Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для ликвидации разливов на поверхности водоемов и рек нефти и нефтепродуктов путем их сбора. Устройство содержит несущую раму, вращающийся барабан с нефтепоглощающей оболочкой, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки. Внутри вращающегося барабана размещен полый вал, выходящий из барабана через цапфу. Вал разделен горизонтальной перегородкой на две секции. Верхняя из секций вала имеет перфорацию и на выходе из барабана штуцер для подвода водяного пара, а нижняя секция сообщена с щелевым раструбом и имеет штуцер для отвода конденсата. Такая конструкция устройства обеспечивает его надежную и стабильную работу в холодное время суток или в зимний период путем подогрева оболочки вращающегося барабана, что исключает возможность снижения поглощающей способности оболочки при низких температурах. 3 ил.

Изобретение предназначено для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды при ликвидации разливов нефти при аварийных ситуациях, связанных с разрушением трубопроводов или судов и может быть использовано в целях охраны окружающей среды.

Известно устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды - трос-швабра, включающее бесконечный пояс, адсорбирующий нефть и изготовленный из полиуретановых прядей, протянутых через пряди несущего троса так, что они выступают из него в радиальном направлении по окружности в виде ворса, адсорбирующий пояс проходит между двумя вращающимися роликами, отжимающими нефть, сливающуюся в лоток, откуда нефть откачивается в резервуар (Д. Кормак. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. М: Транспорт, 1989, с. 222-224). Недостатком данного устройства является низкая производительность по собираемой нефти и сложность перемещения из одной зоны загрязненной акватории длинных (более 30 м) нефтепоглощающих элементов.

Известно также устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее частично затопленный барабан с поплавками по торцам барабана и примыкающую к барабану вакуумную приемную камеру с передней стенкой, выполненной в виде скребка (АС СССР N 1625952, МКИ E 02 В 15/04, Морозов Г. И. и др. / Устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Бюлл. изобр. N5, 1991). Недостатком данного устройства является низкая селективность сбора нефти, с которой в устройство засасывается преобладающее количество воды.

Известно также устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее вращающийся барабан с гидрофобной поверхностью и прилегающую к нему систему для съема и сбора продукта (АС СССР N 1618836, МКИ E 02 В 15/04, Караваев И.И.и др. / Устройство для удаления масла с поверхности воды. Бюлл. изобр. N 1, 1991). Недостатком этого устройства является существенное влияние температуры окружающей среды на производительность устройства, так как при его эксплуатации в ночное время суток, в холодные осенне-весенние периоды работы, а также зимой в связи с ростом вязкости собираемого нефтепродукта снижается поглощающая способность гидрофобной оболочки по нефти и нефтепродуктам, что снижает производительность устройства.

Изобретение решает техническую задачу стабилизации производительности устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, обеспечения оптимальных условий его работы и повышения его надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающем несущую раму, вращающийся барабан с нефтепоглощающей оболочкой, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки, внутри вращающегося барабана размещается полый вал, выходящий из барабана через цапфу, разделенный горизонтальной перегородкой на две секции, причем верхняя секция вала имеет перфорацию, а нижняя секция сообщается с щелевым раструбом; верхняя из секций на выходе из барабана имеет штуцер для подвода водяного пара, а нижняя секция имеет штуцер для отвода конденсата. При этом за счет выделения тепла при конденсации водяного пара, поступающего через перфорацию верхней секции вала в объем вращающегося барабана, происходит последовательно разогрев барабана, нефтепоглощающей оболочки с поглощенным продуктом и расположенного в непосредственной близости от барабана тонкого слоя продукта на поверхности воды, что, во-первых, повышает полноту отжима поглощенной нефти за счет снижения ее вязкости при повышенной температуре и увеличивает производительность устройства, во-вторых, интенсифицирует поглощение нефти с поверхности воды: при контакте холодной нефти с нагретой нефтепоглощающей оболочкой возрастает скорость диффузии нефти в оболочку за счет локального разогрева нефти, в-третьих, повышается надежность работы системы отвода собранной нефти, так как нагретая нефть легче откачивается через трубопровод и не происходит переполнения лотка с возвращением ранее собранной нефти вновь в водоем. На фиг.1 изображено устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, общий вид сверху, на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 изображен барабан в сборке - разрез по виду сбоку.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды состоит из несущей рамы 1, вращающегося барабана 2, отжимного ролика 3, трубопровода 4 для отвода собранной нефти, поплавков 5, электродвигателя 6, многоскоростного редуктора 7, цепной передачи 8 для привода барабана 2, лотка 9 для сбора и отвода отжатой нефти.

Внутри вращающегося барабана 2 размещен полый вал 10. Барабан 2 покрыт сверху нефтепоглощаюшей оболочкой 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 размещен на вспомогательной раме 12, сообщающейся с несущей рамой 1 через регулируемую поджимную систему 13; трубопровод 4 для отвода собранной нефти сообщается одним концом с лотком 9 для сбора и отвода собранной нефти, а другим концом с дополнительной емкостью для хранения собранной нефти (не показана), несущая рама 1 сообщается с поплавками 5 штангами 14 с фиксаторами 15. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны).

