Установка для сбора нефтяных загрязнений из-подо льда водного объекта

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ-ПОДО ЛЬДА ВОДНОГО ОБЪЕКТА(71) Заявитель Учреждение образования Витебский государственный университет имени П.М.Машерова(72) Авторы Савенок Владимир Евгеньевич Воронович Павел Владимирович Осипов Валентин Юрьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Витебский государственный университет имени П.М.Машерова(57) 1. Установка для сбора нефтяных загрязнений из-подо льда водного объекта, включающая нефтеприемник с встроенными полыми герметичными емкостями и направляющими гребенками снаружи, внутри которого размещены нефтеприемные трубы, входные 13886 1 2010.12.30 отверстия которых расположены снизу, и перфорированная пластина, установленная с зазором от дна нефтеприемника, на которой расположен самовсасывающий насос, причем каждая нефтеприемная труба снабжена регулировочной муфтой, размещенной на ее верхнем конце с возможностью вертикального перемещения, отличающаяся тем, что снабжена соединенным с нефтеприемником противообледенителем, имеющим по своему периметру полые герметичные емкости, причем в гнездах противообледенителя жестко фиксируются соединительные рамы с осями, закрытым сверху двумя полукрышками с вырезами в центре в форме полуокружности и имеющим с внутренней стороны нагревательные элементы. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нефтеприемник снабжен терморегулятором. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нижняя торцевая поверхность стенок противообледенителя снабжена уплотнительным материалом. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что противообледенитель имеет петли для удобства переноски и крепления предохранительных тросов. Изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано для удаления нефтяных загрязнений из-под ледяного покрова водного объекта и поддержания в незамерзающем состоянии лунки во льду. Известно устройство для сбора нефти из-под ледяного покрова водного объекта 1,включающее опорную плиту с роликовой направляющей, в которой размещен с возможностью продольного перемещения гибкий шланг, соединенный с откачивающим насосом и нефтесборной емкостью. Конец гибкого шланга соединен с нефтеприемником, имеющим нефтеприемную щель и снабженным поплавком, который выполнен из магнитного материала, взаимодействующего с магнитной шайбой. Для применения устройства опорную плиту размещают на краю заранее подготовленной проруби, нефтеприемник с поплавком опускают в прорубь, пропустив гибкий шланг через ролики направляющей. Поплавок за счет плавучести прижимает нефтеприемную щель нефтеприемника к нижней поверхности льда. Перемещая магнитную шайбу по верхней поверхности льда, откачивают нефть благодаря тому, что поплавок с нефтеприемником отслеживают перемещение шайбы. Данное устройство работоспособно лишь при малых толщинах льда, т.к. при больших толщинах льда магнитная шайба, расположенная на верхней поверхности льда, не взаимодействует с нефтеприемником, расположенным подо льдом. Недостатком устройства является также то, что оно не реагирует на толщину слоя нефтяного загрязнения подо льдом, значит, не обеспечивается качество сбора нефтепродуктов. При длительной работе устройства в условиях отрицательных температур наружного воздуха его работа неэффективна в результате обмерзания как шлангов и насоса самого устройства, так и замерзания лунки во льду, а также примерзания нефтеприемника к нижней поверхности льда. Известна установка - боновое ограждение 2, состоящее из наполненных воздухом камер, объединенных общим полотном с фартуком и тросами. В верхней части каждой камеры выполнена дополнительная полость, которая может быть подсоединена к источнику нагретого воздуха или снабжена нагревательным элементом. Боновое ограждение работает следующим образом. В ледяном покрове прорезается щель, в которую опускают боновое ограждение, полости камер которого заполняют горячим воздухом, при этом гребни камер контактируют с нижней поверхностью льда. Концы бонового заграждения выводятся к проруби и крепятся к лебедке. Включается лебедка боновое ограждение наматывается на барабан по мере вытягивания его из-подо льда,вследствие этого происходит подтягивание нефтяного пятна к проруби. Возможность подогрева верхней полости камер бонового ограждения исключает их примерзание к нижней 2 13886 1 2010.12.30 поверхности льда. Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено лишь для локализации нефтяного пятна, причем относительно небольших размеров и толщины, а для улавливания и сбора нефтяных загрязнений требуется отдельное нефтесборное устройство. Использование нефтесборных устройств на водных объектах, покрытых льдом, в зимних условиях возможно в сочетании с дополнительным оборудованием, предназначенным для удаления льда с поверхности воды с последующим обогревом освобожденной ото льда водной поверхности. Известна установка - противообледенитель 3, включающая цилиндрический вертикальный плавучий корпус с открытым нижним концом и соосно расположенным в нем цилиндром меньшего диаметра, нагревательным элементом и крышкой. Для применения установки изготавливается лунка во льду. Установка работает следующим образом. Установку опускают на освобожденную ото льда водную поверхность, включают нагревательный элемент и таким образом обеспечивают по крайней мере подогрев части водной поверхности, изолированной плавучим корпусом, что дает возможность собирать нефтяные загрязнения с этой водной поверхности с использованием в сочетании с ней дополнительного нефтесборного оборудования. Конструкция данного устройства не обеспечивает поступление подледного слоя нефтяных загрязнений в освобожденную ото льда водную поверхность, ограниченную контуром устройства, что делает неэффективной работу нефтесборного оборудования при сборе тонкой подледной нефтяной пленки. Кроме того, так как нефтесборное оборудование является дополнительным устройством, конструктивно не связанным с противообледенителем, для него требуется дополнительный обогрев. Наиболее близкой к заявляемой является установка для сбора нефтяных загрязнений из-подо льда водного объекта 4, включающая корпус, снабженный полыми герметичными емкостями, нефтеприемник и нефтеприемные трубы. Нефтеприемник снабжен перфорированной пластиной, установленной внутри него с зазором от его дна, на которой расположен самовсасывающий насос, корпус снабжен опорными элементами, установленными с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Внутри каждой нефтеприемной трубы, на ее верхнем конце, размещена регулировочная муфта. Установка работает следующим образом. Ее опускают на освобожденную ото льда водную поверхность. Герметичные полые емкости обеспечивают плавучесть устройства с осадкой, при которой верхние отверстия нефтеприемных труб расположены выше ватерлинии. Заданную глубину погружения в воду установки с расположенным внутри нее насосом, с учетом толщины льда, обеспечивают опорные элементы. Заданная расчетная глубина обеспечивает необходимый напор истечения нефтяных загрязнений из ее нефтеприемных труб. Более точная регулировка напора истекающих нефтяных загрязнений производится ввинчиванием (вывинчиванием) регулировочных муфт. Затем включают насос и откачивают нефтяные загрязнения из нефтеприемника. Недостатками данной установки являются ее быстрое обмерзание при низких температурах окружающего воздуха и увеличение вязкости поступающей в нефтеприемник нефти, что ухудшает работу насосного оборудования. Кроме того, так как прорубь, изготавливаемая во льду, имеет размеры большие, чем габариты установки, при откачивании нефти из-подо льда часть нефти просачивается в зазор между установкой и кромками проруби и распространяется по льду, минуя нефтеприемник, особенно при положительных температурах наружного воздуха и прогибе поверхности льда. Для предотвращения распространения нефти по льду необходимо ограждать прорубь с размещенной в ней установкой оградительными барьерами, изготавливаемыми специально или из подручных средств. Задачей предложенного нами изобретения является повышение надежности и безопасности использования установки на водном объекте, покрытом льдом, а также повышение 3 13886 1 2010.12.30 эффективности сбора нефтяных загрязнений из-подо льда и локализация нефтяных загрязнений с целью предотвращения их распространения по верхней поверхности льда при откачивании. Поставленная задача решается тем, что в установке для сбора нефтяных загрязнений из-подо льда водного объекта, включающей нефтеприемник с встроенными полыми герметичными емкостями и направляющими гребенками снаружи, внутри которого размещены нефтеприемные трубы, входные отверстия которых расположены снизу, и перфорированная пластина, установленная с зазором от дна