УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТА С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК E02B15/04 

Изобретение относится к экологии, в частности, для обработки больших объемов жидкости при ликвидации последствий аварии.

Известна вертикальная центрифуга непрерывного действия, содержащая барабан, снабженный патрубками для ввода осветляемой жидкости и отвода осветленной жидкости и осадка, в полости барабана расположены горизонтальные диски с отверстиями для перемещения осадка и осветленной жидкости, причем отверстия для перемещения осадка расположены у поверхности барабана (а.с. СССР N 304982, кл. B 04 B 1/08, 4.06.71)
Недостатком данной конструкции является то, что она не предусматривает обработку больших объемов жидкости с небольшим содержанием полезного компонента (нефти, разлитой по поверхности водоема). Вихревые перемещения возможных сочетаний объемов разноплотных масс (нефти и воды) увеличивают время обработки. Переменное соотношение разноплотных масс усугубляет нестабильность процесса разделения.

Известен сепаратор, содержащий барабан, пакет тарелей с отверстиями для формирования нейтрального слоя жидкости, входное и отводные отверстия для шлама и разноплотных фаз жидкости, причем отводное отверстие снабжено клапаном, срабатывающим под действием давления на поршень клапана. (И.В.Лысковцев "Разделение жидкостей на центробежных аппаратах", М. 1968 г. рис. 73, стр. 120).

Недостаток данного сепаратора заключается в том, что он является высокооборотным, вследствие чего неприменим в нестационарных условиях в качестве нефтезаборщика. Сепаратор чувствителен к объемному соотношению разноплотных фаз жидкости: положение нейтрального слоя должно быть в пределах отверстий, выполненных в тарелях, что не соблюдается при изменении соотношении объемов разноплотных фаз жидкости за пределы, установленные для данной конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для удаления нефтепродукта с водной поверхности, содержащее корпус, средства для разгона разделяемых жидкостей, кольца, диаметр которых меньше диаметра корпуса, входное и отводные отверстия (РСТ, заявка N 90/12156, кл. E 02 B 15/04, 1990).

Недостатком данного устройства является низкая производительность, т.к. неэффективен подвод разделяемых жидкостей, наслоение обработанных и поданных на обработку объемов жидкости. Недостаточная степень очистки при неустоявшемся соотношении объемов жидкостей ввиду отсутствия отделения обработанной жидкости от необрабатываемой.

Задача, решаемая изобретением: создание для "полевых" условий мобильного, низкооборотистого, но высокопроизводительного устройства с достаточно высокой степенью разделения разноплотных несмешивающихся жидкостей. Для "полевых" условий характерно изменение объемных соотношений разноплотных жидкостей, волнение водной поверхности, изменение вязкости нефти в течение суток, наличие твердых включений.

Эта задача решается устройством для удаления нефтепродукта с водной поверхности, содержащим корпус с входным отверстием и отводными отверстиями для нефтепродукта и воды, средства для разгона разделяемых жидкостей, кольца, диаметры которых меньше диаметров корпуса, при этом отводное отверстие для нефтепродукта расположено у верхнего края корпуса, расстояние между кольцами, а также материал их поверхностей обуславливают возможность образования нефтью между кольцами выпуклого мениска, диаметры отверстий колец от дна до отводного отверстия нефтепродукта увеличиваются, образованная кольцами центральная полость снабжена переливным порогом, а отводное отверстие для воды снабжено клапаном на давление жидкостей в центробежном поле устройства, заключенных в пространстве от поверхности корпуса до периферийной части центральной полости включительно, толщиной равной высоте переливного порога.

Поперек колец с возможностью образования переменной в поперечном сечении площади кольцевой полости установлен вкладыш.

Поверхность колец выполнена из несмачиваемого водой материала.

Кроме того, кольца установлены с переменным шагом.

