Секция бонового заграждения

Полезная модель предназначена для удержания и уничтожения нефти и нефтепродуктов, находящихся (разлитых) на водной поверхности.
В настоящем описании некоторые термины и понятия используются в следующем толковании:
бон - плавучий элемент (секция) бонового заграждения;
боновое заграждение - плавучее заграждение, служащее для предотвращения растекания нефтепродуктов по водной поверхности. Составлено из сцепленных концами бонов, но в предельном случае может состоять из одного бона;
элементы плавучести - детали или узлы бона, обеспечивающие его плавучесть. Могут быть выполнены надувными, либо цельными из плавучего материала, либо в виде оболочек, заполненных плавучим материалом;
кран - в данном описании является эквивалентным термину «клапан»;
направленный распылитель - устройство, распыляемое подаваемую в него жидкость в определённом телесном угле, определяемом его конструкцией;
нефтепродукт - нефть, мазут, дизельное топливо, масла и другие углеводороды, являющиеся загрязнениями;
признаки «нижний» и «верхний» - относятся к элементам заграждения, когда оно находится в рабочем положении, то есть на плаву;
препарат - жидкий бактериальный препарат или химический реагент для уничтожения или нейтрализации загрязнения нефтепродуктами;
пятно - участок акватории, покрытый нефтепродуктами;
распылитель - синоним термина пульверизатор - устройство для диспергирования, то есть распыления подаваемой в него жидкости;
шлёвка - полоска материала, прикреплённая обоими концами к основанию с возможностью введения под неё предмета, в данном описании - трубопровода.
-юбка бона - подводная часть бона, несколько заглублённая под водной поверхностью, служащая для предотвращения перетекания нефтепродуктов под боном при волнении. Обычно включает балласт, или пригрузы, для придания юбке правильного пространственного положения. В уровне техники иногда называется балластной завесой [RU2117095] или шторкой [RU2217548].
Известен ряд боновых заграждений, предназначенных для локализации и сбора нефти и нефтепродуктов с водных поверхностей.
Так, в [RU200395] боновое заграждение состоит из соединённых между собой отдельных заполненных сорбирующим материалом секций, заключённых в сетчатые оболочки. Недостатком устройства является его ограниченная сорбционная ёмкость, требующая периодического извлечения из воды и утилизации секций, насыщенных нефтепродуктами, и замены их на новые.
В [RU2158801] боновое заграждение включает последовательно соединённые между собой цилиндрические секции (боны), эластичные гидрофобные сетчатые оболочки которых заполнены материалом, поглощающим нефтепродукты, и поплавки, размещённые в местах соединений секций. Недостаток известного заграждение тот же, что и предыдущего. Кроме того, в ходе утилизации устройства требуется отделение поплавков от сетчатых оболочек и возврат поплавков к месту сборки боновых устройств. Поскольку утилизация и сборка происходят вдали от места сбора нефтезагрязнений, появляются дополнительные расходы на транспортировку высвобожденных поплавков.
В [RU2158800, RU2183231 и RU2236502] боновые заграждения состоят из плавучего сердечника, вокруг которого расположена трубчатая оболочка, изготовленная из гидрофобного олеофильного нетканого материала, обладающего высокой сорбирующей способностью к нефтепродуктам. Недостатки этих устройств те же, что и у предыдущего.
Известно подобное сорбирующее боновое заграждение [RU2260652], выполненное в виде матов из ткани, заполненных очищающим составом, включающим алюмосиликаты, органические вещества и минеральные удобрения, которые служат для биогенного питания углеводородокисляющих бактерий. Срок службы таких устройств больше, чем у вышеописанных, но время очистки акватории от загрязнения сравнительно велико, поскольку бактерии вначале должны поселиться и размножиться в очищающем составе.
От этого недостатка свободны боновые заграждения, в которых сорбирующий материал заранее пропитан составом из углеводородокисляющих бактерий [RU2275466, RU108050, US8696243]. Однако эти бактерии - живые существа, которые болеют, могут мутировать, терять жизнеспособность или способность окислять нефтепродукты. Поэтому такие боновые заграждения должны изготавливаться непосредственно на месте и незадолго до применения. При этом вселяемая в них бактериальная культура должна соответствовать виду загрязнения, солёности и температуре воды и воздуха.
