Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды

Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды

Реферат

 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности, к устройствам для механического сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности открытых водоемов, колодцев и других ловушек. Предлагаемое устройство состоит из плавающей установки и системы управления и откачки, содержащей блок управления и электронасос, связанный с плавающей установкой и через пропускной вентиль с трубопроводом для транспортировки нефтепродуктов или с трубопроводом для транспортировки случайной воды. Плавающая установка содержит корпус, образующий внутреннюю камеру, смонтированный на нем средоразделитель и крышку, которые стянуты центральным стяжным болтом. На дне корпуса размещена плата, выполненная в виде диска с односторонней ступицей. На плате размещены с возможностью вертикального перемещения два регулирующих поплавка с вмонтированными в них кольцевыми магнитами. В плате в местах прилегания поплавков установлены удерживающие элементы из магнитного материала и герконы. Герконы обеспечивают поступление в блок управления сигналов о наличии во внутренней камере определенного количества нефтепродуктов или воды. Внутри корпуса установлен плавающий заборный штуцер, соединенный с платой якорной связью, ограничивающей его перемещение вверх до определенного положения. Плавающая установка поддерживается на плаву с помощью внешних поплавков, подвешенных к крышке снизу и обладающих возможностью плавного регулирования их вертикального положения относительно корпуса установки. Предлагаемое устройство обеспечивает устойчивый сбор жидких нефтепродуктов с водной поверхности и сводит к минимуму наличие воды в откачиваемых нефтепродуктах. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности, к устройствам для механического сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности открытых водоемов, колодцев и других ловушек.

Известно устройство для сбора плавающей нефти (SU а.с. N 1086064, кл. Е 02 В 15/04, БИ N 14, 1984), которое содержит поплавок, установленный на отводящем трубопроводе ниже уровня воды, всасывающую головку, выполненную из двух частей: верхней, снабженной направляющей потока нефти, между которыми образована регулируемая по высоте всасывающая щель.

Недостатками данного устройства являются прогрессирующее возрастание энергозатрат при уточнении слоя собираемой нефти.

Известно также устройство для сбора плавающей нефти (SU a.c. N 1687743, кл. Е 02 В 15/04, БИ N 40, 1991), которое содержит цилиндрический полый частично погруженный в воду корпус с нефтеприемным окном и примыкающим к нему тангенциальным заборным каналом. Во внутренней полости открытого сверху и снизу корпуса размещена перегородка в виде корпуса с отверстием в вершине и цилиндрическим уплотнительным поясом в нижней части. Перегородка установлена с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, и к ней в верхней части прикреплена заслонка, а в нижней затопленный поплавок. Патрубок отвода собранной нефти закреплен на корпусе выше уплотнительного пояска перегородки в ее верхнем положении. Устройство помещают в воду в месте максимального течения. Загрязненная вода по тангенциальному каналу поступает внутрь корпуса, образуя воронку. Периодически оператор подплывает к устройству, притапливает подвижную перегородку, нефть через верхнее отверстие перетекает в полость над перегородкой, после прекращения воздействия оператора перегородка всплывает за счет плавучести поплавка, переливая нефть в приемную емкость.

Недостатком этого устройства является наличие "ручной" операции по переливу набранной нефти, а также то, что для нормальной работы устройства необходимо обеспечить течение загрязненной воды.

Известно устройство (SU a. c. N 1108167А, кл. Е 02 В 15/04, БИ N 30, 1984), содержащее поплавки, нефтесборную воронку, крышку и гибкий трубопровод. Нефтесборная воронка снабжена крестовиной с вертикально установленными стержнями с резьбой, на которой закреплены поплавки и равновесы, и расположенным по центру патрубком с отверстиями для приема нефти. Кроме того, крышка в верхней части снабжена поплавком, а ее боковая стенка снабжена отверстиями.

