Способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды и устройство для его осуществления
Изобретение относится очистке водных акваторий от нефти и нефтепродуктов. Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды включает вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку с питающими патрубками, установленными коаксиально с патрубком тяжелой фазы жидкости и патрубком легкой фазы жидкости, и, кроме того, снабжено соединенными с компрессором форсунками, установленными на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга и с возможностью обработки всего внешнего потока в гидроциклонной нефтеловушке воздушными факелами, выходящими из форсунок. При этом форсунки имеют возможность работать по одной, группами или все одновременно. При сборе нефтепродуктов с поверхности воды осуществляют тангенциальный забор воды и нефтепродуктов в гидроциклонную нефтеловушку, разделение воды и нефтепродуктов в гидроциклонной нефтеловушке под действием центробежных сил с регулированием расхода выводимых нефтепродуктов посредством гидравлического насоса. При этом осуществляют дополнительное регулирование расхода выводимых из гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством воздействия мелкодиспергированным воздухом, который распыляют в жидкости и изменяют его количество и место ввода в тело гидроциклонной нефтеловушки в зависимости от поступающего количества и свойств нефтепродуктов. Изобретение обеспечивает повышение эффективности сбора нефти и нефтепродуктов при расширении диапазона регулирования за счет улучшения гидродинамических характеристик, способствующих скорейшей стратификации потока при центробежной сепарации воды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам и устройствам для очистки водных акваторий от нефти и нефтепродуктов и может быть использовано на любых водных поверхностях: от отстойников до рек и озер.
Известен способ регулирования работы устройства, когда сбор нефтепродуктов с поверхности воды осуществляется посредством центробежной сепарации и когда "...благодаря движению аппарата по водной поверхности и особой конфигурации входного отверстия..." жидкость получает вращательное движение, при этом имеется возможность изменять производительность установки, а также скорость движения судна, за счет чего и осуществляется регулирование работы (В.Марков, Ю.Степанов. «Циклон - морской санитар», журнал «Нефтяник» №2, 1977 г. с.29-30).
Недостатками данного способа регулирования работы устройства для сбора нефтепродуктов являются его низкая эффективность и неработоспособность без движения судна, а также весьма ограниченный диапазон регулирования при работе, так как увеличение производительности мотонасоса, то есть производительности гидроциклона по сливу, при концентрированном его отборе ухудшит гидродинамическую структуру потока для разделения нефтепродуктов.
Известен способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий тангенциальный забор воды и нефтепродуктов в вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку, с регулированием расхода выводимых нефтепродуктов посредством гидравлического насоса и накоплением их в емкости, при этом дополнительное регулирование выводимых из гидроциклона нефтепродуктов осуществляют посредством изменения вакуума в накопительной емкости (Патент РФ №2221107 С2, МКИ Е 02 В 15/04, 15/10 Б.И. №1, 2004 г.).
Недостатками данного способа регулирования работы устройства для сбора нефтепродуктов являются аппаратная избыточность и как следствие, низкая надежность в работе, а также его низкая эффективность ввиду отсутствия действий, направленных на извлечение эмульгированных нефтепродуктов из обрабатываемой воды и скорейшей стратификации потока.
Известно устройство «Циклон-С», включающее защитную сетку, поплавки, гидроциклон, входное отверстие, вывод чистой воды, водослив (перелив) и сливной патрубок для откачки загрязненной жидкости, (В.Марков, Ю.Степанов «Циклон - морской санитар», журнал «Нефтяник» №2, 1977 г. с.29-30).
Недостатком данного устройства является его низкая производительность и эффективность, так как работа осуществляется в основном за счет движения судна и откачки через сливной патрубок загрязненной жидкости, но если увеличить производительность гидроциклона по сливу, то вместе с отработанным увеличенным количеством нефтепродуктов поступит и большее количество воды. В свою очередь, снижение производительности приводит к потере скорости внутри аппарата и к потере его сепарирующей способности, то есть эффективности.