Известны способы очистки воды, почвы и поверхностей от нефтяных загрязнений, при которых в загрязнённую среду вносят дрожжевой [RU2007372] или бактериальный [RU2031860] препарат. Однако способы внесения или нанесения препаратов на водную поверхность в уровне техники не раскрыты. Описанные в вышеуказанных патентах результаты относятся к экспериментам, в которых экономическая сторона вопроса о нанесении препаратов не имела значения.
Известно боновое заграждение, включающее плавучий корпус и юбку (балластную завесу), снабжённое узлом охлаждения корпуса. Узел охлаждения выполнен из тонкостенной стали в виде надувного рукава (трубопровода) с перфорированными, часто расположенными, отверстиями по бокам, к которому подсоединены патрубки для подачи воды [RU2117095]. Заграждение может быть сложено в ленту и намотано на барабан, что удобно для транспортировки.
Недостаток известного заграждения состоит в том, что вода, вытекающая из отверстий узла охлаждения, стекает непосредственно на стенки плавучего корпуса, охлаждая его в случае горения разлитого нефтепродукта. Распространяться вдаль, чтобы оросить значительную часть поверхности пятна, она не может. А повышение давления в рукаве потребует многократного повышения его прочности и, следовательно, веса. Кроме того, утрата герметичности корпуса, например вследствие столкновения с плавающими предметами, приводит к затоплению заграждения.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности является боновое заграждение, включающее плавучий корпус и юбку (балластную завесу), снабжённое установленными на верхней части корпуса трубопроводом и распылителями, предназначенными для орошения огнетушащей жидкостью поверхности воды, примыкающей к корпусу [GB 843131].
Так же как и в предыдущем аналоге, утрата герметичности корпуса, например вследствие столкновения с плавающими предметами, приводит к затоплению заграждения. Распылители известного устройства не в состоянии орошать своими струями участки акватории, сколько-нибудь удалённые от заграждения, поскольку давление в трубопроводе падает по мере удаления от его входного конца, а индивидуальная регулировка расхода жидкости через распылители известным устройством не предусмотрена. Кроме того, известное устройство не в состоянии направлять струи жидкости в определённое место нахождения нефтяного пятна, поскольку регулировка направления и угла рассеяния распыляемых струй известным устройством не предусмотрена.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для эффективного нанесения состава, включающего микроорганизмы с высокой деструктирующей способностью к нефтепродуктам, либо химического реагента, способного осаждать нефтепродукты на дно водоёма.
Предложенная секция бонового заграждения предназначена для локализации и биологической очистки поверхности водоёма от загрязнений нефтепродуктами.
Технические результаты от применения предложенного устройства состоят в расширении функциональных возможностей как секции, так и выполненного из секций бонового заграждения, а также в повышении живучести секции в случае внешних на неё воздействий за счёт сохранения её плавучести.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в секции бонового заграждения, содержащей корпус, юбку, трубопровод для подачи жидкости и установленные над корпусом распылители, корпус выполнен гибким и включает отдельные элементы плавучести, в промежутках между которыми установлены средства для закрепления распылителей, а распылители выполнены с возможностью регулирования углов рассеяния распыляемой жидкости в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Кроме того, средства для закрепления распылителей выполнены в виде открытых сверху карманов, а распылители установлены на пластинах, нижний конец которых входит в карманы.
Кроме того, на корпусе установлены шлёвки для закрепления под ними трубопровода.
Кроме того, трубопровод выполнен гибким.
Кроме того, трубопровод подключён к распылителям через двухканальные разветвители.
Кроме того, распылители подключены к трубопроводу через регулирующие краны.
Благодаря установке на корпусе подключённых к трубопроводу распылителей, выполненных с возможностью регулирования углов рассеяния распыляемой жидкости в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расширяются функциональные возможности бонового заграждения, которое помимо свойства ограничивать растекание нефтяного пятна приобретает способность уничтожать его посредством орошения составом из микроорганизмов и биогенного питания с высокой деструктирующей способностью к нефтепродуктам, либо химическим реагентом, осаждающим нефтепродукты на дно (далее - препаратом). Распылители распыляют препарат над пятном загрязнений, уничтожая их без применения устройств, внешних по отношению к бонам. Таким образом, боновое заграждение становится средством не только для локализации загрязнений нефтепродуктами, но и для их удаления.
