Способ сбора разлитой в открытом море нефти и комплекс устройств для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК E02B15/04 

Изобретение относится к охране окружающей среды, а конструкционно к локализации и сбору нефти или нефтепродуктов с водной поверхности.

Предпосылки создания изобретения

Число транспортных судов с нефтью в мировых морях непрерывно растет, и риск разлива нефти становится выше, чем когда-либо. При разливе нефти, самым важным фактором реагирования является быстрота. Чем раньше область разлива нефти можно изолировать, а нефть собрать с поверхности воды, тем меньше будет проблем, которые возникнут для природы и людей, и в итоге будет ниже стоимость спасательной операции.

Способы сбора нефти с поверхности воды производится несколькими способами:

Механический. Наиболее эффективен в первые часы попадания нефти на воду. Сорбенты для сбора нефти - это материалы, используемые при механической очистке. Для оценки их качеств применяются три главных показателя: плавучесть, нефте- и водопоглощение. Эффективность сорбента главным образом оценивают по показателю нефтеемкости. Сорбционная очистка удаляет загрязнения любого рода практически без остатка, кроме того, она проста в применении.

Термический. Применяется на достаточном слое загрязнения воды и представляет собой выжигание нефти. Также используется в сочетании с другими методами при разливе нефти.

Физико-химический. Основан на использовании сорбентов и диспергентов и работает там, где механический способ применить невозможно.

Биологический. Применятся при толщине слоя не менее 0,1 мм после очистки предыдущими способами и основан на действии биохимических препаратов.

Уровень техники

Известны 1) «Способ сбора нефти и нефтепродукта с поверхности воды, предусматривающий использование нефтеприемной емкости и впитывающего нефть материала» отличающийся тем, что используют впитывающий материал, выполненный в виде губки из пенополиуретана, закрепленной на гибкой сетке, накладываемой на пятно разлива (Патент RU 2642864)

Недостатком Способ сбора нефти и устройства является дороговизна расходных материалов.

2) Также известно устройство для сбора нефти с поверхности воды, включающее гибкое боновое заграждение, один конец которого соединен с буксиром, другой - с нефтесборщиком, имеющим средство откачки нефти. На внутренней стороне бонового заграждения размещено гибкое листовое полотнище с возможностью съема (Авторское свидетельство SU №1537749,).

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет осуществить оперативный сбор нефти или нефтепродукта, в частности из-за невозможности приведения его в рабочее состояние в относительно короткий промежуток времени, а также для объектов с различными скоростями течения воды.

Главный недостаток всех аналогов, это низкая скорость сбора пролитой на водоеме нефти показан на ситуации, где Разлив нефтепродуктов произошел в окрестностях Норильска Красноярского края 29 мая 2020 года. Власти Красноярского края сообщили, что из-за аварии на ТЭЦ в Норильске из резервуара вылилось порядка 20 тысяч тонн дизтоплива, попавшего в ручей и речку Амбарная.

По факту нефть в 2021 году собирается медленно, и эффективных устройств и способов либо нет, либо они очень дорогие. И результат оставляет желать лучшего.

Техническая задача заключается в следующих качествах:

1. Сбор нефти в море должен быть многократно более быстрым, чем у аналогов.

2. Не иметь химических элементов, поскольку они дополнительно загрязняют море.

3. Должны быть меньшие денежные затраты на единицу площади разлитой нефти.

Технический результат заключается в том, что Комплекс устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море, содержащий оптимально три судна (в зависимости от площади разлитой нефти и наличия техники можно использовать от одного судна до пяти), по меньшей мере одно судно имеет насосное оборудование с емкостями для откачки нефти, боновое заграждение, наружными краями прикрепленное к судам равномерно установленным по окружности бонов, понтонные платформы являются платформой для стабильного положения при работе навесного оборудования, состоящего из двигателя приводящего в движение-вращение гребной элемент сходный по конструкции со скребковым конвейером, где размеры лопаток могут быть другими. Лопатки в рабочий момент обращены к воде, и измененный скребковый конвейер создает нагонное течение.

Радиально установленные направляющие линии, состоящие из соединяемых сегментов, методом соединения в места стыковки соединяемых сегментов, для получения жесткой направляющей линии требуемой длины, собирающие нефть в поверхностный ручей, для направления собранной нефти и ее дальнейшего провождения к центру открытой части насоса с входным патрубком для сбора нефти. Рельефная понтонная подпорка на воде, состоит из правого и левого модуля - это основной объем опоры возвышающийся над водой, В середине опора ниже уровня воды, позволяющая прохождению нефтяного ручья к центру, по радиально установленным направляющим жестким линиям, которые прочно удерживают фиксаторы для зажима радиально установленных направляющих жестких линий. К центру жесткие перемычки образуют треугольник или другую фигуру (по числу радиальных направляющих) для стабилизации конструкции. В центре входной патрубок насоса для сбора нефтепродуктов, За боновым заграждением установлены суда - корабли для скрепления общей конструкции с насосным оборудованием и емкостью для сбора нефти.