Недостатком устройства является прогрессирующее возрастание энергозатрат при уменьшении слоя плавающих на воде нефтепродуктов, и повышенное содержание воды в откачиваемых нефтепродуктах.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для сбора нефтепродуктов является нефтеулавливающее устройство (United States Patent N 4243529, кл. Е 02 В 15/04, 1981), состоящее из плавающей установки и системы управления и откачки. Плавающая установка состоит из корпуса, образующего внутреннюю камеру, с кольцевым отверстием в боковой стенке, в котором установлен средоразделитель, смонтированный соосно корпусу и выполненный в виде гофрированной сетки из гидрофобного материала, размещенной между уплотняющими кольцами, куполообразной крышки с подвешенным на ней кольцевым рядом внешних поплавок и центрального стяжного болта, проходящего через крышку и основание корпуса и прижимающего их к уплотнительным кольцам сетки. На стяжном болте соосно размещен цилиндрический регулирующий поплавок с возможностью вертикального перемещения между первой позицией, в которой поплавок лежит на дне корпуса, и второй позицией, в которой он расположен в верхней части корпуса, упираясь в крышку. В нижний торец регулирующего поплавка вмонтирован магнит, а на площади прилегания поплавка на дне корпуса установлены пластина из слабомагнитного материала и магнитный переключатель (геркон). В нижней части камеры имеется выходной канал, заканчивающийся переходником на внешней стороне куполообразного днища корпуса.

Система управления и откачки состоит из смонтированных на взрывобезопасном щите электронасоса и блока управления, шланга, соединяющего электронасос с переходником плавающей установки, и обратного клапана, установленного на шланге. Блок управления электрически соединен с электронасосом, герконом и внешним источником питания устройства.

Магнитный переключатель находится в нормально замкнутом состоянии: размыкается магнитом, когда регулирующий поплавок находится в первой позиции и вновь замыкается, когда поплавок начинает движение ко второй позиции. В первой позиции поплавок находится, когда жидкость в камере отсутствует. При этом электронасос не работает. Во вторую позицию поплавок переходит, когда жидкость (нефтепродукты) через средоразделитель заполняет камеру до заданного максимального уровня. При этом блок управления включает электронасос, и жидкость откачивается до заданного минимального уровня, после чего поплавок возвращается в первую позицию и электронасос выключается. Процесс заполнения камеры нефтепродуктами идет без энергозатрат.

В блоке управления имеется электропереключатель, служащий для ручного включения и выключения электронасоса при регламентных проверках или в аварийных ситуациях.

Кольцевой ряд внешних поплавков, смонтированных на нижней стороне крышки, выдвинут радиально от ее фланца и обеспечивает ступенчатую регулировку плавучести установки.

Недостатком данного устройства является постепенное накопление воды в камере плавучей установки и, следовательно, в откачиваемых из нее нефтепродуктах, попадание воды как в трубопровод для транспортировки нефтепродуктов во внешний резервуар (что вызывает закупорку проходного сечения трубопровода льдом при отрицательных значениях температуры окружающей среды), так и в сам резервуар, а также необходимость периодического выполнения "ручной" операции по откачке отстойной воды из собирающей емкости.

