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. На внешней поверхности вращающегося барабана закреплены тепловыделяющие элементы в виде омического сопротивления. Тепловыделяющие элементы имеют U-образную форму, а их оконечности выходят за пределы нефтепоглощающей оболочки. 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. 2 з.п. ф-лы, 2 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 5 E 02 В 15/04, Морозов Г. И. и др. /Устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Бюлл. изобр. N 5, 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 5 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, на внешней поверхности вращающегося барабана крепятся тепловыделяющие элементы в виде омического сопротивления. При этом за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через омическое сопротивление, например, через герметично изолированную от воды и нефти спираль, происходит разогрев вращающегося барабана и нефтепоглощающей оболочки, а также поглощенной оболочкой нефти, 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.

Тепловыделяющие элементы имеют U-образную форму, что позволяет сосредоточить подвод электроэнергии к тепловыделяющим элементам с одной стороны вращающегося барабана, что упрощает конструкцию устройства.

Оконечности тепловыделяющих элементов выходят за пределы нефтепоглощающей оболочки, при этом горизонтальные линейные участки тепловыделяющих элементов одновременно с тепловыделением способствуют отжиму нефти как оппозитная отжимному ролику конструкция.

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.

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.

На обечайке вращающегося барабана 2 размещены U-образные тепловыделяющие элементы 10, покрытые сверху нефтепоглощающей 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). В качестве тепловыделяющих элементов с омическим сопротивлением могут быть использованы стандартные нагреватели ТЭНы.

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 12 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, сообщенной 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 и тепловыделяющие элементы 10 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 периодически повышают напряжение, подаваемое на тепловыделяющие элементы 10, для понижения вязкости нефти на операциях поглощения нефти, ее отжима валком 3 и транспорта нефти по лотку 9.

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 целлюлозосодержащего 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 сПз, что должно восстановить производительность устройства по нефтесбору с 120 до 400 кг/ч при теплоемкости нефти 1.68 кДж/кг·К. Рассмотрим возможность использования тепловыделяющих элементов 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/час.

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

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

Установка на барабане 4 стандартных тепловыделяющих элементов ТЭНов мощностью по 1 кВт с габаритными размерами 0.5·0.15 м с расстоянием между ними 0.15 обеспечивает необходимый теплоподвод, периметр барабана (1.25 м) обеспечивает размещение и компоновку 4 ТЭНов.

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 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 изобретение самоокупается практически за 4 часа работы.

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

Формула изобретения

1. 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 на внешней поверхности вращающегося барабана закреплены тепловыделяющие элементы в виде омического сопротивления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловыделяющие элементы имеют U-образную форму.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оконечности тепловыделяющих элементов выходят за пределы нефтепоглощающей оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2