Устройство для ликвидации последствий нефтяных разливов в акваториях

(51) 02 15/04 (2006.01) С 02 1/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ выступала часть тела. При вращении олеофильного тела налипшая на него нефтяная пленка поднимается над поверхностью воды и поджигается. Горение поддерживается непрерывно, так как в зоне горения нефтяная пленка постоянно обновляется при вращении тела. Указанное устройство при функционировании обеспечивает более высокую степень очистки водной акватории от нефтяной пленки, плавающей на воде, за счет следующих факторов 1) более полное сгорание нефти за счет того, что поднимается вся пленка целиком, содержащая легкие и тяжелые фракции, в отличие от прототипа,где тяжелые, битумообразные фракции остаются на воде, так как они не способны подниматься по пористому телу, а поднимаются только легкие фракции 2) вращение тела способствует более полному сгоранию за счет поступления свежего воздуха к пленке 3) непрерывное обновление нефтяной пленки за счет вращения олеофильного тела, которое не только вращается,но и обеспечивает поступательное движение устройства по акватории и, следовательно, обеспечивает более широкий захват территории.(76) Нуртаева Алия Камидолловна Приймак Данко Дмитриевич Нуртаева Гульнара Камидоллаевна Кулекеев Жаксыбек Абдрахметович(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ В АКВАТОРИЯХ(57) Настоящее изобретение относится к области экологических проблем в нефтедобывающей промышленности, охраны окружающей среды, в частности к методам и устройствам для удаления(устранения) нефтяных разливов на водных массивах и может быть использовано при ликвидации разливов нефти, нефтепродуктов и других гидрофобных горючих жидкостей в акваториях. Достигаемый технический результат обеспечение более полного сгорания нефтяной пленки, плавающей на поверхности воды. Устройство содержит олеофильное тело,закрепленное на валу приводного механизма,поплавок и балласт, которые стабилизируют положение устройства таким образом, чтобы над поверхностью воды, покрытой нефтяной пленкой, 27658 Настоящее изобретение относится к области экологических проблем в нефтедобывающей промышленности, охраны окружающей среды, в частности к методам и устройствам для удаления(устранения) нефтяных разливов на водных массивах и может быть использовано при ликвидации разливов нефти, нефтепродуктов и других гидрофобных горючих жидкостей в акваториях. В последнее время в мире уделяется все больше внимания методам ликвидации последствий аварийных разливов нефти. В связи с истощением невозобновляемых источников энергии, в том числе нефти, повышается доля морских месторождений в числе разрабатываемых. Их разработка и эксплуатация предъявляют более высокие требования к технологии, оборудованию и безопасности процесса извлечения нефти. Авария,случившаяся в апреле 2010 на нефтяной платформе,расположенной в Мексиканском заливе, и последовавший после нее разлив нефти явились крупнейшей техногенной катастрофой по негативному влиянию на экологическую обстановку. Для Казахстана уроки этой трагедии важны в связи с разработкой Кашагана, крупнейшего месторождения нефти в стране, сроки эксплуатации которого перенесены на 2014-2015 гг. В то же время авария в Мексиканском заливе послужила толчком для дальнейшего развития исследований и разработки новых способов ликвидации последствий разливов нефти. В настоящее время применяются следующие методы боновые заграждения,распыление диспергентов,применение сорбентов,контролируемое выжигание нефти, сепарация и механический сбор нефти. Целая группа способов очистки поверхности воды от нефти основана на сепарации нефтесодержащих вод на нефть и воду, которая осуществляется под действием гравитационноинерционных и гравитационно-центробежных сил с применением различных конструкций. Так например, известно устройство для очистки воды от нефти и нефтепродуктов Патент РФ 2054090,МПК Е 02 В 15/04 опубл. 10.02.1996 г.,функционирующее по принципу сепаратора,которое основано на применении вращающегося фильтрующего элемента на основе пористого материала, а отделение нефти от воды достигается за счет изменения скорости вращения фильтра. Общими недостатками этой группы способов являются 1) Периодичность процесса,отсутствие непрерывности и как результат - низкая эффективность, длительность. 2) Ограниченная возможность их использования,обусловленная тем, что вся масса загрязненной воды должна пройти через указанное устройство, что препятствует применению данного метода непосредственно на месте разлива. Другая группа способов основана на физической абсорбции. Известны способ и устройство для удаления и регенерации нефти в местах ее разлива 2 на водной поверхности Патент США 4366067,МПК 02 1/28 опубл. 