СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ПЛАВАЮЩИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2003 года по МПК E02B15/04 E02B15/10 

Изобретение относится к очистке поверхности объема жидкости. Более точно, изобретение относится к способу и устройству для сбора плавающих загрязняющих веществ, таких как разлитая нефть, с поверхности открытой воды или воды в закрытом пространстве.

Изобретение особенно применимо для сбора нефти, плавающей на поверхности воды, и поэтому будет описано с конкретной ссылкой на его применение для этой цели. Однако изобретение не ограничивается сбором нефти или других жидких загрязняющих веществ и следует понимать, что термин "загрязняющее вещество", используемый в данной заявке, включает в себя помимо жидких веществ с высокой или низкой вязкостью, более или менее твердые отходы или предметы со сравнительно небольшими размерами.

В публикации WO 97/07292 описаны способ и устройство для удаления части воды с поверхности водного объема с обеспечением ее прохождения в погруженный резервуар для сбора с целью очистки водной поверхности. Обеспечивается поступление загрязняющего вещества, в особенности нефти, плавающего на поверхности воды вокруг резервуара для сбора, в водоотстой, образованный в резервуаре для сбора, и создается возможность отделения загрязняющего вещества от воды за счет его плавучести и образования слоя на поверхности воды в зоне отделения. Создаваемый таким образом слой на поверхности водоотстоя периодически или непрерывно отводится из зоны отделения и удаляется любым известным образом.

Обеспечивается прохождение поверхностной части окружающей воды, несущей загрязняющее вещество, через порог самоустанавливающегося вертикально водослива, предназначенного для удаления плавающих загрязнений, который предпочтительно является кольцевым. С этой целью воду отводят из нижней зоны резервуара для сбора, чтобы сохранить водоотстой в резервуаре для сбора таким, чтобы уровень жидкости в резервуаре для сбора находился ниже уровня поверхности окружающей воды.

В процессе работы предназначенный для удаления плавающих загрязнений водослив, который обладает некоторой плавучестью, занимает положение перелива относительно поверхности окружающей воды, так что приток в резервуар для сбора автоматически регулируется для обеспечения соответствия оттоку воды из него.

Зона отделения включает, как правило, круглую зону водной поверхности в водоотстое и воду под этой круглой зоной. В своей верхней части зона отделения в горизонтальном направлении удалена на некоторое расстояние внутрь от водослива и предпочтительно отделена от водослива кольцевой перегородкой, обеспечивающей предотвращение попадания в зону отделения загрязняющих веществ, которые не были предварительно направлены вниз.

Отличительным признаком известного способа и устройства является то, что отделение загрязняющих веществ, переносимых водой, в резервуаре для сбора происходит на стадии, которую осуществляют после удаления верхнего слоя с поверхности воды. Другими словами, ничего не предусмотрено для обеспечения того, чтобы жидкость, поступающая в резервуар для сбора, содержала в основном только загрязняющие вещества. Вместо этого обеспечивается возможность поступления большого количества воды в резервуар для сбора, и концентрированный слой загрязняющих веществ образуется в зоне отделения за счет обеспечения того, что на последующей стадии отделения происходит эффективное отделение загрязняющих веществ от смеси воды и загрязняющих веществ.

Если плотность загрязняющих веществ только немного меньше плотности воды, как имеет место в случае большинства загрязняющих веществ, состоящих из нефтепродуктов, эффективное отделение загрязняющих веществ от смеси воды и загрязняющих веществ будет возможно только в том случае, если скорость потока смеси будет очень низкой.

Было установлено, что смесь воды и загрязняющих веществ, проходящая через водослив для удаления плавающих загрязняющих веществ подобно водопаду или каскаду, стремится течь более или менее вертикально вниз, как сравнительно ограниченный поток в жидкости, содержащейся в резервуаре для сбора. Кроме того, было обнаружено, что потеря потоком своего количества движения происходит медленно, так что поток может легко достичь нижней зоны резервуара для сбора, откуда воду выпускают.

Следовательно, важно обеспечить резкое уменьшение скорости проходящей смеси с тем, чтобы разделение в зоне отделения могло происходить эффективно. В вышеописанном известном устройстве уменьшение скорости может быть обеспечено за счет расширения зоны отделения и обеспечения возможности по меньшей мере частичного обеспечения проходящей вниз смеси в зону отделения и распределения в ней по большой площади.

Однако в случае использования известного способа и устройства расширение зоны отделения также означает то, что кольцевой водослив для удаления плавающих загрязняющих веществ должен быть расширен. Это, в свою очередь, означает, что возрастает приток через водослив для удаления плавающих загрязняющих веществ и вследствие этого ограничивается уменьшение скорости в зоне отделения.

Этого ограничения избегают при использовании способа и устройства согласно изобретению, признаки которого сформулированы в независимых пунктах формулы изобретения и предпочтительные варианты осуществления которого включают в себя признаки, приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Как станет очевидно из нижеизложенного описания, при способе и устройстве согласно изобретению зона отделения смещена в горизонтальном направлении от зоны под водоотстоем в резервуаре для сбора. Это представляет собой отличие от описанного выше предшествующего технического уровня, который характеризуется тем, что зона отделения находится в пределах зоны под водоотстоем в резервуаре для сбора.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения зона отделения является кольцеобразной и окружает зону под водоотстоем. В этом случае зона отделения может быть расширена в горизонтальном направлении по существу без ограничения, так что площадь ее горизонтального поперечного сечения можно легко выбрать по желанию для получения заданной низкой скорости потока. Расширение может быть выполнено при отсутствии необходимости какого-либо расширения водослива для удаления плавающих загрязняющих веществ и водоотстоя. Проходящий вниз поток смеси воды и загрязняющего вещества может быть отклонен радиально наружу во всех направлениях и расширен по всей площади горизонтального поперечного сечения, размер которой представляет собой функцию квадрата расстояния наружного периметра от центра.

В соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления зона отделения предусмотрена в резервуаре для отделения, который удален на некоторое расстояние от резервуара для сбора в горизонтальном направлении и соединен с ним посредством трубопровода, по которому смесь воды и загрязняющего вещества транспортируют из резервуара для сбора в резервуар для отделения, в котором происходит накапливание загрязняющих веществ на поверхности воды. Как резервуар для сбора, так и резервуар для отделения могут быть расположены в водном объеме, который содержит загрязняющее вещество.

Предпочтительно поток воды, включающий загрязняющее вещество, вводят в резервуар для отделения через проходящую в вертикальном направлении, открытую вверх выходную трубу, и также предпочтительно, если направленный вверх поток, выходящий из выходной трубы, будет отклонен вниз через кольцевую зону, которая окружает выходную трубу и нижний конец которой сообщен с зоной отделения.

Также в этом втором варианте осуществления горизонтальные размеры зоны отделения могут легко быть выбраны по существу по желанию для создания такой площади поперечного сечения для потока, поступающего в зону отделения, которая будет достаточно большой для того, чтобы уменьшить скорость потока в очень значительной степени.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи и приведенные в качестве примера варианты осуществления способа и устройства согласно изобретению, проиллюстрированные на данных чертежах.

Фиг. 1 и 2 соответственно представляют собой вертикальное сечение и вид сверху первого варианта осуществления.

Фиг. 3 и 4 представляют собой изображения, соответствующие фиг.1 и 2 и показывающие второй вариант осуществления.

Фиг. 5 и 6 представляют собой изображения, соответствующие фиг.1 и 2 и показывающие третий вариант осуществления.

Фиг. 7 представляет собой изображение, соответствующее фиг.5, но показывающее устройство в процессе работы.

Фиг.8 показывает устройство по фиг.7 при другом состоянии в процессе работы.

Фиг.9 представляет собой вертикальное сечение четвертого варианта осуществления устройства согласно изобретению, а именно сечение устройства по варианту осуществления, предназначенному для неподвижной установки на твердом основании.

Фиг. 10 представляет собой перспективное изображение пятого варианта осуществления устройства согласно изобретению, в котором резервуар для отделения расположен на некотором расстоянии от резервуара для сбора.

Фиг.11 представляет собой вид сверху устройства на фиг. 10.

Фиг. 12 представляет собой вертикальное сечение вдоль линии XII-XII на фиг.11.

Фиг. 13-15 представляют собой увеличенные сечения, показывающие детали устройства на фиг.10-12.

Варианты осуществления устройства согласно изобретению, которые показаны на фиг.1-8 и 10-15, предназначены для нахождения в плавающем состоянии в водном объеме загрязняющего вещества, подлежащего сбору; плотность этого вещества ниже плотности воды, и в данном случае предполагается, что это вещество представляет собой главным образом нефть, но оно также может представлять собой или включать в себя более или менее твердые отходы различных видов. Основная конструкция и принципы работы по существу такие же, как конструкция и принципы работы известного устройства для сбора, проиллюстрированного и описанного в публикации WO 97/07292, и поэтому здесь подробно разъясняться не будут.

Подобно известному устройству, рассмотренному выше, устройство для сбора на фиг. 1 и 2 содержит резервуар для сбора, обозначенный в целом ссылочным номером 11 и имеющий круглое поперечное сечение, который выполнен с возможностью погружения его в водный объем. В резервуаре образована центральная камера А для сбора и кольцевая камера В для отделения, которая окружает нижнюю часть камеры для сбора. Камеры А и В, предназначенные для сбора и отделения, открыты для сообщения друг с другом в зоне С рядом с нижней стенкой 14 резервуара 11 для сбора.

Круглое входное отверстие камеры А для сбора образовано кольцевым порогом К водослива, предназначенного для удаления плавающих загрязняющих веществ и выполненного в виде круглой цилиндрической верхней части 12 стенки. Камера А для сбора в боковом направлении ограничена частично верхней частью 12 стенки и частично нижней частью 13 стенки, которая также является круглой цилиндрической и концентричной относительно верхней части стенки. Также, в основном, круглая цилиндрическая наружная стенка 15, диаметр которой по существу превышает диаметр частей 12 и 13 стенки, в проиллюстрированном варианте осуществления превышение составляет 2-2,5 раза, ограничивает снаружи камеру В отделения.

Между нижней частью 13 стенки и наружной стенкой 15 предусмотрена кольцевая горизонтальная стенка 16, которая жестко прикреплена к этим стенкам и образует верхнюю стенку камеры В отделения. Нижняя часть 13 стенки проходит вниз за стенку 16, но заканчивается значительно выше нижней стенки 14 резервуара 11 для сбора, так что образуется большая открытая зона между камерами А и В, предназначенными для сбора и отделения, обеспечивающая возможность прохождения по существу не ограниченного потока между этими двумя камерами.

