Ледоплавильная установка в контейнерном исполнении Российский патент 2024 года по МПК E01H5/10 

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды, в частности к очистке льдин и снега, загрязненных нефтепродуктами, и может применяться для оперативной ликвидации последствий техногенных аварий, связанных с разливом нефти на ледовой и снежной поверхности, обеспечения защиты водных и наземных ресурсов от нефтяных загрязнений, предотвращения распространения ареала нефтяного загрязнения и снижения вредного воздействия на окружающую природную среду.

Известно устройство для удаления нефти со льда (см. патент США на изобретение №8097152 по кл. МГЖ B01D 35/00, опуб. 17.01.2012), содержащее дробилку льда, установленную с возможностью поворота на барже, насос для перекачивания суспензии лед/вода и имеющий впускной патрубок, соединенный с дробилкой льда, и выпускной патрубок, соединенный с установкой плавления. Выход установки плавления соединен с сепаратором для отделения воды от нефти. Первое выходное отверстие сепаратора соединено с резервуаром для хранения нефти, а второе выходное отверстие соединено с линией оборотной воды, так что вода выходит из сепаратора и возвращается в дробилку льда. В данном устройстве вращающийся зубчатый барабан дробилки измельчает лед, загрязненный нефтепродуктами, далее лед смешивают с подогретой оборотной водой для образования суспензии из загрязненного нефтепродуктами льда и воды, которая с помощью шнеков передается в плавильные агрегаты, где происходит плавление льда. Образовавшаяся жидкая фаза смеси воды и нефтепродуктов из плавильных агрегатов транспортируется в сепаратор, в котором отделяются нефтепродукты от воды. Нефтепродукты транспортируются в резервуар для хранения с последующей разгрузкой и утилизацией, а вода возвращается в линию смешивания с колотым морским льдом для образования суспензии льда и воды для повторения цикла очистки льдин от нефтепродуктов.

Недостатками устройства являются высокие эксплуатационные и энергетические затраты на очистку льдин от нефтепродуктов, сложность конструкции и недостаточная универсальность устройства.

Известна установка для очистки льда и/или снега от нефтепродуктов (см. патент РФ на полезную модель №173085 по кл. МГЖ Е01Н 5/10, опуб. 09.08.2017), состоящая из последовательно установленных парогенераторной установки для таяния льда и/или снега, загрузочного бункера, являющегося одновременно плавильной камерой, оборудованного форсунками для подачи теплоносителя, размещенными по всем плоскостям бункера, решетчатым днищем и герметичной, утепленной, ударопрочной крышкой с электроприводом, и сепаратора для разделения выделенной водонефтяной эмульсии, при этом сепаратор состоит из трех технологических блоков, включая блок насосных агрегатов, блок фильтров предварительной очистки "Криброл" из нержавеющей стали, и блока фильтров тонкой очистки "Криброл", выполненных из пористого поливинилформаля.

Однако использование пара в качестве теплоносителя усложняет конструкцию, делая ее громоздкой, поскольку предусматривает наличие системы подачи воды и ее нагрева.

Наиболее близким к заявляемому является ледоплавильная установка в контейнерном исполнении для очистки льда от нефтяных загрязнений (см. патент РФ на изобретение №2643271 по кл. МПК Е01Н 5/10, опуб. 31.01.2018), содержащая последовательно расположенные и разделенные перегородкой ледоплавильный отсек, снабженный средством обработки льда теплоносителем, и сепараторный отсек, внутри которого расположены парогенераторный, ледоплавильный и фильтросепараторный отсеки, разделенные между собой перегородками, где парогенераторный отсек состоит из парогенератора и системы паропроводов, которые функционально связаны с ледоплавильным отсеком, при этом парогенератор соединен с ледоплавильным отсеком теплообменниками в виде перфорированных труб, расположенными по днищу и всем стенкам отсека, причем днище защищено от загружаемых в ледоплавильный отсек льдин решеткой, а между днищем и решеткой выполнен патрубок для перекачки эмульсии, выведенный в фильтросепараторный отсек, состоящий из насосного агрегата и фильтросепаратора, функционально связанных между собой, при этом выходной патрубок насосного агрегата соединен с фильтросепаратором.

Недостатком установки является сложность и громоздкость конструкции, обусловленная наличием парогенераторного отсека и использование пара в качестве теплоносителя, высокие энергетические затраты и наличие в системе горелки.

Технической проблемой заявляемого изобретения является создание простой и мобильной ледоплавильной установки в контейнерном исполнении, позволяющей с минимальными затратами осуществлять эффективную очистку льда от нефтепродуктов.

Технический результат заключается в повышении эффективности очистки льда от нефтепродуктов в широком диапазоне температур эксплуатации (от плюс 40°С до минус 40°С); преимущественно при работах в арктических условиях.