28.12.1982 г., которые предполагают применение измельченного пенообразного синтетического абсорбента на основе полиизоцианоурата, которым наполняют мешки или боновые заграждения, выполненные из пористого материала. После проведения очистки водной поверхности мешки с абсорбированной нефтью отжимают с целью регенерации нефти. К недостаткам этой группы способов относятся 1) Большие количества абсорбентов, которые требуются для абсорбции разлитой нефти. 2) Необходимость подготовки абсорбентов измельчение, наполнение мешков. 3) Необходимость сбора мешков с абсорбентом затраты труда и времени. 4) Применяемая процедура регенерации нефти из абсорбента не обеспечивает полноты отделения нефти, в результате абсорбент теряет свою емкость по мере его использования. Третья группа использует диспергенты, среди которых есть эмульгаторы и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Известен состав для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов Патент РФ 2051262, МПК Е 02 В 15/04 02 1/28 опубл. 27.12.1995 г., содержащий поверхностноактивные вещества, а именно отходы производства древесины и этиловый или изопропиловый спирты в качестве растворителей с массовой долей от 70 до 94. Указанный препарат служит в качестве нефтесобирающего средства, которое препятствует растеканию пленки нефти на воде, увеличивает толщину нефтяной пленки и уменьшает поверхность нефтяных пятен, что облегчает последующую ликвидацию этих пятен. Для очистки водной поверхности от нефтяного пятна предложенный препарат наносят по периметру пятна, и дальнейшее удаление нефтяной пленки осуществляют другими известными способами, например, сорбционным,механическим. Однако в данном способе использованы в качестве растворителей спирты и неполярные углеводородные растворители, токсичность которых может представлять большую опасность, чем токсичность самой нефти. К другим недостаткам относятся многостадийность и трудоемкость процесса ликвидации нефтяного пятна приготовление нефтесобирающего средства,нанесение его по периметру каждого пятна,удаление нефтяного пятна. Одним из наиболее очевидных способов ликвидации нефтяных разливов является сжигание нефти непосредственно в акватории на месте разлива. Несмотря на предельную простоту, долгое время данный способ не применялся на практике,вплоть до инцидента с крушением супертанкера Эксон Вальдес, который налетел на риф возле Аляски в 1989 году , (2002)./,, р.213. Тогда проведенные попытки по сжиганию нефти на крупных ее разливах оказались успешными и с тех пор различные варианты сжигания нефти на месте разлива являются предметом научных разработок, а также применяются на практике. Преимуществом использования способа сжигания являются высокая скорость удаления разлитой нефти и возможность задержать дальнейшее распространение нефтяной пленки по воде в удаленные или уязвимые районы, и на большие по площади территории. Однако сжигание нефти на поверхности воды сопряжено со следующими трудностями 1. Горение на большой площади происходит неравномерно, сполохами - идет конкурентная борьба пятен горения за кислород воздуха. Из-за недостатка кислорода при горении выделяется значительное количество токсичных продуктов неполного сгорания нефти, которые мешают притоку свежего воздуха и замедляют процесс горения. 2. По мере выгорания низкокипящих компонентов, которые сгорают первыми (или в результате испарения их, при разливах большой давности), горение становится неустойчивым, очаги горения приобретают склонность к погасанию. 3. При низкой температуре воды зажигание нефти затруднено, горение неустойчиво. 4. При выгорании слоя нефти до толщины около 2 миллиметров горение нефти прекращается как по причине уменьшения количества низкокипящих компонентов, так и за счет отвода тепла от горящей поверхности в воду - количество тепла,передаваемого воде, увеличивается по мере уменьшения толщины нефтяной пленки. Поэтому попытки прямого сжигания нефти на воде являются малоуспешными. Целый ряд патентов посвящен способам промотирования (стимулирования), облегчения процесса сжигания и устройствам для их реализации, целью которых является преодоление некоторых из вышеуказанных недостатков. Один из вариантов сжигания нефтяного пятна на месте разлива предложен в способе очистки поверхности водоема от загрязнения нефтепродуктами Патент РФ 2049201, МПК Е 02 В 15/04 опубл. 27.11.1995 г., в котором для обеспечения эффективности горения используют боновые заграждения, локализующие нефтяные пятна, а также подачу воздуха под уровень воды,который барботирует через нефтяную пленку,насыщая последнюю кислородом, что обеспечивает более высокую полноту горения нефти при ее сжигании на воде и непрерывность процесса. Способ имеет ограниченное применение лишь в местах, доступных для судов. Кроме того, для подачи воздуха требуется специальное оборудование,а именно,разветвленная,перфорированная трубопроводная сеть,установленная непосредственно под каждым нефтяным пятном, что в случае существенных разливов нефти осуществить сложно. Наиболее близким к предлагаемому устройству ликвидации нефтяных разливов по технической сущности является устройство для удаления нефти,расположенной на воде Патент США 3659715, МПК С 02 В 9/02 опубл. 