ПЛАВУЧЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА РАЗЛИТОЙ ПО ВОДЕ НЕФТИ
FLOATING DEVICE FOR COLLECTION OF SPILT OIL IN WATER

Устройство относится к механической очистке воды от нефтепродуктов и может быть использовано для сбора разлитой по поверхности воды нефти.
Известно устройство для механической очистке воды от нефтепродуктов, представляющее собой нефтяную ловушку [патент RU №1712316]. Известное устройство содержит корпус, отстойную зону, камеру выделения нефтепродуктов, в которой расположены приемный лоток осветленной воды, полупогружная перегородка и приемник нефтепродуктов,
Камера выделения нефтепродуктов ограничена со стороны отстойной зоны водосливом практического профиля, причем переливная кромка приемника нефтепродуктов расположена ниже гребня водослива, но выше переливной кромки приемного лотка осветленной воды. Над гребнем водослива установлен щитовой регулятор расхода.
Нефтяная ловушка обеспечивает эффективное отделение нефтепродуктов при ламинарном движении жидкости и высокую надежность работы за счет исключения движущихся элементов конструкции, преимущественно в оборотном водоснабжении промышленных предприятий, но практически не применима для сбора разлитой по воде нефти на морских акваториях.
Известны также устройства для сбора разлитой по воде нефти [патент US №3702297, заявка РСТ WO 90/12157, патент RU №2081967]. Эти устройства содержат установленный на плавучем средстве корпус с узлом вращающихся в вертикальной плоскости щеточных пластин, средством для съема нефти со щеток, резервуаром для собранной нефти и гидронасосом, приводное оборудование.
Наиболее близким аналогом является известное устройство [патент RU №2081967], предназначенное для сбора разлитой по поверхности воды нефти и являющееся более универсальным по сравнению с известными устройствами [патент US №3702297; заявка РСТ WO 90/12157].
Сущность известного устройства [патент RU №2081967] для сбора разлитой по воде нефти заключается в том, что между двумя продольными поплавками смонтирован корпус, в котором размещен, по крайней мере, один узел вращающихся щеточных пластин, средство для съема нефти со щеток и резервуар для собранной нефти. Корпус установлен с возможностью вертикального и продольного относительно поплавков возвратно-поступательного перемещения. За счет такого выполнения устройство может перемещаться по суше, опираясь поочередно на поверхность земли корпусом и поплавками. Находясь на поверхности воды, покрытой нефтью, вращающиеся щетки собирают нефть, а устройство для съема нефти со щеток направляет нефть в резервуар для собранной нефти.
Известное устройство [патент RU №2081967] отличается от аналогов [патент US №3702297; заявка РСТ WO 90/12157] тем, что плавучее средство выполнено в виде двух продольных поплавков, а корпус установлен между поплавками с возможностью вертикального и продольного относительно них возвратно-поступательного перемещения, причем приводное оборудование размещено в корпусе. Продольное и вертикальное перемещения корпуса осуществляются гидроцилиндрами. При этом позади корпуса установлены туннелеобразные кожухи, имеющие защитные донные плиты.
Кроме того, корпус снабжен криволинейной защитной радиальной пластиной, охватывающей заднюю часть узла щеточных пластин. Причем верхняя часть защитной радиальной пластины может быть съемной. Предпочтительно, что защитная радиальная пластина представляет собой заднюю стенку резервуара для собранной нефти.
Плавучее устройство [патент RU №2081967] имеет широкое использование.
В открытом море это устройство может быть соединено с головным судном при помощи одного или нескольких выступающих заграждений, установленных по боковым сторонам головного судна, и, таким образом, собственные нефтезадерживающие заграждения могут быть расположены так, чтобы выступать наклонно вперед от передних концов поплавков. И наоборот, данное устройство может быть прибуксировано, особенно если оно относительно большое и имеет несколько узлов щеточных пластин.
Гребные винты обычно располагают в туннелеобразных кожухах, включая нижние пластины, которые защищают их от касания с землей на мелководье с многочисленными выступающими со дна породами.
В порту или на узких фарватерах между скалами устройство, в основном, может плавать автономно с помощью собственного приводного оборудования с гребными винтами или винтами у киля, где заграждение, например из алюминия, прикрепляют к переднему краю поплавков так, что оно выступает наклонно вперед и наружу, а нефть собирается в мягких резервуарах, которые бросаются после заполнения и могут потом быть подобраны следующим за ним судном.
Данное плавучее средство может быть также поставлено на якорь снаружи загрязненного берега, когда заграждения располагают напротив берега, которые потом могут быть очищены струей воды, т.е. нефть смывают в воду, а затем собирают данным устройством для сбора нефти.