Известно устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее накопительную емкость и вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку с патрубками питающими, тяжелой фазы и легкой фазы жидкости, расположенными коаксиально, и гидравлическими насосами, соединенными с патрубками тяжелой фазы и легкой фазы жидкости, причем патрубок легкой фазы жидкости соединен с накопительной емкостью (Патент РФ №2221107 С2, МКИ Е 02 В 15/04, 15/10 Б.И. №1, 2004 г).
Недостатками данного устройства являются аппаратная избыточность и как следствие низкая надежность в работе, а также низкая эффективность ввиду того, что устройством не обеспечиваются действия, направленные на извлечение эмульгированных нефтепродуктов из обрабатываемой воды и скорейшей стратификации потока.
Техническим решением задачи предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы системы при расширении диапазона регулирования за счет улучшения гидродинамических характеристик, способствующих скорейшей стратификации потока при центробежной сепарации воды, а также повышение эффективности работы устройства для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды.
Задача достигается тем, что согласно способу регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, при установившемся режиме работы вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки, с управлением расхода выводимых нефтепродуктов, дополнительно осуществляют регулирование расхода выводимых из нее нефтепродуктов посредством воздействия мелкодиспергированным воздухом, который распыляют в жидкости и изменяют его количество и место ввода в тело гидроциклонной нефтеловушки в зависимости от поступающего количества и свойств нефтепродуктов. А устройство, на базе которого осуществляется способ регулирования, - это вакуумная многопродуктовая гидроциклонная нефтеловушка с питающими патрубками, установленными коаксиально с патрубком тяжелой фазы жидкости и патрубком легкой фазы жидкости, компрессором, соединенным с форсунками, установленными на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга и с возможностью обработки всего внешнего потока в гидроциклонной нефтеловушке воздушными факелами, выходящими из форсунок, при этом форсунки имеют возможность работать по одной, группами или все одновременно.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что осуществляют дополнительное регулирование расхода выводимых из многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством воздействия мелкодиспергированным воздухом, который распыляют в жидкости и изменяют его количество и место ввода в тело гидроциклонной нефтеловушки в зависимости от поступающего количества и свойств нефтепродуктов, что позволяет интенсифицировать при повышенной эффективности процесс разделения жидкости по фазам. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «новизна». Сравнительный анализ заявляемого способа с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признака, отличающего заявляемое решение от прототипа, это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что установка форсунок, соединенных с компрессором на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки, с шагом друг от друга и с возможностью обработки всего внешнего потока в гидроциклонной нефтеловушке воздушными факелами, выходящими из форсунок, при этом форсунки имеют возможность работать по одной, группами или все одновременно, будет обеспечивать обработку всего потока жидкости или его части, в зависимости от свойств и количества входящих нефтепродуктов, воздушным факелом, в результате чего нефтепродукты выделяются из воды на поверхность пузырьков воздуха, а в гидроциклоне будет осуществляться непрерывно процесс разделения жидкостей по удельным весам и насыщенная мелкодиспергированным воздухом водовоздушная масса с выделенными в ней нефтепродуктами будет разделяться с повышенной интенсивностью. Таким образом, заявляемые устройства соответствуют критерию "новизна". Сравнительный анализ заявляемых устройств с другими решениями в данной области не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод об их соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг.1 изображен общий вид устройства при установке форсунок на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды включает следующие элементы: цилиндроконическую многопродуктовую вакуумную гидроциклонную нефтеловушку 1 (на фиг.1, 2 в качестве примера двухпродуктовая), сверху цилиндрической части гидроциклонной нефтеловушки 1 находятся питающие патрубки 2, а также нефтеприемная воронка 3, обрамляющая всю гидроциклонную нефтеловушку 1 по центральной оси последней коаксиально, со стороны цилиндрической части расположены патрубок легкой фазы жидкости 4 и патрубок тяжелой фазы 5, причем последний начинается во внешнем токе, в вершине конической части нефтеловушки и соединен с гидравлическим насосом 6 для откачки тяжелой фазы жидкости. В свою очередь, патрубок (или патрубки) для откачки легкой фазы жидкости 4 начинается во внутреннем токе жидкости в аппарате и также соединен, но со своим гидравлическим насосом 7. Далее в устройстве 1 устанавливают форсунки 8, соединенные с компрессором на питающих патрубках 2, и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга.