Верхняя часть 12 стенки телескопически входит в нижнюю часть 13 стенки. Следовательно, она может смещаться вверх и вниз относительно нижней части стенки в пределах диапазона перемещения, который ограничен направленными внутрь кольцевыми фланцами 13А и 16А, предусмотренными соответственно на нижней части 13 стенки и на горизонтальной стенке 16. Направленный наружу кольцевой фланец 12А на верхней части 12 стенки проходит до внутренней стороны нижней части 13 стенки и вместе с фланцем 16А образует выполняющую функцию гидравлического успокоителя камеру между верхней частью 12 стенки и нижней частью 13 стенки. Между фланцем 16А и верхней частью 12 стенки образовано проходное отверстие F для потока, через которое ограниченный поток жидкости может проходить между выполняющей функцию гидравлического успокоителя камерой Е и окружающим водным объемом, в котором работает устройство для сбора.

Верхняя часть 12 стенки обладает некоторой плавучестью в воде, то есть ее вес согласован с ее объемом таким образом, что она плавает в воде. Когда часть 12 стенки погружена в водный объем и не подвергается воздействию никаких сил за исключением силы тяжести и гидростатической выталкивающей силы, ее верхний конец, образующий порог К водослива для удаления плавающих загрязняющих веществ, соответственно будет находиться немного выше поверхности воды.

Верхняя часть 12 стенки и нижняя часть 13 стенки совместно образуют внутреннюю стенку, высота которой является переменной, так что местоположение порога К, предназначенного для удаления плавающих загрязняющих веществ или перелива, по высоте относительно нижней части 13 стенки и горизонтальной стенки 16 может изменяться.

На небольшом расстоянии от нижней стенки 14 резервуара для сбора над этой стенкой 14 расположена круглая плита 17, периферийный край 17А которой находится на небольшом расстоянии внутри от наружной стенки 15 и предназначен для образования вместе с этой стенкой 15 кольцевого канала 18, через который вода может проходить из камеры А для сбора в направлении отверстия 14А в нижней стенке и через это отверстие 14А в окружающий водный объем и соответственно также в противоположном направлении.

Для осуществления перемещения воды между камерой А для сбора и окружающего водного объема предусмотрен реверсивный насос с питанием от аккумуляторной батареи, обозначенный в целом ссылочным номером 19, причем этот насос содержит рабочее колесо 19А в виде пропеллера, расположенное в отверстии 14А в нижней стенке. Насос 19 имеет корпус 19В, в котором размещен двигатель 19С электронасоса, электронный блок 19D управления и аккумуляторные батареи 19Е. Насос установлен с возможностью съема на нижней стенке 14 с помощью стоек 20 (показана только одна), которые также служат опорой плите 17.

С насосом связано сопло 21, которое окружает отверстие 14А в нижней стенке и выходное отверстие которого направлено наклонно вниз от отверстия в нижней стенке. Когда насос 19 функционирует для перекачивания воды из внутреннего пространства резервуара для сбора в окружающий водный объем, это сопло направляет выходящий поток воды наклонно вниз для приложения к резервуару для сбора толкающей силы, имеющей горизонтальную составляющую.

При условии выполнения сопла с надлежащими размерами и формой, соответствующими мощности насоса, эта толкающая сила в сочетании со стремлением рабочего колеса насоса вращать все устройство может заставить устройство для сбора смещаться вдоль спиральной или круговой траектории в водном объеме при условии, что устройство не ограничено или не удерживается некоторым образом. Поскольку поток воды из сопла 21 направлен вниз, его воздействие на поверхность воды вокруг устройства сведено к минимуму.

Радиально снаружи от нижней части 13 стенки горизонтальная стенка 16 выполнена с тремя равномерно распределенными по окружности круглыми отверстиями 16А. Непосредственно над этими отверстиями предусмотрены три элемента 22 для обеспечения плавучести, имеющие жесткую круглую цилиндрическую стенку 22А. Внутри от этой стенки в нижней части предусмотрено абсорбирующее тело 23, а в верхней части предусмотрено тело 24 для обеспечения плавучести, выполненное, например, из полистирольного пластика.

Над тремя элементами 22, предназначенными для обеспечения плавучести, расположена трехзахватная верхняя плита 25, захваты 25А которой входят в контакт с верхним концом стенок 22А с обеспечением воздухонепроницаемости. Соединительная тяга 26 проходит в аксиальном направлении центрально через каждый элемент 22 для обеспечения плавучести и удерживает стенку 22А элемента для обеспечения плавучести зажатой между горизонтальной стенкой 16 и верхней плитой 25 с использованием крестообразного элемента 27 для опоры.

В верхней плите 25 над каждым элементом 22 для обеспечения плавучести также имеется одноходовой пневмораспределитель 28, обеспечивающий возможность вытеснения воздуха, находящегося внутри элемента для обеспечения плавучести, вверх, но предотвращающий поступление воздуха в элемент для обеспечения плавучести в противоположном направлении.

Втулка 29, в которой размещено капиллярное абсорбирующее нефть тело 30, закреплена центрально на нижней стороне верхней плиты 25. Центральная соединительная тяга 31 прижимает втулку к нижней стороне верхней плиты с использованием крестообразного элемента 32 для опоры.

