Устройство для сбора нефти с поверхности воды Советский патент 1989 года по МПК E02B15/04 

(п

йены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства, а нефте-j проводы 8 собранной нефти соединены ; с коллектором 9 уловленной нефти, расположенным внутри коллектора 7 воды соосно с ним. Задняя направляющая стенка 3 каждого гидроциклона соединена с корпусом другого, расположенного за ним на окружности. Перед- няя и задняя направляющие стенки 2,3}

соединены между собой и с корпусом каждого гидроциклона горизонтальны- ми и вертикальными перегородками с образованием полой каМеры, а входно отверстие 4 выполнено расширякяцимся кверху. Конструктивные особенности устройства обеспечивают повышение эффективности сбора нефти и сниже- нй е з атрат энергии на перекачивание воды, 1 з.п. ф-лы, k ил.

Изобретение относится к защите окружающей среды. Цель изобретения - повышение эффективности, снижение энергозатрат. Устройство включает замкнутую батарею гидроциклонов 1, расположенных по окружности и совмещенных передними стенками 2 и задними стенками 3 с входными отверстиями 4. Гидроциклоны 1 соединены между собой вертикальными перемычками 5. Трубопроводы 6 для отвода воды соединены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства, а нефтепроводы 8 собранной нефти соединены с коллектором 9 уловленной нефти, расположенным внутри коллектора 7 воды соосно с ним. Задняя направляющая стенка 3 каждого гидроциклона соединена с корпусом другого, расположенного за ним на окружности. Передняя и задняя направляющие стенки 2, 3 соединены между собой и с корпусом каждого гидроциклона горизонтальными и вертикальными перегородками с образованием полой камеры, а входное отверстие 4 выполнено расширяющимся кверху. Конструктивные особенности устройства обеспечивают повышение эффективности сбора нефти и снижение затрат энергии на перекачивание воды. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике ащиты водной среды, а именно к устойствам для сбора и разделения жидостей с различным удельным весом, астекшихся .на поверхноети водре- 20 О в, и моАет быть использов&Н б для мистки от.нефтяных загрязнений.акваторий, морей, океанов, портов:, гаванейf внутренних водоемов,, поверхности воды в резервуарах.25

Целью изобретения является иовы- шение эффективности работы, снижение энергоемкости

На фиг, 1 изображено устройство вид сверху на фиг. 2 -. то же, вид зо сбоку; на фиг, 3 построение стенок камер; на фиг, k входное отверстие гидроциклона.

Устройство включает замкнутую батарею гидроцикпонов 1э расположенных 35 по окружности и снабженных передними 2 и задними 3 стенке и входными от-: верстиями l. Гидроциклоны 1 соедине ны между собой вертикальными перемыч- ками 5, Трубопроводами 6 для отвода 40 воды они соединены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства , а трубопроводами 8 для собранной нефти они соединены с коллектором 9 уловленной нефти, расположенным 45 внутри коллектора 7 чистой води соосно с ним. Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гйдроциклона соединены между собой и образуют вертикальные кромки, находящиеся в плоскости, проходя- Q щей через центры устройства и гидроциклонов, а задняя стенка 3 примыкает к входному отверстию расположенного рядом против часовой стрелки гидроциклона.ее

Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гидроциклона 1 соединены между собой и с корпусом гидроциклона горизонтальными 10 и вертикальными 5

перемычками и образуют пустотелую камеру. Камера совместно с гидроциклоном представляют собой секции устройства. Секции крепятся между собой по окружности радиусом R (фиг, 3, 0,0 р, проходящим через центры гидроцикло- ноб, причем (n), гДе п - количество секций (не менее трех),Так, напри™ мер, для и расстояние по своему численному значению должно не менее диаметра гидроциклона (d), для и , 0,0i не менее 1,5d а для больше или равно 2d и т,д, (из построения).

Рассматривая секцию устройства как единичный модуль, можно получить зависимость (d при Hfconst, где D - диаметр окружности устройства (например, мм , фиг.1).