Поставлена задача уменьшить содержание отстойной воды в камере и в откачиваемых нефтепродуктах, увеличить время автоматической работы устройства (обеспечить более редкое выполнение "ручных" операций по откачке воды), уменьшить вероятность закупорки трубопровода при отрицательных температурах.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды, содержащем плавающую установку, состоящую из корпуса, образующего внутреннюю камеру и имеющего в верхней части выполненное по его периметру кольцевое приемное отверстие, в котором установлен средоразделитель, смонтированный соосно корпусу и выполненный в виде вертикально гофрированной сетки из гидрофобного материала, размещенной между двумя уплотняющими кольцами, установленной сверху на средоразделителе крышки с кольцевым рядом подвешенных к ней снизу внешних поплавков, расположенного по вертикальной оси корпуса и проходящего через крышку и основание корпуса центрального стяжного болта, прижимающего крышку и корпус к уплотнительным кольцам средоразделителя, регулирующего поплавка с вмонтированным в него магнитом, установленного на центральном стяжном болте с возможностью вертикального перемещения во внутренней камере, геркона и удерживающего элемента из магнитного материала, размещенных под регулирующим поплавком, заборного штуцера, смонтированного в корпус и сообщенного с внутренней камерой, и систему управления и откачки, состоящую из смонтированных на взрывобезопасном щите электронасоса, блока управления, электрически соединенного с электронасосом, упомянутым герконом и внешним источником питания, и обратного клапана, установленного на шланге, соединяющем электронасос с заборным штуцером в корпусе плавающей установки, согласно изобретению, во внутреннюю камеру плавающей установки введен с возможностью вертикального перемещения по направляющей второй регулирующий поплавок с вмонтированным в него магнитом и расположенными под ним дополнительными герконом, электрически соединенным с блоком управления, и удерживающим элементом из магнитного материала, на дне корпуса установлена плата, выполненная в виде диска с односторонней центральной ступицей, выступающей над диском, при этом первый регулирующий поплавок размещен на ступице платы, а второй регулирующий поплавок размещен на диске платы и выполнен с высотой, меньшей величины выступа ступицы над диском платы, причем герконы и удерживающие элементы из магнитного материала вмонтированы в ступицу и диск платы в площади прилегания к ним соответствующего регулирующего поплавка, во внутренней камере размещен плавающий заборный штуцер, состоящий из закрепленного в отверстии, выполненном в стенке корпуса плавающей установки, полого наконечника, ось которого расположена в горизонтальной плоскости, проходящей между нижним торцем второго и верхним торцем второго регулирующих поплавков, размещенной во внутренней камере и герметично присоединенной одним концом к упомянутому наконечнику эластичной трубки, на другом конце которой закреплен несущий поплавок, соединенный с платой якорной связью, обеспечивающей горизонтальность эластичной трубки в верхнем положении несущего поплавка, кроме того система управления и откачки снабжена соединенным перепускным вентилем с двумя выходными штуцерами и входным штуцером, сообщенным с напорным патрубком электронасоса.

Направляющая второго регулирующего поплавка может быть выполнена в виде стержня, ось которого параллельна оси центрального стяжного болта, или второй регулирующий поплавок может быть установлен соосно первому, а его направляющей является центральная ступица платы.

Кроме того, удерживающие элементы могут быть выполнены в виде винтов, установленных с возможностью изменения расстояния между их торцами и нижними торцами регулирующих поплавков.

Кроме того, внешние поплавки могут быть подвешены к крышке с возможностью плавного регулирования их положения по вертикали относительно корпуса плавающей установки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 плавающая установка в разрезе; на фиг. 3 - вариант плавающей установки с соосным размещением обоих регулирующих поплавков; на фиг. 4 средоразделитель, вид сверху; на фиг. 5 сечение А-А фиг. 4; на фиг. 6 функциональная схема блока управления.

Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды состоит из плавающей установки 1, связанной с системой управления и откачки 2 шлангом 3 и герметичным кабелем 4.

Плавающая установка 1 состоит из корпуса 5, образующего внутреннюю камеру, смонтированного на нем средоразделителя 6 и крышки 7. Центральный стяжной болт 8 стягивает крышку 7 и корпус 5 со средоразделителем 6. На дне корпуса 5 установлена плата 9, выполненная в виде диска с односторонней центральной ступицей 10. В корпусе 5 установлены с возможностью вертикального перемещения два регулирующих поплавка 11 и 12. В посадочную поверхность каждого из поплавков 11 и 12 вмонтированы кольцевые магниты 13, 14. Ступица 10 выступает над поверхностью 15 платы 9 на высоту, превышающую высоту регулирующего поплавка 12. На плате 9 в площади прилегания регулирующих поплавков 11, 12 установлены удерживающие элементы из магнитного материала, например, винты 16 и 17, и герконы 18, 19. Винты 16 и 17 позволяют регулировать расстояние между их торцами и соответствующими нижними торцами поплавков 11, 12.

