АГРЕГАТ ДЛЯ СБОРА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ С ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ БОЛОТ
UNIT TO COLLECT OIL AND OIL PRODUCTS FROM CONTAMINATED SWAMP SURFACE

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и предназначено для очистки болот от разлитой нефти и нефтепродуктов.
Агрегат может применяться на предприятиях бурения, добычи, сбора, подготовки, переработки, транспорта и распределения жидких нефтяных углеводородов и в других отраслях народного хозяйства, связанных с транспортом, хранением и потреблением жидких углеводородов.
Известен способ очистки болот от нефти и нефтепродуктов (Патент RU №2217551, кл. Е02В 15/04 от 10.05.2000, опубл. 27.11.2003), включающий разбиение загрязненного участка на секции посредством дамб, вдоль которых роют траншеи для сбора нефти или нефтепродуктов, затем проводят сбор основных концентраций нефтяного загрязнения с поверхности болота в летне-осенний период посредством соскребывания нефти в траншеи с участка между двух дамб плавучим скребком путем его возвратно-поступательного перемещения с помощью лебедок из двух дамб от одной траншеи к другой, далее осуществляют удаление с участка остаточных концентраций нефтяного загрязнения путем его смывания водным потоком в траншею, а затем в зимне-весенний период производят удаление соскребыванием загрязненного почвенно-растительного слоя участков при замерзшем болоте посредством ножа-скребка, установленного на полозьях, путем его возвратно-поступательного перемещения от одной траншеи к другой с помощью тягового механизма. Собранную нефть из траншей удаляют известными способами.
Способ разрушает биоценоз болот, очень затратный и длительный, требует рытья траншей, строительства дамб.
Известна многофункциональная самоходная установка для проведения работ на болотах - амфибия «Труксор» шведской фирмы «DOROTEA MEKANISKA АВ» (Специальный выпуск журнала «Нефть России» «Ресурсы шельфа» №1, (40) 2009, стр.62-63), передвигающаяся с помощью гусениц, приводимых в движение гидромоторами. Плавучесть установки обеспечивается двумя алюминиевыми понтонами, каждый из которых разделен перегородками на два отсека, в отсеках установлены регулирующие плавучесть водооткачивающие насосы. На стрелу установки навешивается ковш или другое навесное оборудование. Очистку поверхности установка выполняет при помощи ковша, что крайне малопроизводительно. Кроме того, при заполнении ковша нарушается целостность очищаемого болотного массива.
Известна высокопроходимая универсальная машина (Патент RU №30701, кл. B62D 57/02 от 22.01.2003, опубл. 10.07.2003), включающая корпус, подвижно связанный с параллельно установленными центральным и двумя боковыми понтонами, связанными с приводом поочередного их перемещения. На корпусе в его задней части смонтировано рабочее оборудование поворотного одноковшового экскаватора-крана.
Недостатки машины те же, что и у предыдущей конструкции: малая производительность и нарушение целостности верхнего слоя и разрушение корневой системы растительности очищаемого болотного массива.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является малогабаритный шагающий болотоход для рекультивации нефтезамазученных болотных почв (Патент RU №48920, кл. B62D 57/02 от 06.05.2005, опубл. 10.11.2005), состоящий из корпуса, центрального и сдвоенных боковых понтонов, связанных с приводом механизма шагания, размещенного в передней части корпуса перед рабочим местом оператора. В задней части на корпусе навешено рабочее оборудование в виде фрезы для перемешивания болотных почв с разлитой нефтью с целью ускорения выветривании и разложения разлитой нефти.
Однако данный болотоход применяется только для рекультивации фрезерованием болотных почв и не решает проблему локализации, сбора и удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности болот.
Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности болотохода и расширение его эксплуатационных возможностей, использование его по новому функциональному назначению - для установки боновых заграждения, сбора и удаления разлитой нефти в болотах любого типа.
Поставленная цель достигается тем, что в агрегате, включающем шагающий болотоход, состоящий из корпуса, установленного на параллельно расположенные понтоны, механизма поочередного перемещения - «шагания» понтонов, согласно изобретению агрегат включает корпус, представляющий собой шасси, подпружиненно установленное на последовательно расположенные два и более центральных понтона и, соответственно, на два и более боковых понтона, расположенных последовательно цепочкой в равных количествах по обе стороны от центральных понтонов; внутри боковых понтонов расположены блоки телескопических элементов, на которые опираются механизмы для снятия нагрузок с консольных концов блоков телескопических элементов при их раскрытом состоянии; нефтесборный барабан, механизм поворота барабана и механизм движения и поворота агрегата; систему откачки собранной нефти; оградители - понтонные лыжи, гибко навешенные с торцов на нефтесборный барабан; оградительные боны, рабочее место операторов-монтажников оградительных бонов, расположенное на площадке шасси болотохода; контейнер для аккумулирования собранной нефти и перевозки оградительных бонов, прицепленный к кормовой части шасси и гибко связанный с системой откачки собранной нефти.
