Заградительное устройство

Заградительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заградительное устройство относится к области защиты окружающей среды и предназначено для локализации аварийных разливов плавающих жидких загрязняющих веществ, например нефти и нефтепродуктов (далее нефти), на поверхности водных объектов.

Нефтяные пятна влияют на кислородный и температурный балансы водных объектов и на состав вод, снижают интенсивность процессов фотосинтеза, оказывают отрицательное влияние на многие гидрохимические характеристики и на состояние экологического равновесия в их водах и на берегах водных объектов.

Для локализации разливов нефти разработаны различные заграждения, отличающиеся по условиям применения, конструктивному исполнению и принципу действия.

Известно боновое заграждение серии «Барьер-Берег» (http://www.ecooilgas.ru/ru/catalogue/01/cat_01_03.php, ООО ЭКОсервис-НЕФТЕГАЗ) для установки в переходной зоне «водная поверхность-берег». Конструкция бона двухкамерная - «плавучая» камера и «балластная» камера. «Плавучая» камера заполнена вспененным полиэтиленом. «Балластная» камера состоит из двух отсеков, которые заполняются водой. Внешняя оболочка бонов изготавливается из полимерно-тканевого материала с двухсторонним ПВХ-покрытием. Длина секции бона 10 м, межсекционные соединения секций бонов - Z-образные быстросоединяющиеся крепления, изготовлены из анодированного алюминия.

Недостатком бонового заграждения является невысокая надежность материала при воздействии механических факторов на оболочку бона и, главное, низкая удерживающая способность, при наличии течения - подныривание нефти под заграждение.

Известно боновое заграждение (А.И.Вылкован и др. Современные методы и средства борьбы с разливами нефти. СПб.: Центр-Техинформ. 2000 г. С.84), включающее отдельные секции из стеклопластика с установленными на них поплавками и соединительными планками, соединенными друг с другом шарнирно.

При достаточной прочности, относительно малом весе и это боновое заграждение имеет серьезный недостаток - не удерживает нефтяное пятно при наличии течения.

Известно устройство для локализации загрязнений на поверхности жидкости (пат. US №3665713, от 18.06.1970 г., МПК Е02В 15/04, опубл. 30.05.1972 г.), содержащее жестко соединенные между собой и расположенные на расстоянии одна от другой параллельные обечайки с глухими соединениями по обоим концам, образующие взаимозаменяемые секции. Обечайки являются накопительными емкостями для сжатого воздуха, снабжены гибкими элементами для перетока воздуха из секции в секцию и соединены с устройствами для подачи сжатого воздуха под уровень воды.

Использование в качестве бонового заграждения накопительных емкостей сжатого воздуха небезопасно. Так, если емкости заграждения выполнить толстостенными, они потеряют плавучесть, если же предусмотреть только низкие давления, заграждение будет иметь те же недостатки, что приводились выше - нефть будет подныривать под него.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для очистки поверхности водного объекта от плавающих загрязнений (пат. RU №2114245, от 27.09.96 г., МПК Е02В 15/04, опубл. 27.06.98 г.), содержащее жестко соединенные между собой и расположенные на расстоянии одна от другой параллельные обечайки, имеющие по обоим концам глухие соединения, образующие взаимозаменяемые секции, являющиеся одновременно накопительными емкостями сжатого воздуха, имеющими гибкие элементы для перетока воздуха из секции в секцию, и гибко соединенные с устройствами для подачи сжатого воздуха под уровень воды, при этом параллельные обечайки соединены между собой перепускными элементами. Соединения по концам обечаек выполнены коническими и снабжены фиксаторами, а каждое устройство для подачи сжатого воздуха состоит из двух концентрически расположенных труб с уплотнениями между ними, имеющими в нижней части регулируемое по высоте окно. Параллельные обечайки - секции соединены друг с другом с возможностью поворота вокруг вертикальной оси; секции снабжены настилом и перилами, на которых подвешены устройства для подачи сжатого воздуха.

Недостаток заграждения тот же, что и у предыдущей конструкции, - опасность использования в качестве накопительной емкости воздуха секций бонового заграждения, отсутствие страховочной «юбки», исключающей пропуск нефти между секциями при аварийном прерывании поступления воздуха. Кроме всего прочего, заградительное устройство не работает в области отрицательных температур.

Задачей предлагаемого изобретения является создание безопасного и надежного в любых водных объектах круглый год, кроме периода ледохода, заградительного устройства, обладающего улучшенными эксплуатационными характеристиками.

