Устройство для сбора нефти с поверхности воды

(51 ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЗОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ СС НОЙ КОМИТЕТ НИЯМ И ОТКРЫТИЯОПИС Н АВТОРС ОМУ СВИ ЛВСТВУ ический смола Б но СССР1981 ие. Ъ(54) устРОЙСТВО Лля СБОРА нЕфти СПОВЕРХНОСТИ ВОЛЫ(57) Изобретение относится к защитеокружающей среды. Цель изобретенияповышение эффективности, снижениеэнергозатрат. Устройство включаетзамкнутую батарею гидроциклонов 1,расположенных по окружности .и совме"щенных передними стенками 2 и задними стенками 3 с входными отверстиями 4. Гидроциклоны 1 соединены междусобой вертикальными перемычками 5.трубопроводы 6 для отвода воды соеди1523636 нены с коллектором 7 воды, расположенным в центре устройства, а нефте-,проводы 8 собранной нефти соединеныс коллектором 9 уловленной нефтирасположенным внутри коллектора 7воды соосно с ним. Задняя направляю"щая стенка 3 каждого гидроциклона соединена с корпусом другого, расположенного за ним на окружности. Передняя и задняя направляющие стенки 2,3 Изобретение относится к техникезащиты водной среды, а именно к устройствам для сбора и разделения жидкостей с различным удельным весом,.растекшихся на поверхности водое Омов, и может быть использовано дляочистки от.нефтяных загрязнений.ак- ваторий морей, океанов, портов.,гаваней, внутренйих водоемов, поверхности воды в резервуарах. 25Целью изобретения является повышение эффективности работы, снижение ,энергоемкости.На Фиг. 1 изображено устройство.вид сверхуф не Фига 2 " то же, вид 30сбоку, на Фиг, 3 - построение стеноккамер; на Фиг, 1 - входное отверстиегидроциклона.Устройство включает замкнутую батарею гидроциклонов 1, расположенныхпо окружности и снабженных передними2 и задними 3 стенк и и входными от-;верстиями 1. Гидроциклоны 1 соединены между собой вертикальными перемыч. ками 5. Трубопроводами 6 для отвода 40воды они соединены с коллектором 7воды; расположенным в центре устройства, а трубопроводами 8 для собранной нефти они соединены с коллектором9 уловленной неФти, расположеннымвнутри коллектора 7 чистой воды соосно с ним. Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гидроциклона соединены меж"ду собой и образует вертикальные кромки, находящиеся в плоскости проходя" Ощей через центрь 1 устройства и гидроциклонов, а задняя стенка 3 примыка.- ет к входному отверстию М расположенного рядом против часовой стрелки гидроциклона.Передняя 2 и задняя 3 стенки каждого гидроциклона 1 соединены междусобой и с корпусом гидроциклона горизонтальными 10 и вертикальными 5 соединены между собой и с корпусомкаждого гидроциклона горизонтальными и вертикальными перегородками собразованием полой камеры, а входноеотверстие ч выполнЕно расширяющимсякверху. Конструктивные особенностиустройства обеспечивают повышениеэффективности сбора нефти и сниженйе затрат энергии на перекачиваниеводы, 1 з,п. Ф-лы, 1 ил. перемычками и образуют пустотелую камеру. Камера совместно с гидроциклоном представляют собой секции устройства. Секции крепятся между собой поокружностирадиусом к (Фиг. 3, О,О ),.проходящим через центры гидроцикло-.нов, причем К=К(п), где п - количест"во секций (не менее трех),Так, напри"мер, для п=З и о=4 расстояние О,Опо своему численному значению должнобыть не менее диаметра гидроциклона(4), для п=5 и а 6, О,О не менее1,5 Й а для п=8 0,0 больше или равно 2 й и т.д. (из йостроения)..Рассматривая секцию устройства какединичный модуль, можно получить зависимость П=й(д) при п=,сопвс, где0 - диаметр окружности устройства(например, МИ, Фиг.1),Передняя направляющая стенка 2пустотелой камеры каждой секции представляет собой боковую поверхностьдвух вертикальных цилиндров (Фиг.3,тк 8) и орзотальой лосс,которая пересекает боковые поверхности там, где их сопряжение отсутствует (Фиг.3, поверхность ХУБ). Причемточка Я находится на пересечении окружности с радиусом О Г = 1,5 й източки Ои окружности радиусом 2,2 й,имеющей центр в точке К, полученнойпересечением окружности радиуса 2,26из точки Е и из точки И, причем точка И лежит на линии, проходящей черезцентр устройства и центр гидроциклона(расстояние между центром гидроциклона и точкой И равно 2,56), а точкаЕ расположена на пересечении оси 0,0с окружностью корпуса гидроциклона,Внутренняя боковая цилиндрическаяповеохность передней стенки 2 обра",зуется (Фиг.3) радиусом ВО, проведенным из точки В полученной пересечением дуг радиусом БО из точек5 152363и О, Пересечение внутренней боковойповерхности передней стенки 2 с Окруж 4ностью корпуса гидроциклона 1 Образует линию боковой верхней части кромки входного отверстия (фиг.3, точки5х).