Понтоны выполнены из легкого прочного материала, например дюралюминия, углепластика и т.п., имеют форму, например, полых прямоугольных параллелепипедов с закругленными концами и краями подошвы и расположены по цепочке так, что не мешают друг другу при повороте.
Боковые понтоны выполнены с герметично вложенными в них одним и более блоками, состоящими из телескопических элементов с одним и более подвижными элементами и с одним неподвижным элементом в каждом блоке; неподвижные элементы телескопических блоков заглушены по торцам, причем с одной стороны неподвижные элементы заглушены съемными днищами, которые обеспечивают доступ внутрь телескопических блоков для монтажа подвижных элементов, их приводов, установки и замены уплотнительных элементов; перемещение подвижных элементов телескопических блоков относительно крайнего неподвижного элемента осуществляется, например, от пневмо- или гидроцилиндра или винтового привода, зазор между элементами телескопических блоков уплотнен одним и более уплотнительными элементами, например шнурами, манжетами, герметиком и их сочетанием, например уплотнение из шнура и манжеты из бензоморозостойкой резины выполнено так, что в зазор между ними предусмотрена подача герметика, при этом элементы телескопических блоков боковых понтонов могут иметь в поперечном сечении приемлемую для нагруженных телескопических блоков форму, например квадрат в квадрате, прямоугольник в прямоугольнике, цилиндр в цилиндре, а размеры и количество телескопических блоков, количество в них подвижных элементов, соответственно, необходимая опорная поверхность, габариты и масса агрегата определяются заданным давлением агрегата на поверхность болота. Плавучесть центральных понтонов выполняется равной плавучести боковых понтонов в выдвинутом состоянии подвижных элементов телескопических блоков и регулируется балластом, например водой, в пределах суммарной максимальной и минимальной плавучестей боковых понтонов так, что плавучесть и остойчивость болотохода при перемещении - «шагании» остается постоянной. Предусмотрен контроль герметичности понтонов. Болотоход снабжен насосной установкой закачки жидкости в понтоны и откачки из них с соответствующей обвязкой.
Для снятия нагрузки, возникающей в результате реакции упругого основания - болота, направленной вверх на опертые консольно элементы телескопических блоков боковых понтонов в выдвинутом состоянии, и передачи этой нагрузки на шасси болотохода предусмотрены, механизмы, например рычажные, шарнирные, устанавливаемые так, что в раскрытом состоянии они передают на консоли направленную вниз регулируемую нагрузку - натяг, уравновешивая силы, направленные вверх, сохраняя параллельность элементов телескопических блоков боковых понтонов.
Для исключения проскальзывания понтонов их подошва снабжена лыжами-болотозацепами с протекторами, аналогичными протекторам снегоходов, например, в форме параллелепипеда, имеющего в поперечном сечении вид прямоугольного треугольника и выполненными, например, из бензостойкой резины, полиуретана.
На носовой части шасси болотохода шарнирно на рычагах навешен нефтесборный барабан из легкого прочного материала, например из алюминия, армированного пластика и т.п., приводимый во вращение, например, толкающей силой болотохода или приводом перемещения - «шагания» понтонов; нефтесборный барабан также снабжен приводами поворота в горизонтальной плоскости, подъема-опускания при транспортировке, системой откачки собранной нефти, системой балансировки упругой подвеской с возможностью застопоривания его в заданном положении, на который с обоих торцов навешены гладкие оградители - понтонные лыжи так, что копируют движение нефтесборного барабана по вертикали и горизонтали, сохраняя горизонтальное положение. Оградители - понтонные лыжи снабжены скребками для очистки торцов нефтесборного барабана от налипшей нефти, защиты барабана по торцам от выдавливания и выноса им собираемой нефти, выполненными из упругого мягкопластичного материала, например из полиуретана.
На площадке шасси болотохода предусмотрены кассеты с комплектом легких быстросборно-разборных секций заградительного бона.