Для достижения технического результата ледоплавильная установка в контейнерном исполнении для очистки льда от нефтяных загрязнений, содержащая последовательно расположенные и разделенные перегородкой ледоплавильный и сепараторный отсеки, теплообменники в виде змеевика с теплоносителем, внутри ледоплавильного отсека, пространственно ориентированные по днищу и боковым стенкам ледоплавильного отсека, и защищенные решеткой, согласно изобретению, дополнительно содержит отсек дробления льда, установленный перед ледоплавильным отсеком, и отсек дополнительной очистки, расположенный за сепараторным отсеком, при этом ледоплавильный отсек дополнительно отделен от сепараторного отсека защитной сеткой, а в качестве теплоносителя выбран этиленгликоль.

В сепараторном отсеке установлен щеточный нефтесборщик, направляющий элемент, погружной объемно-винтовой насос и промежуточная емкость для отделенной нефти, в дополнительном - ленточный гидрофобный нефтесборщик, соединенный возвратной трубой с сепараторным отсеком.

Отсек дробления льда содержит гидроприводные валы дробления льда, транспортировочный шнек, направляющую для измельченного льда. Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены: - на фиг. 1 - общий вид ледоплавильной установки, - на фиг. 2 - ледоплавильная установка в поперечном разрезе, - на фиг. 3 - отсек дробления льда, - на фиг. 4 - ледоплавильный отсек, - на фиг. 5 - сепараторный отсек, - на фиг. 6 - отсек дополнительной очистки. На чертежах позициями обозначено:

1 - отсек дробления льда,

2 - ледоплавильный отсек,

3 - сепараторный отсек,

4 - отсек дополнительной очистки,

5 - перегородка,

6 - защитная сетка,

7 - крышка отсека дробления,

8 - приемный бункер,

9 - валы дробления,

10 - транспортировочный шнек,

11 - трубки с теплоносителем в виде змеевика,

12 - защитная решетка,

13 - насос рекуперации воды,

14 - труба рекуперации воды,

15 - щеточный нефтесборщик,

16 - направляющий элемент,

17 - погружной объемно-винтовой насос,

18 - управляемая перегородка,

19 - ленточный гидрофобный нефтесборщик,

20 - гидрофобная лента,

21 -труба отвода нефтеводяной смеси,

22 - насос сброса очищенной воды,

23 - силовая установка с пультом управления в защитном кожухе,

24 - крышка ледоплавильного и сепараторного отсеков,

25 - крышка отсека дополнительной очистки.

Ледоплавильная установка в контейнерном исполнении состоит из отсека дробления льда 1, ледоплавильного отсека 2, сепараторного отсека 3, дополнительного отсека 4 и силовой установки 23 с пультом управления. Ледоплавильный отсек 2 отделен от сепараторного отсека 3 перегородкой 5 и защитной сеткой 6.

Отсек дробления льда 1 содержит крышку 7, оснащенную механизмом автоматического открытия (например, гидроцилиндрами); приемный бункер 8, представляющий собой конусообразный сварной кожух, в нижней части которого предусмотрены посадочные места для установки кожуха на валы дробления 9, транспортировочный шнек 10. Вал дробления 9 представляет собой пустотелую трубу с двумя хвостовиками и наваренными зубьями на его поверхность. Транспортировочный шнек 10 представляет собой ось с наваренными лопастями, он обеспечивает продавливание измельченного льда в ледоплавильный отсек 2.

Ледоплавильный отсек 2 содержит крышку 24, трубки 11 с теплоносителем, выполненные в виде змеевика, защитную решетку 12, трубу рекуперации теплой воды из сепарационного отсека 3. В качестве теплоносителя использован этиленгликоль. Крышка 24 ледоплавильного отсека 2 представляет собой сварную конструкцию с двумя иллюминаторами по одному на каждый борт и имеет уплотнительные элементы для создания герметичного теплоизолированного объема.

Сепараторный отсек 3 предназначен для отделения нефтепродукта от воды и состоит из крышки 24, насоса рекуперации 13, трубы рекуперации воды 14, щеточного нефтесборщика 15, представляющего собой диски диаметром 900 мм, установленные в корпусе нефтесборщика, направляющего элемента 16, погружного объемно-винтового насоса 17.

Между сепараторным 3 и отсеком дополнительной очистки 4 расположена управляемая перегородка 18 (управление при помощи гидравлического привода).

Отсек дополнительной очистки 4 предназначен для дополнительной очистки нефтеводяной смеси. Он содержит крышку 25, ленточный гидрофобный нефтесборщик 19 с установленной специальной впитывающей нефтепродукт гидрофобной лентой 20 и отталкивающей 100% воды, трубу отвода нефтеводяной смеси 21, насос сброса очищенной воды 22.

Силовая установка с пультом управления в защитном кожухе 23 предназначена для снабжения комплекса энергией и его управления.

Ледоплавильная установка работает следующим образом.

Запускают силовую установку 23. Производят тестирование всех основных систем на пульте управления (на чертеже не показан).

В приемный бункер 8 отсека 1 загружают замазученные льдины или же замазученную шугу. Валы 9 начинают измельчать их в мелкую крошку до диаметра около 10 мм, которая затем, падая на транспортировочный шнек 10, доставляется в ледоплавильный отсек 2, где происходит дальнейшее плавление.