Наряду с достоинствами известного устройства [патент RU №2081967] по сравнению с аналогами [патент US №3702297; заявка РСТ WO 90/12157] оно обладает и недостатками, основным из которых является необходимость очистки ограждений струей воды (нефть смывают в воду), что существенно усложняет процесс сбора нефти с водной поверхности, а также является предпосылкой к нарушению экологии на данной водной акватории.
Кроме того, очистка воды от нефти только с использованием щеток не позволяет выполнить надлежащую (качественную) очистку. В воде после очистки ее щетками будут присутствовать нефтяные взвеси и сгустки, которые вместе с водой, спадающей со щеток, будет опять попадать на водную акваторию.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности очистки загрязненных водных акваторий нефтепродуктами.
Поставленная задача решается за счет того что в устройстве, представляющим собой плавучее устройство для сбора разлитой по воде нефти, содержащее установленный на плавучем средстве корпус с узлом вращающихся в вертикальной плоскости щеточных пластин, средством для съема нефти с щеток, резервуаром для собранной нефти и гидронасосом, приводное оборудование и бункер, плавучее средство выполнено в виде двух продольных поплавков, а корпус установлен между поплавками с возможностью вертикального и продольного относительно них возвратно-поступательного перемещения, причем приводное оборудование размещено в корпусе, и снабженное гидроцилиндрами вертикального и продольного перемещения корпуса, туннелеобразными кожухами, установленными позади корпуса и имеющими защитные донные плиты, корпус снабжен выступающими заграждениями с распорками, в отличие от прототипа, выступающие заграждения с распорками, в нижней части соединены между собой поддоном, а в верхней части соединены между собой посредством капота, распорки сочленены с гидроприводом, заграждения выполнены полыми, с размещенными внутри трубами с входными отверстиями, выполненными в виде сопла, а другая оконечность труб соединена с турбовентилятором, установленным в корпусе, в корпусе также размещены горизонтальная роторная установка возвратно-поступательного перемещения роторов, которые снабжены пластинчатыми щетками, резервуар разделен на камеры, включающие камеры механической очистки воды от нефти, камеру для складирования нефтяных образований, камеру размещения вспомогательного оборудования, камеру для размещения горизонтальной роторной установки возвратно-поступательного перемещения роторов, фильтровальную камеру с устройством ввода сорбентов или коагулянтов, сочлененную через фильтр с камерой, выполненной в виде нефтяной ловушки, плавучее устройство также снабжено горизонтальным и вертикальным туннельным движителем и водонагревателем.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.
Фиг.1. Вид устройства в изометрии под углом, сзади.
Фиг.2. Вид устройства сверху.
Фиг.3. Схема резервуара.
Фиг.4. Блок схема турбовентилятора.
Фиг.5. Блок-схема нефтяного уловителя.
Устройство включает (фиг.1) корпус 1, поплавки 2, два выступающих заграждения 3 с распорками 4, вертикальные направляющие 5, вертикальные опоры 6, продольные рельсы 7, узлы крепления 8 вертикальных опор 6 и продольных рельсов 7 к поплавкам 2, гидроцилиндры 9, туннелеобразные кожуха 10, платформу 11, поддон 12, капот 13, трубопровод 14, сопло 15.
На фиг.2 позициями обозначены: позиции 1-11 в соответствии с позициями фиг.1. Позицией 16 обозначены два гидроцилиндра, которые предназначены для уравновешивания корпуса 1, т.е. для его продольного смещения вперед и назад по отношению к поплавкам 2 таким образом, чтобы получить оптимальный дифферент при сборе нефти, в нефтяной резервуар, вмонтированный в плавучее устройство. Позицией 17 обозначен турбовентилятор. Позицией 47 - нагреватель.
На фиг.1 и 2 щеточные пластины для сбора нефти, гидронасос, приводное оборудование и другие устройства согласно настоящему изобретению расположены в корпусе 1, смонтированном между двумя продольными поплавками 2, образующими плавучее средство.
Два выступающих заграждения 3 с распорками 4, а также поддон 12 и капот 13 простираются от корпуса 1 наклонно вперед и направляют нефть, разлитую на поверхности воды, в камеру резервуара с нефтесобирающими щетками.
