Устройство для сбора нефти с поверхности воды

 

Изобретение относится к защите окружающей среды. Цель изобретения - повышение эффективности, снижение энергозатрат. Устройство включает замкнутую батарею гидроциклонов 1, расположенных по окружности и совмещенных передними стенками 2 и задними стенками 3 с входными отверстиями 4. Гидроциклоны 1 соединены между собой вертикальными перемычками 5. Трубопроводы 6 для отвода воды соединены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства, а нефтепроводы 8 собранной нефти соединены с коллектором 9 уловленной нефти, расположенным внутри коллектора 7 воды соосно с ним. Задняя направляющая стенка 3 каждого гидроциклона соединена с корпусом другого, расположенного за ним на окружности. Передняя и задняя направляющие стенки 2, 3 соединены между собой и с корпусом каждого гидроциклона горизонтальными и вертикальными перегородками с образованием полой камеры, а входное отверстие 4 выполнено расширяющимся кверху. Конструктивные особенности устройства обеспечивают повышение эффективности сбора нефти и снижение затрат энергии на перекачивание воды. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„152 36, A 1 (51)4 E 02 В .15/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗЯБЬ ым !

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕ1 ЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4303969/23-15 (22) 11.09.87 (46) 23.11.89. Бюл. и 43 (71) Новополоцкий политехнический институт им. Ленинского комсомола Белоруссии (72) В.K. Липский, A.Í. Панков и И.Н. Троицкий (53) 627.2(088.8) .(56) Патент США V 4024063, кл. Е 02 В 15/04, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Н 1017775, кл. E 02 В 17/00, 1981.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТИ С

ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ (57) Изобретение относится к защите окружающей среды. Цель изобретенияповышение эффективности, снижение энергозатрат. Устройство включает замкнутую батарею гидроциклонов 1, расположенных по окружности .и совмещенных передними стенками 2 и задними стенками 3 с входными отверстиями 4. Гидроциклоны 1 соединены между собой вертикальными перемычками 5.

Трубопроводы 6 для отвода воды соеди-

1523636 нены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства, а нефте-, ° проводы 8 собранной нефти соединены . с коллектором 9 уловленной нефти„ расположенным внутри коллектора 7 воды соосно с ним. Задняя направляющая стенка 3 каждого гидроциклона соединена с корпусом другого, расположенного за ним на окружности. Передняя и задняя направляющие стенки 2,3

Изобретение относится к. технике защиты водной среды, а именно к устройствам для сбора и разделения жидкостей с различным удельным весом, . растекшихся на поверхности водое- 2О мов, и может быть использовано для очистки от. нефтяных загрязнений. ак ваторий„морей, океанов, портов., гаваней, внутренйих водоемов., поверхности воды в резервуарах. 25

Целью изобретения является повышение эффективности работы, снижение ,энергоемкости.

На фиг. 1 изображено устройство, вид с Верху; не фиГ а 2 " то же, вид 3Q сбоку,* на фиг. 3 - построение стенок камер; на фиг. 4 - входное отверстие гидроци клона .

Устройство включает замкнутую батарею гидроциклонов 1, расположенных по окружности и снабженных передними

2 и задними 3 стенк= и и входными от-; верстиями 4. Гидроциклоны 1 соединены между собой вертикальными перемыч, ками 5. трубопроводами 6 для отвода 40 воды они соединены с коллектором 7 воды; расположенным в центре устройства, а трубопроводами 8 для собран-. ной нефти они соединены с коллектором

9 уловленной нефти, расположенным внутри коллектора 7 чистой воды соосно с ним. Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гидроциклона соединены меж" ду собой и образуют вертикальные кромки, находящиеся в плоскости, проходящей через центрь1 устройства и гидроциклонов, а задняя стенка 3 примыка.ет к входному отверстию 4 расположенного рядом против часовой стрелки