Конструкция поясняется чертежами:

Рис 1. Общий план устройств - 1 боновое заграждение, Понтонные платформы 2 с навесным оборудованием 3 для создания поверхностного водного течения 4, поток собранной нефти направляемый в центр для ее сбора 5, радиально установленные направляющие жесткие линии сбора нефтяного пятна расположенные перпендикулярно плоскости воды 6, рельефные подпорки на воде 7, перемычки образующие треугольник (по числу радиальных направляющих) для стабилизации конструкции 8, открытая часть насоса с входным патрубком для сбора нефтепродуктов 9, суда с насосным оборудованием и емкостью для сбора нефтепродуктов 10,

Рис 2-1. Подробно - Понтонные платформы 2 с навесным оборудованием, которое сходно со скребковым конвейером с цепной передачей 3-в и с лопатками 3-d, где рабочие лопатки в рабочий момент обращены к воде, для создания поверхностного водного течения 4.

От двигателя (на чертеже не показан) на понтонах 2, вращение идет через вращательный механизм-звездочки 3-c, далее на механизм-цепь с двух сторон 3-в, лопатками 3-d.

Рис 2-2. Устройство 3 создающее течение 4, по конструкции сходно со скребковым конвейером 3-в, лопатками 3-d, размер которых достаточен для создания нагонного течения, установленными на 90°±10° относительно плоскости воды, где лопатки в рабочий момент обращены к воде, для создания нагонного течения 4 в море с небольшими волнами 3-е.

Рис 3-1. Подробно - радиально установленные направляющие линии 6, состоящие из соединяемых сегментов 6, 6-а и 6-в местах стыковки соединяемых сегментов, для получения жесткой направляющей линии требуемой длины. Радиально установленные направляющие линии 6 выполнены из прочного материала с плотностью воды, например из углепластика.

Рис 3-2. Подробно: радиально от центра 8 установлены направляющие линии 6 сбора и трансформации нефтяного пятна на участке моря, в поверхностный нефтяной ручей 5,

- рельефная подпорка на воде 7, где 7-а правый и левый понтон - это основной объем опоры возвышающийся над водой,

7-в объем опоры ниже уровня воды для прохождения образовавшегося нефтяного ручья 5, по радиально установленным направляющим жестким линиям 6, и в середине понтона 7-в установлены фиксаторы 7-c для вставки и фиксации радиально установленных направляющих жестких линий 6.

Работа «Комплекса устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море» осуществляется следующим образом:

В начале производится установка бонов в виде окружности подходящей в данных условиях схемой, (согласно изменяющимся на каждом участке факторам - высота волны, глубина, скорость течения,) например, нефте-задерживающие боны 1 закрепляют якорем на дне моря, посредством ряда якорных узлов, или использовать любой другой известный способ по «Установке бонов», согласно изменившимся факторам (глубина, скорость течения, волны). При этом боновое заграждение имеет возможность отсоединения от буксиров и замыкания его в кольцо на новом участке. Далее от центра к боновому кольцу расходятся радиально и на одинаковых расстояниях по окружности бонов, устанавливаются направляющие жесткие линии 6 расположенные перпендикулярно относительно плоскости воды, и каждая линия скрепляется на рельефной понтонной подпорке на воде 7, далее устанавливаются жесткие перемычки образующие треугольник или другую фигуру (по числу радиальных направляющих) для прочности и стабилизации конструкции 8. К направляющим жестким линиям 6, прикрепляются понтонные платформы 2 с навесным оборудованием 3 для создания поверхностного водного течения 4.

Механизм работы гребного элемента: мотор передает вращение на «звездочка-шестеренка» 3-с, далее на две линии замкнутого цепного механизма 3-в, к которому с двух боковых сторон закреплены лопатки 3-d, которые приводятся в движение и тем самым создают и нагнетают поверхностное течение 4. Размер лопаток по вертикали и горизонтали подбирается для достижения требуемой скорости нагонного течения на рабочем участке.

Понтонные платформы 2 служат также для установки Двигателя и емкости с горючим, (на чертеже не обозначены). Двигатель, приводящий в движение-вращение гребной элемент 3 работает на углеводородном топливе или электроприводе.