К кормовой части шасси болотохода прицеплен сменный нефтесборный контейнер с плоским днищем, закругленным переходом от днища к обечайке для перевозки секций заградительного бона и по мере освобождения от них аккумулирования собранной нефти, гибко связанный с системой откачки собранной нефти и выполненный с основанием из легкого прочного материала, например армированной пластмассы, алюминия и т.п., прицепляемый к шасси болотохода на жесткой сцепке, позволяющей осуществлять присоединение контейнера к болотоходу в любой точке периметра обечайки и беспрепятственный поворот его в горизонтальной плоскости на заданный угол, а по вертикали лишь фиксируемое перемещение вниз, сохраняя горизонтальное положение.
При этом контейнер снабжен ушками для подъема и транспортировки его, например, на внешней подвеске вертолета, погрузки и разгрузки на транспортное средство. При большой ширине болота и толщине разлитой нефти предусматривается возможность перекачки собранной нефти из нефтесборного контейнера в стационарную емкость и (или) использование аналогичных сменных контейнеров, транспортируемых, например, на внешней подвеске вертолета.
На шасси болотохода предусмотрена площадка - рабочее место операторов-монтажников, например, «П»-  или «С»-образной или любой другой удобной формы для монтажа и демонтажа оградительных бонов, с которой они осуществляют снятие секций оградительных бонов из кассеты на шасси и (или) из сменного контейнера, монтаж их по ходу движения агрегата с образованием сплошного бона, отсекающего очищенную часть нефтезагрязненной поверхности болота от неочищенной, и одновременный демонтаж оградительных бонов с другой, очищенной от нефти, стороны.
Выполнение центрального и боковых понтонов в виде цепочки последовательно расположенных понтонов повышает маневренность болотохода, позволяет использовать систему одновременного поворота различных троек понтонов: одного и более центральных и одной и более пар боковых понтонов, что удобно при использовании болотохода в любых целях.
Телескопические блоки боковых понтонов совместно с регулируемо балластируемыми центральными понтонами позволяют регулируемо увеличивать остойчивость агрегата, уменьшать давление на загрязненную поверхность болота.
Расположение привода механизма поочередного перемещения понтонов в средней части шасси позволяет навешивать на переднюю часть шасси болотохода нефтесборный барабан с приводом его вращения или без него, с механизмом поворота, подъема-опускания на упругой подвеске, с регулируемой балансировкой и улучшает оператору обзор в процессе работы агрегата. Выполнение центральных и боковых понтонов из отдельных блоков, последовательно соединенных в цепочку, позволяет снабдить каждый их них узлами индивидуального поворота, обеспечивая большую маневренность агрегата.
Шарнирное соединение нефтесборного барабана на упругой подвеске с регулируемой балансировкой его массы и, следовательно, создаваемого им давления обеспечивает плавное обкатывание нефтесборным барабаном поверхности болот и при наличии неровностей упрощает регулировку глубины погружения нефтесборных элементов нефтесборного барабана в нефтезагрязненную поверхность болота, что позволяет обеспечить требуемую полноту сбора разлитой нефти.
Сменный контейнер выполнен со сцепкой, что позволяет регулировать его перемещение в любой плоскости, сохраняя горизонтальность, перевозить секции бонового заграждения, осуществлять сбор и транспортировку нефти.
Использование прицепного сменного контейнера исключает создание дополнительной переменной массы болотохода от собранной нефти и, собственно, оказывания переменного давления нефтесборным барабаном на поверхность, позволяет поддерживать глубину погружения нефтезаборных элементов нефтесборного барабана в очищаемую поверхность в заданных пределах, исключает необходимость прокладки линии откачки собранной нефти из нефтесборного барабана до стационарных емкостей, позволяет использовать положительную плавучесть контейнера для снижения удельного давления агрегата.
Оградительный бон выполнен в виде быстросборно-разборных соединяемых друг с другом легких секций и предусмотрен для отсечения очищенной от нефти полосы от неочищенной поверхности болота, исключения поступления нефти из еще не очищенной части в очищенную полосу и повторного ее загрязнения в ходе работ.
Расположение части секций бонового заграждения в прицепном контейнере снижает давление базовой машины на очищаемую поверхность. Постепенная установка бонов со снятием их из контейнера и замещением их массы собранной нефтью обеспечивают стабильность необходимого усилия тяги на прицепной сменный контейнер.
Агрегат укомплектован транспортной тарой, которая может служить и временной емкостью.