Передняя направляющая стенка 2 пустотелой камеры каждой секции представляет собой боковую поверхность двух вертикальных цилиндров (фиг.З, точка S) и горизонтальной плоскости, которая пересекает боковые поверхности там, где их сопряжение отсутствует (фиг,3 поверхность XYS). Причем точка S находится на пересечении окружности с радиусом OjF « 1,5d из ТО14КИ 0. и окружности радиусом 2,2d, имеющей центр в точке К, полученной пересечением окружности радиуса 2,2d из точки Z и нз М, причем точка М лежит на линии, проходящей через центр устройства и центр гидро1 клона (расстояние между центром гндроцигспо- на и точкой М равно 2j5d), а точка Z расположена на пересечении оси 0,0 с окружностью корпуса гидроциклона.

Внутренняя боковая цилиндрическая поверхность передней стенки 2 обра- . зуется (фиг,3) радиусом SO,, проведенным из точки Л,, полученной пересечением дуг радиусом SO из точек S

15

51523636

и 0/2. Пересечение внутренней боковой , поверхности передней стенки 2 с окруж- ностью корпуса гидроциклона 1 образует линию боковой верхней части кромки входного отверстия (фиг.З точки X).

Задняя направляющая стенка 3 камеры А представляет собой вертикальную

поверхность, состоящую из плоскойJQ

вертикальной стенки, расположенной по касательной (фиг.З, линия NP) к корпусу гидроциклона В в точке N, получаемой на пересечении окружности, проведенной рудиусом, равным d, из точки Z с окружностью корпуса гидроциклона В, причем линия NP равна величине d72. Затем плоская вертикальная стенка переходит в цилиндрическую поверхность радиуса 3d (Фиг.З, линия РМ).

Перемычка 5 представляет собой вертикальную плоскую стенку, соединяющую плоскую вертикальную часть задней стенки 3 (фиг.З, линия NP) в точке N с вертикальным цилиндрическим корпусом гидроциклона Б в точке Z (фиг. 3, линия NZ). Размер NZ равен d.

Входной канал гидроциклона секции fl (фиг. 3) образован частью передней направляющей стенки 2 собственной камеры Г и частью задней плоской стенки 3 камеры А секции I.

Входное отверстие каждого гидроВ центре устройства разме(цаются коллекторы 7 чистой воды и уловленной нефти 9, представляющие собой две вертикальные трубы разного диаметра, расположенные коаксиально (труба в трубе). К внутренней, меньшего диаметра, трубе 9 присоединяются трубопроводы собранной нефти, а к внешней, большего диаметра, трубе 7 присоединяются трубопроводы 6 воды.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в неподвижной жидкости, имеющей на своей поверхности слой нефти, так, что плоскость свободной поверхности жидкости пересекает входные каналы. Это достигается путем заполнения балластом (например, водой) камер устройства. После включения слива чистой воды с помощью насоса (не показан) вода откачивается из рабочих объемов гидроциклонов t через трубопро- 25 воды 6 чистой воды и коллектор 7 воды. На ее месте в рабочую полость гидроциклонов 1 начинает поступать вода, имеющая на своей поверхности пленку нефти. Это происходит за счет возникновения в окрестностях вокруг устройства потоков жидкости, устремленных к входным отверстиям 4. Число таких потоков соответствует числу гидроциклонов. Точками, в которых окружающая жидкость разделяется на

20

30

циклона I выполнено,например, ступен- отдельные потоки, являются, например, чато, расииренной частью вверх и уз-точки М,М и т.д., лежаи ие на кромке,

кой частью вниз. Причем ступени выпол- соединяющей передние 2 и задние 3 нены с той стороны, к которой ггрисо- единяется передняя направляющая стенка камеры. Общая высота отверстия h равна высоте цилиндрической части

40

гидроци клона 1. Ра змеры между т оч.ка о

ми Н„, X, Y получают построением.

Высота слоя жидкости h из расчета максимальной слоя нефтяной пленки сГ принимается равной Ь,. Высота ступени принимается равной

половине общей высоты Ь.- г- (из опыта эксплуатации дзнных гидрощ кло- нов). Закон изменения ширины exqq- ного сечения от высоты сечения мсвкет быть назначен, исходя из конкретных условий сбора нефти (толщины пленки, вязкости и плотности нефти, начальной скорости нефти и воды и др), и может , нап{жмер, линейным, параболическим, ступенчатым и т.д.

45

50

55

стенки камер.