Ги цзоци клона е

Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гидроциклона 1 соединены между собой и с корпусом гидроциклона горизонтальными 10 и вертикальными 5 соединены между собой и с корпусом каждого гидроциклона горизонтальными и вертикальными перегородками с образованием полой камеры, а входное отверстие 4 выполнено расширяющимся кверху. Конструктивные особенности устройства обеспечивают повышение эффективности сбора нефти и сниженйе затрат энергии на перекачивание воды, 1 з.п. Ф-лы, 4 ил. перемычками и образуют пустотелую камеру. Камера совместно с гидроциклоном представляют собой секции устройст.ва, Секции крепятся между собой по окружности..радиусом R (фиг. 3, 0,0 >),. проходящим через центры гидроцикло-. нов, причем R=f(n), где п - количест" во секций (не менее трех).Так, например, для п=З и п=4 расстояние 0,0 по своему численному значению должно быть не менее диаметра гидроциклона (d), для n-=5 и п 6, 0,0 не менее

1, 5d „а для п=8 0,0 < бол ьше или ра вно 2d. и т.д. (из йостроения). .Рассматривая секцию устройства как единичный модуль, можно получить зависимость D=f (d) при n=const, где

D — диа мет р a>:ðóæíîñòè устройст ва (например, МИ, фиг.1).

Передняя направляющая стенка 2 пустотелой камеры каждой секции представляет собой боковую поверхность двух вертикальных цилиндров (фиг.3, точка S) и горизонтальной плоскости, которая пересекает боковые поверхности там, где их сопряжение отсутствует (фиг.3, поверхность XYS) Причем точка $ находится на пересечении окружности с радиусом О Г = 1,Ы из точки О и окружности радиусом 2,21, имеющей центр в точке К, полученной пересечением окружности радиуса 2,2d из точки Е и из точки И, причем точка И лежит на линии, проходящей через центр устройства и центр гидроциклона (расстояние между центром гидроциклона и точкой И равно 2,5в), а точка

Е расположена на пересечении оси 0,0< с окружностью корпуса гидроциклона, Внутренняя боковая цилиндрическая поверхность передней стенки 2 обра", зуется (фиг.3} радиусом SO<, проведенным из точки 5,, полученной пересечением дуг радиусом SOq из точек

5 152363 и 0>. Пересечение внутренней боковой поверхности передней стенки 2 с окруж4 ностью корпуса гидроциклона 1 Образует линию боковой верхней части кромки входного отверстия (фиг.3, точки

x).

Задняя направляющая стенка 3 камеры А представляет собой вертикальную поверхность, состоящую из плоской 1О вертикальной стенки, расположенной по касательной (фиг.3, линия NP) к корпусу гидроциклона В в точке Я, получаемой на пересечении окружности, проведенной рудиусом, равным d, из точки Z с окружностью корпуса гидроциклона В, причем линия NP равна величине d/2. Затем плоская вертикальная стенка переходит в цилиндрическую поверхность радиуса 3д (Фиг.3, 2о . линия РИ).

Перемычка 5 представляет собой вертикальную плоскую стенку, соединяющую плоскую вертикальную часть задней стенки 3 (фиг,3, линия NP} a 21 точке N с вертикальным цилиндрическим корпусом гидроциклона Б в точке

Е (фиг. 3, линия NZ}. Размер NZ равен d.

Входной канал гидроциклона секции

П (фиг. 3) образован частью передней направляющей стенки 2 собственной ка-. меры Г и частью задней плоской стенки 3 камеры А секции Х.

Входное отверстие каждого гидроциклона T. Выполнено, например, ступен..чато, расширенной частью вверх и узкой частью вниз. Причем ступени выполнены с той стороны, к которой присо единяется передняя направляющая стенка камеры. Общая высота Отверстия b равна высоте цилиндрической части гидроциклона 1. Размеры между точками N, X, 7 получают построением.

Высота слоя жидкости h из расчета максимальной толщииы слоя нефтяной пленки Х принимается равной Ь,=54 .

Высота ступени принимается равной

h полОвине Общей высОты Ь = «2 (и 3 Опц

50 та эксплуатации данных гидроцикло нов). Закон изменения ширины вход" ного сечения от высоты сечения может быть назначен, исхОдя из конкретных условий сбора нефти (толщины пленки, вязкости и плотности нефти, начальной скорости нефти и воды и др), и может быть, например, линейным, параболическим, ступенчатым и т.д, 6 6

В центре устройства размещаются коллекторы 7 чистой воды и уловленной нефти 9, представляющие собой две вертикальные трубы разного диаметра, расположенные коаксиально (" труба в трубе" ). К внутренней, меньшего диаметра, трубе 9 присоединяются трубопроводы собранной нефти, а к внешней, большего диаметра, трубе 7 присоединяются трубопроводы 6 воды.