Первый регулирующий поплавок 11 установлен на стяжном болте 8 и опирается на ступицу 10. Второй регулирующий поплавок 12 может быть установлен либо на закрепленном на плате направляющем стержне 20, ось которого параллельна оси стяжного болта 8 (фиг. 2), либо соосно с поплавком 11 по направляющей ступицы 10 (фиг. 3). Расстояние между осями стяжного болта 8 и направляющего стержня 20 обеспечивает независимое друг от друга перемещение поплавков 11 и 12.

Во внутренней камере корпуса 5 размещен плавающий заборный штуцер 21. Штуцер 21 состоит из полого наконечника 22, герметично закрепленного в отверстии 23, выполненном в стенке корпуса плавающей установки, эластичной трубки 24 и несущего поплавка 25. Ось наконечника 22 расположена в горизонтальной плоскости, проходящей между нижним торцем первого регулирующего поплавка 11 и верхним торцем второго регулирующего поплавка 12. Эластичная трубка 24 одним концом герметично соединена с полым наконечником 22, а другим концом вмонтирована в несущий поплавок 25 по его оси. Заборный штуцер 21 связан с платой 9 якорной связью 26, ограничивающей его перемещение вверх до положения, когда продольные оси заборного штуцера 21 и наконечника 22 лежат в одной горизонтальной плоскости.

Средоразделитель 6, смонтированный соосно корпусу 5, состоит из вертикально гофрированного экрана 27, выполненного из полоски сетки, размещенного между верхним 28 и нижним 29 уплотняющими кольцами. Сетка изготовлена из гидрофобного материала с чистотой фильтрации от 20 до 100 мкм в зависимости от улавливаемого нефтепродукта.

К крышке 7 снизу подвешен кольцевой ряд внешних поплавков 30. По периферии крышки 7 выполнены резьбовые отверстия 31, а по оси каждого внешнего поплавка установлены резьбовые элементы 32, ввернутые в отверстия 31 и обеспечивающие плавную (бесступенчатую) регулировку вертикального положения поплавков 30 относительно корпуса 5 установки и, следовательно, удерживающей силы этих поплавков.

Система управления и откачки 2 состоит из блока управления 33 и электронасоса 34, заборный патрубок которого соединен шлангом 3 с заборным штуцером 21 плавающей установки 1, а напорный патрубок с входным штуцером электрически управляемого (с помощью блока управления 33) перепускного вентиля 35. Выходные штуцеры вентиля 35 подсоединены к трубопроводу 36 транспортировки нефтепродуктов и к трубопроводу 37 транспортировки случайной воды.

Система управления и откачки 2 смонтирована на взрывобезопасном щите 38. Кабель 4 в герметичной оболочке, предназначенный для передачи в блок управления 33 электрического сигнала о положении (замкнутом или pазомкнутом) герконов 18 и 19, заводится в отверстие 39 в стяжном болте 8.

Шланг 3 снабжен обратным клапаном 40 и расположенными на некотором расстоянии от него поплавками 41, удерживающими шланг 3 на плаву.

Функциональная схема блока управления 33 включает в себя электрически управляемые переключатели (реле) 42, 43, 44 и ручные переключатели 45 и 46, обеспечивающие поступление напряжения от источника питания 47 к электронасосу 34 и вентилю 35. Управление переключателем 42 осуществляется сигналом от геркона 18, а переключателями 43 и 44 от геркона 19 таким образом, что замкнутые состояния переключателей обеспечиваются замкнутыми состояниями герконов. Переключатели 45 и 46 служат соответственно для ручного переключения вентиля 35 и включения и выключения электронасоса 34 при рагламентных проверках устройства или в аварийных ситуациях.

Плавающая установка 1 помещается в воду в загрязненной зоне. Плавучесть установки 1 отрегулирована с помощью резьбовых элементов 32 так, что когда внутренняя камера корпуса 5 пуста, установка плавает в воде с погружением нижней части экрана 27 в воду на 1-2 мм (при слое нефтепродуктов в загрязненной зоне вне установки не более 1 мм). Когда внутренняя камера корпуса 5 через экран 27 заполняется расчетным объемом нефтепродуктов, установка 1 плавает в воде с погружением нижней части экрана 27 примерно на 5 мм (при том же слое нефтепродуктов вне установки). При большом слое нефтепродуктов вне установки, обеспечивающем скорость заполнения ими внутренней камеры корпуса 5 через экран 27, превышающей производительность электронасоса 34, плавающая установка 1 может погрузиться в слой нефтепродуктов до нижней кромки верхнего уплотняющего кольца 28.

