Устройство для удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоёмов и рек
DEVICE FOR REMOVING EMERGENCY SPILLS OF LIQUID HYDROCARBONS FROM THE SURFACE OF NAVIGABLE RESERVOIRS AND RIVERS

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды и может быть использовано при сборе аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек.
При рассмотрении технической литературы, наиболее близко относящейся к данной проблематике, выявлен следующий ряд технических решений.
Известно механическое устройство для сбора углеводородов, плавающих по воде, содержащее элемент, установленный с возможностью движения через плавающие углеводороды и их извлечения путем прилипания к его полимерной поверхности, выполненной из композиционного материала на основе полиуретана с распределенным в нем электропроводным веществом в виде рубленного карбонового волокна, скребок, выполненный из полупроводящего стеклотекстолита и установленный с возможностью отделения прилипших углеводородов от упомянутого элемента (патент на полезную модель RU 113526, кл. Е02В 15/04, опубл. 20.02.2012 г, бюл. №5).
Известно устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, содержащее плавающее маслосборное средство в виде секторного ленточного конвейера, состоящего из бесконечной перфорированной по бокам ленты из нефтестойкого материала, смонтированной на трех пустотелых герметичных барабанах, один из которых выполнен ведущим, а другие ведомыми, имеющих на концах по одной звездочке для приведения в движение перфорированной по бокам ленты и закрепленных вместе с лентой шарнирно с помощью опор на подвижной раме, при этом между пустотелыми барабанами и ветвями ленты размещен поплавок в виде пустотелой или заполненной пенопластом емкости прямоугольного поперечного сечения и в виде сектора в продольном сечении, прикрепленной к подвижной раме и выполненной с возможностью качания вместе с ленточным конвейером относительно поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей вокруг оси ведущего барабана, смонтированного на двух опорах к неподвижной раме совместно с приводом, сливную систему, выполненную в виде сливного лотка, выполняющего роль скребка, смонтированного на подвижной раме с возможностью соприкосновения его с бесконечной лентой в месте установки неподвижной рамы, причем перфорированная по бокам лента выполнена волнообразно, например в виде синусоиды в поперечном ее сечении, для увеличения площади контакта между лентой конвейера и поверхностным слоем нефтесодержащих жидкостей, пустотелые барабаны и скребок имеют профили, копирующие профили перфорированной по бокам ленты, перфорированная по бокам лента выполнена гофрированной в поперечном сечении, а внутри ее смонтирован и прикреплен к подвижной раме дополнительный скребок, имеющий возможность снимать прилипшие нефтепродукты и с внутренней поверхности ленты, а барабаны выполнены гладкими (патент на изобретение RU 2637210, кл. Е02В 15/04, C02F 1/40, опубл. 01.12.2017 г., бюл. №34).
Общим недостатком данных устройств является недостаточная их эффективность, обусловленная потерями собираемых жидких углеводородов при их транспортировании в накопительную емкость и отсутствием возможности полного снятия скребком прилипших к полимерной поверхности жидких углеводородов;
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее открытый сверху цилиндрический стакан, средство создание вихревой воронки с приводом его вращения и средство откачки собираемых нефтепродуктов, средство создания вихря выполнено в виде упомянутого стакана, снабженного средствами его перемещения по высоте, при этом привод его вращения снабжен блоком управления, выход которого соединен с приводом вращения, а входы - с измерителями плотности воды и собираемого нефтепродукта, измерителями вязкости воды и нефтепродукта, измерителем толщины слоя нефтепродукта и средства измерения глубины погружения верхней кромки стакана от границы раздела «вода-нефтепродукт», при этом торец приемного патрубка средства откачки нефтепродукта размещен ниже верхнего торца стакана на величину Н/2, где Н - высота стакана (патент на изобретение RU 2771862, кл. Е02В 15/04, опубл. 13.02.2022 г., бюл. №14).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности для отделения воды и газов от жидкого углеводорода при их совместном заборе в цилиндрический стакан в условиях образования волн на поверхности водоемов и рек.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем разработки технического решения, обеспечивающего возможность выполнять удаление аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности водоемов и рек с возможностью сепарации воды, жидких углеводородов и газов при откачке водо-углеводородной смеси с водной поверхности.