После установки всех комплектующих запускается навесное оборудование с гребным элементом 3 и гребными лопатками 3-d которые нагнетают поверхностное течение 4 по направлению жесткой линии 6 и в процессе нагнетания течения 4 в примыкании к жесткой линии 6 образуется поверхностный ручей из нефти 5, (Практические эксперименты).

Далее ручей из нефти 5, который по радиально установленным направляющим из жестких линий 6 благодаря нагнетаемому гребным элементом 3 течению 4, примыкая к жесткой линии 6 устремляется к центру 8 и в итоге нефть собирается в центре у входного патрубка для сбора нефти - нефтепродуктов 9, и закачивается в подготовленные емкости.

В итоге вся нефть собирается в центре и поверхностный слой нефти собранной в центре 8 по толщине увеличивается многократно, по сравнению с первоначальным уровнем, когда нефть была разлита по всей площади. Далее запускается насосное оборудование с входным патрубком для сбора нефтепродуктов 9, в который поступает собранная в центре 8 в поверхностном слое жидкость с концентрацией нефти 50%±20%, и выше, и по трубопроводу установленному ниже жесткой линии 6 поступает в емкости, установленные на корабле 10 (на ч-ж не показаны). При наполнении Баков - емкостей корабль 10 меняется на такой-же корабль 10, но с пустым баком для сбора нефти и далее следует на передачу нефтебазам принятой с нефтесборных судов нефтесодержащей смеси для переработки. Или емкость для сбора нефти находится на прицепе у судна и меняется на пустую емкость.

«Комплекс устройств для сбора нефти» собран и скреплен в единую жесткую конструкцию, поэтому понтонные платформы 2 с навесным оборудованием 3 при работе гребными лопатками 3-d не движется с места благодаря массивности кораблей 10 и малому объему поверхностного течения, поскольку гребные лопатки 3-d выполнены в высоту 20-30 см и нагнетают только тонкий - поверхностный слой воды, и не трогают глубинные слои, как это происходило бы при использовании стандартного гребного колеса.

Также навесное оборудование 3 снабжено механизмом подъема - снижения уровня навесного оборудования относительно уровня моря, с целью находить оптимальный уровень высоты гребных лопаток 3-d по отношению к плоскости воды, при волнении моря.

Радиально установленные направляющие из жестких линий 6 собраны из сегментов посредством соединения стыков 6-а и 6-в, для получения линии требуемой длины, жесткие линии 6 расположены перпендикулярно относительно плоскости воды, являются тонкими и фиксируются в крепление 7-c, образуя плоский барьер, имеют высоту до 30 см над водой в зависимости от волнения моря, чтобы через них не переливалась собираемая нефть.

Управление всеми процессами (включение-выключение навесного оборудования 3 выполняется механически или налажено дистанционное управление.

Преимущества предлагаемой конструкции в том, что в отличие от аналогов на сбор нефти на участке (боновая окружность) после установки оборудования тратятся буквально минуты.

Термины:

Понтон - плавсредство для поддержания тяжестей на воде.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F

Скребковый конвейер - транспортирующее устройство непрерывного действия, в котором перемещение насыпных грузов осуществляется по неподвижному желобу - рештаку, с помощью скребков, закрепленных на одной или нескольких тяговых цепях и погруженных в слой насыпного груза. Википедия