Постоянство водного объема в корпусе наряду с препятствием для поступления нефтепродукта в пространство, занимаемое водой, в виде молекулярных сил взаимодействия нефтепродукта с несмачиваемой им поверхностью, позволяет стабильно сохранять промежуточный (нейтральный) слой, обуславливающий эффективность отделения нефтепродукта. Задействованные физические процессы не энергоемки, не требуют высоких оборотов, но обеспечивают достаточно высокую степень разделения несмешивающихся жидкостей, при этом обеспечиваются сравнительно небольшие размеры устройства (мобильность).

На фиг. 1 изображено устройство для удаления нефтепродукта с водной поверхности, общий вид; на фиг.2 поперечное сечение по А-А устройства на фиг. 1.

Устройство содержит корпус 1 с входным 2 отверстием для забора разноплотных несмешивающихся жидкостей из водоема, с отверстиями 3 и 4 для отвода разделенных жидкостей и колец 5, делящих полость корпуса 1. Диаметр колец 5 меньше диаметров корпуса 2 на уровне кольца, вследствие чего в корпусе выделены горизонтальные слои 6, центральная полость 7 и пространство между корпусом 1 и кольцами 5, которое, в свою очередь, разделено на отсеки 8 ребрами 9 жесткости, установленными поперек колец 5. Отсеки 8 на уровне дня 10 корпуса сообщаются между собой через проемы 11 в ребрах 9. Здесь же на отводном отверстии 3 выполнен сбросовый клапан 12. Диаметры отверстий 13 ( фиг.2) колец 5 увеличиваются от дна 10 корпуса в сторону верха корпуса. Образованная кольцами 5 центральная полость 7 снабжена переливным порогом 14 перед отводным отверстием 4 для нефти. Высота переливного порога равна "h".

Материал колец 5 (или его поверхности), а также расстояние между ними приняты из условия образования нефтью при взаимодействии с кольцами выпуклого мениска. (Это возможно при несмачиваемой нефтью поверхностью колец 5, см. Физический энциклопедический словарь, 1984 г. стр.243).

Сбросовый клапан 12 настроен на давление в центробежном поле устройства жидкостей в объеме от поверхности корпуса 1 до периферийной части 15 центральной полости 7, промежуточного слоя, включительно, толщина которого равна "h", от кромок колец 5, т.е. равна высоте переливного порога 14.

Входное отверстие 2 снабжено патрубком 16, заборником 17 для разделяемых жидкостей, например, в виде лопастей. Средства для разгона захваченных жидкостей состоят из привода (на фиг. не показан) для вращения корпуса 1, вкладыша 18, установленного с возможностью вращения на валу 19 от привода в полости 7 со стороны дна 10 корпуса и заборника 17. Вкладыш 18 выполнен конусообразным, установлен с возможностью перемещения вдоль вала 19 и нагружен пружиной 20.

Жесткость комплекта колец 5 обеспечивается ребрами 9. Кольца 5 (или их поверхности) выполнены из несмачиваемого водой материала. В некоторых случаях целесообразно кольца 5 устанавливать с переменным шагом.

Работа устройства. Разноплотные жидкости под действием центробежных сил разделяются: вода, как более тяжелая, отбрасывается к периферии (отсеки 8, промежутки между кольцами 5), формируется промежуточный слой 15 из смеси воды с нефтью, а нефть отводится в аккумулирующую емкость (на фиг. не показана) по наклонному промежуточному слою 15, через переливной порог и отверстие 4. Необходимый объем воды в корпусе поддерживается клапаном 12. Если давление жидкостей в центробежном поле устройства превышает давление жидкости, заключенной в отсеках 8, промежутках между кольцами 5 и порога 14, то клапан 11 сбрасывает часть воды. Изменение соотношения объемов жидкостей в пользу нефти уменьшает сброс воды через клапан. Если поступает только нефть, то давление ее уравновешивается молекулярными силами взаимодействия (нефти) с поверхностью колец 5 и сброс воды прекращается. Нефть же отводится в аккумулирующую емкость. Появление воды в захваченной заборником 17 жидкости обеспечивает вытеснение нефти из промежутков между кольцами 5.