Благодаря выполнению распылителей с возможностью регулирования углов рассеяния распыляемой жидкости в горизонтальной и вертикальной плоскостях повышается экономичность удаления загрязнений, поскольку струя диспергированного препарата направляется только на нефтяное пятно. Это предотвращает бесцельный расход препарата.
Благодаря выполнению плавучего корпуса с отдельными элементами плавучести появляется возможность его складывания по участкам гибкого материала между элементами плавучести, корпус становится гибким. Это облегчает транспортирование секции, поскольку её длина может быть уменьшена сложением в пакет. Если элементы плавучести надувные, их разделение повышает живучесть секции, поскольку она остаётся на плаву при повреждении одного из элементов. В промежутках между элементами плавучести могут быть установлены средства для закрепления распылителей.
Благодаря тому, что средства для закрепления распылителей выполнены в виде открытых сверху карманов, а распылители установлены на пластинах, нижний конец которых входит в карманы, обеспечивается точная установка и фиксация распылителей на корпусе. Это обеспечивает точную пространственную ориентацию распылителей, необходимую для правильной настройки создаваемых ими струй с целью равномерного покрытия препаратом нефтяного пятна. Это также позволяет производить монтаж и демонтаж распылителей без применения инструмента, что важно в условиях волнения.
Благодаря тому, что распылители выполнены с возможностью регулирования углов рассеяния распыляемой жидкости в горизонтальной и вертикальной плоскостях, предложенное боновое заграждение может использоваться для уничтожения нефтяных пятен самых различных конфигураций и площади при минимальном расходе препарата. Это расширяет его функциональные возможности.
Благодаря установке на секции шлёвок для закрепления под ними трубопровода упрощается конструкция секции, облегчается и ускоряется её монтаж, обеспечивается беспрепятственное скатывание секции в рулон или складывание при подготовке к перевозке.
Благодаря выполнению трубопровода гибким облегчается его монтаж на секциях и присоединение к распылителям, расширяются функциональные возможности бонового заграждения за счёт того, что гибким может быть не только ограждение в сборе, но и каждая его секция.
Благодаря подключению трубопровода к распылителям через двухканальные разветвители обеспечивается удобство монтажа и демонтажа распылителей, сокращается количество элементов системы распыления.
Благодаря подключению распылителей к трубопроводу через регулирующие краны достигается экономия распыляемого препарата в случаях, если заграждение имеет изгибы и области орошения от смежных распылителей перекрываются.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображён пример оптимального конкретного выполнения секции бонового заграждения. Для наибольшего увеличения с целью показа мелких деталей чертёж секции повёрнут в вертикальное положение. При этом верхняя часть секции обращена к левому краю листа.
На фиг. 2 показан внешний вид фрагмента секции с установленным распылителем в рабочем положении.
На фиг. 3 показана схема применения предложенной секции в составе бонового заграждения.
В простейшем случае, представленном в независимом пункте формулы, секция бонового заграждения представляет собой протяжённый плавучий корпус с утяжелённой юбкой в нижней части, по которому проходит трубопровод для подачи жидкого препарата, подключённый к распылителям препарата, установленным с определённым шагом на корпусе. Благодаря такому выполнению боновое заграждение, помимо основной функции предотвращения растекания пятна загрязнений, становится способным это пятно уничтожать. Для удобства перевозки, монтажа и оптимизации длины заграждения оно может быть разделено на секции, соединяемые друг с другом непосредственно на воде или на борту судна-постановщика.
Ниже подробно описан вариант такого оптимального секционированного бонового заграждения.
Основой секции бонового заграждения является плавучий корпус 1 (фиг. 1), выполненный в виде гибкого полотна из полимерно-тканевого материала с двухсторонним покрытием из поливинилхлорида. По концам корпус скреплён с оконечными соединителями 2, выполненными, например, в виде быстроразъёмной Z-образной конструкции.
Плавучесть корпусу 1 придают скреплённые или составляющие одно целое с ним элементы плавучести 3, которые могут быть надувными либо выполненными в виде оболочек, наполненных лёгким материалом, например вспененным полиэтиленом.
