Устройство и способ отбора плавучей жидкости

Изобретение относится к устройству отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, при этом устройство включает в себя: плавучий отбирающий контейнер и крышку, расположенную над отбирающим контейнером, оставляя непрерывный паз свободным, причем открытие паза регулируют кольцом регулировки входного отверстия. Изобретение также обеспечивает способ управления таким устройством, включающий в себя следующие технологические этапы: размещение заявленного устройства в более тяжелой фракции жидкости; перемещение кольца регулировки входного отверстия относительно плавучего отбирающего контейнера и крышки в положение, в котором высоту кольца регулировки регулируют до уровня более легкой фракции плавучей жидкости; удаление более легкой фракции из устройства в хранилище более легкой фракции выкачиванием ее из устройства и удалением более тяжелой фракции жидкости из устройства возвращением ее за пределы устройства. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Данное изобретение относится к устройству отбора плавучей жидкости более легкой фракции от жидкости более тяжелой фракции, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды. Изобретение также относится к способу отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости с помощью такого устройства.

Удаление слоя загрязняющего агента, плавающего на жидкости, является актуальной проблемой, привлекшей мировое внимание. Сделана ссылка на несколько аварий разной степени, произошедших в результате, например, нефте- и газоотдачи, транспортировке нефти и прочих жидких продуктов и хранения загрязняющих жидкостей. Наиболее выдающимся примером является катастрофа, случившаяся в апреле 2010 года в Мексиканском заливе в результате неисправности системы противовыбросовых превенторов. Были разлиты миллионы литров нефти, и было собрано лишь несколько процентов разлитой нефти. Судна с очистными рукавами были неспособны собрать серьезное количество разлитой нефти, поэтому было принято решение об использовании химикатов для растворения нефти в морской воде. Это не только было вредно для окружающей среды, но также экономически не выгодно.

В известном уровне техники по документу US 5713697 известен механический тип станции добычи нефти, который предоставляет цистернообразный собирающий контейнер, погружаемый в воду, частично расположенный на окружном поплавке. Ниже этого поплавка и будучи соединенным с собирающим контейнером находится параболический загрузочный желоб, имеющий между поплавком и загрузочным желобом входное отверстие для нефти и бензина, плавающих на воде. Измерение S входного отверстия между поплавком и загрузочным желобом меняется относительным движением между поплавком и загрузочным желобом. Тип устройства, раскрываемого в данном патенте, не обладает требуемым функционалом по эффективной добыче нефти в различных обстоятельствах и не является решением по эффективной очистке от разлива нефти на практике.

Целью данного изобретения является предоставление более эффективного и результативного оборудования и технологических способов, чем предоставляемые в известном уровне техники для отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости в различных обстоятельствах, таких как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды.

Данное изобретение предоставляет для этой цели устройство для отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, при этом устройство включает в себя плавучий отбирающий контейнер с открытым верхом, первый слив для удаления более легкой фракции отобранной жидкости из отбирающего контейнера, соединяющийся с контейнером на расстоянии от открытого верха, и второй слив для удаления отобранной более тяжелой фракции жидкости, соединяющийся с контейнером на большем расстоянии от открытого верха, чем первый слив; крышка, расположенная над отбирающим контейнером таким образом, что между отбирающим контейнером и крышкой образуется непрерывный паз; и по меньшей мере один насос, расположенный в отбирающем контейнере, для удаления жидкости из отбирающего контейнера через по меньшей мере один из сливов; причем плавучий отбирающий контейнер и крышка неподвижно соединены между собой непрерывным пазом, и устройство также включает в себя кольцо регулировки входного отверстия, подвижно соединенное с плавучим отбирающим контейнером, и крышку, перемещаемую между закрывающим положением, причем кольцо регулировки входного отверстия по меньшей мере в значительной закрывает непрерывный паз между отбирающим контейнером и крышкой, и открытым положением, причем кольцо регулировки входного отверстия по меньшей мере в значительной степени оставляет непрерывный паз между отбирающим контейнером и открытой крышкой. Важное преимущество данного изобретения заключается в том, что кольцо регулировки входного отверстия позволяет варьировать условия притока для более легкой фракции жидкости и, таким образом, предоставляет возможность управления потоком жидкости, входящим в отбирающий контейнер, и, таким образом, позволяет регулировать процесс отбора. Такая расширенная возможность управления и регулирования позволяет настроить рабочие условия устройства согласно изобретению в зависимости от актуальных условий эксплуатации. Когда кольцо регулировки входного отверстия находится в более высоком положении, непрерывный паз в желаемом варианте осуществления полностью открыт, в то время как снижением кольца регулировки входного отверстия непрерывный паз может быть частично блокирован по отношению к нижней части, таким образом жидкость, входящая в отбирающий контейнер, управляется в таком положении кольцом регулировки с частичной блокировкой паза. В зависимости от результирующих условий окружающей среды, таких как ветер и поток, и положение устройства согласно изобретению, отбираемую жидкость вводят через контур входного отверстия. Оператор, управляющий отбирающим устройством, может изменять вертикальное положение кольца регулировки. Оператор может также принимать во внимание другие ситуационные условия, например, относительную влажность и вязкость (которая может быть также зависима от формирования эмульсии) обрабатываемых фракций жидкости. Условия окружающей среды не только влияют на вязкость обрабатываемой жидкости, но другим связанным условием обработки является эффект втекания в положении входа в отбирающий контейнер.