нефтеприемника, на которой расположен самовсасывающий насос, причем каждая нефтеприемная труба снабжена регулировочной муфтой, размещенной на ее верхнем конце с возможностью вертикального перемещения,в отличие от прототипа установка снабжена соединенным с нефтеприемником противообледенителем, имеющим по своему периметру полые герметичные емкости, причем в гнездах противообледенителя жестко фиксируются соединительные рамы с осями, закрытым сверху двумя полукрышками с вырезами в центре в форме полуокружности и имеющим с внутренней стороны нагревательные элементы. Нижняя торцевая часть стенок противообледенителя опирается на лед по периметру большему, чем периметр проруби, что препятствует распространению нефтяных загрязнений по верхней поверхности льда, которые могут попадать на лед в зазор между корпусом нефтеприемника и периметром проруби, особенно при прогибе льда. Установка, состоящая из нефтеприемника и соединенного с ним противообледенителя, плотно опирается на лед под действием тяжести своего веса. Дополнительно, особенно в случае неровной поверхности льда, нижняя торцевая поверхность стенок противообледенителя может быть снабжена уплотнительным материалом. Безопасность эксплуатации установки повышают полые герметичные емкости, которыми она снабжена, обеспечивающие плавучесть и нефтеприемника, и противообледенителя, кроме того, противообледенитель может иметь петли для удобства переноски и для крепления предохранительных тросов (растяжек). В то же время плавучесть нефтеприемника позволяет уменьшить общую нагрузку на лед, что повышает надежность эксплуатации установки при малых толщинах льда. Кроме того, установка не только улавливает и собирает нефть, но и поддерживает прорубь в незамерзающем состоянии, при этом откачиваемая нефть имеет положительную температуру, что повышает эффективность работы нефтесборного оборудования за счет сбора менее вязкой нефти. Положительная температура стенок корпуса нефтеприемника исключает их обмерзание. Дополнительно внутри нефтеприемника может устанавливаться терморегулятор, который обеспечивает поддержание заданного температурного диапазона внутри нефтеприемника. Установка имеет простую конструкцию, а совмещение ею функций нефтеприемника и противообледенителя обеспечивает ее компактность и мобильность. Эксплуатация установки возможна в сочетании с боновым оборудованием. На фиг. 1 изображена установка, вид сверху (полукрышки поз. 4 условно не показаны) на фиг. 2 - установка, вид сбоку на фиг. 3 - установка, вид сверху (вид Б). Установка включает противообледенитель, корпус которого состоит из двух продольных боковых стенок 1 и двух поперечных боковых стенок 2 и имеющий по своему периметру встроенные герметичные емкости 3. Сверху противообледенитель закрыт двумя полукрышками 4, одна из которых имеет уплотнительную накладку 5. Каждая полукрышка имеет в центре вырез в форме полуокружности 6, ручку 7 и соединяется с боковой стенкой 1 двумя раскрывающимися петлями 8 и покрыта с внутренней стороны теплоизоляцией 9 с закрепленными на ней нагревательными элементами 10 (220 или 12 ). 13886 1 2010.12.30 В гнездах 11 каждой из боковых стенок 2 устанавливается верхняя горизонтальная стойка 12 соединительной рамы 13. Рама 13 имеет свободно вращающуюся внешнюю ось 14 с разъемной петлей 15, концы которой имеют резьбу, продеваются в отверстия 16 боковых стенок 2 и фиксируются в них гайками 17. К нижней горизонтальной стойке 18 рамы 13 приварена ось 19, которая фиксируется в направляющих гребенках 20, расположенных снаружи корпуса нефтеприемника 21 спереди и сзади. Трапециевидный в плане корпус нефтеприемника 21 снабжен двумя боковыми герметичными емкостями 22 и находящейся в его выступающей передней части герметичной камерой 23. Внутри нефтеприемника 21 с зазором от его дна закреплена съемная перфорированная пластина 24, на которой расположен погружной самовсасывающий электронасос 25. В воздушную камеру 23 нефтеприемника 21 вварены нефтеприемные трубы 26, имеющие снизу входные отверстия 27, а сверху ввинчиваемые в них регулировочные муфты 28 с ручками 29 для удобства ввинчивания. Установка работает следующим образом. В месте сбора нефтяных загрязнений изготавливают во льду прорубь по размерам нефтеприемника 21, затем устанавливают на лед противообледенитель с открытыми полукрышками 4 таким образом, что прорубь, вырубленная во льду, была внутри