В результате решения данной задачи появляется возможность получения технических результатов, обеспечивающих: безопасность работы заградительного устройства; достижение его максимальной нефтеудерживающей способности при наличии течения и при любых температурах окружающей среды; легкую и быструю сборку и разворачивание устройства под заданным углом к потоку в виде прямого заграждения или ломаной линии заданной кривизны; регулируемую высоту погружения заградительного устройства в воду; удобство работы обслуживающего персонала в любое время года при любых погодных условиях.

Указанная совокупность технических результатов достигается тем, что в заградительном устройстве, включающем расположенные на расстоянии одна от другой параллельные обечайки с настилом и перилами, жестко соединенные между собой перемычками и имеющие по обоим концам глухие соединения с фиксаторами для образования легко стыкуемых секций, согласно изобретению обечайки выполнены с двойными стенками по принципу «труба в трубе», изготовлены из тонколистовой стали, алюминия, стеклопластика, углепластика или из любого другого материала при возможно малом весе секций, с достаточной прочностью к ударным и изгибающим нагрузкам, из которых собирают заградительное устройство той длины, какую требует обстановка, при этом внутренние обечайки выполнены с ребрами жесткости по наружной поверхности и заполнены вспененным твердым материалом с удельным весом, меньшим, чем у воды, например пенополиуретаном, обеспечивая плавучесть ограждения в случае получения пробоины; концы обечаек, расположенных со стороны плавающей нефти, выполнены под быстро стыкуемое соединение в форме различных поверхностей, образованных вращением выпуклых кривых вокруг горизонтальной оси, например круга, овала Кассини, эллипса, циклоиды, для демпфирования прибоя о заградительное устройство, с возможностью в собранном состоянии осуществлять колебательные перемещения концов секций в пространстве в стыках, в пределах, заданных конструктивно, и фиксируются для страховки цепью или чалками. Соединение герметизируется упругим уплотнением, например, из мягкой бензостойкой резины. Стыковочные концы обечаек, расположенные со стороны чистой воды, могут быть заглушены днищами различного вида, образующими между собой подвижные стыки, например плоское днище к эллиптическому днищу, эллиптическое днище к эллиптическому днищу или любой другой удобной в изготовлении конфигурации, позволяющие совершать колебательные движения концам секций и способные нести нагрузку.

В межтрубном пространстве, у нижней образующей каждой наружной обечайки, установлена перфорированная труба, соединенная с устройством подачи теплоносителя через запорно-регулирующую арматуру, с целью регулируемого обогрева стенок обечаек при отрицательных температурах для предотвращения замерзания майны и вмерзания в нее заградительного устройства, а также для создания более комфортных температурных условий для работы операторов в зимнее время, а в каждой наружной обечайке выполнен штуцер для отвода конденсата.

Перемычки выполнены полыми и образуют общий объем с межтрубным пространством обечаек.

Для быстрого стягивания и соединения секций между собой при сборке для сохранения заданной конфигурации заградительного устройства в плане при наличии ветра, волн и течения предусмотрен трос, пропускаемый через замки на перемычках, соединенный с тяговым механизмом, например, лебедкой на последней секции и с ушком для крепления троса на первой секции заградительного устройства. На стенках наружных обечаек, на каждой секции, с обеих сторон установлено не менее 2-х элементов крепления в виде патрубков с отверстиями и (или) ушками для подъемо-спускных и причальных средств - стропов, канатов, тросов, распорок, стяжек, демпферов и т.п., для спуска на воду или на землю с транспортных средств, для заякоривания, анкеровки или «мягкого» причаливания секций заграждения к борту плавсредств.

Перед каждой секцией, на кронштейнах, жестко соединенных со стенкой наружной обечайки, параллельно ей, установлен коллектор подачи сжатого воздуха с соплами или отверстиями по всей длине и с механизмами (по меньшей мере, 2 на каждый коллектор) регулирования глубины погружения коллектора так, что коллектор обеспечивает заданное направление струй воздуха под уровень воды. Каждый коллектор соединен гибкой связью с устройством подачи сжатого воздуха и снабжен запорно-регулирующей арматурой для отключения или регулируемой подачи сжатого воздуха. Размеры и расположение сопел или отверстий и расстояние от обечайки до коллектора выбраны расчетом так, что подаваемый из коллектора на заданной глубине сжатый воздух создает по всей длине коллектора водовоздушный вал заданной высоты, на заданном удалении от коллектора.