Изобретение относится к охране окружающей среды, а конструкционно к локализации и сбору нефти или нефтепродуктов с водной поверхности. Способ сбора разлитой в открытом море нефти посредством комплекса устройств для его осуществления заключается в следующем. Вначале производится установка бонового заграждения 1 в виде окружности с закреплением бонового заграждения 1 якорем на дне моря посредством ряда якорных узлов. При этом боновое заграждение 1 имеет возможность отсоединения от буксиров и замыкания его в кольцо на новом участке. Далее включается навесное оборудование 3 с гребным элементом и гребными лопатками, которые нагнетают одностороннее течение по направлению жесткой линии 6 и образуется поверхностный ручей 5 из нефти, который по радиально установленным направляющим из жестких линий 6 благодаря нагнетаемому гребным элементом течению стремится по направлению жесткой линии 6 к центру 8 и собирает нефть в центре 8 у входного патрубка 9 для сбора нефтепродуктов. Гребные лопатки выполнены узкими, чтобы нагнетать только верхний слой воды, который содержит нефть и не трогать глубинные слои, как это происходило бы при использовании стандартного гребного колеса. В итоге вся нефть собирается в центре 8 и поверхностный слой собранной в центре 8 нефти увеличивается многократно по сравнению с первоначальным, когда нефть была разлита по всей площади. Далее включается насосное оборудование с входным патрубком 9 для сбора нефтепродуктов, в который поступает собранная в центре 8 жидкость с концентрацией нефти 50% и выше, и по трубопроводу, идущему ниже жесткой линии, поступает в емкости, установленные на корабле 10. Изобретение позволяет обеспечить многократно более быстрый сбор нефти, чем у аналогов. Кроме того, в заявленной группе изобретений не используются химические элементы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комплекс устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море, содержащий по меньшей мере три судна 10, в том числе по меньшей мере одно судно-нефтесборщик со средствами откачки нефти, боновое заграждение 1, наружными краями прикрепленное к судам, равномерно установленным по окружности бонового заграждения 1, от центра 8 бонового кольца расходятся радиально установленные направляющие жесткие линии 6, собирающие нефть в поверхностный ручей 5, для направления собранной нефти и ее дальнейшего прохождения к центру 8 с входным патрубком для сбора нефти 9, при этом к направляющим жестким линиям 6 прикреплены понтонные платформы 2 с навесным оборудованием 3, состоящим из двигателя, установленного на понтонных платформах 2 и приводящего в движение-вращение гребной элемент, состоящий из цепной передачи 3в с двух сторон прикрепленных к цепям лопаток 3d и вращательного механизма - звездочки 3с, где рабочие лопатки 3d в рабочий момент обращены к воде для создания нагонного течения 4, также навесное оборудование 3 снабжено механизмом подъема-снижения уровня навесного оборудования относительно уровня моря, служащего для создания поверхностного водного течения 4, рельефная подпорка на воде 7, жесткие перемычки, образующие треугольник или многоугольник в центре 8 в зависимости от числа радиальных направляющих 6 для стабилизации конструкции 8, входной патрубок для сбора нефтепродуктов 9, суда с насосным оборудованием и емкостью для сбора нефти 10.

2. Комплекс устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море по п. 1, отличающийся тем, что от двигателя на понтонах 2 вращение идет через вращательный механизм звездочку - шестеренку 3c, далее на механизм - цепь с двух сторон 3в и прикрепленными к цепям лопатками 3d, установленными на 90° по отношению к плоскости гребного элемента и к плоскости моря 3е, размер лопаток по вертикали и горизонтали подбирается для достижения требуемой скорости нагонного течения на рабочем участке, при этом двигатель, приводящий в движение-вращение гребной элемент, работает на углеводородном топливе или электроприводе.

3. Комплекс устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море по п. 1, отличающийся тем, что радиально установленные направляющие линии 6, состоящие из соединяемых сегментов 6, методом соединения 6а и 6в места стыковки соединяемых сегментов для получения жесткой направляющей линии требуемой длины, при этом радиально установленные направляющие линии 6 выполнены из прочного и нетяжелого материала, например углепластика, при этом радиально установленные направляющие линии 6 внутренним краем закреплены к центру 8, а наружным к судну - кораблю 10.

4. Комплекс устройств для сбора нефти с поверхности воды в открытом море по п. 1, отличающийся тем, что рельефная понтонная подпорка на воде 7 состоит из 7а правый и левый модули - это основной объем опоры, возвышающийся над водой, а 7в - объем опоры ниже уровня воды, позволяющий прохождению нефтяного ручья 5 к центру 8 по радиально установленным направляющим жестким линиям 6, которые прочно удерживают фиксаторы 7-с для зажима-фиксации радиально установленных направляющих жестких линий 6.

5. Способ сбора разлитой в открытом море нефти посредством комплекса устройств для его осуществления по п. 1, включающий установку бонового заграждения 1 в виде окружности с закреплением бонового заграждения 1 якорем на дне моря, прикрепление бонового заграждения 1 наружными краями к судам 10, равномерно установленным по окружности, установка направляющих жестких линий 6 радиально по окружности бонового заграждения, после чего запускают навесное оборудование 3 с гребным элементом и гребными лопатками для нагнетания одностороннего течения, которое при примыкании к жесткой линии 6 образует поверхностный ручей из нефти 5, направление поверхностного ручья 5 по радиально установленным направляющим из жестких линий 6 к центру окружности посредством течения, нагнетаемого гребным элементом, и сбор нефти в центре 8 у входного патрубка насоса для сбора нефти 9, после чего включают насосное оборудование на судне 10 и через входной патрубок 9 по трубопроводу, установленному ниже радиальной жесткой линии 6, закачивают нефть в емкости для сбора с последующей транспортировкой нефти для ее переработки.

6. Способ сбора разлитой в открытом море нефти посредством устройств для его осуществления по п. 5, отличающийся тем, что может иметь как непосредственное механическое - ручное, так и электронное дистанционное управление.