Подводная часть 4 корпуса 1, называемая юбкой бона, служит для предотвращения утечки нефтепродукта под боном. В нижней части она имеет продольный карман 5, через который пропущена утяжеляющая цепь 6, скреплённая по концам с оконечными соединителями 2.
Верхняя часть корпуса 1 имеет продольный карман 7, через который пропущен канат 8, стальной или из полимерного материала, служащий для снятия нагрузки с полотна корпуса. По концам он скреплён с оконечными соединителями 2.
К верхней части корпуса 1 прикреплены петли 9, используемые при переноске секции.
В промежутках между элементами плавучести 3 к полотну корпуса прикреплены открытые сверху карманы 10, предназначенные для установки в них пластин 11, к которым хомутами 12 (фиг. 2) прикреплены направленные распылители 13. В зависимости от конфигурации линии заграждения и размеров нефтяного пятна распылители 13 могут быть установлены не в каждый из карманов 10, а, например, через один.
Непосредственно под элементами плавучести 3 в верхней части юбки 4 с ней скреплены шлёвки 14 для крепления гибкого трубопровода (шланга, рукава) 15, служащего для подачи жидкого препарата к распылителям 13 (фиг. 2). Шлёвки могут быть выполнены в виде полосок из полимерно-тканевого материала, прикреплённого, например приваренного, концами к юбке 4.
С распылителями 13 трубопровод 15 соединён быстроразъёмными соединителями 16. К крайнему распылителю секции (показан в нижней (левой) части фиг. 1) ответная часть соединителя 16 присоединена непосредственно, а к промежуточным - через двухканальные разветвители 17. Быстроразъёмные соединители 18 также установлены на концах трубопровода секции. Таким образом, трубопровод 15 состоит из отрезков гибкого шланга (рукава) с разъёмами по концам.
Давление препарата в трубопроводе 15 падает по мере удаления от подающего препарат компрессора. Для достижения равномерного расхода распыляемого препарата промежуточные распылители 13 могут присоединяться к трубопроводу 15 через регулирующие краны или клапаны 19, с помощью которых выравнивают размеры факелов распыляемого препарата.
В составленное из секций боновое заграждение могут быть также включены соединительный трубопровод 20, насос для подачи препарата 21 и ёмкости (баки) 22 и 23 для реагента и воды с необходимой коммутационной (краны) и трубопроводной (шланги) арматурой 24 (фиг. 3).
Используют предложенные секции бонового заграждения следующим образом.
Предварительно на берегу или на палубе раскладывают полотно плавучего корпуса 1 с элементами плавучести 3 и прикрепляют к его концам болтами оконечные соединители 2. Через карманы 5 и 7 продёргивают цепь 6 и канат 8 и скрепляют их концы с оконечными соединителями 2.
Продёргивают через шлёвки 14 отрезки трубопровода 15, а затем вставляют в карманы 10 пластины 11 с прикреплёнными к ним хомутами 12 направленными распылителями 13. Соединяют отрезки трубопровода 15 с распылителями. В случае использования надувных элементов плавучести 3 наполняют их воздухом.
Соединяют секции между собой с помощью оконечных соединителей 2. Соединяют трубопроводы смежных секций. По мере сборки спускают соединённые секции на воду.
После установки бонового заграждения на акватории 25 (фиг. 3) соединяют его трубопровод 15 через соединительный трубопровод 20 с насосом 21, соединённым через шланги и краны с баком 22, содержащим препарат, и баком 23, содержащим воду. Вначале из бака 23 подают в насос 21 воду, включают насос и, передвигаясь на лодке вдоль заграждения, регулируют кранами 19 давление воды на каждом распылителе 13, добиваясь равномерного или такого, какой требует конфигурация нефтяного пятна 26, расхода воды через каждый распылитель. Одновременно настраивают каждый распылитель так, чтобы орошаемая им площадка была в пределах нефтяного пятна и чтобы площадки орошения каждым из распылителей не перекрывались.
После того, как система орошения настроена, в трубопровод подают препарат и орошают им нефтяное пятно. На фиг. 3 плавучие корпусы 1 отдельных секций заграждения условно обозначены прямыми линиями. На самом деле в силу гибкости корпусов линия заграждения представляет собой плавную кривую.