Для исключения прохода между секциями и (или) «подныривания» нефти под заградительное устройство, при нарушении расхода воздуха, подаваемого через коллектор, каждая секция заградительного устройства снабжена легким, жестким щитом из прочного материала, например угле- или стеклопластика, с легкосменным нефтепоглощающим материалом, например, из ирвелена, пауэрсорба и др. Щит выполнен с пазами, герметизированными гофрированными уплотнениями, для прохода через них кронштейнов, в пазах которых устанавливаются винты механизмов регулирования глубины погружения коллекторов, и креплений в виде патрубков с отверстиями и (или) ушками для спуско-подъемных и причальных средств - чалок, тросов, канатов и т.п. Щит подвижно установлен на стенке наружных обечаек, между коллектором и обечайкой, и снабжен механизмами регулирования погружения его под уровень воды, по меньшей мере, двумя механизмами на щит. Исключение прогибания, перекоса щита при перемещении обеспечено упорами, установленными на наружной обечайке. Щиты герметично соединены между собой быстроразъемными замками.

На носовой части первой секции предусмотрено место операторов по обслуживанию заградительного устройства и место для подвешивания мотора с движителем в случае самоходного передвижения заградительного устройства по воде к месту установки или для зацепления тягового механизма любого средства при буксировке.

При необходимости для облегчения перемещения при сборке каждая секция устанавливается на легкосменные, с регулируемым дорожным просветом, например, колеса или лыжи (в зимнее время) с поворотным шарниром, по меньшей мере, по три на секцию.

Для обслуживания персоналом заградительного устройства на секциях предусмотрены настилы и элементы для подвешивания контргрузов и (или) демпферов, регулирующих осадку заградительного устройства, ее горизонтальность и заданную высоту надводной части, одновременно исключающие ударное трение секций о борт при причаливании к плавсредствам; стойки ограждения с поручнями; на стойках ограждения - элементы крепления переносного секционного легко стыкуемого укрытия из любого легкого материала, например из поликарбоната, плащевой или палаточной тканей, защищающего зимой зону работ, включая майну, от остывания и обледенения, а обслуживающий персонал от ветра, водных брызг и атмосферных осадков.

При использовании в районах только с положительной температурой окружающей среды обечайки могут быть выполнены с одинарными стенками и, соответственно, без трубопровода для подачи теплоносителя, переносных секционных укрытий, а вся остальная конструкция остается без изменения, включая секции ограждения.

На фиг.1 изображен общий вид заградительного устройства - секции в связке - вид сверху; на фиг.2 - общий вид секции заградительного устройства - вид сверху; на фиг.3 - секция заградительного устройства - вид сбоку - В (фиг.2); на фиг 4 - секция заградительного устройства - разрез по Г-Г (фиг.2); на фиг.5 - узел регулирования глубины погружения щита - разрез по Б-Б (фиг.2); на фиг.6 - сечения узлов.

Заградительное устройство состоит из легко стыкуемых взаимозаменяемых секций (кроме первой и последней), представляющих собой расположенные на некотором расстоянии одна от другой параллельные обечайки 1 из любого материала, например из тонколистовой стали, алюминия, стеклопластика, углепластика, выполненные по принципу «труба в трубе» (фиг.1, 4). Обечайки 1 жестко соединены друг с другом полыми перемычками 2 (фиг.1, 2, 4), внутренние обечайки выполнены с ребрами жесткости по наружной поверхности и заполнены вспененным твердым материалом, например пенополиуретаном 3 (фиг.1, 2, 4).

Для быстрого соединения секций, расположенных со стороны набегания потока, обечайки 1 с одного торца выполнены с выпуклой поверхностью 4, а с другого торца - с вогнутой поверхностью 5 (фиг.1, 2) с уплотнением, позволяющим осуществлять монтаж обечаек в раструб и фиксировать различными устройствами, выполненными по общеизвестным правилам конструирования, однозначно вытекающим из их назначения, например цепью 6 (фиг.1) или чалками с карабинами и др. Концы обечаек, расположенные со стороны чистой воды, заглушены плоскими днищами.

На стенках наружных обечаек 1 установлены крепления 7 с отверстиями для крепления подъемо-спускных и причальных средств и средств заякоривания или анкеровки. На перемычках 2 предусмотрены опоры 8 с фиксирующими замками 9 для пропуска через них троса 10, служащего для притягивания друг к другу и стыковки секций заградительного устройства между собой (фиг.1, 2). Трос 10 соединен с лебедкой 11 на последней секции и ушком 12 на первой секции заградительного устройства, служащим для закрепления троса (фиг.1).

Перед каждой секцией, на кронштейнах 13 (фиг.3), жестко соединенных со стенкой наружных обечаек 1, установлен коллектор 14, выполненный в виде заглушенной по концам трубы с отверстиями по всей длине, расположенными со стороны поверхности разлива нефти, снабженный запорно-регулирующей арматурой 15 (фиг.2) для подачи сжатого воздуха от его источника (не показан) в зону перед разливом нефти.