Турбулентность жидкости уменьшается делением при движении ее между кольцами 5 на тонкие слои 6, при этом круговому перемещению в слоях относительно колец 5 противодействуют вертикальные ребра 9 жесткости. Сведением к минимуму вихревых перемещений жидкости значительно ускоряется процесс разделения. Твердые частицы, достигшие поверхности корпуса, постепенно осаждаются на дно 10 корпуса и выбрасываются (отсеки 8 сообщаются между собой) вместе с водой через клапан 12.

В случае, если поверхность колец 5 не смачивается водой, то процесс разделения жидкостей интенсифицируются, т.к. исключаются силы молекулярного взаимодействия между водой и кольцами, затрудняющие перемещение воды на сброс.

Уменьшение расстояния между кольцами 5 в сторону переливного порога 14 до проявления капиллярных свойств при взаимодействии с нефтью с образованием выпуклого мениска (поверхность колец несмачиваема нефтью) стабилизирует верхнюю часть промежуточного слоя 15, что улучшает работу устройства. Если в верхней половине устройства поверхность колец смачиваема водой и несмачиваема нефтью, а расстояние между кольцами обуславливает при взаимодействии с нефтью проявление капиллярных свойств, то возможные перепады угловой скорости корпуса, изменения соотношения объемов несмешивающихся между собой жидкостей оказывают минимальное влияние на стабильность слоя 15.

Вкладыш 18 вращается на приводном валу 19 и обеспечивает захваченной заборником 17 жидкости скорость соответствующую скорости корпуса. При этом вкладыш под действием центробежной силы, давлений жидкости и пружины 20 перемещается вдоль вала 19 и регулирует подачу жидкости в корпус, обеспечивает неразрывность потока этой жидкости, уменьшает вихревые явления, т.е. оптимизирует поток жидкости в корпус.

Использование: в защите окружающей среды, в частности для удаления нефтепродукта с водной поверхности. Сущность изобретения: в корпусе устройства для сбора нефтепродукта с поверхности воды с входным и отводными отверстиями установлены кольца, диаметры которых меньше диаметра корпуса, при этом расстояние между кольцами и материал их поверхности выполнены с возможностью образования нефтью выпуклого мениска. Образованная кольцами центральная полость снабжена переливным порогом перед отводным отверстием для нефти, а отводное отверстие для воды - клапаном на давление в центробежном поле устройства жидкостей, заключенных в пространстве от поверхности корпуса до периферийной части центральной полости включительно, толщина которой равна высоте переливного порога. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для удаления нефтепродукта с водной поверхности, содержащее корпус с входным и выходными отверстиями для нефтепродукта и воды, средства для разгона разделяемых жидкостей, кольца, диаметры которых меньше диаметра корпуса, отличающееся тем, что отводное отверстие для нефтепродукта расположено у верхнего края корпуса, от отводного отверстия в сторону дна выделена центральная часть полости корпуса, для чего сами кольца или их поверхности выполнены из олеофильного по отношению к нефтепродукту материала и установлены относительно друг друга с возможностью образования выпуклого мениска с нефтепродуктом, при этом диаметры отверстий колец увеличиваются от дна к отводному отверстию нефтепродукта, где установлен для центральной части полости корпуса переливной порог, закрепленный на корпусе, отводное отверстие для воды снабжено клапаном на давление в центробежном поле устройства жидкостей, заключенных в пространстве от поверхности корпуса до периферийного слоя центральной части полости включительно, при этом толщина периферийного слоя равна высоте переливного порога. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поперек колец установлен конусообразный вкладыш с возможностью изменения поперечного сечения кольцевой полости между вкладышем и границей центральной части полости корпуса, образованной кольцами. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что кольца установлены с переменным шагом.