За 15-20 минут до попадания измельченного льда в отсек 2 осуществляют нагрев труб 11 с теплоносителем путем включения трех ТЭНов по 15 кВт, установленных в силовой установке 23. Теплоноситель (этиленгликоль), нагретый до 70°С градусов, циркулирует в ледоплавильном отсеке 2 по трубам 11.

При попадании измельченного льда в отсек 2 он начинает плавиться за счет того, что трубы 11 с теплоносителем нагревают пространство. При этом, максимальная температура нефтеводяной смеси составляет 15°С.

Защитная решетка 12 не позволяет кусочкам льда повредить трубы 11.

Расплавленная в отсеке 2 эмульсия в виде нефтеводяной смеси попадает на работающий щеточный нефтесборщик 15. Щеточные диски нефтесборщика 15 вращаются, образуя поток, который заставляет нефть опускаться под воду по направлению вращения щеточного колеса и таким образом нефть загоняется на щетку. Щетка состоит из десятков тысяч щетинок, что обеспечивает наибольшую поверхность налипания нефтепродукта. При вращении щеточного нефтесборщика 15 вода стекает со щеток. Направляющий элемент 16 обеспечивает попадание собранной нефти непосредственно к погружному объемно-винтовому насосу 17.

Насос рекуперации 13 перекачивает очищенную жидкость из сепараторного отсека 3 в ледоплавильный 2 и осуществляет полив измельченного льда для более эффективного плавления при помощи трубы рекуперации воды 14.

При накоплении достаточного количества нефтеводяной смеси (НВС) в сепараторном отсеке 3 открывается управляемая перегородка 18, через которую НВС попадает в дополнительный отсек 4 на доочистку.

При наполнении отсека 4 перегородка 18 закрывается, включается ленточный нефтесборщик 19 и производится доочистка нефтеводяной смеси. При попадании НВС на гидрофобную ленту 20 вода стекает с нее, а нефтепродукт перемещается в верхнюю часть нефтесборщика 19, где установлены два отжимных ролика, которые производят отжим ленты 20. Отжатый нефтепродукт попадает в трубу 21 отвода нефтеводяной смеси к насосу 17 в отсек 3.

Когда весь объем очищен, производится сброс воды за борт с помощью насоса слива очищенной воды 22. После сброса воды отсек 4 готов к дальнейшей работе.

Основные технические характеристики одного из возможных исполнения комплекса представлены в таблице 1.

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды, в частности к очистке льдин и снега, загрязненных нефтепродуктами. Ледоплавильная установка в контейнерном исполнении для очистки льда от нефтяных загрязнений содержит последовательно расположенные и разделенные перегородкой ледоплавильный и сепараторный отсеки. Причем ледоплавильный отсек содержит теплообменники в виде змеевика с теплоносителем, пространственно ориентированные по днищу и боковым стенкам ледоплавильного отсека и защищенные решеткой. Установка дополнительно содержит отсек дробления льда, установленный перед ледоплавильным отсеком, и отсек дополнительной очистки, расположенный за сепараторным отсеком. При этом ледоплавильный отсек дополнительно отделен от сепараторного отсека защитной сеткой, а в качестве теплоносителя выбран этиленгликоль. В сепараторном отсеке установлены щеточный нефтесборщик, направляющий элемент, погружной объемно-винтовой насос и промежуточная емкость для отделенной нефти, а в отсеке дополнительной очистки - ленточный гидрофобный нефтесборщик, соединенный возвратной трубой с сепараторным отсеком. Технический результат заключается в повышении эффективности очистки льда от нефтепродуктов в широком диапазоне температур эксплуатации (от плюс 40 до минус 40°С), преимущественно при работах в арктических условиях. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Ледоплавильная установка в контейнерном исполнении для очистки льда от нефтяных загрязнений, содержащая последовательно расположенные и разделенные перегородкой ледоплавильный и сепараторный отсеки, причем ледоплавильный отсек содержит теплообменники в виде змеевика с теплоносителем, пространственно ориентированные по днищу и боковым стенкам ледоплавильного отсека и защищенные решеткой, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит отсек дробления льда, установленный перед ледоплавильным отсеком, и отсек дополнительной очистки, расположенный за сепараторным отсеком, при этом ледоплавильный отсек дополнительно отделен от сепараторного отсека защитной сеткой, а в качестве теплоносителя выбран этиленгликоль, причем в сепараторном отсеке установлены щеточный нефтесборщик, направляющий элемент, погружной объемно-винтовой насос и промежуточная емкость для отделенной нефти, в отсеке дополнительной очистки - ленточный гидрофобный нефтесборщик, соединенный возвратной трубой с сепараторным отсеком.

2. Ледоплавильная установка в контейнерном исполнении по п. 1, отличающаяся тем, что отсек дробления льда содержит гидроприводные валы дробления льда, транспортировочный шнек, направляющую для измельченного льда.