Устройство работает следующим обра зом.

Устройство устанавливается в неподвижной жидкости, имеющей на своей поверх нос ти слой нефт и„та к, что плоскость свободной поверхности жидкости пересекает входные каналы. Это достигается путем заполнения балластом (например, водой) камер устройства. После включения слива чистой воды с помощью насоса (не показан) вода откачивается из рабочих объемов гидроциклонов 1 через трубопроводы б чистой воды и коллектор 7 воды. На ее месте в рабочую полость гидроциклонов 1 начинает поступать вода, имеющая на своей поверхности пленку нефти. Это происходит за счет возникновения в окрестностях вокруг устройства потоков жидкости, устремленных к входным отверстиям 4. Число таких потоков соответствует числу гидроциклонов. Точками, в которых окружающая жидкость разделяется на отдельные потоки, являются, например, точки И,И и т.д., лежащие на кромке, соединяющей передние 2 и задние 3 стенки камер °

Пройдя эти точки, жидкость попадает во входной канал, т.е. в область пространства, ограниченную задними

3 и передними 2 стенками устройства .

Часть жидкости, расположенная напротив входного канала, непосредственно устремляется в него, т.е. объемы жидкости, которые примыкают к передним

2 и задним 3 стенкам, движутся вдоль них в сторону входных отверстий 4.

Поскольку предлагаемая форма стенок на оказывает отрыва потока на них, движение вдоль стенок происходит с минимальным сопротивлением. Попа в непосредственно во входной канал, жидкость увеличивает свою скорость, при этом, благодаря ступенчатому выполнению входного отверстия 3 ширина потока нефти ив свободной поверхности больше, .чем потока воды, расположен-.

1523636 ной под ней. Увеличение ширины потока нефти компенсирует замедление скорости ее движения, вызванное сопротивлением боковых стенок входного канала. За счет этого увеличивается ко5 личество нефти, поступающей в рабочий объем гидроциклонов 1." Вследствие того, что каналы располагаются тангенциально по отношению к цилиндрической части корпуса .гидроциклонов

1, жидкость, попав в рабочий объем, приобретает вращательное движение. ,Под действием центробежных сил более тяжелые частицы (вода) отбрасываются к стенкам корпуса гидроциклонов,, и, пройдя по спиральной траектории

Вниз выВодятся за его пределы по трубопроводам 6 в коллектор 7 воды.

Более легкие частицы (нефть) концентрируются в центре рабочего объема каждого гидроциклона 1, образуя скопления в Виде клубка, имеющего . форму усеченного конуса или цилиндра.

Нефть В результате включения насоса 25 слива нефти (не показан) через трубопроводы 8 собранной нефти и коллектор 9 выводится из устройства.

Предлагаемое конструктивное решение каждой отдельной секции и их компоновка в нефтесборном устройстве

AO3BOllRl0T HCFtOIlb3OBBTb боковые llO верхности камер в качестве направляющих стенок входных каналов, присоединенных к Входным отверстиям в Цилиндрической части гидроциклонов.

При этом входные ка ..лы расположены та нгенциал ьно цили ндричес ким корпусам гидроциклонов...Предлагаемая форма выполнения пе4О редней стенки 2 позволяет увеличить площадь поверхности, прилегающей к .устройству, с которой происходит подтягивание нефтяной пленки к входным каналам, что увеличивает количество поступающей в устройство нефти и, тем самым, повышает его производитель" ность.

Наибольшая величина площади, с которой происходит. подтягивание нефти, О наблюдается, когда передняя 2 и задняя 3 стенки соединены кромками в вертикальной плоскости, проходящей через точку И, лежащую на линии, проходящей через центр устройства и центр гидро",Б5 циклона, причем расстояние от центра гидроциклона до точки И равно 2,5 ди" аметрам гидроциклона. При расстоянии, меньшем 2,$ диаметров гидроциклона, происходит срыв потока, а при значениях, больших 2,5, увеличение очищаемой площади не происходит.