Предлагаемое устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды работают следующим образом: вакуумная гидроциклонная нефтеловушка 1 вместе с нефтеприемной воронкой 3 опускаются под воду, причем таким образом, чтобы величина переливающегося слоя воды с разлившейся нефтью обеспечивала бы полный забор последней. Поступившая в воронку 3 двухфазная жидкость через питающие патрубки 2 поступит во внутреннюю полость гидроциклонной нефтеловушки 1. В связи с тангенциальностью подвода питания и сосредоточенным отбором тяжелой фазы жидкости (воды) и легкой фазы из центральной части аппарата в нем образуется вращательное движение. Под действием этого движения произойдет разделение фаз жидкости: более легкая фаза сконцентрируется в центральной части аппарата, во внутреннем токе, и будет отводиться из него через патрубок легкой фазы 4 посредствам насоса 7, а более тяжелая фаза, которая расположится у стенки гидроциклонной нефтеловушки 1 и в вершине ее конической части, будет отводиться из него через патрубок тяжелой фазы 5 посредством насоса 6, регулируя производительность которого, можно добиться регулируемой работы гидроциклонной нефтеловушки 1. Также с целью повышения эффективности разделения жидкости по фазам и расширения диапазона отрабатываемых нефтепродуктов (см фиг.1 и фиг.2) гидроциклонная нефтеловушка 1 снабжена соединенными с компрессором форсунками 8, установленными на питающих патрубках 2 и по образующим цилиндроконической части нефтеловушки с шагом друг от друга с целью обработки всего входящего в гидроциклон потока, факелом мелких пузырьков выходящих из форсунок 8. Количество расположенных на питающих патрубках 2 и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки 1 работающих форсунок 8 прямо пропорционально количеству обрабатываемой жидкости и находящихся в ней нефтепродуктов. При прохождении через весь поток мелких пузырьков воздуха в последних происходит выделение нефтепродуктов на внутренней поверхности, как на свободной поверхности воды, а далее они подхватываются центростремительными силами, переносящими их во внутренний ток аппарата, и по патрубку легкой фазы 4 посредством насоса 7 в накопительную емкость нефтепродуктов. Тяжелая фаза жидкости (вода), освобожденная от нефтепродуктов посредством пузырьков воздуха, обработавших ее, подхватится центробежной силой, отожмется к стенке аппарата и посредством патрубка тяжелой фазы жидкости 5 будет выведена из аппарата с помощью насоса 6. Изменяя количество подаваемого посредством компрессора воздуха и места его ввода, добиваются интенсификации процесса выделения нефтепродуктов из воды и управления процессом работы нефтеловушки 1.
Предлагаемый способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий возможность управления работой вакуумной многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушкой 1, осуществляется следующим образом.