На фиг.1 изображен общий вид агрегата для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности болот, вид сбоку; на фиг.2 - вид агрегата сверху, вид А на фиг.1 - площадка шасси условно снята; на фиг.3 - быстросменные лыжи, в варианте «шахматного расположения» болотозацепов; на фиг.4 - вид В на фиг.1; на фиг.5 - понтон с телескопическими блоками в рабочем состоянии, разрез Г-Г на фиг.2; фиг.6 - вид агрегата с установленными заградительными бонами (телескопические блоки условно не показаны); на фиг.7 - секция бонового ограждения, вид с торца с выносом узлов; на фиг.8 - нефтесборный контейнер со схемой расположения заградительных бонов в нем; на фиг.9 - пример решения по узлам понтонов и сцепки.
Агрегат состоит из шагающего болотохода, включающего шасси 1, установленное подпружиненно на параллельно расположенные центральные 2 (фиг.2) и боковые понтоны 3, представляющие собой полые прямоугольные параллелепипеды (показаны понтоны в исполнении по три центральных и три боковых элемента) с закругленными спереди и сзади торцами так, что они не мешают друг другу при повороте агрегата и при движении по прямой, с герметично вложенными в них блоками телескопических элементов (показано исполнение с двумя элементами), малый элемент (поршень) 4 вложен в другой больший элемент (цилиндр) 5 со съемным днищем 6. Ход (вход-выход) поршня 4 по цилиндру 5 осуществляется от гидроцилиндра 7. Зазор между поршнем 4 и цилиндром 5 уплотнен уплотнениями 8 (показан вариант уплотнения шнурами). Для поочередного перемещения - «шагания» центральных 2 и боковых 3 понтонов, подошвы которых снабжены лыжами-болотозацепами 9, служит привод 10 болотохода, приводящий в движение механизм поочередного перемещения - «шагания» центральных 2, затем боковых 3 понтонов или, наоборот, расположенный за рабочим местом (кабиной) оператора на шасси 1.
На носовой части шасси болотохода навешен нефтесборный барабан 12 с системой откачки собранного продукта (не показана), приводимый во вращение толкающей силой болотохода. Возможен вариант приведения во вращение нефтесбрного барабана 12 от привода 10, служащего для перемещения - «шагания» понтонов 2 и 3. Для плавного обкатывания нефтесборным барабаном 12 неровностей загрязненной поверхности предусмотрена балансирная система 11 шарнирного соединения нефтесборщика 12 с шасси 1. Оградители - понтонные лыжи 13 подвешены на нефтесборный барабан 12, шарнирно закреплены на носовой части боковых понтонов 3, снабжены скребками (не показаны) и защищают нефтесборный барабан 12 от выдавливания при движении и выноса им собираемой нефти.
Кроме того, агрегат скомплектован контейнером 14 и секциями 15 оградительного бона. Контейнер 14 для временного хранения секций 15 оградительного бона, аккумулирования и транспортирования собранной нефти прицепляется к кормовой части шасси 1 и соединяется с нефтесборным барабаном 12 рукавом 16 для непрерывной откачки собранной нефти. Для перевозки секций 15 оградительных бонов во время работы агрегата и при его транспортировке на шасси 1 предусмотрены кассеты (не показаны). В контейнере 14 для аккумулирования собранной нефтесборным барабаном 12 нефти также предусмотрены кассеты 17 для секций 15 оградительного бона.
Секция бона 15 может быть выполнена, например, в виде сплошного полотна 18 из легкого прочного листового материала, например из алюминия, армированного пластика и т.п., на верхнюю кромку которого надета закругленная усиливающая жесткость защитная трубка 19 из легкого материала, и предусмотрены ручки (не показаны) для удобства при работе с секциями при монтаже/демонтаже. К одному вертикальному торцу полотна присоединен неразъемным герметичным соединением, например сваркой, трубчатый элемент 20 с продольной прорезью шириной, обеспечивающей вход сплошного листа полотна, к другому вертикальному торцу присоединен неразъемным соединением трубчатый элемент 21 без прорези, наружным диаметром меньше, чем внутренний диаметр трубчатого элемента 20, причем на внутренней поверхности последнего установлено уплотнение. Для закрепления секций бона на месте установки они снабжены анкерами 22, выполненными из легкого прочного материала, например из углепластиковых, дюралевых и т.п. труб, позволяющих наращивание их длины и предназначенных одновременно придать необходимую вертикальную жесткость секциям бона. Анкера пропускаются через кольца 23, прикрепленные к полотну 18 секции 15, закрепляются в рабочем положении, например, стопором 24. Для придания секциям 15 большей устойчивости к анкерам 22 на уровне ватерлинии установлены двутавры 25 с укосинами 26. При этом к свободному концу двутавра 25 шарнирно закреплены полые планки 27, увеличивающие опорную поверхность секции, с возможностью складывания их в двутавр 25 при нерабочем положении секции 15; планки 27 снабжены креплением для установки, при необходимости, поплавковых элементов, например, из вспененного полистирола, покрытых или заключенных в оболочку из герметизирующего нефтестойкого материала.