Задняя направляющая стенка 3 камеры А представляет собой вертикальнуюповерхность, состоящую из плоской 1 Овертикальной стенки, расположеннойпо касательной (фиг.3, линия ИР) ккорпусу гидроциклона В в точке И, получаемой на пересечении окружности,проведенной рудиусом равным 1 из 15точки Е с окружностью корпуса гидроциклона В, причем линия ИР равна величине д/2. Затем плоская вертикальная стенка переходит в цилиндрическую поверхность радиуса 3 Й (Фиг,3, 20линия РИ).Перемычка 5 представляет собойвертикальную плоскую стенку, соединяющую плоскую вертикальную частьзадней стенки 3 (Фиг.3, линия ИР) .в 25точке И с вертикальным цилиндрическим корпусом гидроциклона Б в точкеЕ (Фиг. 3, линия ИЕ). Размер ИЕ равен д,Входной канал гидроциклона секцииП (Фиг. 3) образован частью переднейнаправляющей стенки 2 собственной ка-.меры Г и частью задней плоской стенки 3 камеры А секции Х.Входное отверстие каждого гидроциклона 1 выполнено,например, ступенчато, расширенной частью вверх и узкой частью вниз, Причем ступени выполнены с той стороны, к которой присоединяется передняя направляющая стенка камеры. Общая высота Отверстия Ьравна высоте цилиндрической частигидроциклона 1, Размеры между точками И, Х, У получают построением.Высота слоя жидкости Ь, из расчетамаксимальной толщиНЫ слоя неФтянойпленки Х принимается равной Ь,=5,Высота ступени принимается равнойЬполовине Общей высоты Ь= 2- (из Опц 50та эксплуатации данных гидроциклонов). Закон изменения ширины вход"ного сечения от высоты сечения можетбыть назначен, исходя из конкретныхусловий сбора неФти (толщины пленки,вязкости и плотности нефти, начальной скорости нефти и воды и др), иможет быть, например, линейным, параболическим, ступенчатым и т,д,6 6В центре устройства размещаются коллекторы 7 чистой воды и уловленной нефти 9, представляющие собой Нве 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 при" соединяются 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 1 через трубопроводы б чистой воды и коллектор 7 во" ды, 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 И,И и т.д., лежащие на кромке, соединяющей передние 2 и задние 3 стенки камерПройдя эти точки, жидкость попадает во входной канал, т.е. в область пространства, ограниченную задними 3 и передними 2 стенками устройства . Часть жидкости, расположенная напро" тив входного канала, непосредственно устремляется в него, т.е. объемы жидкости, которые примыкают к передним 2 и задним 3 стенкам, движутся вдоль них в сторону входных отверстий 4,Поскольку предлагаемая Форма стенок на оказывает отрыва потока на них, движение вдоль стенок происходит с минимальным сопротивлением. Попав непосредственно во входной канал, жидкость увеличивает свою скорость, при этом, благодаряступенчатому выполнению входного отверстия 3 ширина потока нефти ив свободной поверхности больше, чем потока воды, расположен-, 1523636ной под ней, Увеличение ширины потока нефти компенсирует замедление скорости ее движения, вызванное сопротивлением боковых стенок входного канала. За счет этого увеличивается ко 5личество нефти, поступающей в рабочий объем гидроциклонов 1. Вследствиетого, что каналы располагаются тангенциально по отношению к цилиндрической части корпуса,гидроциклонов1, жидкость, попав в рабочий объем,приобретает вращательное движение,,Под действием центробежных сил болеетяжелые частицы (вода) отбрасываются к стенкам корпуса гидроциклонов,и, пройдя по спиральной траекториивниз, выводятся за его пределы потрубопроводам 6 в коллектор 7 воды.Более легкие частицы (нефть) концентрируются в центре рабочего объема каждого гидроциклона 1, образуяскопления в виде клубка, имеющего .Форму усеченного конуса или цилиндра.Нефть в результате включения насоса 25слива нефти (не показан) через трубо"проводы 8 собранной нефти и коллектор 9 выводится из устройства.Предлагаемое конструктивное решение каждой отдельной секции и их компоновка в нефтесборном устройствепозволяют использовать боковые по-.верхности камер в качестве направляющих стенок входных каналов, присоединенных к входным отверстиям в Цилиндрической части гидроциклонов.При этом входные калы расположенытангенциально цилиндрическим корпусам гидроциклонов,.Предлагаемая Форма выполнения пе 4 Оредней стенки 2 позволяет увеличитьплощадь поверхности, прилегающей к.устройству, с которой происходит подтягивание нефтяной пленки к входнымканалам, что увеличивает количествопоступающей в устройство нефти и, темсамым, повышает его производитель"ность.