Следует отметить, что одноходовые пневмораспределители, связанные с элементами для обеспечения плавучести, не всегда являются необходимыми. Например, если вместо капиллярных абсорбентов используется суперабсорбирующий материал (материал со сверхвысокой абсорбционной способностью), одноходовые пневмораспределители можно исключить.

Когда устройство для сбора помещают в водный объем, например в открытую воду или в закрытую зону, подобную водохранилищу или зоне, ограниченной боновыми заграждениями, резервуар 11 для сбора будет быстро заполняться водой и все устройство будет подниматься относительно воды, так что уровень воды будет немного ниже верхней плиты 25. Абсорбирующие тела 23 также будут в большей или меньшей степени полностью заполнены водой, которая вытесняет воздух из них через пневмораспределители 28.

Во время работы насоса 19 для выпуска воды из внутренней полости резервуара 11 для сбора вниз в окружающий водный объем в камере А для сбора будет создаваться водоотстой, который будет сохраняться в камере А для сбора. Из-за разницы уровней воды между камерой А для сбора и водой, окружающей резервуар 11 для сбора, верхняя часть 12 стенки с порогом К для удаления плавающих загрязняющих веществ или для перелива будет занимать положение перелива по отношению к поверхности воды. Соответственно водоотстой, поддерживаемый в камере А для сбора, будет непрерывно пополняться водой и нефтью.

Верхняя часть 12 стенки является самоустанавливающейся относительно поверхности окружающей воды в зависимости от соотношения количества выкаченной воды и количества воды, поступающей внутрь. Другими словами, верхняя часть 12 стенки при работе перемещается вверх и вниз для поддержания баланса между оттоком и притоком.

Приток воды и нефти через переливной порог К водослива для удаления плавающих загрязняющих веществ под действием насоса 19 приводит к образованию водопада или каскада вдоль переливного порога К. Таким образом, поступающая в виде потока смесь воды и нефти будет проходить вниз в камеру А для сбора в основном в виде цилиндрического подобного занавесу потока жидкости мимо горизонтального нижнего конца нижней части 13 стенки.

Этот поток будет терять свое количество движения, но медленно и соответственно будет довольно легко проходить в зону С и через эту зону, в которой он будет отклоняться в некоторой степени внутрь и обратно вверх к поверхности камеры для сбора и в значительно большей степени радиально наружу в направлении наружной стенки 15. Эта форма потока показана стрелками на фиг.1 (см. также фиг.7).

Часть потока, состоящего из воды и нефти, которая отклоняется радиально наружу вокруг нижнего края нижней части 13 стенки, будет распределяться по очень большой площади поперечного сечения потока по мере того, как она будет проходить через участок зоны С, который находится под указанной частью стенки. Соответственно скорость потока будет резко уменьшаться, как только поток будет отклонен в боковом направлении для прохода через этот участок и скорость будет дополнительно уменьшаться по мере прохода потока наружу. Следовательно, скорость потока будет снижена в достаточной степени для того, чтобы обеспечить возможность подъема капель нефти в камеру В отделения и скапливания их у поверхности воды в этой зоне, в то время как довольно чистая вода отводится через зазор 18 рядом с наружной стенкой 15.

Из зоны В отделения нефть может проходить через отверстие 16А в горизонтальной стенке 16 и абсорбироваться в абсорбирующих телах 23.

Через некоторое время, определяемое электронным блоком 19D управления, насос 19 может быть реверсирован для закачивания воды в резервуар 11 для сбора. При этом уровень воды в камере А для сбора будет подниматься, тем самым заставляя верхнюю часть 12 стенки входить в контакт с верхней плитой 25 и создавать уплотнение относительно этой верхней плиты. Нефть, собранная на поверхности воды внутри по отношению к части 12 стенки, будет тогда вдавливаться в абсорбирующее тело 30 и одновременно нефть на поверхности воды в камере В для отделения может быть вдавлена в абсорбирующие тела 23.

Вышеописанную процедуру можно повторить меньшее или большее количество раз, и в конце концов устройство для сбора может быть извлечено. При желании абсорбирующие тела 23 и 30 могут быть освобождены от содержащейся в них нефти, например для отбора проб и/или рециркуляции или деструкции.

Как было указано выше, часть состоящего из воды и нефти потока, проходящая вниз от переливного порога К вдоль внутренней стороны верхней части 12 стенки, отклоняется внутрь и вверх в нижней зоне С. Эта отклоненная часть также будет нести с собой немного нефти, которая будет скапливаться на поверхности в камере А для сбора и/или образовывать слой на ней, или более или менее сразу подвергаться рециркуляции и уноситься состоящим из воды и нефти потоком, проходящим вниз от переливного порога.

Разливы нефти на водных поверхностях иногда имеют вид чрезвычайно тонких и легких нефтяных пленок, так называемого блеска. Такую нефть, разлитую по поверхности воды, чрезвычайно трудно собрать при использовании устройства по предшествующему техническому уровню, поскольку нефть в очень тонких слоях обладает большой сопротивляемостью к втягиванию ее в резервуар для удаления плавающих загрязняющих веществ. Однако было установлено, что устройство согласно настоящему изобретению способно собирать тонкую пленку нефти довольно эффективно.