Плавучий отбирающий контейнер может быть обеспечен дополнительной плавучестью для большего контроля над условиями отбора легкой фракции жидкости. Например, если толстый нефтяной слой плавает на поверхности морской воды, кольцо регулировки входного отверстия может быть размещено в более высоком положении, позволяя более толстому слою жидкости (нефти) течь в плавучий отбирающий контейнер, при этом когда, напротив, тонкий слой нефти плавает на поверхности морской воды, кольцо регулировки входного отверстия может быть размещено в более низком положении, позволяя только тонкому слою жидкости (нефти) течь в плавучий отбирающий контейнер. Таким образом, процесс отбирания (и характеристики отобранной смеси) контролируются регулированием положения кольца регулировки входного отверстия и могут быть оптимизированы.

В варианте осуществления изобретения кольцо регулировки входного отверстия оснащено соплами. Эти сопла соединяют с системой подачи, например, подачи жидкости или подачи газа для выброса жидкости из сопел. При выбросе жидкости сопла могут очищать непрерывный паз между отбирающим контейнером и крышкой, если она частично или полностью заблокирована загрязняющими агентами/загрязняющими веществами, которые могут присутствовать в жидкости, в которую частично погружено устройство. Например, мусор типа дерева, пластиковых изделий, трупов животных, фрагменты (полистирольной) пены, которые могут также плавать на/в более легкой фракции жидкости, плавающей на более тяжелой фракции жидкости. Подвижность кольца регулировки входного отверстия имеет дополнительное преимущество в том, что сопла могут быть таким образом перемещены наряду с перемещением кольца регулировки входного отверстия, что приводит к улучшенному очищающему эффекту от перемещаемых выбросных сопел. Также вертикальное перемещение сопел на кольце регулировки входного отверстия позволяет очищать отверстие в вертикальном положении. При отборе более легкой фракции жидкости поток по направлению к непрерывному пазу может переносить плавучие объекты до тех пор, пока они не достигнут непрерывного паза и не заблокируют непрерывный паз. Также более вязкие фракции жидкости могут блокировать протяженный паз. Для эффективного использования устройства согласно изобретению паз не следует блокировать материалом неконтролируемым образом, при этом сопла на кольце регулировки входного отверстия способны выбрасывать такой материал. По этой причине желательно, чтобы сопла кольца регулировки входного отверстия были направлены наружу по отношению к непрерывному пазу между отбирающим контейнером и крышкой.

Для перемещения кольца регулировки входного отверстия относительно плавучего отбирающего контейнера и крышки устройство может быть оснащено приводом для перемещения. Такой привод может фактически быть в виде гидравлического или пневматического цилиндра и/или любого другого поворотного привода. Кроме того, кольцо настройки отверстия может быть полым для обеспечения некоторой дополнительной плавучести устройства согласно изобретению, но также для обеспечения доступа любой среды вроде жидкости или газа к соплам, которая может быть введена в кольцо регулировки входного отверстия.

Дополнительное усовершенствование устройства может быть представлено по меньшей мере одним из сливов, гибко соединенных с отбирающим контейнером. Такое соединение может быть реализовано посредством, например, нейлонового или полиэстерного рукава или трубы, которые желательно соединяют ниже уровня воды с плавучим отбирающим контейнером. Такой слив не нарушает приток более легкой фракции жидкости (поскольку находится ниже такой фракции близко к устройству) и, таким образом, слив любой фракции из устройства может быть реализован без нарушения критического процесса притока.

