УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОДНОЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ УТЕЧЕК ПЕРЕКАЧИВАЕМОГО ПРОДУКТА НЕФТЯНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ИЗ ПОДВОДНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2015 года по МПК E02B15/06 F16L55/168 E21B43/01 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при сооружении переходов трубопроводов через водные преграды, выполненных траншейным способом, с обеспечением защиты водной среды от загрязнений, образующихся в результате утечек из трубопроводов перекачиваемых продуктов нефтяного происхождения.

В процессе эксплуатации трубопровода, проложенного траншейным способом через водную преграду, утечки из него перекачиваемого продукта нефтяного происхождения определяются, как правило, с помощью устройств контроля давления в начальной и конечной точках подводного трубопровода. При этом, как показывает практика, указанные устройства не в полной мере обеспечивают своевременность и точность обнаружения утечек и не позволяют в автоматическом режиме осуществлять локализацию разливов нефти (нефтепродукта) по поверхности водной среды.

Изобретение предназначено для использования при контроле утечек из подводного трубопровода перекачиваемого продукта нефтяного происхождения и автоматической локализации его разлива по поверхности водной среды.

При рассмотрении технической литературы выявлены технические решения, относящиеся к устройствам для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек перекачиваемого продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода.

Известно устройство для защиты водной среды от загрязнений, поступающих из подводных источников, содержащее улавливающий свод из отрезка тонкого эластичного материала, шахтные колодцы с крышками люков, установленных непосредственно над поверхностью водоема и удерживаемых в вертикальном положении с помощью поплавковых элементов, размещенную внутри ограниченного пространства над аварийным объектом телеметрическую контрольно-измерительную аппаратуру с передающей антенной, выведенной на поверхность в районе крышки люка ствола шахтного колодца, и анкерный балласт (патент на изобретение RU 2268338 C1, МПК: E02B 15/04, опубл. 07.09.2004).

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, создающей затруднения для судоходства в месте установки устройства, а также отсутствие технического решения, обеспечивающего непрерывный контроль утечек из подводного трубопровода перекачиваемого продукта нефтяного происхождения и автоматическое прекращение процесса перекачки по подводному трубопроводу после появления утечки.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для сбора нефти под водой, содержащее гибкое нефтенепроницаемое полотно с грузилами, покрывающее поверхность траншеи, на береговых торцах которого предусмотрены рукава для откачки нефти, при этом гибкое нефтенепроницаемое полотно перегнуто в нижней по течению части, загерметизировано в зоне перегиба по береговым торцам, а ширина перегиба больше высоты неровностей рельефа дна и увеличивается от середины по направлению к береговым торцам полотна (патент на изобретение RU 2471925 C1, МПК: E02B 15/04, опубл. 08.06.2011).

Недостатками данного устройства являются отсутствие технического решения, обеспечивающего автоматическое прекращение перекачки по подводному трубопроводу после появления утечки перекачиваемого продукта нефтяного происхождения, сложность подачи средств откачки аварийных утечек для подключения к береговым торцам гибкого нефтенепроницаемого полотна.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в сокращении объемов попадания в водную среду аварийных утечек перекачиваемого по подводному трубопроводу продукта нефтяного происхождения и упрощении его откачки.

Технический результат изобретения заключается в разработке технического решения, обеспечивающего автоматическое прекращение перекачки по подводному трубопроводу с момента обнаружения утечки перекачиваемого продукта нефтяного происхождения и удобство подключения средств откачки аварийных утечек.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода, содержащем гибкое нефтенепроницаемое полотно, покрывающее поверхность траншеи, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения, грузила, согласно изобретению пространственная конструкция гибкого нефтенепроницаемого полотна выполнена в форме вытянутого купола, длина которого равна длине подводного трубопровода, ширина - ширине траншеи в верхней ее части, высота определяется расчетом исходя из объема истечения продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода за период времени перекрытия подводного трубопровода и объема истечения продукта нефтяного происхождения под воздействием собственной силы тяжести, гибкое нефтенепроницаемое полотно прикреплено к грузилам, которые жестко соединены с установленными на подводный трубопровод балластирующими устройствами и вынесены над поверхностью рельефа дна над подводным трубопроводом по ширине траншеи в ее верхней части, сложено по оси подводного трубопровода таким образом, что его внешняя поверхность по своему контуру при помощи строп прикреплена к грузилам с возможностью отсоединения при возникновении внутри гибкого нефтенепроницаемого полотна давления от поступающего из места утечки подводного трубопровода продукта нефтяного происхождения, стропы снабжены работающими на растяжение датчиками утечки с возможностью передачи в систему автоматического перекрытия подводного трубопровода сигналов о возникновении утечки из подводного трубопровода, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения установлены на гибком нефтенепроницаемом полотне по границам судоходной части водной среды, их свободные концы снабжены подключающими устройствами поплавкового типа для откачки продукта нефтяного происхождения и устройствами, сигнализирующими о местонахождении рукавов.