Для обеспечения эффективного сбора тонкой пленки нефти на воде вокруг резервуара для удаления плавающих загрязняющих веществ требуется, чтобы водопад или каскад на входе в резервуар для удаления плавающих загрязняющих веществ имел определенную минимальную высоту, по меньшей мере несколько сантиметров. В противном случае вследствие того, что трения между водой и нефтью почти не существует, скорость потока воды, проходящего через водослив для удаления плавающих загрязняющих веществ, будет недостаточной для того, чтобы втянуть чрезвычайно тонкую пленку нефти через водослив для удаления плавающих загрязняющих веществ в резервуар для сбора.

Вследствие своего очень малого размера по толщине тонкая пленка нефти, поступающая в водоотстой в резервуаре для сбора, также обладает большим сопротивлением втягиванию непосредственно вниз в воду. Вместо этого она будет стремиться остаться на поверхности воды. Однако всенаправленный приток в водоотстой внутри водослива для удаления плавающих загрязняющих веществ будет заставлять тонкие пленки нефти сдавливаться вместе и образовывать слой с постепенно увеличивающейся толщиной, и через некоторое время нефть будет образовывать капли, которые захватываются и переносятся вниз потоком воды, проходящим вниз рядом с водосливом для удаления плавающих загрязняющих веществ.

В варианте осуществления по фиг.3 и 4, который будет описан только в такой мере, в какой он отличается от варианта осуществления по фиг.1 и 2, верхняя часть 12 стенки снабжена отдельным, расположенным центрально телом 12С для обеспечения плавучести. Кроме того, по меньшей мере один из трех элементов 22 для обеспечения плавучести, предпочтительно все из них, расположен таким образом, что нефть может быть выгружена вверх из элемента для обеспечения плавучести через трубчатую соединительную деталь 22В, которая предусмотрена на верхней плите 25 и к которой может быть прикреплен шланг или другой вспомогательный элемент. В данном варианте осуществления отсутствует абсорбирующее тело, соответствующее центральному абсорбирующему телу 30 в вариантах осуществления по фиг.1, 2. Для того, чтобы обеспечить возможность вытеснения воздуха, но не нефти или воды, через одноходовой пневмораспределитель 28, ниже распределителя 28 предусмотрен дополнительный одноходовой распределитель 33, имеющий шарообразный корпус клапана.

Вариант осуществления по фиг.5-8 аналогичен варианту осуществления по фиг. 3 и 4 в том, что касается верхней части стенки и ее тела 12С для обеспечения плавучести. Однако в данном варианте осуществления элементы 22 для обеспечения плавучести не используются для сбора нефти, а используются только как тела для обеспечения плавучести или понтоны, объединенные с балластными элементами, в которых балластом является вода. Собранную нефть удаляют описанным ниже образом.

В этом случае в элементах 22 для обеспечения плавучести не размещены абсорбирующие тела, а размещено только тело 24 для обеспечения плавучести. Под этим телом имеется пространство 22С, которое посредством вертикальной трубы 22D сообщается с каналом между нижней стенкой 14 и круглой плитой 17, так что чистая вода может подниматься в пространство 22С и заполнять его. За исключением тех мест, где находится труба 22D и одноходовой распределитель 28, пространство 22С уплотнено таким образом, что вода, которая поднялась в пространство, не может легко выйти вниз через трубу 22D.

В этом случае нефть отводят через отдельный соединитель 34 на горизонтальной стенке 16. К соединителю прикреплен широкий шланг S (фиг.7, 8) из гибкого материала. Этот шланг образует мешкообразный или принимающий контейнер, который плавает по водному объему и подсоединен к отдельному контейнеру для хранения. В качестве возможного варианта тело 35 для обеспечения плавучести, выполненное в виде горизонтального цилиндра, может быть прикреплено к резервуару для сбора для того, чтобы удерживать секцию шланга S поднятой над поверхностью воды и верхним концом соединителя 34, в результате чего эта секция шланга всегда будет находиться немного выше по отношению к другим частям шланга S.

Когда в камере В отделения будет собрано достаточное количество нефти, осуществляют реверсирование насоса 19 для закачивания воды в резервуар 11 для сбора и тем самым для выдавливания нефти через соединитель и мимо поднятой секции шланга S. Поднятая секция шланга предотвращает вытекание нефти обратно в камеру А для сбора.

На фиг.7, 8 схематично показана стадия, в результате которой происходит сбор нефти. Более точно, на фиг.7 показана стадия, на которой происходит впуск воды в камеру А для сбора и некоторое количество нефти уже было собрано в камере В отделения, в то время как на фиг.8 показана стадия, на которой был осуществлен реверс насоса и нефть вытеснена через соединитель и шланг S.

В то время как на фиг.1-8 показаны устройства, предназначенные для плавания в водном объеме, в котором они функционируют, на фиг.9 изображен вариант осуществления устройства, которое предназначено для работы в стационарном состоянии и установлено на прочной опоре какого-либо известного типа. Например, оно может быть расположено в акватории порта или в каком-либо другом месте, где существует постоянная потребность в наличии доступного собирающего устройства с тем, чтобы можно было немедленно собрать разливы нефти или других загрязняющих веществ.

В данном варианте осуществления резервуар 41 для сбора выполнен из элементов, изготовленных из бетона или какого-либо другого подходящего материала. Верхняя часть 42 стенки с телом 42С для обеспечения плавучести аналогична части 12 стенки по фиг.3, 4. Для выгрузки нефти, скопившейся в зоне В отделения резервуара для сбора, предусмотрена вертикальная труба 43, которая может быть соединена с соответствующим принимающим контейнером, в который нефть может быть перемещена с помощью соответствующего насоса (не показан).

