УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК E02B15/10 C02F1/40 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к устройствам для сбора нефтепродуктов, масел, жировых пленок и других неагрессивных жидкостей, отличающихся от воды физическими свойствами, с водной поверхности, преимущественно в местах с ограниченным доступом, например дренажных колодцев, скважин, баков, цистерн и т.д.

Известно устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды [Патент 2104366 RV, МПК⁶ Е 02 В 15/04, опубл. 1998.02.10] [1].

Устройство [1] содержит маслозаборное средство, выполненное и виде полого барабана с перфорированной поверхностью, причем поверхность снаружи покрыта слоем пористого или волокнистого материала, выполняющего роль коллектора; устройство для удаления нефти с маслозаборного средства - барабана, выполненное в виде, например, двух цилиндров, установленных выше и ниже барабана, оси которых расположены параллельно оси барабана, и приемный лоток, установленный внутри барабана. Цилиндры выполняют роль отжимных приспособлений, прижимая при вращении слой материала-коллектора к поверхности барабана.

Устройство работает следующим образом.

Маслозаборное устройство устанавливают таким образом, чтобы в процессе вращения барабана слой пористого или волокнистого материала попадал в слои нефти и втягивал ее в свои поры или в пространство между волокнами. Причем в слой нефти попадает тот слой материала-коллектора, который освободился из-под нижнего цилиндра. При достижении верхнего цилиндра последний, прижимая насыщенный нефтью слой материала-коллектора к поверхности барабана, выжимает нефть из слоя, в результате чего нефть стекает в приемный лоток через отверстия в барабане.

Как следует из технической сущности известного устройства [1], конструктивное выполнение маслозаборного устройства и отжимного устройства для удаления абсорбированной нефти обеспечивают его высокую производительность при сборе нефти с поверхности открытых водоемов.

Однако эффективное использование известного устройства ограничено его большими размерами: данное устройство не представляется возможным использовать при сборе нефти с водной поверхности в местах с ограниченным доступом, т.е., дренажных колодцев, баков, цистерн, скважин.

Известно также устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды патент 5378371, МПК 6 Е 02 В, опубл. 1995 г.[2].

Известное устройство содержит маслозаборное средство, выполненное в виде гибкой ленты с гладкими поверхностями из гидрофобного материала и соединенными концами, расположенной на барабане; натяжную катушку, установленную на свисающем с барабана участке ленты; устройство для удаления нефти с ленты, выполненное в виде скребков, расположенных вблизи участка ленты, движущейся вниз от барабана к катушке (нисходящий участок ленты), и приемный лоток, расположенный под скребками.

Устройство работает следующим образом.

Для сбора нефти с поверхности воды устройство располагают таким образом, чтобы свисающая на ленте катушка находилась ниже поверхности воды и плавающего слоя нефти. При вращении барабана вес участки ленты, движущейся по замкнутому контуру, последовательно проходят через слой плавающей на воде нефти, которая вследствие гидрофобных свойств ленты образует на восходящем участке ленты тонкий слой, снимаемый скребками на нисходящем участке. Удаляемая нефть поступает в приемный лоток.

Основным недостатком известного устройства является недостаточно высокая производительность, обусловленная тем, что пленка нефти, формируемая на восходящем участке поверхности ленты-коллектора, тонкая, особенно при извлечении легких маловязких масел; кроме того, при подъеме на значительную высоту пленка успевает значительно утоньшиться за счет гравитационного стекания.

Использование очень широких лент и больших скоростей их протяжки приводит к некоторому увеличению производительности. Однако одновременно с этим происходит усложнение конструкции и быстрый износ ленты-коллектора. А сложность и громоздкость конструкции ограничивает область применения устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды [А.с. СССР 1016427, кл. Е 02 В 15/10, опубл. 07.05.1983] [3].