Коллектор может быть выполнен из различных материалов, например из стеклопластика, углепластика или из любого другого легкого материала с достаточной прочностью к ударным и изгибающим нагрузкам.

Регулирование глубины погружения коллектора 14 зависит от скорости потока воды, угла установки заграждения к потоку, толщины пленки нефти и других факторов и осуществляется механическим, гидравлическим или пневматическим приводами, например механическим приводом, состоящим из винтов 16 (фиг.4), соединенных гибко через шарнир Гука, с приводными колонками 17, установленными во втулках 18, жестко закрепленных к стойкам 19 настила 20 заградительного устройства, а винты 16 с насаженными на них гайками 21, жестко закрепленными на коллекторе 14, установлены в пазе кронштейнов 13.

На стенке каждой наружной обечайки, между коллектором 14 и обечайкой 1, установлен щит 22 (фиг.4) с пазами для пропуска кронштейнов 13 и креплений 7 (фиг.5, 6). Щит 22 может быть выполнен из отдельных частей, герметично соединяемых между собой. Пазы герметизированы гофрированными уплотнениями 23 (фиг.5) и 24 (фиг.4). Каждый щит 22 снабжен механизмами регулирования перемещения его под уровень воды. Эти механизмы состоят из винта 25 (фиг.5), верхний конец которого установлен в гайке 26, неподвижно закрепленной на настиле 20 секции 1, а нижний конец с упорным буртом 27 свободно посажен во втулке 28, жестко прикрепленной к щиту 14, и зафиксирован стопорной шайбой 29 со шплинтом 30. Для исключения перекоса или заклинивания щита при его перемещении по высоте на полотне последнего закреплены направляющие 31 с продольным пазом, а на наружной обечайке - направляющие 32 с роликами. Щиты соединены между собой быстроразъемными замками 33 (фиг.1) из гибкого материала.

Для обогрева обечаек 1 в их межтрубном пространстве установлен трубопровод 34 с отверстиями (фиг.4, 5), а на перемычках - запорно-регулирующие устройства 35 (фиг.4), через которые подается теплоноситель, например горячая вода и пар, для поддержания заданной температуры стенок обечаек 1 в процессе работы.

Для обслуживания персоналом заградительного устройства на настиле 20 (фиг.4) предусмотрены стойки ограждения 36 с поручнями (фиг.3, 4, 5), на раме настила 20 - элементы 37 (фиг.4) для навешивания контргрузов 38 и демпферов (не показано), регулирующих осадку и горизонтальность заградительного устройства, а для работы в непогоду и в холодное время года - переносное секционное легко стыкуемое укрытие 39 (фиг.5).

В случае доставки заградительного устройства до места разлива нефти по суше секции снабжены легкосменными колесными парами 40 (фиг.3, 4, 5), которые в зимнее время могут быть заменены лыжами.

Для исключения разъединения состыкованных секций соединения секций страхуются цепью 6 с карабинами, для чего на концах обечаек выполнены ушки 41 (фиг.6).

Установку заградительного устройства производят следующим образом. Секции заградительного устройства доставляют транспортным средством (водным или наземным) на место разлива нефти. В транспортном положении щиты 22 и коллекторы 14 находятся в крайнем верхнем положении. При транспортировке заградительного устройства водным транспортом, первую секцию устанавливают на спусковое сооружение с наклонной плоскостью (далее слип). Вторую секцию соединяют с предыдущей, пропускают трос 10 через опоры 8 с замками 9 в перемычках 2 и закрепляют один его конец на ушке 12, расположенном на кормовой части первой секции, состыковывают поверхности 4 и 5 обечаек 1 и фиксируют соединение цепью 6, защелкивая ее карабин в ушках 41, и спускают первую секцию со слипа на поверхность воды, удерживая мотором или легкими фалами (канатами). По мере спуска секций на поверхность воды прикрепляют к ним тросы якорей или анкеров, щиты 22 соединяют быстроразъемными замками 33, герметизируя щели между ними. Таким образом, собирают заграждение необходимой длины и закрепляют второй конец троса 10 на лебедке 11 на кормовой части последней секции заградительного устройства, натягивают трос лебедкой 11. Устанавливают якоря, анкера или причаливают заграждения к плавстедству, на элементы 37 настилов 20 навешивают контргрузы 38 и(или) демпферы, регулируя необходимую высоту погружения секций и сохраняя их горизонтальность.