На фиг. 1-3 изображено устройство, реализующее предлагаемое техническое решение.

На фиг. 1 изображено устройство для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек перекачиваемого продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода, гибкое нефтенепроницаемое полотно - в сложенном положении, вид в поперечном сечении.

На фиг. 2 изображено устройство для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек перекачиваемого продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода, гибкое нефтенепроницаемое полотно - в раскрытом положении, вид в поперечном сечении.

На фиг. 3 изображено устройство для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек перекачиваемого продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода, гибкое нефтенепроницаемое полотно - в раскрытом положении, вид в продольном сечении.

На фиг. 1-3 применены следующие обозначения:

1 - подводный трубопровод;

2 - гибкое нефтенепроницаемое полотно;

3 - грузило;

4 - балластирующее устройство;

5 - стропа;

6 - датчик утечки;

7 - рукав для откачки продукта нефтяного происхождения;

8 - подключающее устройство поплавкового типа;

9 - устройство сигнализации местонахождения рукава для откачки продукта нефтяного происхождения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном положении нижняя часть гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 крепится к грузилам 3, жестко соединенным с балластирующими устройствами 4 подводного трубопровода 1, или, в зависимости от условий балластировки подводного трубопровода 1, - к предварительно установленным анкерам (на фиг. 1-3 не показаны). Жесткое соединение грузил 3 с балластирующими устройствами 4 необходимо для того, чтобы обеспечить устойчивость положения нижней части гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 в придонной плоскости. Гибкое нефтенепроницаемое полотно 2 складывается таким образом, чтобы в поперечном сечении размеры всех его сторон были пропорциональны и находились на одинаковом расстоянии от оси уложенного гибкого нефтенепроницаемого полотна 2. При этом обеспечивается плотное прилегание торцевых сторон гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 к грунту для того, чтобы исключить выход продукта нефтяного происхождения из-под обеих торцевых сторон нефтенепроницаемого полотна 2 при возникновении утечки из подводного трубопровода 1 вблизи этих торцевых сторон.

Объем истечения продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода за период времени перекрытия подводного трубопровода и объема истечения в низшей его точке продукта нефтяного происхождения под воздействием собственной силы тяжести определяется по формуле:

где V_истеч. - объем истечения продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода 1, м³;

Q_п - производительность перекачки продукта нефтяного происхождения по подводному трубопроводу 1, м³/ч;

t_закр. - продолжительность перекрытия внутреннего сечения подводного трубопровода 1, ч;

t_исп. - продолжительность срабатывания системы автоматического перекрытия подводного трубопровода при поступлении сигнала о возникновении утечки, ч;

d_вн. - внутренний диаметр подводного трубопровода 1, м;

l_тр. - длина подводного трубопровода 1, м.

Высота пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна определяется по формуле:

где h_п - высота пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна 2, м;

a_п - ширина пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 в его придонной части, м;

l_с - ширина судоходной части русла водной среды, м;

l_п - длина пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 в его придонной части, м.

При этом должно соблюдаться условие обеспечения безопасного прохождения судов над верхней поверхностью пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна 2:

где h_в - глубина водной среды над подводным трубопроводом 1, м;

h_ос. - максимальная глубина осадки судов, проходящих по водной среде над подводным трубопроводом 1, м.