Пройдя эти точки, жидкость попадает во входной канал, т.е. в область пространства, ограниченную задними 3 и передними 2 стенками устройства. Часть жидкости, расположенная напротив входного канала, иепосредственно устремляется в него, т.е. объемы жидкости, котсрые примыкают к переднмм 2 и задним 3 стенкам, движутся вдоль них в сторону входных отверстий .

Поскольку предлагаемая форма стенок на оказывает отрыва потока на них д гжение вдоль стенок происхрдит с |«1нимальным сопротивлекмем. Попав ие- посредстаенно во канал, жидкость увели швает свою скорость, при этом, благодаря ступенчатому выполнению вхсадного отверстия 3 ширина потока нефти на свободной поверхности больше у чем потока воды, расположен-.

В центре устройства разме(цаются коллекторы 7 чистой воды и уловленной нефти 9, представляющие собой две вертикальные трубы разного диаметра, расположенные коаксиально (труба в трубе). К внутренней, меньшего диаметра, трубе 9 присоединяются трубопроводы собранной нефти, а к внешней, большего диаметра, трубе 7 присоединяются трубопроводы 6 воды.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в неподвижной жидкости, имеющей на своей поверхности слой нефти, так, что плоскость свободной поверхности жидкости пересекает входные каналы. Это достигается путем заполнения балластом (например, водой) камер устройства. После включения слива чистой воды с помощью насоса (не показан) вода откачивается из рабочих объемов гидроциклонов t через трубопро- воды 6 чистой воды и коллектор 7 воды. На ее месте в рабочую полость гидроциклонов 1 начинает поступать вода, имеющая на своей поверхности пленку нефти. Это происходит за счет возникновения в окрестностях вокруг устройства потоков жидкости, устремленных к входным отверстиям 4. Число таких потоков соответствует числу гидроциклонов. Точками, в которых окружающая жидкость разделяется на

отдельные потоки, являются, например, точки М,М и т.д., лежаи ие на кромке,

соединяющей передние 2 и задние 3

0

5

0

5

стенки камер.

Пройдя эти точки, жидкость попадает во входной канал, т.е. в область пространства, ограниченную задними 3 и передними 2 стенками устройства. Часть жидкости, расположенная напротив входного канала, иепосредственно устремляется в него, т.е. объемы жидкости, котсрые примыкают к переднмм 2 и задним 3 стенкам, движутся вдоль них в сторону входных отверстий .

Поскольку предлагаемая форма стенок на оказывает отрыва потока на них, д гжение вдоль стенок происхрдит с |«1нимальным сопротивлекмем. Попав ие- посредстаенно во канал, жидкость увели швает свою скорость, при этом, благодаря ступенчатому выполнению вхсадного отверстия 3 ширина потока нефти на свободной поверхности больше у чем потока воды, расположен-.

ной под нейа Увеличение ширины потока нефти компенсирует замедление скорости ее движения, вызванное сопротивлением боковых стенок входного канала. За счет этого увеличивается количество нефти, поступающей в рабочий объем гидроциклонов 1. Вследствие TorOj что каналы располагаются тангенциально по отношений к цилиндрической части корпуса .гидроцикпонов 1, жидкость, попав в рабочий объем,, приобретает вращательное движение, Под действием центробежных сил более тяжелые частицы (вода) отбрасываются к стенкам корпуса гидроциклонов, «V пройдя по спиральной траектории вниз, выводятся за его пределы по трубопроводам 6 в коллектор 7 воды.

Более легкие частицы (нефть) концентрируются в центре рабочего объема каждого гидроциклона t, образуя скопления в виде клубка, имеющего . форму усеченного конуса или цилиндра. Нефть в результате включения насрса слива нефти (не показан) через трубопроводы 8 собранной нефти и коплек тор 9 выводится из устройства.

Предлагаемое конструктивное решение каждой отдельной секции 14 их компоновка в нефтесборном устройстве позволяют использовать боковые по--. верхности камер в качестве направля ющих стенок входных каналов, присоединенных к входным отверстиям в цилиндрической uectH гидроциклонов. При этом входные ка::гльг расположены тангенциально цилиндрическим корпусам гидроциклонов с

40

.Предлагаемая форма выполнения передней стенки 2 позаоляет увеличить площадь поверхности, прилегающей к устройствуJ с которой происходит подтягивание нефтяной пленки к входным каналам, что увеличивает количество поступающей в устройство нефти и, тем самым, повышает его производитель ность..