Регулируют высоту погружения щитов 22 под воду, для чего на каждой секции в отдельности синхронно штурвалами вращают винты 25, установленные в гайках 26, неподвижно закрепленных на настиле 20. При вращении винты 25 давят упорными буртами 27 на втулки 28, жестко закрепленные к щиту 22, и перемещает последний до заданной глубины его погружения, при этом направляющие 32 с роликами скользят в направляющих 31, обеспечивая щиту 22 заданное направление.

Коллекторы 14 соединяют с источником сжатого воздуха. Регулируют глубину погружения каждого коллектора 14, синхронно вращая штурвалы приводных колонок 17, установленных во втулках 18 стоек 19. Приводные коленки 17 через шарнирные соединения передают вращение винтам 16. При вращении винтов 16 гайки 21 коллекторов 14 движутся по винтам 16, и коллектор 14 погружается под уровень водной поверхности на заданную глубину. Через запорные устройства 15 подают в коллекторы 14 сжатый воздух. Воздух, выходя из отверстий коллекторов 14, устремляется вверх, увлекая за собой частицы воды, которые создают восходящий поток. В результате в толще воды перед коллекторами возникает восходящий воздушно-водный барьер. В зависимости от интенсивности подачи воздуха образуется устойчивый вал (барьер), вдоль которого к месту сбора течет нефтяная пленка. Для того чтобы получать непрерывный водовоздушный вал на поверхности воды, на основе опыта и расчетов задают расход воздуха, подбирают расстояние между отверстиями в коллекторах 14 и их диаметр.

Воздух подается от источника, расположенного на берегу или плавсредстве. Расход и напор воздуха подбирают таким образом, чтобы создаваемая им воздушная струя могла преодолеть гидростатическое давление, потери на преодоление гидравлического сопротивления потоку, вытеснить воду из коллектора и создать водовоздушный вал необходимой высоты.

Через запорные устройства 35 в трубопровод 34 подают теплоноситель, например горячую воду, и для поддержания ее температуры - пар.

На стойки ограждения 36 монтируют переносное секционное легко стыкуемое укрытие 39.

При транспортировке заградительного устройства на автотранспорте по прибытии на место часть секций выгружают и ставят на колеса 40 у кромки воды вдоль берега, насколько позволяет береговая черта. Выгруженные секции состыковывают, соединяют с помощью троса 10. Траловым или другим устройством, закрепленным на каком-либо плавсредстве или на берегу, вытягивают секции начиная от первой на воду, наращивая заграждения следующими секциями до тех пор, пока заградительное устройство не будет иметь заданную длину. Дальнейшая установка заградительного устройства на водном объекте ведется так же, как и при доставке его на плавсредстве.

Предложенная конструкция заградительного устройства позволяет быстро и безопасно соединить секции и производить быструю локализацию разливов нефти при ее максимальном задержании и при любых температурах окружающей среды, в любом районе в летних и зимних условиях.

1. Заградительное устройство, включающее расположенные на расстоянии одна от другой параллельные обечайки, жестко соединенные между собой перемычками и имеющие по обоим концам глухие соединения с фиксаторами для образования стыкуемых секций, снабженное настилом с перилами, отличающееся тем, что обечайки выполнены с двойными стенками по принципу «труба в трубе», концы обечаек, расположенных со стороны плавающей нефти, выполнены в виде быстро стыкуемого уплотняемого соединения с возможностью в собранном состоянии осуществлять колебательные перемещения концов секций в пространстве; перемычки выполнены полыми и образуют общий объем с межтрубными пространствами обечаек; в межтрубных пространствах обечаек установлены перфорированные трубы для подачи теплоносителя, в наружных обечайках выполнены штуцеры для отвода конденсата из межтрубных пространств; на стенках наружных обечаек установлены элементы крепления для подъемо-спускных и причальных средств; на перемычках выполнены опоры с замками под трос для притягивания и соединения секций между собой; перед каждой секцией установлен коллектор подачи сжатого воздуха с механизмами регулирования глубины погружения коллектора; между обечайкой и коллектором каждой секции, на стенке наружной обечайки, закреплен щит, снабженный механизмами регулирования погружения его под уровень воды; щиты герметично соединены между собой замками; при этом перфорированные трубы для подачи теплоносителя и коллекторы для подачи воздуха соединены с устройствами подачи теплоносителя и воздуха и снабжены запорно-регулирующей арматурой, внутренние обечайки выполнены полыми, заполнены вспененным твердым материалом и снабжены ребрами жесткости по наружной поверхности.

2. Заградительное устройство по п.1, отличающееся тем, что концы обечаек выполнены в виде быстро стыкуемого соединения в форме различных поверхностей, образованных вращением выпуклых кривых вокруг горизонтальной оси, например круга, овала Кассини, эллипса, циклоиды.