В варианте исполнения, приведенном на чертежах, корпус 1 имеет на своих углах вертикальные направляющие 5, закрепленные с возможностью скольжения на вертикальных опорах 6, установленных неподвижно на поплавках 2. Вертикальные опоры 6 соединены между собой с помощью не менее одного продольного рельса 7, проложенного с двух сторон корпуса 1. Места крепления вертикальных опор 6 и продольных рельсов 7 к поплавкам показаны позицией 8. Два симметрично расположенных гидроцилиндра 9 предназначены для подъема и опускания корпуса 1 по отношению к поплавкам 2, чтобы иметь необходимую посадку корпуса 1 в каждом конкретном случае.
Корпус 1 приспособлен предпочтительно для перемещения подобно салазкам, имеющим колеса, вдоль, например, рельсов 7.
Благодаря использованию принципа уравновешивания имеется возможность приспособить все данное устройство для передвижения по суше. Корпус 1 опускается таким образом, что поплавки 2 приподнимаются вверх в воздух, а затем они перемещаются вперед и корпус 1 поднимается, перемещаясь вперед или назад по необходимости и т.д.
Плавучее устройство также снабжается приводным оборудованием на базе дизеля, расположенным в корпусе 1 и содержащим один или несколько гребных винтов в килевой части. Как показано на фиг.1 и 2, гребные винты установлены в туннелеобразных кожухах 10, содержащих предпочтительно донные плиты, не показанные на чертежах. Кожухи 10 защищают гребные винты в рабочем состоянии на мелководье, где возможны многочисленные выступающие скалы. Особенно в тех случаях, когда плавучее устройство встает на якорь, например близко к берегу, то гребные винты создают засасывающий поток от передней части корпуса 1.
Вблизи плоской платформы 11 располагают различные рабочие органы данного устройства, известные сами по себе и не изображенные на чертежах.
Схема резервуара (фиг.3) включает корпус 1, который разделен на камеры 18 и 19 механической очистки воды от нефти, камеру 20 для складирования нефтяных образований, камеру 21 для размещения необходимого вспомогательного оборудования, включая насос 22, камеру 23, в которой размещена горизонтальная роторная установка 24 возвратно-поступательного перемещения роторов, устройство 25 ввода сорбентов, фильтровальную камеру 26, камеру 27, выполненную в виде нефтяной ловушки, камеру 28, представляющую собой бункер-отстойник. Внутри корпуса 1 также установлен фильтр 29, гребнеобразные элементы 30 для съема нефти со щеточных пластин 51 и 52. Камера 20 для складирования нефтяных образований снабжена узлом 49, выполненным в виде жалюзийной решетки с пересыпной полкой под ней, который предназначен для перемещения в бункер 48 загустевшей нефтяной массы.
Корпус 1 снабжен также впускными и выпускными узлами 31, расположенными как на внешней поверхности корпуса 1, так внутри корпуса 1 между камерами.
Блок-схема турбовентилятора 17 (фиг.4) включает турбину 32, компрессор, редуктор 34, мотор-генератор 35, возбудитель 36, нагнетатель 37 и предназначен для подачи воздуха под давлением в трубопроводы 14.
Нефтяная ловушка 27 (фиг.5) включает корпус 38, отстойную зону 39, приемник нефтепродуктов 40, полупогружную перегородку 41, щитовой регулятор расхода 42, трубопровод 43 отвода нефтепродуктов, трубопровод 44 подвода сточной воды, трубопровод 45 отвода осветленной воды, лоток 46 сбора осветленной воды.
Нефть собирается посредством узла щеточных пластин 51 и 52. При этом щеточные пластины 51, как и в прототипе, ориентированы в вертикальной плоскости, а щеточные пластины 52 - в горизонтальной плоскости. Нефть снимается посредством гребнеобразных элементов 30. Отдельные щеточные пластины соответственно 51 и 52 разнесены по оси друг от друга так, что вода может течь между пластинами и стекать вниз между щетками, когда они оказываются над поверхностью воды.
Нефть, удаленную со щеточных пластин, можно засасывать насосом по трубопроводу, соединенному через муфту с, например, расположенным рядом судном. И наоборот, нефть собирают в нефтяные мягкие резервуары или в отдельную нефтяную цистерну.
Вода, спадающая со щеток, может протекать через отверстия, предусмотренные в боковых стенках щеточного узла.
Нагреватель 47 выполнен виде цилиндра, на стенках которого установлены нагревательные элементы, выполненные в виде плоских пружин из нихрома, которые изолированы теплоизоляцией, которая выполнена в виде набора полостей, заполненных стекломатериалом и предназначен для нагрева забортной воды, предназначенной для обмыва узлов щеточных пластин 51 и 52.
Узел щеточных пластин 52 выполнен в виде горизонтальной роторной установки 24 возвратно-поступательного перемещения роторов, которые снабжены пластинчатыми щетками, которая размещена в камере 23.