Наибольшая величина площади, с которой происходит, подтягивание нефти, наблюдается,когда передняя 2 и задняя 3 стенки соединены кромками в вертикальной плоскости, проходящей через точ ку М, лежащую на линии, проходящей через центр устройства и центр гидрО.55 циклона, причем расстояние от центра гидроциклона до точки М равно 2,5 ди- аметрам гидроциклона. При расстоя-

45

50

o

s

0

5

0

5

0

5

5

0

НИИ, меньшем 2,5 диаметров гидроциклона, происходит срыв потока, а при значениях, больших 2,5, увеличений очищаемой площади не происходит.

Так как задняя направляюшая стенка 3 устройства примыкает к входному отверстию другого расположенного против часовой стрелки гидроциклона, то это позволяет включить в состав устройства несколько гидроциклонов меньшего дааметра, что при одинаковой с прототипом производительности значительно уменьшает энергозатраты за счет уменьшения количества перекачиваемой воды.

Кроме того, выполнение передней и задней стенок предлагаемой формы, наличие горизонтальной и вертикальной перемычек в каждой камере обеспечивают плавучесть нефтесборному уст ройству и высокую маневренность при движении его по поверхности водных объектов.

Расположение коллекторов вертикально в центре устройства позволяет выполнить как трубопроводы чистой воды, так и трубопроводы собранной нефти конструктивно (геометрически) одинаковыми для каждого тидродиклона, Это обеспечивает одинаковые значения сопротивления в них и, следовательно, одинаковые значения расходов, что не обходимо для получения одинаковых гидродинамических в каждом гидроциклоне, и, в конечном счете, влияет на качество процесса разделения КЗ к в каждой отдельной секции, так и во всем устройстве. Коллектор присоединяется к насосам для вывода разделенных жидкостей из нефтесбор- ного устройства. Кроме того, такое расположение коллектора обеспеш вает требуемую вертикальную ориёнтаг ю устройства, его балансировку, а также умемьшает габар иты устройства

Использование предлагаемого устройства, по сравнению с известным позволяет за счет геометрии направляющих стенок и входного отверстия, а также создания нескольких локальных н«)тяных скоплений в устройстве, повысить производительность по количеству собранной йефти, уменьшить непроизводительные энергозатраты в k-S раз на отвод чистой воды,Благодаря указанному конструктив- ному решению элементов устройство .обладает высокой плавучестью и мобильностью при рассредоточенном вводе очищаемой жидкости: ориентация и балансировка устройства несложны.

За счет уменьшения размеров гидроциклона уменьшается высота (осадка) устройства, что позволяет использовать его на мелководье (в водоемах малой глубины) и расимрить таким образом область его «трименения.JQ

Кроме того, устройство повышает эффективность процесса разделения за счет создания локальных нефтяных скоплений в нефтесборном устройстве.

Предлагаемое конструктивное реше ние входных каналов, выполненных переменной по сечению ширины, снижает. непроизводительж е затраты на прокачку через устройство воды в 1,5- 2 раза.

Формула изобретения

5

0

5

0

5

жено дополнительными гидроциклонаwi и коллекторами нефти и воды, при этом гидроциклоны расположены равномерно по окружности, соединены между собой вертикальными перемычками и посред ством нефтепроводов и трубопроводов |для воды с расположенными коаксиаль- но в центре устройства вертикальными коллекторйми нефти и воды, причем передняя направляющая стенка каждого гидроциклона соединена с соответству- кнцей задней стенкой следующего за ним против часовой стрелки гидроциклона с образованием вертикальных кромок, расположенных на й«и йко8ом расстоянии от центра устройства и лежащих в плоскостях, .прохсдящих через прямые, соединяющие дентры гидроциклонов с центром устройства при этом каждая горизонтальная яеремычка соединена с соответствующей вертикальной перемычкой с образованием полой камеры, а входные отверстия гидроциклонов выполнены расикфйю мися кверху.

г 10

/1

Фие.З