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, устройство для удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек содержит механизм для забора плавающих жидких углеводородов и механизм для отделения воды от жидких углеводородов, механизм для забора плавающих жидких углеводородов включает электронасос с установленным в его верхней части подающим патрубком и четырьмя заборными патрубками, жестко присоединенными к установленному в его нижней части всасывающему патрубку, четыре поплавка, размещенные по периметру электронасоса на равном удалении друг от друга и неподвижно соединенные посредством четырех стержней с электронасосом, сетку, неподвижно присоединенную к поплавкам, четыре тарелки, каждая из которых неподвижно закреплена на нижней поверхности каждого поплавка и неподвижно соединена со свободным концом заборного патрубка, механизм для отделения воды от жидких углеводородов включает центрифугу, нижняя и верхняя части корпуса которой выполнены в форме цилиндра, а средняя часть имеет форму усеченного конуса, электродвигатель, установленный на приводном валу в верхней части центрифуги, входной патрубок, установленный в нижней части центрифуги, и сетчатый фильтр, установленный на входном патрубке центрифуги, центрифуга снабжена барабаном, установленным во внутренней полости ее корпуса и имеющим форму, соответствующую форме корпуса центрифуги, цилиндрической камерой для отделения воды, выполненной в нижней части внутренней полости корпуса, конической камерой для отделения жидкого углеводорода, выполненной в средней части внутренней полости корпуса, цилиндрической камерой для отвода газов, выполненной в верхней части барабана, двумя патрубками для отвода воды, установленными в верхней части цилиндрической камеры для отделения воды на одной оси относительно друг друга, двумя патрубками для отвода жидкого углеводорода, установленными в верхней части конической камеры для отделения жидкого углеводорода на равном удалении друг от друга, двумя патрубками для отвода газов, установленными в верхней части корпуса центрифуги на одной оси относительно друг друга, при этом барабан снабжен четырьмя радиальными лопатками, установленными на дне барабана на равном удалении друг от друга, четырьмя перепускными клапанами, установленными на равном удалении друг от друга в нижней цилиндрической части барабана в одной горизонтальной плоскости с патрубками для отвода воды и четырьмя отводами для жидкого углеводорода, установленными на равном удалении друг от друга в средней конической части барабана в одной горизонтальной плоскости с патрубками для отвода жидкого углеводорода, цилиндрическая камера для отвода газов снабжена отбойником, неподвижно установленным в ее нижней части, в верхней части цилиндрической камеры для отделения воды выполнена перегородка, имеющая форму кольца прямоугольного сечения, подающий патрубок на электронасосе и сетчатый фильтр на центрифуге соединены между собой подающим шлангом, патрубки для отвода воды соединены между собой соединительным патрубком для воды, который снабжен отводящим шлангом для воды, патрубки для отвода жидкого углеводорода соединены между собой соединительным патрубком для жидкого углеводорода, который снабжен отводящим шлангом для жидкого углеводорода.
Изобретение поясняется фиг. 1-5.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек, общий вид.
На фиг. 2 схематично изображен механизм для забора плавающих жидких углеводородов, вид сверху.
На фиг. 3 схематично изображен механизм для забора плавающих жидких углеводородов, вид сбоку.
На фиг. 4 схематично изображен механизм для отделения воды от жидких углеводородов, вид в разрезе сбоку.
На фиг. 5 схематично изображен механизм для отделения воды от жидких углеводородов, вид в разрезе сверху.
На фиг. 1-5 применены следующие обозначения:
1 - электронасос;
2 - центрифуга;
3 - поплавок;
4 - стержень;
5 - сетка;
6 - подающий шланг;
7 - отводящий шланг для жидкого углеводорода;
8 - судно-нефтесборщик;
9 - нефтесборный танк;
10 - монтажная плита;
11 - подающий патрубок;
12 - тарелка;
13 - заборный патрубок;
14 - всасывающий патрубок;
15 - сетчатый фильтр;
16 - корпус;
17 - барабан;
18 - радиальная лопатка;
19 - перепускной клапан;
20 - отвод для жидкого углеводорода;
21 - патрубок для отвода воды;
22 - патрубок для отвода жидкого углеводорода;
23 - входной патрубок;
24 - цилиндрическая камера для отделения воды;
25 - коническая камера для отделения жидкого углеводорода;
26 - цилиндрическая камера для отвода газов;
27 - перегородка;
28 - отбойник;
29 - патрубок для отвода газов;
30 - электродвигатель;
31- приводной вал;
32 - отводящий шланг для воды;
33 - соединительный патрубок для воды;
34 - соединительный патрубок для жидкого углеводорода;
35 - промежуточное кольцо.