Наибольшая величина площади, с которой происходит. подтягивание нефти, Онаблюдается, когда передняя 2 и задняя 3стенки соединены кромками в вертикальной плоскости, проходящей через точку И, лежащую на линии, проходящейчерез центр устройства и центр гидро",55циклона, причем расстояние от центрагидроциклона до точки И равно 2,5 ди"аметрам гидроциклона. При расстоянии, меньшем 2, диаметров гидроциклона, происходит срыв потока, а призначениях, больших 2,5, увеличениеочищаемой площади не происходит.Так как задняя направляюшая стенка 3 устройства примыкает к входномуотверстию другого расположенНого против часовой стрелки гидроциклона, тоэто позволяет включить в состав устройства несколько гидроциклонов меньшего дааметра, что при одинаковойс прототипом производительности значительно уменьшает энергозатраты засчет уменьшения количества перекачиваемой воды.Кроме того, выполнение переднейи задней стенок предлагаемой Формы,наличие горизонтальной и вертикальной перемычек в каждой камере обеспе"чивают плавучесть нефтесборному устройству и высокую маневренность придвижении его по поверхности водныхобъектов.Расположение коллекторов вертикаль.но в центре устройства позволяет выполнить как трубопроводы чистой воды,так и трубопроводы собранной нефтиконструктивно (геометрически) одинаковыми для каждого гидроциклона,Этообеспечивает одинаковые значения сопротивления в них и, следовательно,одинаковые значения расходов, что необходимо для получения одинаковыхгидродинамических режимов в каждомгидроциклоне, и, в конечном счете,влияет на качество процесса разделения как в каждой отдельной секции,так и во всем устройстве. Коллекторприсоединяется к насосам для выводаразделенных жидкостей из нефтесбор"ного устройства, Кроме того, такоерасположение коллектора обеспечиваеттребуемую вертикальную ориентациюустройства, его балансировку, а такжеуменьшает габариты устройства,Использование предлагаемого устройства, по сравнению с .известнымпозволяет за счет геометрии направля"ющих стенок и входного отверстия, атакже создания нескольких локальныхнефтяных скоплений в устройстве, повысить производительность по количеству собранной йефти, уменьшить непро"изводительные энергозатраты в М 5 разна отвод чистой воды.Благодаря указанному конструктив.ному решению элементов устройствообладает высокой плавучестью и мо 1523636.бильностью при Рассредоточенном вводе очищаемой жидкости: ориентация и балансировка устройства несложны.За счет уменьшения размеров гидроциклона уменьшается высота (осадка)5 устройства, что позволяет использовать его на мелководье в водоемах малой глубины) и расширить таким образом область его применения .оКроме того, устройство повышает эФФективность процесса разделения за счет создания локальных неФтяных скоплений в неФтесборном устройстве,5Предлагаемое конструктивное рещение входных каналов, выполненных пе" ременной по сечению ширины, снижает, непроизводительные затраты на прокачку через устройство воды в 1,5- 2 раза. Формула изобретения/УстРОЙство Для сбора неФти с по верхности воды, включающее гидроциклон с корпусом, иМеющим входное Отверстие и тангенцидльный входной ка" нал ОбРЬЗбваннюй вертикальными передней и задней направляющими стенками, соединенными горизонтальной пе- ремычкой с корпусом, а также неФтепроводы и труботроводы для воды, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эФФективности работы и снижения энергоемкости,.оно снабжено дополнительными гидроциклонами и коллекторами неФти и воды, при этом гидроциклоны расположены равномерно по окружности, соединены между собой вертикальными перемычками и посредством неФтепроводов и трубопроводов для воды с расположенными коаксиально в центре устройства вертикальными коллекторами неФти и воды, причем передняя направляющая стенка каждого гидроциклона соединена с соответствующей задней свикой следующего за ним против часовой стрелки гидроцик" лона с Образованием вертикальных кро" мок, расположенных на одинаковом расстоянии от центра устройства и лежа" щих в плоскостях, проходящих через прямые, соединяющие центры гидроци" клонов с центром устройства, при этом каждая гОРизонтальная перемычка соединена с соответствующей Вертикальной перемычкой с образованием попОЙ камеры, а входные Отверстия гидРОцик" лонов. Выполнее Расширяющимися кверху2. Устройство по и. 1, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что передняя направляющая стенка каждого гидро- циклона выполнена в виде двух сопряженных боковых поверхностей цилиндРов и имеет уступ, а задняя стенка образована пересечением части боковой поверхности цилиндра и плоскости, касательной к кОРпусу гмдроциклона по линии входногО отверстия.1523636 Составитель Г. Вавинаедактор Н. Гунько Техред Л,Олийнык Корректор с исн НТ ССС открытиям при., д. 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина,Произво Заказ 7012/29 Тир ВНИИПИ Государственного комит 113935, Иоскв