Известное устройство содержит раму, на которой установлены вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан с расположенной на нем гибкой гидрофобной лентой, выполненной в виде замкнутого контура, причем наружная поверхность ленты выполнена пористой или волокнистой, натяжная катушка, размещенная в нижней точке свисающего с барабана участка ленты, при этом лента установлена под углом 7-20^o к горизонту; устройство для снятия нефтепродуктов с ленты, выполненное в виде цилиндра, ось которого расположена параллельно оси барабана, и приемный лоток, установленный в ниже цилиндра.

Устройство работает следующим образом.

Для очистки поверхности воды от нефтепродуктов устройство располагают таким образом, чтобы натяжная катушка находилась ниже поверхности воды и плавающего на ней слоя нефтепродуктов. Приводят во вращательное движение барабан, и движущаяся лента, войдя в зацепление с цилиндром, приводит его во вращение. В процессе работы устройства барабан, цилиндр и натяжная катушка вращаются по часовой стрелке. При вращении барабана нисходящий участок ленты проходит через слой плавающих на воде нефтепродуктов и пористой или волокнистой поверхностью вбирает (сорбирует) порцию нефтепродуктов. После прохождения вокруг натяжной катушки восходящий участок ленты с сорбированньми нефтепродуктами перемещается вверх, где с помощью отжимного цилиндра происходит удаление нефтепродуктов из ленты. Отжатая и освобожденная от нефтепродуктов лента (нисходящий участок) вновь опускается вниз для извлечения новой порции нефтепродуктов. Отжатые с ленты нефтепродукты стекают по поверхности цилиндра в приемный лоток.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая производительностью, что связано со значительной обводненностью извлеченных нефтепродуктов, обусловленная, как определил заявитель, наклоном несущей ленты.

Кроме того, выполнение устройства под углом к горизонту ограничивает область применения: данное устройство невозможно использовать для очистки водной поверхности в малодоступных местах, например дренажных колодцах, скважинах, баках и др.

Нами была определена производительность известного устройства [3] при удалении с поверхности воды отработанного моторного масла с толщиной пленки <3 мм.

Устройство содержит конструктивные элементы со следующими размерами:
- лента капроновая длиной 3 м (при разомкнутых концах) и шириной 0,05 м, с волокнистым слоем ткани из натуральной шерсти;
- отжимной цилиндр диаметром 0,04 м и шириной 0,05 м со скоростью вращения 33 об/мин;
- барабан диаметром 0,18 м и шириной 0,05 м;
- натяжная катушка диаметром 0,18 м;
- угол наклона ленты к горизонту 20^o.

Производительность данного устройства при удалении отработанного моторного масла с поверхности воды на высоту 1 м составила 11,5 л/ч при толщине пленки <3 мм и 33 л/ч при толщине 6 мм, что является подтверждением низкой производительности устройства [3].

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать конструкцию устройства для удаления нефтепродуктов с поверхности воды путем изменения пространственного расположения коллектора-ленты с адгезирующим или адсорбционным слоем, а также путем изменения конструкции устройства для снятия нефтепродуктов с ленты и места его расположения по отношению к барабану, что обеспечило бы достижение технического результата - повышение производительности устройства по сбору нефти при одновременном достижении компактности и малогабаритности, что позволило бы расширить функциональные возможности устройства за счет эффективного использования очистки малодоступных объемов загрязненной поверхности воды.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды, включающее барабан с расположенной на последнем лентой, выполненной в виде замкнутого контура, размещенную на нижней точке этого контура натяжную катушку, устройство для снятия нефтепродуктов с ленты, выполненное в виде цилиндра, ось которого расположена параллельно оси барабана, и приемный лоток, установленный ниже цилиндра, причем наружная поверхность ленты выполнена пористой или волокнистой, в котором, согласно изобретению, упомянутый цилиндр выполнен полым с перфорированной боковой стенкой и установлен ниже барабана с зацеплением нисходящего участка ленты с цилиндром, при этом ось цилиндра смещена относительно оси барабана по горизонтали в сторону восходящего участка ленты на расстояние не более радиуса барабана; цилиндр оборудован скребком, выполненным в виде желоба, размещенного внутри цилиндра, а наружная поверхность цилиндра выполнена с насечкой.