Регулировку установки 1 и поплавков 11, 12 производят в зависимости от вида нефтепродуктов. Первый регулирующий поплавок 11 удерживается на поверхности платы 9 силой притяжения между магнитом 13 и винтом 16 из магнитного материала, зависящей от зазора между торцем винта 16 и нижним торцем поплавка. Этот зазор регулируется вращением винта 16 таким образом, чтобы всплытие поплавка 11 происходило при его затоплении нефтепродуктами примерно на 2/3 высоты. Аналогично, второй регулирующий поплавок 12 удерживается силой притяжения между магнитом 14 и винтом 17, зазор между которыми устанавливается так, чтобы обеспечить всплытие поплавка 12 при затоплении его водой на заданную (зависящую от вида нефтепродуктов) часть высоты. После регулировки винтов 16 и 17 устройство подготовлено к работе.

При нахождении плавающей установки 1 на поверхности воды, загрязненной жидким нефтепродуктами, внутренняя камера корпуса 5 постепенно наполняется нефтепродуктами через кран 27, пропускающий нефтепродукты, но не пропускающий воду. Когда поплавки 11 и 12 лежат на плате 9, магниты 13 и 14 и винты 16 и 17 соответственно находятся близко друг к другу. Сила притяжения между магнитами 13, 14 и винтами 16, 17 велика настолько, что удерживает поплавки 11 и 12 на плате 9 до тех пор, пока во внутренней камере корпуса 5 нефтепродукты полностью не затопят на 2/3 высоты поплавок 11 и полностью поплавок 12. При указанном затоплении поплавок 11 отрывается от платы 9 и всплывает вверх, а поплавок 12 остается лежать на плате. При этом геркон 18 приходит в нормально замкнутое состояние и через переключатель 42 включает электронасос 34. Данное состояние геркона 18, переключателя 42 и электронасоса 34 сохраняется до тех пор, пока нефтепродукты из внутренней камеры корпуса 5 не будут откачаны через заборный штуцер 21 до уровня, обеспечивающего прилегание поплавка 11 к плате 9. После этого геркон 18 возвращается в разомкнутое состояние и электронасос 34 выключается.

При нормальной работе устройства электронасос 34 периодически включается и выключается, если скорость поступления нефтепродуктов через экран 27 меньше производительности электронасоса, и работает постоянно, если скорость поступления нефтепродуктов равна или больше производительности электронасоса.

Погрешности изготовления элементов устройства, неидеальность действия средоразделителя, неблагоприятные условия эксплуатации и т.д. могут привести к тому, что во внутренней камере корпуса 5 наряду с нефтепродуктами будет постепенно накапливаться вода. Однако заданный уровень откачки нефтепродуктов из внутренней камеры исключает попадание воды в трубопровод 36 транспортировки нефтепродуктов и во внешний резервуар.

При накоплении во внутренней камере корпуса 5 воды до заданной части высоты поплавка 12 этот поплавок отрывается от платы 9 и всплывает вверх (поплавок 11 при этом может лежать на плате 9 или находиться во всплывшем состоянии). При этом геркон 19 приходит в нормально замкнутое состояние, через переключатель 43 приводит управляемый вентиль 35 в состояние, обеспечивающее направление откачиваемой жидкости в трубопровод 37 транспортировки воды, и через переключатель 44 включает электронасос 34. Такое состояние геркона 19, переключателей 43, 44, электронасоса 34 и управляемого вентиля 35 сохраняется до тех пор, пока поплавок 12 снова не ляжет на плату 90, то есть вода из внутренней камеры корпуса 5 не будет откачана через заборный штуцер 21 до некоторого минимального уровня. После этого геркон 19 возвращается в разомкнутое состояние, электронасос выключается, а вентиль 35 открывает выходной штуцер к трубопроводу 36 транспортировки нефтепродуктов, закрывая выходной штуцер к трубопроводу 37 транспортировки воды. Далее возобновляется работа устройства в режиме откачки нефтепродуктов.

