УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/40 E02B15/04 

Изобретение относится к устройствам для забора поверхностного слоя (например, масла) нефтесодержащих сточных вод или других несмешиваемых жидкостей и может быть использовано для сбора нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей и океанов, а также в очистных сооружениях водоснабжения и канализации в химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности при очистке технологических смазочно-охлаждающих жидкостей от органических примесей.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества и производительности удаления поверхностного слоя нефтесодержащих сточных вод.

Известно устройство для удаления поверхностного слоя жидкостей (А.с. СССР N 1388397. Устройство для забора поверхностного слоя жидкости. М. кл. C 02 F 1/40, опубл. в БИ N 14, 1988 г.), содержащее маслосборный щелевой цилиндр, соединенный со сливной системой масла и удерживаемый на поверхности жидкости с помощью устройства пантографного типа, металлоконструкцию, к которой крепится устройство пантографного типа, набор пластин (грузов) для регулирования положения щелевого цилиндра на поверхности жидкости и ручки для крепления грузов.

К недостаткам устройства можно отнести нестабильную его работу, а следовательно, и низкое качество разделения поверхностного слоя жидкости вследствие следующих причин. Во-первых, на поверхности жидкости зачастую образуются скоагулированные крупные частицы масляной фазы с посторонними примесями, которые забивают щель щелевого цилиндра и доступ масла в цилиндр прекращается. Во-вторых, эти частицы могут образоваться и в самом цилиндре, забивая сливную магистраль, в результате чего цилиндр полностью заполняется маслом и водой и погружается в жидкость. В-третьих, при колебании уровня жидкости образуется дисбаланс расхода жидкости на входе в цилиндр и сливе из него, в итоге вместе с маслом будет попадать много воды. В-четвертых, с противоположной стороны поверхности цилиндра, где нет щели, образуется застойная зона, в которой будет скапливаться большое количество нефтепродуктов, которые удалить практически невозможно и их приходится перегонять в сторону щели вручную. Все эти недостатки приводят к снижению эффективности удаления поверхностного слоя жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей (см. Патент РФ N 2035958. Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей. М. кл. B 01 D 17/02, E 02 B 15/04. Опубл. в БИ N 15, 1995 г.), включающее плавающее маслосборное средство, удердживаемое на поверхности с помощью механизма патографного типа, подвижную металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства на поверхности жидкости и сливную систему для удаления масла, причем маслосборное средство выполнено в виде установленных на общей раме привода и связанных с ним цепной передачей двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых цилиндров (с гладкой или волнистой поверхностью) и размещенного между ними скребка в форме лотка, который сообщен со сливной системой, при этом рама шарнирно соединена с механизмом пантографного типа.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: заборник нефтепродуктов, выполненный в виде пустотелых цилиндров, имеющий возможность находиться на плаву на поверхности нефтесодержащей жидкости с помощью механизма пантографного типа, прикрепленного к металлоконструкции, и имеющий возможность забирать с поверхности жидкости всплывшие после ее отстоя нефтепродукты, реализуя тем самым их отделение от водной фазы; наличие грузов в виде пластин и механизма их крепления, способствующих стабилизации положения маслозаборного цилиндра на поверхности жидкости, улучшая качество разделения нефтепродуктов от водной фазы; сливная система, служащая для удаления отделенных от воды нефтепродуктов, исключающая их повторное перемещение с водной фазой, привод вращения маслозаборных цилиндров.

Недостатком прототипа является низкое качество и производительность удаления нефтепродуктов.

Указанные недостатки обусловлены тем, что при использовании этого устройства в машинах для мойки деталей, где температура моющего раствора достигает 50-80^oC, вязкость нефтепродуктов существенно уменьшается. Наоборот, вязкость нефтепродуктов увеличивается на поверхностях водоемов в холодное время года и для удаления нефтепродуктов с помощью лотка и сливной системы требуются дополнительные устройства, позволяющие снизить вязкость нефтепродуктов (например, с помощью подогрева), а следовательно, улучшить условия их слива.

Цель изобретения - повышение качества и производительности удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей путем управления вязкостью удаляемых нефтепродуктов.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение - устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей - содержит следующие выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи. В устройстве пустотелые герметичные маслозаборные цилиндры снабжены дополнительными пустотелыми герметичными цилиндрами, размещенными коаксиально и внутри маслозаборных цилиндров, а для подвода охлаждающей или нагревательной среды устройство снабжено дополнительно входным и выходным коллекторами, трубопроводы которых служат осями вращения маслозаборных цилиндров и для подачи охлаждающей или нагревательной среды в пространство (рубашку) между внутренней поверхностью маслозаборного цилиндра и наружной поверхностью пустотелого герметичного цилиндра.