В данном случае насос 44 расположен внутри резервуара для сбора вместо размещения под ним, как это было в предыдущих вариантах осуществления. Он установлен на круглой плите 45 без крепления к ней и присоединен к подъемному тросу 46 или какому-либо другому поднимающему элементу с тем, чтобы при необходимости его можно было поднять из резервуара 41 для сбора и также легко снова поставить обратно на место.

Вариант осуществления, изображенный на фиг.10-15, также предназначен для плавания в водном объеме, поверхность которого подлежит очистке. Однако в данном варианте осуществления резервуар 61 для сбора и резервуар 62, в котором создается зона В отделения, расположены на некотором расстоянии друг от друга и соединены друг с другом подводным трубопроводом 63, по которому смесь воды и загрязняющих веществ, поступившая в резервуар для сбора, транспортируется в резервуар 62 для отделения и в зону отделения, находящуюся в нем.

Как и в предыдущих вариантах осуществления, собирающий резервуар 61 включает кольцевую верхнюю часть 64 стенки и кольцевую нижнюю часть 65 стенки, концентричную относительно верхней части стенки. Верхняя часть 64 стенки представляет собой сильфон, нижний конец которого прикреплен к верхнему концу нижней части 65 стенки и верхний конец которого образует порог К водослива для удаления плавающих загрязняющих веществ, образованного сильфоном.

Сильфон изготовлен, например, из полиуретана и на своем верхнем конце снабжен кольцевым телом 64А, предназначенным для обеспечения плавучести и выполненным из материала низкой плотности. Следовательно, в дополнение к гибкости в вертикальном направлении верхняя часть 64 стенки будет обладать некоторой плавучестью, так что в процессе работы она будет занимать положение перелива по отношению к поверхности воды, окружающей устройство, так что приток в водозаборник, образованный резервуаром 61 для сбора и удаления плавающих загрязняющих веществ, уравновешивает отток через нижнюю часть резервуара для сбора и трубопровод 63, который может быть жестким или гибким.

Резервуар 62 для отделения открыт как сверху, так и снизу, так что внутренняя полость резервуара 61 для сбора имеет постоянное открытое сообщение с водной массой, в которой работает устройство и обеспечивается возможность легкого доступа к поверхности жидкости в резервуаре для отделения, который необходим для удаления слоя загрязняющих веществ, скопившихся в резервуаре 62 для отделения.

Тело 66 для обеспечения плавучести прикреплено к верхнему концу резервуара 62 для отделения и проходит вокруг этого верхнего конца, так что при работе устройства верхний конец резервуара отделения удерживается значительно выше поверхности окружающей воды. В паре камер 67 на верхней стороне тела 66 для обеспечения плавучести размещены управляющие устройства и воздуходувка (не показана), используемая для подачи воздуха в подвесной насос 68 в резервуаре для отделения, как будет описано ниже.

Вертикальная труба 69 расположена центрально в резервуаре 62 для отделения и удерживается в нем неподвижно с помощью непоказанных средств крепления. Нижний конец этой трубы открыт для постоянного сообщения с трубопроводом 63 с помощью двух из отводов тройного соединителя 70. Третий отвод тройного соединителя направлен вниз и снабжен обратным клапаном, таким как люк 71, который в обычном положении закрыт, например за счет своей плавучести и/или перепада давлений, но может быть открыт под действием веса тяжелого предмета, например такого, как обломок скалы, который может попасть в тройной соединитель по трубопроводу 63.

Верхний конец 69А трубы 69 расположен на такой высоте в резервуаре 62 для отделения, что при нормальной работе устройства он находится ниже уровня жидкости в резервуаре для отделения.

Наружная труба 72 концентрична относительно трубы 69 и окружает ее для образования кольцевого канала 73 вокруг трубы 69. Верхний конец 72А наружной трубы 72 находится на уровне, который при нормальной работе устройства находится значительно выше уровня жидкости в резервуаре 62 для отделения. Нижний конец 72В расположен в нижней части резервуара для отделения; точное местоположение не имеет существенного значения.

Кольцо 74 для распыления воздуха, образующее часть подвесного насоса, установлено во внутренней трубе 69 на соответствующем расстоянии, например на 30-40 см ниже верхнего конца трубы 69. Трубопровод 75 соединяет распылительное кольцо 74 с воздуходувкой (не показана), расположенной в одной из камер 67 для обеспечения подачи воздуха через расположенные по кольцу отверстия в распылительном кольце в воду внутри трубы 69. Поднимающиеся воздушные пузырьки приводят к образованию направленного вверх потока жидкости из резервуара 61 для сбора в трубу 69 и через нее.

Подачу воздуха к распылительному кольцу 74 регулируют таким образом, что жидкость, проходящая в виде потока вверх во внутренней трубе 69 и наружу из ее верхнего конца 69А, не способна достичь верхнего конца 72А наружной трубы 72. Соответственно жидкость будет отклоняться с проходом вниз через кольцевой канал 73 между внутренней и наружной трубами 69 и 72.

Соотношение площади поперечного сечения кольцевого канала 73 и площади поперечного сечения внутренней трубы 69 выбирают таким, чтобы скорость потока в кольцевом канале 73 была существенно меньше скорости потока во внутренней трубе 69, но тем не менее была достаточно большой для того, чтобы обеспечить перемещение жидкости к нижнему концу кольцевого канала.