него. При необходимости (в случае неровной поверхности льда) между нижней торцевой поверхностью стенок 1, 2 противообледенителя и льдом помещают уплотнительный материал, например морозостойкую резину. Затем в прорубь опускают нефтеприемник 21 с установленным внутри него на перфорированной пластине 24 электронасосом 25 на такую глубину, чтобы верхние отверстия нефтеприемных труб 26 оказывались ниже ватерлинии нефтеприемника. Так как нефтеприемник 21 оказывается фактически в слое льда, а плотность нефти меньше плотности воды, скапливающиеся в проруби нефтяные загрязнения поступают через нефтеприемные трубы 26 в нефтеприемник 21. Расчетную глубину опускания нефтеприемника 21 определяют исходя из разности высот междуверхними отверстиями нефтеприемных труб 26 и поверхностью льда, обеспечивающей такой напор истечения нефтяных загрязнений из нефтеприемных труб 26,при котором сохраняется непрерывное поступление нефтяной пленки к их входным отверстиям 27. Герметичные полые емкости 22 и 23 нефтеприемника 21 обеспечивают его плавучесть. Фиксацию нефтеприемника на расчетной глубине в проруби во льду обеспечивают две соединительные рамы 13, оси 19 которых закрепляют в направляющих гребенках 20, конструкция последних позволяет закреплять оси 19 на различных уровнях. При этом верхние горизонтальные стойки 12 обоих соединительных рам 13 устанавливаются в гнезда 11 передней и задней боковых стенок 2 противообледенителя. Сами рамы 13 жестко фиксируются в передней и задней боковых стенках 2 гайками 17, навинчиваемыми с внутренней стороны боковых стенок 2 на вставленные в отверстия боковых стенок 2 концы петель 15. Затем проводят более точную регулировку напора истекающих в нефтеприемник 21 из нефтеприемных труб 26 нефтяных загрязнений с помощью ввинчивания(вывинчивания) за ручки 29 регулировочных муфт 28. Далее плотно закрывают полукрышки 4 таким образом, чтобы стык между полукрышками 4 был закрыт уплотнительной накладкой 5, а гибкий шланг напорной магистрали насоса 25, его кабель электропитания и кабель электропитания нагревательных элементов 10 выводят наружу через отверстие,образованное вырезами 6 обеих полукрышек. При этом гибкий шланг напорной магистрали насоса 25 отводят в нефтесборную емкость (на чертеже не показана), затем включают нагревательный элемент 10 и насос 25, на напорной магистрали которого с помощью задвижек устанавливают расход, обеспечивающий скорость откачивания нефтяных загрязнений из нефтеприемника, приблизительно равную скорости поступления нефтяных загрязнений в нефтеприемник 21 из его нефтеприемных труб 26. Нефтеприемник 21 установки играет также роль нефтеотстойника, за счет разности высот от дна нефтеприемника 21 до всасывающих отверстий насоса 25, который размещен 5 13886 1 2010.12.30 на перфорированной пластине 24. Перфорированную пластину 24 изготавливают съемной для удобства очистки нефтеприемника 21 от мусора и грязи. В случае заполнения нефтеприемника 21 водой насос 25 отключают, открывают за ручки 7 полукрышки 4, а муфты 28 на нефтеприемных трубах 26 устройства вывинчивают настолько, чтобы прекратилось истечение жидкости. Шланги напорной магистрали насоса 25 вытаскивают из нефтесборной емкости, включают насос 25 и откачивают воду из нефтеприемника 21 установки. При накоплении нефтяной пленки в месте сбора нефти муфты 28 ввинчивают на нужную глубину, плотно закрывают полукрышки 4 и работа установки возобновляется. По окончании сбора нефтяных загрязнений установка может поддерживать в незамерзающем состоянии прорубь во льду или, при необходимости, ее переносят на другое место, прорубают прорубь во льду, где производят сбор нефтяных загрязнений описанным выше способом. Необходимо отметить, что при наличии крупных аварийных разливов нефти на водных объектах, с образованием подо льдом нефтяного пятна значительной толщины, сборочная единица установки - противообледенитель - может использоваться автономно без нефтеприемника в сочетании с насосным оборудованием для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема. В этом случае шланг насосного оборудования опускается в прорубь, закрытую сверху противообледенителем, при этом исключается распространение откачиваемых нефтяных загрязнений по верхней поверхности льда, так как место сбора - прорубь во льду - герметично ограждается стенками противообледенителя. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7