Нами установлено, что вертикальное расположение восходящих и нисходящих участков ленты-коллектора с пористой или волокнистой поверхностью и выполнение устройства для снятия нефти с ленты в виде полого цилиндра с перфорированной боковой стенкой, расположенного ниже барабана со смещением в сторону восходящего участка ленты, обеспечивает высокую производительность процесса удаления нефти с поверхности воды. Достигается это за счет эффективного, практически без потерь, проведения процессов адсорбции нефти лентой-коллектором при незначительной ее обводненности и эвакуации отжатого масла.

Расположение цилиндра ниже барабана со смещением в сторону восходящего участка ленты позволяет создать оптимальное расстояние между восходящим и нисходящим участками ленты, что обеспечивает устройству малогабаритность, компактность, а следовательно, расширение функциональных возможностей за счет использования в малодоступных, ограниченных по объему местах сбора нефти.

Следует отметить, что дополнительное оборудование внутренней полости цилиндра скребком в виде желоба способствует ускорению эвакуации нефти и уменьшению потерь, что также оказывает влияние на повышение производительности, а выполнение насечек на внешней поверхности цилиндра обеспечивает надежную протяжку ленты без проскальзывания.

Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков для удаления нефтепродуктов с поверхности воды является необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата - высокой производительности, соответствующей, например, 44 л/ч при сборе отработанного моторного масла, при одновременном значительном уменьшении габаритов устройства, что позволяет с высокой производительностью удалять нефтепродукты в малодоступных, но многочисленных местах нахождения масляной пленки.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для удаления нефти; на фиг.2 - конструктивные элементы устройства, цилиндр со скребком.

Устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды (фиг.1) содержит вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан 1; ленту-коллектор 2 (с соединенными концами), расположенную на барабане 1 с образованием восходящего и нисходящего участков, причем внешняя по отношению к барабану поверхность ленты 3 выполнена пористой или волокнистой; устройство для снятия нефтепродуктов с ленты, выполненное в виде полого цилиндра 4 с перфорированной боковой стенкой, установленного ниже барабана 1, при этом ось цилиндра размещена параллельно оси барабана и смещена относительно последней по горизонтали в сторону восходящего участка ленты на расстояние не более радиуса барабана; приемный лоток 5, расположенный непосредственно под барабаном 1 и цилиндром 4; натяжную катушку 6, установленную в нижней точке свисающего с барабана участка ленты и помещенную в резервуар 7.

В боковой стенке цилиндра 4 выполнены отверстия 8, а внутри цилиндра расположен скребок 9, выполненный в виде желоба (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Для удаления нефтепродуктов с поверхности воды устройство располагают над или в резервуаре 7 так, чтобы натяжная катушка 6 находилась ниже поверхности воды и плавающего на ней слоя нефтепродуктов 10. Полый цилиндр 4 и барабан 1 приводят во вращательное движение при помощи электропривода, расположенного на одной оси с цилиндром. При этом электропривод и цилиндр устанавливают на маятниковом рычаге, который, и спою очередь, соединен с регулируемым пружинным устройством (не показаны на фигурах), обеспечивающим необходимую степень прижима поверхности барабана 1 и цилиндра 4. В процессе работы устройства направление вращения привода цилиндра 4 выбирается так, чтобы он вращался по часовой стрелке, а барабан 1 - против часовой стрелки. При этом отжатая и освобожденная от нефтепродуктов лента 2 после выхода из зацепления с цилиндром 4 опускается вниз (нисходящий участок ленты) в резервуар с водой и нефтепродуктами 7, а затем, пройдя вокруг - натяжной катушки 6, поднимается наверх, вобрав волокнистой или пористой поверхностью новую порцию нефтепродуктов из пленки 10 (восходящий участок ленты). Отжатые с ленты 2 нефтепродукты стекают как по поверхности цилиндра 4, так и через отверстие 8, образуя один поток нефтепродуктов 11, направляемый в приемный лоток 5. Взаимное расположение барабана 1, цилиндра 4 и лотка 5 обеспечивает практически без потерь эвакуацию абсорбированных и отжатых нефтепродуктов. Отсепарированные нефтепродукты 12 поступают в концентратор, где происходит гравитационное отделение от них воды, захваченной лентой из резервуара.