Боновое заграждение из предложенных секций может быть использовано и для уничтожения нефтепродуктов, выброшенных прибоем на берег. Для этого его растягивают параллельно берегу и орошают из распылителей береговую полосу.
Перед демонтажем распылители 13 и трубопроводы 15 и 20 промывают водой из бака 23, освобождая их от остатков препарата.
В зависимости от ситуации в качестве препарата можно использовать либо бактериальный препарат, разлагающий нефтепродукт непосредственно на водной поверхности на месте, либо какой-либо химический реагент.
Наилучшие результаты были получены при использовании в качестве распыляемого состава суспензии биопрепарата DOP-UNI, включающей в себя консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов. Особенностью биопрепарата DOP-UNI является наличие в составе бактериальной композиции микроорганизмов с липофильными свойствами клеточной стенки. Это позволяет этим микроорганизмам не рассеиваться в водной толще, а концентрироваться («прилипать») на поверхности углеводородной фазы с последующим проникновением в толщу углеводорода, где происходит их дальнейшее размножение с использованием углеводорода в качестве источника углерода. При этом, находясь в плёнке нефтепродукта, микроорганизмы становятся защищёнными от выедания планктонными обитателями водной среды и замещения аборигенной микрофлорой. В реальных условиях распыление суспензии микроорганизмов биопрепарата DOP-UNI на поверхность нефтяной плёнки привело к быстрому очищению водной поверхности.
Ниже представлены два примера, свидетельствующие о достижении заявленного технического результата.
2
Пример 1. Боновое заграждение, состоящее из шести десятиметровых секций, растягивалось вдоль берега, из-под которого постоянно сочилась когда-то разлитая нефть. Концы заграждения примыкали к берегу и даже частично заходили на него. Общая площадь охватываемой заграждением поверхности составляла около 100 м. На каждой секции было установлено по два распылителя, настроенных на полное покрытие очищаемой поверхности (радиус распыления 6 м). После появления радужной плёнки и заполнения ею всей охваченной заграждением акватории плёнку покрывали активированной суспензией биопрепарата DOP-UNI, подаваемой к распылителям центробежным насосом под давлением 1-3 ати.
Суспензию биопрепарата приготавливали разведением 1 кг сухой формы биопрепарата DOP-UNI, имевшего титр живых клеток не менее 106 КОЕ/г, в 100 л воды с температурой 23°C с добавлением 30 г пищевого диаммоний сульфата. Микрофлору активировали путём барботирования суспензии биопрепарата в течение 24 ч.
Рабочий цикл длился 10 мин. Расход жидкой суспензии биопрепарата составил 90 л. Радужная плёнка исчезла через 30 мин. Поверхность боновых заграждений, водная поверхность и береговая линия стали чистыми.
В таком режиме система работала в течение 3 месяцев, включаясь по мере покрытия высачивающейся из-под берега нефтью поверхности огороженной бонами акватории. Для поддержания жизнеспособности биопрепарата приготовленную суспензию периодически барботировали (2-3 ч/сут).
3
3
2
Пример 2. Место проведения испытаний то же, что и в примере 1. Жидкая форма биопрепарата DOP-UNI с титром живых клеток не менее 107 КОЕ/г активации не требовала. После появления радужной плёнки готовили рабочий объем биопрепарата. Для этого в ёмкость общим объёмом 0,2 м внесли 1 л жидкой формы биопрепарата DOP-UNI, добавили 0,1 м воды с температурой 23°С и 30 г пищевого диаммоний фосфата. Суспензию перемешивали методом барботирования в течение 10 мин и подавали с использованием центробежного насоса под давлением 1-3 ати на форсунки бонового заграждения. Распылительные форсунки были настроены на полное покрытие обрабатываемой поверхности (радиус распыления 6 м). Радужная плёнка исчезала через 30 мин. после обработки. Расход рабочей суспензии составил 40 л. Оставшаяся суспензия использовалась при повторном высачивании нефтепродукта. Приготовленного раствора хватало на обработку 100 м поверхности.
При использовании бонового заграждения из предложенных секций все трудозатраты по уничтожению загрязнения сводились к тому, чтобы пополнять запасы суспензии и включать по мере необходимости насос, подающий её на заграждение.