При выходе из кольцевого канала 73 жидкость, то есть смесь воды и загрязняющих веществ, будет отклоняться отклоняющей пластиной 76, прикрепленной к внутренней трубе 69, так что она будет направлена по существу горизонтально в зону В отделения, окружающую наружную трубу 72. Площадь горизонтального поперечного сечения зоны В отделения значительно больше площади поперечного сечения кольцевого канала 73 перемещения, и поскольку жидкость, проходящая в кольцевом канале, будет иметь небольшое движение при выходе из этого канала, загрязняющие вещества будут быстро отделяться от воды в камере В отделения и скапливаться на поверхности, в то время как свободная от загрязняющих веществ вода будет выходить вниз.

Из вышеприведенного описания видно, что жидкость, проходящая в виде потока из резервуара 61 для сбора в резервуар 62 для отделения, вводится в резервуар для отделения в виде направленного вверх потока, затем отклоняется для прохода вниз через более широкий канал 73 и затем снова отклоняется, на этот раз в боковом направлении и наружу, и распределяется по зоне с поперечным сечением очень большой площади. Таким образом, скорость проходящей жидкости последовательно и очень существенно уменьшается вдоль траектории потока от места входа в резервуар для отделения и в зону отделения.

Следует отметить, что резервуар для отделения согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.10-15, также может быть применен с впускными устройствами, отличающимися от саморегулируемых погружных впускных устройств такого типа, какой представлен резервуаром 61 для сбора, изображенным на фиг.10. Однако этот резервуар для отделения особенно пригоден для использования вместе с таким саморегулируемым впускным устройством, поскольку в этом случае приток в резервуар для отделения может быть согласован с возможностями сепарационной системы по обработке смеси, подлежащей отделению.

Несмотря на то, что проиллюстрированный и описанный подвесной насос 68 является предпочтительным в силу своей простоты и фактически беспрепятственного прохождения жидкости по траектории потока, поток жидкости из резервуара 61 для сбора в резервуар 62 для отделения может быть создан с помощью насосов других типов и насосов, расположенных в различных необходимых местах. Например, насос может быть расположен у дна резервуара для сбора по существу так, как показано на фиг.1-9. Другая возможность заключается в том, чтобы выполнить резервуар 62 для отделения с нижней стенкой, имеющей отверстие, в котором расположен насос, предназначенный для выкачивания воды из нижней зоны резервуара для отделения и поддержания тем самым перепада уровней жидкости в резервуаpax для сбора и отделения. Кроме того, насос может быть установлен в трубопроводе 63, соединяющем впускное устройство и резервуар для отделения друг с другом.

Как можно видеть, резервуар 61 для сбора и резервуар 62 для отделения не обязательно должны быть расположены и работать с одной и той же водной массе. Например, резервуар 62 для отделения может быть расположен в отдельном резервуаре, который с помощью соответствующего трубопровода сообщается с водным объемом, из которого резервуар 61 для сбора забирает воду, несущую загрязняющее вещество, подлежащее отделению, таким образом, что уровень жидкости в резервуаре совпадает с уровнем жидкости в водном объеме.