Конструкция заборного штуцера 21 обеспечивает притопленное положение его входного отверстия при откачке нефтепродуктов или воды из внутренней камеры корпуса 5.

Использование предлагаемого устройства позволяет свести к минимуму наличие воды в откачиваемых нефтепродуктах и обеспечить устойчивую бесперебойную работу устройства.

Формула изобретения

1.Устройство для сбора жидких нефтепродуктов с поверхности воды, содержащее плавающую установку, состоящую из корпуса, образующего внутреннюю камеру и имеющего в верхней части выполненное по его периметру кольцевое приемное отверстие, в котором установлен средоразделитель, смонтированный соосно корпусу и выполненный в виде вертикально гофрированной сетки из гидрофобного материала, размещенной между двумя уплотняющими кольцами, установленной сверху на средоразделителе крышки с кольцевым рядом подвешенных к ней снизу внешних поплавков, расположенного по вертикальной оси корпуса и проходящего через крышку и основание корпуса центрального стяжного болта, прижимающего крышку и корпус к уплотняющим кольцам средоразделителя, регулирующего поплавка с вмонтированным в него магнитом, установленного на центральном стяжном болте с возможностью вертикального перемещения во внутренней камере, геркона и удерживающего элемента из магнитного материала, размещенных под регулирующим поплавком заборного штуцера, вмонтированного в корпус и сообщенного с внутренней камерой, и систему управления и откачки, состоящую из смонтированных на взрывобезопасном щите электронасоса, блока управления, электрически соединенного с электронасосом, упомянутым герконом и внешним источником питания, и обратного клапана, установленного на шланге, соединяющем электронасос с заборным штуцером в корпусе плавающей установки, отличающееся тем, что плавающая установка снабжена размещенным во внутренней камере вторым регулирующим поплавком с вмонтированным в него магнитом, установленным на направляющей с возможностью вертикального перемещения, расположенными под ним дополнительными герконом, электрически соединенным с блоком управления и удерживающим элементом из магнитного материала, установленной на дне корпуса платой, выполненной в виде диска с односторонней центральной ступицей, выступающей над диском, при этом первый регулирующий поплавок размещен на ступице платы, а второй регулирующий поплавок размещен на диске платы и выполнен с высотой, меньшей величины выступа ступицы над диском платы, причем герконы и удерживающие элементы из магнитного материала вмонтированы в ступицу и диск платы в площади прилегания к ним соответствующего регулирующего поплавка, заборный штуцер состоит из закрепленного в отверстии, выполненном в стенке корпуса плавающей установки, полого наконечника, ось которого расположена в горизонтальной плоскости, проходящей между нижним торцом первого и верхним торцом второго регулирующих поплавков, и размещенной во внутренней камере и герметично присоединенной одним концом к упомянутому наконечнику эластичной трубки, на другом конце которой закреплен несущий поплавок, соединенный с платой якорной связью, обеспечивающей горизонтальность эластичной трубки в верхнем положении несущего поплавка, кроме того, система управления и откачки снабжена соединенным с блоком управления электрически управляемым перепускным вентилем с двумя выходными штуцерами и входным штуцером, сообщенным напорным патрубком электронасоса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющая второго регулирующего поплавка выполнена в виде стержня, ось которого параллельна оси центрального стяжного болта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй регулирующий поплавок установлен соосно первому, а его направляющей является центральная ступица платы.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что удерживающие элементы выполнены в виде винтов, установленных с возможностью изменения расстояния между их торцами и нижними торцами регулирующих поплавков.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что внешние поплавки подвешены к крышке с возможностью плавного регулирования их положения по вертикали относительно корпуса плавающей установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6