В устройстве использован эффект управления вязкостью нефтепродуктов путем их охлаждения при небольшой вязкости или нагревания при большой их вязкости.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Устройство содержит маслосборное средство, выполненное в виде установленных на общей раме привода и связанных с ним цепной передачей двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных маслозаборных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью, внутри которой встроены дополнительные пустотелые герметичные цилиндры, размещенные коаксиально и внутри маслозаборных цилиндров, а для подвода и отвода охлаждающей или нагревательной среды устройство снабжено дополнительно входным и выходным коллекторами, трубопроводы которых служат осями вращения маслозаборных цилиндров и для подачи охлаждающей или нагревательной среды в пространство между внутренней поверхность маслозаборного цилиндра и наружной поверхностью коаксиально расположенного дополнительного пустотелого герметичного цилиндра, при этом трубопроводы жестко связаны с внутренними дополнительными пустотелыми герметичными цилиндрами.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение маслосборного средства в виде маслозаборных полых герметичных цилиндров со встроенными дополнительными пустотелыми герметичными цилиндрами, размещенными коаксиально и внутри маслозаборных цилиндров, позволяет с помощью дополнительных коллекторов охлаждать или нагревать наружные поверхности маслозаборных цилиндров и изменять вязкость удаляемых нефтепродуктов. Если вязкость нефтепродуктов мала (при высокой температуре очищаемых от нефтепродуктов жидкостей), качество и производительность удаления их снижаются. В этом случае необходимо пропускать внутри маслозаборного цилиндра хладагент (например, холодный воздух, аммиак, фреон, проточную воду и др.), поэтому качество и производительность удаления нефтепродуктов резко возрастут. Наоборот, при увеличении вязкости слив нефтепродуктов в сливной лоток затрудняется, вследствие чего производительность удаления поверхностного слоя снижается. Для повышение производительности наружные поверхности маслозаборных цилиндров целесообразно подогревать, пропуская внутри этих цилиндров либо нагревательную среду (горячий воздух, воду), либо размещая внутри маслозаборного цилиндра теплоэлектронагреватели.

Таким образом, в предлагаемом устройстве использован эффект изменения вязкости при различных условиях удаления поверхностного слоя жидкости.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в очистных сооружениях водоснабжения и канализации, производственных сточных вод и химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности при удалении нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей, океанов.

С получением технического результата, заключающегося в использовании эффекта изменения вязкости при удалении поверхностного слоя жидкости, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели повышения качества и производительности удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 изображено устройство, смонтированное на баке-отстойнике - общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей смонтировано на баке-отстойнике 1 (фиг. 1, 2), имеющем патрубки для подачи загрязненной жидкости 2 и слива очищенной жидкости 3 (фиг. 2). Устройство состоит из двух пустотелых герметичных маслозаборных цилиндров 4 (фиг. 1, 2, 3, 4), смонтированных на общей раме 5, которая в свою очередь соединена шарнирно в середине с системой рычагов 6 (или с механизмом пантографного типа) с возможностью качания вокруг шарниров и установки таким образом, что цилиндры окунаются в жидкость на равную величину. На раме 5 установлен привод вращения цилиндров 7 (например, моторедуктор), передающий крутящий момент на цилиндры 4 с помощью цепной передачи 8. Система рычагов 6 крепится к баку-отстойнику 1 с помощью металлоконструкции 9, имеющей в верхней части шарниры, и может покачиваться в вертикальной плоскости вокруг шарниров. Между маслозаборными цилиндрами 4 встроен скребок в виде лотка 10, прикрепленный к раме 5. К баку-отстойнику 2 жестко крепится сливная система в виде лотка 11, находящегося ниже скребка 10. К баку-отстойнику 1 примыкает емкость 12 для слива поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей 13. Для регулировки положения цилиндров 4 в вертикальном направлении на одном из концов системы рычагов 6 предусмотрены грузы 14, имеющие возможность передвигаться в горизонтальном направлении. К маслозаборным цилиндрам 4 подсоединены входной 15 и выходной 16 коллекторы, служащие осями вращения цилиндров 4 и магистралями для подачи и отвода охлаждающей и нагревательной сред. Катализаторы 15 и 16 соединяются с системой циркуляции охлаждающей и нагревательной сред (на фиг. не показана) с помощью гибких шлангов 17 и 18 (фиг. 2) В маслозаборные герметичные пустотелые цилиндры 4 вмонтированы дополнительно герметичные пустотелые цилиндры 19 (фиг. 4), размещенные коаксиально и внутри маслозабораных цилиндров. Подвод и отвод охлаждающей и нагревательной сред осуществляется через отверстия 20 и 21 в патрубках коллекторов 15 и 16.

Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей работает следующим образом. Загрязненная жидкость заливается в бак-отстойник 1 через патрубок 2 (фиг. 1, 2, 3), где отстаивается в течение некоторого промежутка времени. В процессе отстоя легкие примеси в виде масла, мелкодисперсных частиц, продуктов биопоражения и других органических соединений всплывают на поверхность жидкости, образуя поверхностный слой 13 (фиг. 1). После отстоя жидкости включается привод 7, который через цепную передачу 8 начинает вращать оба маслозаборных цилиндра 4, установленных на общей раме 5, закрепленной шарнирно с помощью системы рычагов 6 и шарнира к металлоконструкции 9, которая в свою очередь прикреплена к баку-отстойнику 1. Следует учесть, что цепная передача 8 выполнена таким образом, что оба цилиндра 4 могут вращаться навстречу друг другу внутрь (один по часовой стрелке, а другой - против). Масло (нефтепродукты) благодаря адгезионным свойствами материала поверхностей цилиндров 4 прилипает к ним из поверхностного слоя 13 и при вращении этих цилиндров счищается с их поверхностей одновременно (так как они вращаются в противоположном направлении) с помощью скребка 10. Затем масло со скребка 10 сливается в сливную систему в виде лотков 11 и далее в емкость 12. Для регулировки местоположения цилиндров 4 в вертикальном направлении относительно зеркала поверхностного слоя 13 предусмотрены грузы 14, смонтированные на системе рычагов 6. Очищенная от масла жидкость сливается через патрубок 3 бака-отстойника 1 к потребителю.

Для изменения вязкости нефтепродуктов маслозаборные цилиндры 4 снабжены пустотелыми герметичными цилиндрами 19, размещенными внутри и коаксиально с маслозаборными цилиндрами 4. Подача охлаждающей или нагревательной среды осуществляется через гибкий шланг 17 (фиг. 2), коллектор 15, отверстия 20 (фиг. 4), расположенные в патрубках коллектора 15 (фиг. 2), затем среда прокачивается в пространство между внутренней поверхностью маслозаборного цилиндра 4 и наружной поверхностью пустотелого герметичного цилиндра 19 (фиг. 4), охлаждая или нагревая наружную поверхность маслозаборного цилиндра 4, и через отверстия 21 направляется по коллектору 16 через гибкий шланг 18 в систему циркуляции (на фиг. не показана).

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами. За счет управления физическими свойствами удаляемых из жидкостей нефтепродуктов можно достичь требуемой вязкости последних, при которой качество и производительность удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей будут максимальными.

Как показали результаты опытной проверки моделирования при использовании заявляемого устройства удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей обеспечивается достижение следующих показателей: повышается степень удаления масляной фазы с поверхности жидкости; содержание водной фазы в удаленном масле значительно сокращается.

Согласно данным проведенных экспериментов в лабораторных условиях заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: степень удаления масла при температуре жидкости 50-60^oC при использовании прототипа была 85-90%, содержание водной фазы в удаленном масле - 10-15%, а при использовании предлагаемого устройства степень удаления масла стала равной 95-98% и содержание воды - 2-3%. Кроме того, для полного удаления одного и того же объема нефтепродуктов из жидкости с помощью прототипа требуется в 1,3 - 1,5 раза больше времени, чем с использованием предлагаемого устройства. Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает лучшее качество и более высокую производительность удаления нефтепродуктов из водной фазы.

Заявляемое устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит: автоматизировать процесс разделения нефтесодержащих стоков на масляную и водную фазы; обеспечить внедрение новой технологии, позволяющей повысить качество и производительность удаления органических примесей (нефтепродуктов) из нефтесодержащих жидкостей; улучшить экологичность производства.

Заявляемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды, а наоборот позволит оздоровить экологическую обстановку вокруг промышленных предприятий.

Изобретение возможно использовать в очистных сооружениях водоснабжения и канализации для удаления нефтепродуктов с поверхностей. Устройство включает плавающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности с помощью механизма пантографного типа, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин, сливную систему для удаления нефтепродуктов. Маслосборное средство выполнено в виде двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных маслозаборных цилиндров с гладкой или волнистой поверхностью, внутри которых коаксиально смонтированы дополнительные пустотелые герметичные цилиндры. Между цилиндрами размещен скребок в виде лотка. Для подвода и отвода охлаждающей или нагревательной среды в пространство между внутренними поверхностями заборных цилиндров и наружными поверхностями герметичных цилиндров имеются входные и выходные коллекторы, трубопроводы которых служат одновременно осями вращения маслозаборных цилиндров и жестко связаны с дополнительными цилиндрами. Технический результат заключается в повышении качества удаления поверхностного слоя жидкостей. 4 ил.

Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, включающее плавающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности с помощью механизма пантографного типа, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства, сливную систему для удаления нефтепродуктов, при этом маслосборное средство выполнено в виде установленных на общей раме привода и связанных с ним цепной передачей двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных маслозаборных цилиндров с гладкой или волнообразной поверхностью и размещенного между ними скребка в виде лотка, сообщенного со сливной системой, а рама шарнирно соединена с механизмом пантографного типа, отличающееся тем, что внутри пустотелых герметичных маслозаборных цилиндров коаксиально смонтированы дополнительные пустотелые герметичные цилиндры, а для подвода и отвода охлаждающей или нагревательной среды в пространство между внутренними поверхностями маслозаборных цилиндров и наружными поверхностями дополнительных герметичных цилиндров устройство снабжено входным и выходным коллекторами, трубопроводы которых служат одновременно осями вращения маслозаборных цилиндров и жестко связаны с дополнительными цилиндрами.