Насос, отсасывающий из устройства по меньшей мере одну отобранную фракцию, может быть размещен в отбирающем контейнере для удаления жидкости из отбирающего контейнера через по меньшей мере один из сливов, и является гидравлическим центробежным насосом. Для по меньшей мере частичного обеспечения энергетических потребностей отбирающего устройства крышка может быть снабжена по меньшей мере одним (но желательно большим количеством) фотовольтаическим солнечным элементом.

Может быть выполнена дополнительная спецификация плавучего отбирающего контейнера для его обеспечения предохранительным вентилем. Такой предохранительный вентиль может быть расположен в нижней части отбирающего контейнера для обеспечения возможности оттока в случае, если отбирающее устройство перегружено. В дополнительной спецификации отбирающий контейнер может быть в значительной степени симметричен относительно вращения.

В дополнительном варианте осуществления устройство также может быть снабжено дополнительным сегментом запирающего элемента для по меньшей мере частичного закрытия непрерывного паза над частью длины паза. Такой сегмент может быть в форме сегмента окружности, например, сегмента окружности 100-180°, 120-160° или более конкретно 140°. Например, когда волны нарушают процесс и/или когда устройство буксируют через жидкость на одной стороне устройства, процесс контролируемого притока может быть нарушен. В такой ситуации нарушение может быть преодолено блокировкой нарушающего сегмента непрерывного паза. В качестве примера во время буксировки отбирающего устройства с помощью буксира согласно данному изобретению возможно блокировать часть паза (например, часть от 140°), повернутую от буксира таким образом, чтобы предотвратить нежелательный приток жидкости в отбирающий контейнер.

Изобретение также предоставляет способ для отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, при этом способ включает в себя технологические этапы: А) размещения устройства согласно изобретению, как раскрыто выше в более тяжелой фракции жидкости, В) перемещения кольца регулировки входного отверстия относительно плавучего отбирающего контейнера и крышки в положение, причем высоту кольца регулировки настраивают на уровень более легкой фракции плавучей жидкости и С) удаления более легкой фракции из устройства в хранилище более легкой фракции откачиванием ее из устройства и удалением более тяжелой фракции жидкости из устройства возвращением ее за пределы устройства. С помощью этого способа могут быть реализованы преимущества, как уже описано выше относительно устройства согласно данному изобретению. Регулирование высоты кольца регулировки относительно плавучего отбирающего контейнера производят таким образом, чтобы могла быть реализована зависимая от условий требуемая спецификация по отбирающим свойствам плавучей фракции жидкости. Например, относительная плотность (связанная также с температурой) более тяжелой фракции жидкости, погодные условия, вместимость насоса, требуемая спецификация смеси, отобранной в отбирающем контейнере, могут быть компенсированы регулировкой положения кольца регулировки входного отверстия. Как также уже было объяснено, сопла кольца регулировки входного отверстия могут быть использованы для выброса загрязнения из непрерывного паза. Дополнительное улучшение выброса загрязнения из непрерывного паза может быть достигнуто при перемещении кольца регулировки входного отверстия во время выброса загрязнения из непрерывного паза.

Изобретение далее раскрыто в данном документе на основе неограничивающих примеров осуществления, показанных на следующих чертежах. В данном документе чертежи показывают:

фиг. 1А - вид в перспективе сверху на вариант осуществления устройства согласно данному изобретению;

фиг. 1B - вид в перспективе снизу на вариант осуществления устройства, как показано на фиг. 1А;

фиг. 2 - боковой вид в разрезе на вариант осуществления устройства, как показано на фиг. 1А и 1B;

фиг. 3А-3C - различные поперечные сечения через часть устройства согласно данному изобретению, причем положение кольца регулировки входного отверстия варьируется.

Фиг. 1А показывается отбирающее устройство 1 согласно данному изобретению (также упоминаемое как плавучий нефтесборщик; FORU, floating oil recovery) с коническим отбирающим контейнером 2 (например, погружаемый сосуд), защищенный от повреждения металлическим экраном 3, окружающим отбирающий контейнер. Также видна крышка 4 (также неограничивающим образом упоминаемая как «фиксирующий плавучий наконечник»; «fix topfloat»), расположенная над отбирающим контейнером 2 таким образом, чтобы кольцевой паз 5 (лучше видимый на фиг. 1B) оказывался между контейнером 2 и крышкой 4; при этом паз 5 рассматривают как входное отверстие или выходное отверстие отбирающего устройства 1. Также видим первый слив 6 для удаления более легкой фракции жидкости из контейнера 2. В ситуации при удалении более легкой фракции нефти, плавающей на уровне воды, слив 6 может быть упомянут как «сливное отверстие отобранной нефти». Слив 6 более легкой фракции соединяют с помощью гибкой связи с резервуаром (например, сосудом плавучего бака-хранилища) для хранения отобранной более легкой фракции жидкости. Это соединение (так же, как и другие соединения) в особенном варианте осуществления может быть представлено как соединение гидравлическими шлангами высокого давления, которые могут быть обеспечены внешним гидравлическим блоком питания.