Для компенсации выталкивающих сил, стремящихся погнуть консоль (поршень 4), служат рычажные механизмы 28 с регулировкой их давления на поршень 4. Предусмотрен контроль герметичности полости понтонов щупами 29. Удобство и безопасность работы операторов обеспечиваются предусмотренными выдвижными рабочими площадками 30 с перилами.
Агрегат работает следующим образом.
В транспортной таре - временной емкости (не показана) агрегат доставляют к месту использования при помощи трейлера, транспортной платформы или любого другого транспортного средства, например на вертолете на внешней подвеске, в транспортной таре спускают на землю. Выводят агрегат с транспортной тары (временной емкости), зафиксировав нефтесборный барабан 12 на шасси 1. Прицепляют контейнер 14, соединяют рукав 16 подачи собранной нефти с нефтесборным барабаном 12. Загружают в кассеты 17 секции 15 бонового заграждения. Своим ходом агрегат перемещается с транспортной тары на загрязненную поверхность
Посредством шарнирной балансирной системы 11 нефтесборный барабан 12 опускают на очищаемую поверхность, выдвигают поочередно элементы 4 телескопических блоков и, по необходимости, заполняют блоки центральных понтонов 2 балластом, например водой. Раскрывают рычажные механизмы 28 с учетом крена (бокового, носового), выравнивают блоки телескопических элементов, выравнивают агрегат, обеспечивают необходимую остойчивость агрегата на поверхности болота и погружение нефтесборного барабана 12 в загрязненную поверхность болота на заданную глубину.
Включается привод 10 болотохода, который приводит в движение механизм поочередного перемещения - «шагания» понтонов. За счет толкающей силы болотохода нефтесборный барабан 12 приводится во вращение.
Операторы-монтажники, находящиеся на рабочей площадке 30, вынимают секции 15 оградительного бона из кассет 17 контейнера 14, затем секции 15, расположенные на площадке шасси агрегата (не показаны), устанавливают их на загрязненную поверхность по ходу движения агрегата, соединяя между собой трубчатыми элементами 20 и 21 и фиксируя в грунте анкерами 22, которые пропускаются через кольца 23, фиксируются в рабочем положении стопорами 24, удлиняя их при необходимости, раскрывают полые планки 27, придавая необходимую устойчивость секциям 15. Таким образом отсекают часть загрязненной поверхности болота.
При движении агрегата нефтесборный барабан 12 вращается, плавно обкатывая неровности загрязненной поверхности болота и собирая разлитую нефть или нефтепродукт во внутреннюю полость, откуда они откачиваются насосом по рукаву 16 в контейнер 14.
При неполной очистке проход повторяют, разворачивая агрегат на «суше», опорожняют контейнер 14. Проход повторяют необходимое количество раз. Затем снова начинают новые проходы агрегата по загрязненной поверхности болота, отсеченной от очищенной поверхности боновым ограждением, двигаясь так, что оградитель - понтонная лыжа 13, расположенная со стороны секций 15 бонового ограждения, движется вплотную к ним, не оставляя неочищенной полосы.
После обеспечения заданного качества сбора разлитой нефти из отсеченной полосы секции 15 бонового ограждения постепенно, по мере движения агрегата, снимают и собирают с другой стороны агрегата, снова отсекая очищенную полосу от загрязненной поверхности болота. Процесс продолжают до полного очищения массива. При большой ширине болота и толщине слоя нефти, когда объем контейнера 14 недостаточен для прохода на «сушу», контейнер опорожняют во временную емкость - тару или меняют на чистый контейнер, доставляемые и увозимые, например, вертолетом.
Такой агрегат решает сложную проблему без разрушения болотного массива и, что особенно важно, корневой системы болотной растительности, позволяет реально и успешно убирать разлитую нефть или нефтепродукты с загрязненной поверхности болот при любых разливах.