Так как задняя направляюшая стенка 3 устройства примыкает к входному отверстию другого расположенНого против часовой стрелки гидроциклона, то это позволяет вкпючить в состав устройства несколько гидроциклонов меньшего дааметра, что при одинаковой с прототипом производительности значительно уменьшает энергозатраты за счет уменьшения количества перекачиваемой воды.

Кроме того, выполнение передней и задней стенок предлагаемой формы, наличие горизонтальной и вертикальной перемычек в каждой камере обеспечивают плавучесть нефтесборному устройству и высокую маневренность при движении его по поверхности водных объектов.

Расположение коллекторов вертикаль. но в центре устройства позволяет выполнить как трубопроводы чистой воды, так и трубопроводы собранной нефти конструктивно (геометрически) одинаковыми для каждого гидроциклона . Это обеспечивает одинаковые значения сопротивления в них и, следовательно, одинаковые значения расходов, что необходимо для получения одинаковых гидродинамических режимов в каждом гидроциклоне, и, в конечном счете, влияет на качество процесса разделения как в каждой отдельной секции, так и во всем устройстве. Коллектор присоединяется к насосам для вывода разделенных жидкостей из нефтесбор.ного устройства. Кроме того, такое расположение коллектора обеспечивает требуемую вертикальную ориентацию устройства, его балансировку, а также уменьшает габариты устройства.

Использование предлагаемого устройства, по сравнению с .известным позволяет за счет геометрии направляющих стенок и входного отверстия, а также создания нескольких локальных неф яных скоплений в устройстве, повысить производительность по количеству собранной йефти, уменьшить непро" изводительные энергозатраты в 4»5 раз на отвод чистой воды.

Благодаря указанному конструктив.ному решению элементов устройство обладает высокой плавучестью и мо1523636.бильностью при рассредоточенном вводе очищаемой жидкости: ориентация и балансировка устройства несложны.

За счет уменьшения размеров гидроциклона уменьшается высота (осадка)

5 устройства, что позволяет использовать его на мелководье (в водоемах малой глубины) и расширить таким образом область его применения . ! о

Кроме того, устройство повышает эффективность процесса разделения за счет создания локальных нефтяных скоплений в нефтесборном устройстве. !

Предлагаемое конструктивное ревение входных каналов, выполненных пе- ременной по сечению ширины, снижает. непроизводительные затраты на прокачку через устройство воды в 1,52 раза. формула изобретения

1 ° Устроиства для сбора нефти с поверхности воды, включающее гидроцик.лон с корпусом, имеющим входное отверстие и тангенциальный входной ка" нал, образованный вертикальными передней и задней направляющими стенками, соединенными горизонтальной перемычкой с корпусом, а также нефтепроводы и трубо!троводы для воды, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы и снижения энергоемкости,-оно снаб1 жено дополнительными гидроциклонами и коллекторами нефти и воды, при этом гидроциклоны расположены равномерно по окружности, соединены между собой вертикальными перемычками и посредством. нефтепроводов и трубопроводов для воды с расположенными коаксиально в центре устройства вертикальными коллекторами нефти и воды, причем передняя направляющая стенка каждого гидроциклона соединена с соответствующей задней с викой следующего за ним против часовой стрелки гидроциклона с образованием вертикальных кро" мок, расположенных на одинаковом расстоянии от центра устройства и лежащих в плоскостях, проходящих через прямые, соединяющие центры гидроциклонов с центром устройства, при этом каждая горизонтальная перемычка соединена с соответствующей вертикальной перемычкой с образованием полой камеры B входные отверстия гидроцик» ланов. выполнее! расширяющимися кверху °

2. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что передняя направляющая стенка каждого гидроциклона выполнена в виде двух сопряженных боковых поверхностей цилиндров и имеет уступ, а задняя стенка образована пересечением части боковой поверхности цилиндра и плоскости, касательной к корпусу гмдроциклона по линии входного отверстия.

1523636

Составитель Г. Вавина

Техред Л.Олийнык Корректор И. Иуска

Редактор H. Гунько ю Ю

Заказ 7012/29 Тираж 589 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, NocKea, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101