Такое же отбирающее устройство 1 также известно на фиг. 1B, на которой показан второй слив 7 для удаления отобранной более тяжелой фракции жидкости (в случае, когда отбирают нефть, плавающую на воде), соединенный с низом 8 контейнера 2. Верхняя поверхность контейнера 2 оснащена более толстым краем 9, через который отбираемая жидкость втекает в контейнер 2. Более толстый край 9 может не только обеспечивать равномерный поток жидкости в контейнере 2, но также обеспечивать плавучесть контейнера 2. За более толстым краем 9 частично видимо кольцо регулировки входного отверстия (также неограничивающим образом упоминаемое как «кольцо регулировки входного отверстия зазора входного отверстия»), которое может быть поднято и опущено в зависимости от требуемого уровня отверстия кольцевого паза 5. На кольце 10 регулировки входного отверстия размещены сопла 11 с возможностью очистки кольцевого паза 5 при его закупорке.

На фиг. 2 показан вид в разрезе на устройство 1. Теперь также виден насос 12, например, (основной) насос с гидравлическим приводом с соединяющим шлангом 13, размещенный внутри отбирающего контейнера 2. Как показано схематически, блок управления 14 («приборный блок») может быть размещен внутри отбирающего контейнера 2. Для снабжения распыляющих сопел 11 жидкостью к этим соплам 11 с помощью дополнительных труб 15 также подведен насос 12. Для движения (на этой фигуре вертикального) кольца 10 регулировки входного отверстия приводящие цилиндры 16 (например, гидравлические вентильные приводы) расположены внутри отбирающего контейнера 2 и соединены с кольцом 10 регулировки входного отверстия. В качестве альтернативы приводящим цилиндрам 16 в качестве благоприятного выбора представлены гидравлические роторные приводы. На этой фигуре также показаны два дополнительных отверстия 20, позволяющие вентилировать устройство 1.

Преимущество в отверстиях 20 заключается в том, что отверстия 20 позволяют вентилировать центральное пространство, (частично) заполняемое жидкостью (водой), таким образом увеличивается стабильность положения устройства 1 в жидкости. Среди прочих на колебательные характеристики устройства 1 в жидкости (воде) может быть оказано воздействие.

Фигуры 3А-3C показывают различные поперечные сечения через часть крышки 4, кольцевой паз 5, край 9 отбирающего контейнера 2 и кольцо 10 регулировки входного отверстия, причем положение кольца 10 регулировки входного отверстия на различных фигурах варьируется относительно края 9 отбирающего контейнер а2. Крышка 4 находится в центральном положении и оснащена компенсационной камерой 17, обеспечивающей отбирающее устройство 1 дополнительной стабильностью при плавании в жидкости. Зависимый от различных условий среди прочих уровень 18 более легкой фракции жидкости (например, нефти при очистке от разлива нефти отбирающим устройством 1), плавающей на более тяжелой фракции 19 жидкости (например, воды при очистке от разлива нефти) положение кольца 10 регулировки входного отверстия относительно края 9 может быть изменено. На фиг. 3А кольцо 10 регулировки входного отверстия расположено в промежуточном положении, причем более легкая фракция 18 жидкости перетекает через край 9 в отбирающий контейнер 2. Для обеспечения такого потока жидкость должна быть удалена из отбирающего контейнера 2. По этой причине в отбирающем контейнере 2 представлен по меньшей мере один насос (не показан на этой фигуре), выполненный с возможностью откачки более тяжелой фракции жидкости и/или более легкой фракции жидкости из отбирающего контейнера 2. В случае если используется одиночный насос, может быть представлен один или более датчиков жидкости, выполненных с возможностью управлять вентилями для откачки более легкой и/или более тяжелой фракции жидкости из отбирающего контейнера 2 в зависимости от содержания более тяжелой или более легкой фракции жидкости в отбирающем контейнере 2. Для управления этими вентилями и для управления крышкой в отбирающем контейнере частью блока управления 14 может быть операционная система. На фиг. 3B кольцо 10 регулировки входного отверстия расположено в более высоком положении, причем повышенная скорость потока (по сравнению с фиг. 3А) более легкой фракции 18 жидкости перетекает через край 9 в отбирающий контейнер 2. Например, в ситуации, когда слой плавающей жидкости 18 толще (см. более толстый слой на фиг. 3В по сравнению с фиг. 3А), вместимость нефтесборщика более легкой фракции жидкости может быть увеличена.