Для улучшения эвакуации отжатых нефтепродуктов цилиндр 4 оборудован скребком 9, выполненным в виде желоба, размешенном внутри цилиндра. Скребок скользит по внутренней поверхности цилиндра, в результате чего нефтепродукты, прошедшие сквозь отверстия 8, поступают в желоб (не представлен) и далее в приемный лоток 5.

В качестве примера осуществления по изобретению было изготовлено и испытано устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее основные конструктивные элементы со следующими размерами:
- барабан 1 с диаметром 0,18 м и шириной 0,05 м;
- лента капроновая 2 (с соединенными концами) длиной 3 м и шириной 0,05 м; на внешнюю по отношению к барабану 1 поверхностью ленты нашит слой 3 волокнистой (буклированной) ткани из натуральной шерсти;
- полый цилиндр 4 диаметром 0,04 м и шириной 0,05 м, со скоростью вращения 33 об/мнн; в боковой стенке цилиндра выполнены отверстия диаметром 3 мм по одному на см²;
- натяжная катушка 6 диаметром 0,03 м.

Производительность данного устройства определяли при удалении с поверхности воды слоя отработанного моторного масла на высоту 1 м.

Зависимость производительности устройства от толщины пленки масла и дополнительного наличия скребка в цилиндре представлена в таблице.

Как следует из представленных данных, оборудование цилиндра скребком дополнительно повышает производительность устройства в зависимости от толщины пленки на 25-33%.

Преимущества предложенного устройства для удаления нефтепродуктов с поверхности воды по сравнению с известным состоят в следующем.

Предложенная конструкция устройства обеспечивает высокую производительность процесса удаления нефтепродуктов с поверхности воды, например на уровне 16 л/ч, при толщине пленки масла <3 мм и 44 л/ч при толщине >6 мм, что значительно, в 1,4 раза превышает производительность известного устройства [2], достигающего всего лишь 11,5 и 33 л/ч соответственно.

Компактность, малогабаритность предлагаемого устройства позволяет эффективно использовать его для удаления с поверхности воды масляных и других углеводородных пленок в малодоступных местах, например в дренажных колодцах, скважинах, баках, цинстернах при достижении высокой производительности, что не может быть реализовано известными устройствами.

Устройство включает барабан с расположенной на нем лентой, выполненной в виде замкнутого контура, размещенную на нижней точке этого контура натяжную катушку, устройство для снятия нефтепродуктов с ленты. Устройство выполнено в виде цилиндра, ось которого расположена параллельно оси барабана. Также имеется приемный лоток, установленный ниже цилиндра. Наружная поверхность ленты выполнена пористой или волокнистой. Цилиндр выполнен полым с перфорированной боковой стенкой и установлен ниже барабана с зацеплением нисходящего участка ленты с цилиндром. Ось цилиндра смещена относительно оси барабана по горизонтали в сторону восходящего участка ленты на расстояние не более радиуса барабана. Обеспечивается высокая производительность процесса удаления нефтепродуктов с поверхности воды. 2 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Устройство для удаления нефтепродуктов с поверхности воды, включающее барабан с расположенной на нем лентой, выполненной в виде замкнутого контура, размещенную на нижней точке этого контура натяжную катушку, устройство для снятия нефтепродуктов с ленты, выполненное в виде цилиндра, ось которого расположена параллельно оси барабана, и приемный лоток, установленный ниже цилиндра, причем наружная поверхность ленты выполнена пористой или волокнистой, отличающееся тем, что упомянутый цилиндр выполнен полым с перфорированной боковой стенкой и установлен ниже барабана с зацеплением нисходящего участка ленты с цилиндром, при этом ось цилиндра смещена относительно оси барабана по горизонтали в сторону восходящего участка ленты на расстояние не более радиуса барабана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндр оборудован скребком, выполненным в виде желоба, размещенного внутри цилиндра. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что наружная поверхность цилиндра выполнена с насечкой.