Устройство для удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек работает следующим образом.
При монтаже механизма для забора плавающих жидких углеводородов в верхней части электронасоса 1, изготовленного во взрывозащищенном исполнении, устанавливают подающий патрубок 11, а к его всасывающему патрубку 14 в одной горизонтальной плоскости под углом 45° друг к другу жестко присоединяют четыре заборных патрубка 13. Для обеспечения забора жидких углеводородов с водной поверхности на уровне загрязнения водоема/реки на нижней поверхности каждого поплавка 3 закрепляют тарелку 12, к нижней грани которой неподвижно присоединяют свободные концы заборных патрубков 13. На верхней поверхности каждого из четырех поплавков 3 закрепляют монтажную плиту 10, которую при помощи стержней 4 неподвижно соединяют с верхней поверхностью электронасоса 1. Для предотвращения попадания в электронасос 1 мусора и других механических примесей, плавающих на водной поверхности, к поплавкам 3 присоединяют сетку 5 с таким расчетом, чтобы ее верх находился на уровне верхней поверхности поплавков 3, а низ - ниже нижней отметки заборных патрубков 13 на расстоянии от них, примерно равном высоте поплавка 3.
При монтаже механизма для отделения воды от жидких углеводородов нижнюю и верхнюю части корпуса 16 центрифуги 2 выполняют в форме цилиндра, а средняя часть - в форме усеченного конуса. В таком же исполнении изготавливают барабан 17, устанавливаемый во внутренней полости корпуса 16. В нижней части внутренней полости корпуса 16 выполняют цилиндрическую камеру для отделения воды 24, для чего в ее верхней части выполняют перегородку 27 в форме кольца прямоугольного сечения, примыкающую к наружной поверхности нижней цилиндрической части барабана 17. В верхней части внутренней полости корпуса 17 выполняют цилиндрическую камеру для отвода газов 26, а между цилиндрической камерой для отделения воды 24 и цилиндрической камерой для отвода газов 26 выполняют коническую камеру для отделения жидкого углеводорода 25. В верхней части цилиндрической камеры для отделения воды 24 на одной оси относительно друг друга устанавливают два патрубка для отвода воды 21, в верхней части конической камеры для отделения жидкого углеводорода 25 на равном удалении друг от друга устанавливают два патрубка для отвода жидкого углеводорода 22, а в верхней части цилиндрической камеры для отвода газов 26 на одной оси относительно друг друга устанавливают два патрубка для отвода газов 29. На дне барабана 17 на равном удалении друг от друга устанавливают четыре радиальные лопатки 18, в его нижней цилиндрической части в одной горизонтальной плоскости с патрубками для отвода воды 21 на равном удалении друг от друга устанавливают четыре перепускные клапана 19, в средней конической части барабана 17 в одной горизонтальной плоскости с патрубками для отвода жидкого углеводорода 22 на равном удалении друг от друга устанавливают четыре отвода для жидкого углеводорода 20. Настройку перепускных клапанов 19 на их открывание выполняют из следующего условия:
1
2
2
2
ρgVωr<С<ρgVωr,
где С - сила, при которой открывается перепускной клапан 19, Н;
1
3
ρ - плотность жидкого углеводорода, кг/м;
2
3
ρ - плотность воды, кг/м;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
3
V - объем жидкости, помещаемой в полностью заполненную нижнюю цилиндрическую часть барабана 17, м;
ω - угловая скорость вращения барабана 17, рад;
r - радиус нижней цилиндрической части барабана 17, м.