При установившемся режиме работы гидроциклонной нефтеловушки 1, когда с водой через воронку 3 и тангенциальные питающие патрубки 2 внутрь устройства поступает определенное количество воды и нефтепродуктов, последние под действием центробежных сил будут концентрироваться по центральной оси аппарата, а тяжелая фаза потока (вода) будет отжата к стенкам гидроциклонной нефтеловушки 1. Отвод отделенных от воды нефтепродуктов осуществляется через патрубок легкой фазы 4 посредством насоса 7. Интенсификация работы гидроциклонной нефтеловушки 1 в основном зависит от производительности гидравлического насоса 6, который удаляет из нее тяжелую фазу жидкости, то есть воду, освобожденную от нефтепродуктов и составляющую не менее 80% от общего входящего объема. Таким образом, при необходимости увеличить производительность всей системы необходимо, прежде всего, увеличить производительность гидравлического насоса 6 самой гидроциклонной нефтеловушки 1. При этом в процессе разделения двухфазной жидкости типа вода - нефть, последней, как правило, поступает в захватные устройства менее 20% от общего количества жидкости. Это означает, что именно такое количество жидкости мы должны забрать из внутренних токов гидроциклонной нефтеловушки 1, предварительно выделив ее туда. Именно с целью интенсификации процесса выделения нефтепродуктов из жидкости и управления этим процессом гидроциклонная нефтеловушка 1 (см. фиг.1 и 2) снабжена соединенными с компрессором форсунками 8, установленными на питающих патрубках 2 и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки 1 с шагом друг от друга, с целью обработать весь входящий поток воздушным мелкодиспергированным факелом. Мелкие воздушные пузырьки, проходя через воду, будут адсорбировать на своей поверхности нефть и ее продукты. Интенсивность подачи воздуха должна быть пропорциональна количеству нефтепродуктов в воде и степени ее эмульгированности в ней, но при этом необходимо учитывать и то, что лишний воздух может стать источником дополнительной турбулизации потока и, как следствие, фактором, ухудшающим процесс сепарации. Таким образом, именно поданное определенное количество воздуха в тело аппарата и именно в определенном месте на питающих патрубках нефтеловушки 1 и (или) по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки 1, что зависит от количества обрабатываемой жидкости и наличия в ней нефтепродуктов определенных свойств, будет способствовать более интенсивному выделению нефтепродуктов из воды и скорейшему их продвижению во внутренний ток аппарата. Результатом воздействия мелкодиспергированного воздуха на процесс разделения жидкости можно управлять посредством изменения количества подаваемого от компрессора воздуха, а также от включения в работу определенного количества форсунок 8, расположенных на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки 1.
Предлагаемый способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий дополнительное регулирование выводимых из гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов, посредством воздействия мелкодиспергированнным воздухом, распыленным в жидкости, с изменением его количества и места ввода в тело аппарата в зависимости от поступающего количества и свойств нефтепродуктов, позволяет интенсифицировать его работу, повысить сепарационную способность, плавно отрабатывать любые возможные ситуации по количественному и качественному составу нефтепродуктов, подлежащих сбору с поверхности воды.
Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее гидроциклонную нефтеловушку, снабженную соединенными с компрессором форсунками, установленными на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга просто по конструкции, надежно в работе, позволяет интенсифицировать все процессы разделения системы вода - нефть или нефтепродукты на легкую и тяжелую фазы за счет повышения сепарационной способности жидкости, насыщенной мелкодиспергированным воздухом.
1. Способ регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающий тангенциальный забор воды и нефтепродуктов в вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку, разделение воды и нефтепродуктов в гидроциклонной нефтеловушке под действием центробежных сил с регулированием расхода выводимых нефтепродуктов посредством гидравлического насоса, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное регулирование расхода выводимых из многопродуктовой гидроциклонной нефтеловушки нефтепродуктов посредством воздействия мелкодиспергированным воздухом, который распыляют в жидкости и изменяют его количество и место ввода в тело гидроциклонной нефтеловушки в зависимости от поступающего количества и свойств нефтепродуктов.
2. Устройство для регулирования сбора нефтепродуктов с поверхности воды, включающее вакуумную многопродуктовую гидроциклонную нефтеловушку с питающими патрубками, установленными коаксиально патрубком тяжелой фазы жидкости и патрубком легкой фазы жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено соединенными с компрессором форсунками, установленными на питающих патрубках и по образующим цилиндроконической части гидроциклонной нефтеловушки с шагом друг от друга и с возможностью обработки всего внешнего потока в гидроциклонной нефтеловушке воздушными факелами, выходящими из форсунок, при этом форсунки имеют возможность работать по одной, группами или все одновременно.