Изобретение относится к очистке поверхности жидкости от загрязняющих веществ, таких как разлитая нефть, и касается способа и устройства для отделения плавающих загрязняющих веществ ПЗВ от объема воды. Способ включает установку резервуара (Р) для сбора ПЗВ в водном объеме, образование в Р водоотстоя (В), обеспечение прохождения воды, несущей ПЗВ из поверхности зоны через порог (К) для удаления ПЗВ в В, отвод воды из Р для поддержания В и обеспечение прохода потока воды (ПВ) и загрязняющих веществ (ЗВ) вниз в Р для сбора ПЗВ, а также непрерывное отклонение ПВ и ЗВ в зону В отделения. На поверхности воды зоны В проходящий вниз ПВ и ЗВ отклоняют в боковом направлении в сторону от зоны А. Зону В выполняют кольцевой, окружающей зону А под В. Устройство включает Р для сбора, погруженный в водный объем с образованием в нем камеры А для сбора, для приема ПВ и ПЗВ, унесенных водой, перекачивающее средство (ПС) для выпуска воды из Р для сбора, для поддержания В в нем и обеспечения прохода ПВ и унесенных ею ЗВ вниз в камеру А для сбора, и ПС для отклонения проходящего вниз ПВ в камеру В отделения. Последняя смещена в горизонтальном направлении от камеры А для сбора. Устройство для отделения ПЗВ может включать Р для сбора ПЗВ, Р для отделения, образующий зону В отделения и ПС для перемещения ПВ и ЗВ в зону отделения, при этом ПС включает направленную вверх внутреннюю трубу (ВТ) с отверстием для перелива воды, сообщающимся с зоной В отделения, причем устройство снабжено средством для отклонения ПВ в кольцевой вертикальный канал, окружающий ВТ нижний конец которого открыт в камеру В отделения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки водоемов от ПЗВ за счет уменьшения скорости в зоне отделения и расширения зоны отделения. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ для отделения плавающих загрязняющих веществ, переносимых водным объемом, включающий установку резервуара (11, 61) для сбора плавающих загрязняющих веществ в водном объеме, образование в резервуаре водоотстоя, обеспечение прохождения воды, несущей загрязняющие вещества, из поверхностной зоны объема жидкости через порог (К) для удаления плавающих загрязняющих веществ в водоотстой, отвод воды из резервуара (11, 61) для поддержания водоотстоя и обеспечения прохода потока воды и загрязняющих веществ, поступающего в резервуар для сбора плавающих загрязняющих веществ, вниз в резервуар для сбора плавающих загрязняющих веществ, и непрерывное отклонение проходящего вниз потока воды и загрязняющих веществ в зону (В) отделения для сбора загрязняющих веществ на поверхности воды в этой зоне, отличающийся тем, что проходящий вниз поток воды и загрязняющих веществ отклоняют в боковом направлении в сторону от зоны (А) под водоотстоем в зону (В) отделения, смещенную в горизонтальном направлении от зоны под водоотстоем.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зону (В) отделения выполняют в виде кольцевой зоны, окружающей зону (А) под водоотстоем.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что проходящий вниз поток воды и загрязняющих веществ отклоняют во всех направлениях в сторону от зоны (А) под водоотстоем в зону (В) отделения.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проходящий вниз поток воды и загрязняющих веществ отклоняют посредством трубопровода (63) в зону (В) отделения, предусмотренную в резервуаре (62) для отделения, которую располагают на расстоянии от резервуара (61) для сбора плавающих загрязняющих веществ.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что отклоненный поток воды и загрязняющих веществ вводят в зону (В) отделения через проходящую вертикально, открытую вверх внутреннюю трубу (69).6. Способ по п.5, отличающийся тем, что направленный вверх поток воды и загрязняющих веществ, выходящий из внутренней трубы (69), отводят вниз через кольцевой канал (73), который окружает внутреннюю трубу (69) и сообщается на своем нижнем конце с зоной (В) отделения.7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что резервуар (62) для отделения размещают в водном объеме для открытого сообщения с ним посредством нижнего отверстия и для сообщения с резервуаром (61) для сбора плавающих загрязняющих веществ посредством трубопровода (63).8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что для отвода воды из резервуара (11) для сбора плавающих загрязняющих веществ используют перекачивающее средство (68).9. Устройство для отделения плавающих загрязняющих веществ, переносимых водой, включающее резервуар для сбора (11, 61), выполненный с возможностью погружения в водный объем и образующий камеру (А) для сбора, предназначенную для приема потока воды и плавающих загрязняющих веществ, унесенных водой, перекачивающее средство (19, 68), предназначенное для выпуска воды из резервуара (11, 61) для сбора для поддержания водоотстоя в нем и обеспечения прохода потока воды и унесенных ею загрязняющих веществ, поступающих в резервуар для сбора, вниз в камеру (А) для сбора, камеру (В) для отделения, сообщающуюся с камерой (А) для сбора, и средства (18, 72) для отклонения проходящего вниз потока воды и унесенных загрязняющих веществ в камеру (В) отделения, отличающееся тем, что камера (В) отделения смещена в горизонтальном направлении от камеры (А) для сбора.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что камера (В) отделения окружает камеру (А) для сбора.11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что включает кольцевую вертикальную стенку (12, 13), ограничивающую камеру (А) для сбора, и кольцевую вертикальную наружную стенку (15), образующую вместе с кольцевой вертикальной внутренней стенкой (12, 13) камеру отделения, причем удлинение кольцевой наружной стенки (15) образует камеру (С), расположенную под камерой (А) для сбора и камерой (В) отделения и обеспечивающую сообщение между ними, и кольцевой выходной канал (18), расположенный рядом с нижней частью удлинения кольцевой вертикальной наружной стенки (15) и сообщающийся с перекачивающим насосом (19).12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что камера (В) отделения расположена на расстоянии от резервуара (61) для сбора и соединена с камерой (А) для сбора посредством проходящей вертикально внутренней трубы (69), имеющей выходное отверстие (69А) для перелива воды, сообщающейся с камерой (В) отделения.13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что включает средство (72) для отклонения потока, предназначенное для отклонения выходящей в направлении вверх переливающейся воды и унесенных загрязняющих веществ из внутренней трубы (69) вниз в кольцевой вертикальный канал (73), который окружает внутреннюю трубу (69) и нижний конец которого открыт в камеру (В) отделения.14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что предназначенное для перелива воды отверстие (69А) внутренней трубы (69) расположено на таком уровне, который ниже рабочего уровня жидкости в камере (В) отделения.15. Устройство по любому из пп.9-14, отличающееся тем, что перекачивающее средство (68) представляет собой подвесной насос.16. Устройство для отделения плавающих загрязняющих веществ, переносимых водой, включающее резервуар (61) для сбора, предназначенный для приема потока воды и плавающих загрязняющих веществ, унесенных водой, резервуар (62) для отделения, образующий зону (В) отделения, и перекачивающее средство (63, 68), предназначенное для перемещения потока воды и унесенных загрязняющих веществ в зону отделения, отличающееся тем, что перекачивающее средство (63, 68) включает направленную вверх внутреннюю трубу (69), имеющую отверстие (69А) для перелива воды, сообщающееся с зоной (В) отделения и расположенное на уровне, который ниже рабочего уровня жидкости в зоне (В) отделения, при этом устройство снабжено средством (72) для отклонения потока, предназначенным для отклонения выходящей в направлении вверх, переливающейся воды и унесенных загрязняющих веществ из внутренней трубы (69) вниз, в кольцевой вертикальный канал (73), который окружает внутреннюю трубу (69) и нижний конец которого открыт в камеру (В) отделения.