Если при заданных параметрах условие (3) не соблюдается, необходимо увеличить ширину пространственной конструкции гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 в его придонной части (параметр а_п) по формуле:

При возникновении утечки продукт нефтяного происхождения, просачиваясь через грунт, находящийся над подводным трубопроводом 1, поступает в пространство, ограниченное внешним контуром находящегося в сложенном положении гибкого нефтенепроницаемого полотна 2, постепенно заполняя его. Продукт нефтяного происхождения в связи с его меньшим по отношению к воде удельным весом по мере наполнения внутреннего пространства гибкого нефтенепроницаемого полотна 2 создает усилие, при котором стропы 5 отсоединяются от грузил 3, и гибкое нефтенепроницаемое полотно 2 и рукава для откачки продукта нефтяного происхождения 7 раскладываются. При этом срабатывают датчики утечки 6, сигналы от них передаются в систему автоматического перекрытия подводного трубопровода 1, после чего внутреннее пространство подводного трубопровода 1 перекрывается с помощью запорной арматуры, и перекачка продукта нефтяного происхождения прекращается. Подключающие устройства поплавкового типа 8 с присоединенными к ним устройствами сигнализации местонахождения рукавов для откачки продукта нефтяного происхождения 9 всплывают на поверхность водной среды. Откачка продукта нефтяного происхождения осуществляется после подсоединения средств его сбора к подключающим устройствам поплавкового типа 8.

В результате реализации предложенного технического решения обеспечиваются:

сокращение объемов попадания в водную среду аварийных утечек перекачиваемого по подводному трубопроводу продукта нефтяного происхождения;

упрощение откачки аварийных утечек перекачиваемого по подводному трубопроводу продукта нефтяного происхождения;

автоматический контроль возникновения аварийных утечек перекачиваемого по подводному трубопроводу продукта нефтяного происхождения.

Устройство содержит гибкое нефтенепроницаемое полотно (ГНП), покрывающее поверхность траншеи, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения (ПНП), грузила. ГНП выполнено в форме вытянутого купола, длина которого равна длине подводного трубопровода (ПТ), ширина - ширине траншеи в верхней ее части, высота определяется исходя из объема истечения ПНП из ПТ за период времени перекрытия ПТ и объема истечения ПНП под воздействием собственной силы тяжести. Грузила жестко соединены с установленными на ПТ балластирующими устройствами и вынесены над поверхностью дна над ПТ по ширине траншеи в ее верхней части. ГНП сложено по оси ПТ так, что его внешняя поверхность по своему контуру при помощи строп прикреплена к грузилам с возможностью отсоединения при возникновении внутри ГНП давления от поступающего из места утечки ПТ ПНП. Стропы снабжены работающими на растяжение датчиками утечки с возможностью передачи в систему автоматического перекрытия ПТ сигналов о возникновении утечки из ПТ. Рукава для откачки ПНП установлены на ГНП по границам судоходной части водной среды, их свободные концы снабжены устройствами поплавкового типа для откачки ПНП и устройствами, сигнализирующими о местонахождении рукавов. Техническим результатом изобретения является сокращение объемов попадания в водную среду аварийных утечек ПНП и упрощение его откачки. 3 ил.

Устройство для защиты водной среды от загрязнений, возникающих в результате утечек продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода, содержащее гибкое нефтенепроницаемое полотно, покрывающее поверхность траншеи, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения, грузила, отличающееся тем, что пространственная конструкция гибкого нефтенепроницаемого полотна выполнена в форме вытянутого купола, длина которого равна длине подводного трубопровода, ширина - ширине траншеи в верхней ее части, высота определяется расчетом исходя из объема истечения продукта нефтяного происхождения из подводного трубопровода за период времени перекрытия подводного трубопровода и объема истечения продукта нефтяного происхождения под воздействием собственной силы тяжести, гибкое нефтенепроницаемое полотно прикреплено к грузилам, которые жестко соединены с установленными на подводный трубопровод балластирующими устройствами и вынесены над поверхностью рельефа дна над подводным трубопроводом по ширине траншеи в ее верхней части, сложено по оси подводного трубопровода таким образом, что его внешняя поверхность по своему контуру при помощи строп прикреплена к грузилам с возможностью отсоединения при возникновении внутри гибкого нефтенепроницаемого полотна давления от поступающего из места утечки подводного трубопровода продукта нефтяного происхождения, стропы снабжены работающими на растяжение датчиками утечки с возможностью передачи в систему автоматического перекрытия подводного трубопровода сигналов о возникновении утечки из подводного трубопровода, рукава для откачки продукта нефтяного происхождения установлены на гибком нефтенепроницаемом полотне по границам судоходной части водной среды, их свободные концы снабжены подключающими устройствами поплавкового типа для откачки продукта нефтяного происхождения и устройствами, сигнализирующими о местонахождении рукавов.