В ситуациях, когда приток более легкой фракции жидкости ограничивают (например, при буксировке отбирающего устройства 1), кольцо 10 регулировки входного отверстия расположено в более низком положении (фиг. 3C), причем кольцо 10 регулировки входного отверстия приводят в контакт с краем 9. В таком положении кольцо 10 регулировки входного отверстия в значительной степени прерывает приток более легкой фракции 18 жидкости в отбирающий контейнер 2, как показано на фигуре. В качестве дополнительной возможности отбирающий контейнер 2 также может быть снабжен входным вентилем, желательно расположенным на низе отбирающего контейнера 2, выполненным с возможностью обеспечить быстрое заполнение контейнера 2 более тяжелой фракцией жидкости снизу в случае, когда уровень заполнения контейнера 2 низкий (например, при помещении в жидкость незаполненной установки).

1. Устройство для отбора более легкой фракции плавучей жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, при этом устройство включает в себя:

- плавучий отбирающий контейнер с открытым верхом, первым сливом для удаления более легкой фракции отобранной жидкости из отбирающего контейнера, соединенного с контейнером на расстоянии от открытого верха, и вторым сливом для удаления отобранной более тяжелой фракции жидкости, соединенным с контейнером на большем расстоянии от открытого верха, чем первый слив;

- крышку, расположенную над отбирающим контейнером таким образом, что паз оказывается между отбирающим контейнером и крышкой; и

- по меньшей мере один насос, расположенный в отбирающем контейнере для удаления жидкости из отбирающего контейнера через по меньшей мере один из сливов, отличающееся тем, что плавучий отбирающий контейнер и крышка неподвижно и непрерывно соединены друг с другом пазом, и тем, что устройство также включает в себя кольцо регулировки входного отверстия, подвижно соединенное с плавучим отбирающим контейнером и крышкой таким образом, что оно выполнено с возможностью перемещаться между закрывающим положением, при котором кольцо регулировки по меньшей мере в существенной степени закрывает непрерывный паз между отбирающим контейнером и крышкой, и открытым положением, причем кольцо регулировки входного отверстия по меньшей мере в существенной степени оставляет непрерывный паз между отбирающим контейнером и крышкой открытым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо регулировки входного отверстия снабжено соплами.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопла кольца регулировки входного отверстия направлены наружу по отношению к непрерывному пазу между отбирающим контейнером и крышкой.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что устройство также снабжено приводом для перемещения кольца регулировки входного отверстия относительно плавучего отбирающего контейнера и крышки.

5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что кольцо регулировки входного отверстия полое.

6. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что по меньшей мере один из сливов гибко соединен с отбирающим контейнером.

7. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что размещенный в отбирающем контейнере насос для удаления жидкости через по меньшей мере один из сливов является гидравлическим центробежным насосом.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крышка снабжена по меньшей мере одним фотовольтаическим солнечным элементом.

9. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что плавучий отбирающий контейнер снабжен предохранительным вентилем.

10. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что отбирающий контейнер в значительной степени симметричен относительно вращения.

11. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство также снабжено дополнительным сегментом запирающего элемента для закрытия непрерывного паза над частью длины паза.

12. Способ отбора более легкой фракции жидкости от более тяжелой фракции жидкости, такой как более легкой фракции плавучей нефти от более тяжелой фракции воды, включающий в себя следующие технологические этапы:

A) размещение устройства по любому из предшествующих пунктов в более тяжелой фракции жидкости,

B) перемещение кольца регулировки входного отверстия относительно плавучего отбирающего контейнера и крышки в положение, в котором высоту кольца регулировки регулируют до уровня более легкой фракции плавучей жидкости,

C) удаление более легкой фракции из устройства в хранилище более легкой фракции выкачиванием ее из устройства и удалением более тяжелой фракции жидкости из устройства возвращением ее за пределы устройства.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что сопла кольца регулировки входного отверстия используют для выброса загрязнения из непрерывного паза.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что при выбросе загрязнения из непрерывного паза кольцо регулировки входного отверстия перемещают.

15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что при буксировке устройства непрерывный паз перекрывает часть длины паза перемещением дополнительного сегмента закрывающего элемента в закрывающее положение.