур входят несколько соединенных последовательно намоточных катушек, включение и выключение приводов удаленных катушек осуществляется управляющей ЭВМ по радиоканалу, а сами удаленные плавучие платформы с намоточными катушками должны либо иметь источник энергии (аккумулятор, малогабаритный двигатель внутреннего сгорания), либо энергия должна на него подаваться.
min
max_бон
Настоящее устройство предназначено для локализации разливов нефти на малых площадях и работает следующим образом: после того, как нефтяное пятно удалось заключить в замкнутый контур (или после образования нефтяного пятна в уже замкнутом контуре бонов вследствие утечки топлива аварийного судна, предварительно окруженного заградительными бонами) (фиг. 1), состоящий из бонов (3), станции сбора нефти (1) с подсоединенной к ней емкостью для содержания собранной нефти (2) и платформы с намоточной катушкой (5), осуществляется постановка на якорь станции сбора и платформы с намоточной катушкой (если используются удаленные от станции сбора платформы к катушками). Далее управляющая ЭВМ посредством датчиков проводит серию измерений толщины нефтяной пленки в непосредственной близости от станции сбора (1). Если среднее значение толщины слоя нефти на поверхности воды меньше минимального значения для станции сбора нефти h, а максимальное меньше 50-75% максимальной высоты слоя нефти, удерживаемой боном, h, то управляющая ЭВМ подает сигнал на запуск привода намоточной катушки. Намоточная катушка (5) начинает наматывать бон (3), создавая при этом в поплавковой его части избыточное давление, которое по достижении порогового значения открывает предохранительный клапан (4). Предохранительный клапан стравливает часть воздуха из секции бона и позволяет намотать часть бона на катушку. При этом давление в поплавковой части бона падает и клапан закрывается.
Поскольку часть бона намотана на катушку, то общая длина окружности, сформированной боновым ограждением, уменьшается. При условии, что за время описанных действий объем нефти внутри контура существенно не изменился, произойдет увеличение средней толщины слоя нефти внутри замкнутого контура. Условием остановки работы намоточной катушки может быть достижение толщины слоя нефти на поверхности воды вблизи станции сбора значения в 2-10 раз большего минимально-допустимого (кратность определяется максимально-допустимой толщиной слоя нефти, удерживаемой бонами).
По мере работы станции сбора нефти толщина нефтяной пленки на поверхности воды будет уменьшаться. По достижению средней толщиной пленки вблизи станции сбора минимально-допустимого значения управляющая ЭВМ снова подаст сигнал на включение привода намоточной катушки и т.д. до тех пор, пока контур не достигнет заданной минимальной площади, позволяющей эффективно использовать сорбенты и диспергенты, или до команды остановки работы, переданной с обслуживающего судна (в случае, если внутри огороженного контура находится аварийное судно).
В случае, если вследствие дополнительного поступления нефтепродуктов из аварийного судна толщина нефтяной пленки начнет прибывать, то управляющая ЭВМ подает сигнал на обслуживающее судно о текущей толщине нефтяной пленки и о возможности превышения максимального значения толщины слоя нефти, удерживаемого боновым заграждением, для принятия решения о наращивании бонового заграждения.
Таким образом достигается повышение эффективности работы станции сбора нефти и уменьшение вероятности столкновения с боновым ограждением крупногабаритного мусора и кусков льда вследствие уменьшения геометрических размеров ограждения во время работы устройства.