Для предотвращения попадания жидкого углеводорода в цилиндрическую камеру для отвода газов 26 в ее нижней части закрепляют отбойник 28. В нижней части центрифуги 2 устанавливают входной патрубок 23, проходящий через центр днища корпуса 16 центрифуги 2 и центр дна ее барабана 17. На входном патрубке 23, между барабаном 17 и корпусом 16 центрифуги 2 устанавливают промежуточное кольцо 35. К нижней части входного патрубка присоединяют сетчатый фильтр 15. В верхней части центрифуги 2 устанавливают электродвигатель 30, изготовленный во взрывозащищенном исполнении, вал 31 которого неподвижно присоединяют к верхней части цилиндрической камеры для отвода газов 26 на одной оси с осью входного патрубка 23. Патрубки для отвода воды 21 соединяют между собой соединительным патрубком для воды 33, патрубки для отвода жидкого углеводорода 22 соединяют между собой соединительным патрубком для жидкого углеводорода 34.
Центрифугу 2 устанавливают на палубе судна-нефтесборщика 8, снабженного нефтесборным танком 9. Подающий патрубок на электронасосе 1 и сетчатый фильтр 15 на центрифуге 2 соединяют между собой подающим шлангом 6. К соединительному патрубку для воды 33 подключают отводящий шланг для воды 32, свободный конец которого опускают в водоем/реку со стороны борта судна-нефтесборщика 8, противоположной месту установки на водной поверхности механизма для забора плавающих жидких углеводородов. К соединительному патрубку для жидкого углеводорода 34 подключают отводящий шланг для жидкого углеводорода 7, свободный конец которого опускают в нефтесборный танк 9.
При работе устройства для удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек механизм для забора плавающих жидких углеводородов опускают на водную поверхность, обеспечивая его устойчивость в условиях образования волн за счет жесткой конструкции из поплавков 3, стержней 4, соединяющих их монтажные плиты 10 с электронасосом 1, и сетки 5. Одновременно включают электронасос 1 механизма для забора плавающих жидких углеводородов и электродвигатель 30 механизма для отделения воды от жидких углеводородов. Откачиваемая водо-углеводородная смесь, проходящая через сетку 5 под тарелки 12 поступает во внутреннюю полость заборных патрубков 13, далее через всасывающий патрубок 14 - в электронасос 1, через подающий патрубок 11 - во внутреннюю полость подающего шланга 6, через сетчатый фильтр 15 - во внутреннюю полость входного патрубка 23 и во внутреннюю полость барабана 17 центрифуги 2. При вращении барабана 17 на промежуточном кольце 35, осуществляемого под воздействием приводного вала 31 электродвигателя 30, его радиальные лопатки 18 обеспечивают создание необходимой центробежной силы для водо-углеводородной смеси, поступившей во внутреннюю полость барабана 17, под воздействием которой отсепарированная вода через перепускные клапаны 19 поступает в цилиндрическую камеру для отделения воды 24, затем - во внутренние полости патрубков для отвода воды 21, соединительного патрубка для воды 33, отводящего шланга для воды 32 и далее - в водоем/реку со стороны борта судна-нефтесборщика 8, противоположной месту установки на водной поверхности механизма для забора плавающих жидких углеводородов. Отсепарированный жидкий углеводород поднимается во внутреннюю полость средней конической части барабана 17, через отводы для жидкого углеводорода 20 поступает в коническую камеру для отделения жидкого углеводорода 25, затем - во внутренние полости патрубков для отвода жидкого углеводорода 22, соединительного патрубка для жидкого углеводорода 34, отводящего шланга для жидкого углеводорода 7 и далее - в нефтесборный танк 9 судна-нефтесборщика 8. При этом перегородка 27, закрепленная на корпусе 16, предотвращает поступление перетекание воды из цилиндрической камеры для отделения воды 24 в коническую камеру для отделения жидкого углеводорода 25. Отсепарированный газ, проходя между торцевой гранью отбойника 28 и внутренней поверхностью барабана 17, поступает во внутреннюю полость цилиндрической камеры для отвода газов 26 и далее - во внутреннюю полость патрубков для отвода газов 29.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается повышение эффективности удаления аварийных разливов жидких углеводородов с поверхности судоходных водоемов и рек за счет обеспечения возможности сепарации воды, жидких углеводородов и газов при откачке водо-углеводородной смеси с водной поверхности.