Внутри полого вала 10 размещена горизонтальная перегородка 17, в нижней части вал 10 сообщается с щелевым раструбом 18, а в верхней имеет перфорацию 19. Вращающийся барабан имеет цапфу 20 для обеспечения привода барабана 2 и цапфу 21, через которую в барабан 2 вводится полый вал 10; верхняя из секций вала 10 на выходе из барабана 2 имеет штуцер 23 для подвода водяного пара, а нижняя секция вала 10 имеет штуцер для отвода конденсата 22; система барабан 2 - вал 10 герметизируется сальниковым уплотнением 24.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом. При обнаружении разлива нефти устройство доставляется к месту разлива и при помощи кабеля присоединяется к источнику электропитания (например, передвижному генератору). На барабан 2 надевается оболочка 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала толщиной, соответствующей толщине пленки нефти на месте ликвидации разлива. Регулируется положение отжимного ролика 3 при помощи поджимной системы 13. Многоскоростной редуктор 7 при помощи рычага регулирования числа оборотов устанавливается в положение, обеспечивающее оптимальное число оборотов барабана 2. Устройство спускается на воду. Регулируется положение несущей рамы 1, сообщаемой с поплавками 5 штангами 14 при помощи фиксаторов 15 таким образом, чтобы барабан 2 касался поверхности воды. Устройство перемещается в эпицентр нефтяного разлива. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны). После подачи напряжения на электродвигатель 6 устройство начинает собирать нефть, которая селективно впитывается в оболочку 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 отжимает нефть из оболочки 11, поступающую далее в лоток 9 для сбора и отвода собранной нефти, откуда по трубопроводу 4 перемещается в дополнительную емкость для хранения собранной нефти (не показана).

В ходе сбора нефти по мере уменьшения температуры окружающей среды в вечернее и ночное время от внешнего источника котла (не показан) внутрь вала 10 через штуцер 23 вводится водяной пар, который через перфорацию 19 поступает внутрь барабана 2 и в ходе своей конденсации обеспечивает передачу тепла через стенку барабана 2 к поглощающей оболочке 11 и нефти для понижения вязкости нефти на операциях поглощения нефти, ее отжима роликом 3 и транспорта нефти по лотку 9. Конденсат водяного пара откачивается из барабана 2 последовательно через щелевой раструб 18, нижнюю секцию вала 10 и штуцер 22 вакуум-насосом (не показан).

Пример. Устройство со стальным вращающимся барабаном диаметром 0.4 м, длиной 0.5 м, массой 10 кг, поверхностью обечайки и полной соответственно 0.627 и 0.877 м² и теплоемкостью 0.5 кДж/кг·К имеет нефтепоглощающую оболочку из целлюлозусодержащего вещества массой 1 кг и теплоемкостью 1.55 кДж/кг·К. При понижении температуры окружающей среды от 25 до 5^oC необходимо снизить вязкость собираемой нефти с 30 до 6 сП, что должно восстановить производительность устройства по нефтесбору с 120 до 400 кг/ч при теплоемкости нефти 1.68 кДж/кг·К. Рассмотрим возможность использования водяного пара, подаваемого во вращающийся барабан, для решения этой задачи за счет разогрева конструкции и собираемой нефти.

Подвод тепла к конструкции, нефтепоглощающей оболочке и нефти Q_т составит Q_т=10·0.5·20 + 1·1.55·20 + 400·1.68·20 = 13600 кДж/ч.

Потери тепла в окружающую среду ( воздух) при коэффициенте теплоотдачи 9 Вт/м²К составит Q_п: Q_п=0.877·9·20 = 158 Вт=570 кДж/ч.

Общая потребность в теплоподводе составит Q_общ= 13600+570 = 14170 кДж/ч = 4 кВт.

Для обеспечения этого теплоподвода необходимо подавать в барабан 6.3 кг стоградусного водяного пара (теплота конденсации 2258 кДж/кг). Проверочный расчет показывает, что при коэффициенте теплопередачи 100 Вт/м²·К и температурном напоре 85^oC необходимая поверхность теплопередачи равна 0.47 м², тогда как только поверхность обечайки с оболочкой составляет 0.627 м², то есть устройство имеет коэффициент запаса по теплопередаче, равный 1.3.

Промышленная применимость устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды обеспечивается простотой конструкции устройства, возможностью его изготовления на любом предприятии, имеющем механический цех, и экспериментально доказанной работоспособностью устройства.

Положительный эффект изобретения заключается в совмещении процессов удаления нефти с поверхности и сбора ее для дальнейшего использования в народном хозяйстве с локальным теплоподводом к месту нефтесбора.

Экономическая эффективность изобретения заключается прежде всего в недопущении экономического ущерба, наносимого аварийными разливами нефти и нефтепродуктов окружающей среде. Экономический ущерб, наносимый окружающей среде при разливе 1 т нефти - 32 млн.руб. (в ценах 1996 г.). Одно устройство ориентировочной стоимостью 50 млн. руб. способно собрать за световой день (12 часов работы) около 5 т нефти. При ликвидации аварийного разлива мощностью 100 т нефти одно устройство в течение 10 суток обеспечит необходимый нефтесбор; таким образом, ожидаемый экономический эффект от применения заявляемого изобретения составит (без учета стоимости возвращаемой в народное хозяйство нефти) даже при разовом использовании устройства (например, в труднодоступной местности) 32·100-50= 3150 млн.руб, и заявляемое изобретение самоокупается практически за 4 часа работы.

Изобретение может быть использовано многократно, потребность народного хозяйства в нем - около тысячи единиц.

Формула изобретения

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее несущую раму, вращающийся барабан с нефтепоглощающей оболочкой, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки, отличающееся тем, что внутри вращающегося барабана размещен полый вал, выходящий из барабана через цапфу, разделенный горизонтальной перегородкой на две секции, причем верхняя секция вала имеет перфорацию, а нижняя секция выполнена сообщающейся с щелевым раструбом, верхняя из секций на выходе из барабана имеет штуцер для подвода водяного пара, а нижняя секция - штуцер для отвода конденсата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3