Сбор разлитой на водной акватории нефти (например, в результате аварии танкера или аварии на морской добывающей платформе, или при аварии на магистральном подводном трубопроводе) посредством предлагаемого плавучего устройства осуществляется следующим образом.
Посредством турбовентилятора 17 и трубопроводной системы осуществляется затягивание поверхностного слоя водной поверхности вместе с нефтяной пленкой, включающей легкие фракции, которые по трубопроводной системе поступают в камеры 18 и 19.
Одновременно осуществляется очистка водной поверхности посредством узлов щеточных пластин 51 и 52. Продукт очистки, снятый посредством гребнеобразных элементов 30 для съема нефти со щеток, через соответствующие выпускные узлы 31 поступает в камеру 20 для складирования нефтяных образований в виде тягучей массы, которая впоследствии посредством узла 49 направляется в бункер 48 и в дальнейшем может быть использована в качестве ингредиента для получения битумного сырья.
Водный раствор с нефтяными примесями посредством насоса 22 через выпускной узел 31 направляется в фильтровальную камеру 26, в которую подается коагулянт посредством устройства 25 ввода сорбентов или коагулянтов для разрушения нефтяной эмульсии.
Для повышения степени очистки в качестве коагулянтов может быть применен раствор, полученный после обработки изгонолитейного шлака соляной кислотой [авторское свидетельство СССР №1439083], или в качестве коагулянта используют хлоризолропилат алюминия или в виде отхода химико-фармацевтической промышленности, образующегося на стадии разложения каталического комплекса производства левомицетина (см., например, описание к [авторское свидетельство СССР №1439085], или гомополимер диметилдиаллиламмоний хлорида, или 0,1-30%-ный водного раствора гомополимера диметилдиаллиламмония хлорида, содержащего 5-10 мас.% мономера и имеющего вязкость 16000-32000 мПа·С, измеренную в 38%-ном водном растворе при температуре 25 градусов [авторское свидетельство СССР №1456000], или деэмульгатор, содержащий в качестве алкилсульфоната натриевую соль сульфированного отхода производства сульфонала на основе керосина и дополнительно содержащий сополимер этилена с пропиленом с мол.м. 5600-60000 с молярным соотношением звеньев пропилена и этилена (35-48):(65-52) соответственно, при массовом соотношении натриевой соли сульфинированного отхода и сополимера в деэмульгаторе (1,5-3):1 [авторское свидетельство СССР №1456451].
После очистки от нефтяной эмульсии водный раствор через фильтр 29, в качестве которого используется биореагент на основе торфа [патент RU №2081967], направляется в камеру 27, выполненную в виде нефтяной ловушки, аналогом которой является устройство, приведенное в описании к [патенту RU №1712316], которая обеспечивает отделение оставшихся после механической очистки и фильтрации нефтепродуктов.
В конкретном варианте реализации в качестве движителей применены туннельные движители в горизонтальном и вертикальном исполнении, которые установлены по обоим бортам и обеспечивают стабилизацию и маневрирование плавучего устройства на волнении при выполнении работ по очистке водных акваторий.
По сравнению с аналогами и прототипом, реализация предлагаемого технического решения за счет того, что выступающие заграждения с распорками в нижней части соединены между собой поддоном, а в верхней части соединены между собой посредством капота, распорки сочленены с гидроприводом, заграждения выполнены полыми, с размещенными внутри трубами с входными отверстиями, выполненными в виде сопла, а другая оконечность труб соединена с турбовентилятором, установленным в корпусе, в корпусе также размещены горизонтальная роторная установка возвратно-поступательного перемещения роторов, которые снабжены пластинчатыми щетками, резервуар разделен на камеры, включающие камеры механической очистки воды от нефти, камеру для складирования нефтяных образований, камеру, камеру размещения вспомогательного оборудования, камеру для размещения горизонтальной роторной установки возвратно-поступательного перемещения роторов, фильтровальную камеру с устройством ввода сорбентов или коагулянтов, сочлененную через фильтр с камерой, выполненной в виде нефтяной ловушки, плавучее устройство также снабжено горизонтальным и вертикальным туннельным движителем и водонагревателем, позволяет повысить надежность очистки с выполнением экологических требований.
При катастрофических разливах нефтепродуктов на водных акваториях, охватывающих значительные площади, плавучее устройство может быть выполнено на базе судна - катамарана, имеющего двойной корпус. При этом рабочие органы очистного оборудования могут быть размещены в пространстве между корпусами и в скегах, а также использованы судовые коммуникации и оборудование.