2.05.1972 г.,представляющее собой удлиненное пористое гидрофобное (олеофильное) тело, нижняя часть которого простирается вниз в воду, а верхняя часть выступает над жидким слоем. Пористое тело выполнено в виде удлиненного, заостренного кверху стержня, который сохраняет вертикальное, частично погруженное в воду положение в воде за счет балласта (груза), прикрепленного к нижней части стержня, и поплавка, расположенного в верхней части стержня. Стержень изготовлен из материала гидрофобного (олеофильного), но менее горючего чем нефть, предпочтительно, углерода. При погружении его в воду, на которой плавает горючая жидкость (нефть), последняя заполняет поры стержня, который таким образом действует в качестве фитиля. Вершину стержня, пропитанного нефтью, поджигают. Образующееся пламя затем подпитывается горючей жидкостью (нефтью),движущейся вверх через указанный пористый стержень под действием капиллярных сил из слоя жидкости, в результате чего происходит ее удаление с воды путем сжигания. Указанное устройство имеет следующие недостатки 1) Недостаточная полнота удаления нефти с воды - потому, что пористый углеродный стержень,выполняющий роль фитиля,может быть эффективным только для легких фракций, которые способны абсорбироваться и подниматься вверх по фитилю. Тяжелая же фракция нефти,битумообразная, не способная подниматься по капиллярам из-за значительных плотности и вязкости, останется на воде несгоревшей. В результате на месте разлива по мере сжигания нефти будет наблюдаться утоньшение (до 1-2 мм) и затвердевание нефтяной пленки, которая далее не способна подниматься по фитилю. Эта фракция нефти не будет гореть непосредственно на воде, так как теплообмен с водой при малой толщине пленки достигает значительной величины, в результате чего температура пленки будет снижаться ниже температуры горения. Кроме того,при использовании фитилей происходит закупоривание капиллярных пор фитиля тяжелой фракцией нефти и продуктами горения, в том числе твердыми веществами, что снижает эффективность процесса и требует периодической замены фитилей. 2) Указанное устройство может действовать в периодическом режиме абсорбционная способность по мере его сжигания нефти будет уменьшаться, что требует его периодической замены. Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для увеличения эффективности ликвидации (удаления) нефтяных пятен на водной поверхности путем сжигания. Технический результат - обеспечение более полного сгорания нефтяной пленки, плавающей на поверхности воды. Технический результат достигается предлагаемым устройством для ликвидации нефтяных разливов в акваториях, состоящим из 3 олеофильного тела, частично погруженного в воду,поплавка и балласта, но, в отличие от известного,оно дополнительно содержит приводной механизм,вал которого соединен с олеофильным телом олеофильное тело выполнено в форме цилиндра из жаропрочного материала, например керамики или металлической сетки. Предлагаемое устройство отделяет пленку нефти от воды, приподнимает ее и поджигает. При этом обеспечивается поступление свежего воздуха к пленке и минимизируется передача тепла воде, за счет чего горение становится более полным и бесперебойным. На фиг.1 приведено схематическое изображение устройства для ликвидации нефтяных разливов в акваториях. Олеофильное тело 1 закреплено на валу 2 приводного механизма 3. Поплавок 4 и балласт 5 стабилизируют положение устройства таким образом, чтобы над поверхностью воды 6, покрытой нефтяной пленкой 7 выступала часть тела. При вращении тела 1 налипшая на него нефтяная пленка 7 поднимается над поверхностью воды 6 и поджигается. Горение поддерживается непрерывно,так как в зоне горения нефтяная пленка 7 постоянно обновляется при вращении тела 1. На фиг.2 показан возможный вариант конструктивного исполнения предлагаемого устройства. Тело 1, выполненное в форме цилиндра из металлической жаропрочной сетки 8, натянутой на ободах 9, закреплено на валу 2, свободно вращающемся в уплотнениях на стенках герметичного поплавка 4. Приводной механизм 3 включает следующее на дне поплавка установлены баллон 10 с самовоспламеняющимся газом,например силаном 4, электромагнитный клапан 11, электрическая батарея 12, электронный блок 13,электродвигатель 14 и трансмиссия 15, суммарная масса которых выполняет функцию стабилизирующего балласта. Ко входу электронного блока 13 подключены датчик давления 16,сообщающийся с водой через отверстие в дне поплавка 4, и датчик излучения пламени 17,прикрепленный к верхней стенке поплавка 4. При погружении устройства в воду 6, датчик давления 16 подает сигнал в электронный блок 13,который подключает электродвигатель 14 к батарее 12. Вращающий момент электродвигателя 14, через трансмиссию 15 передается валу 2, ободам 9, сетке 8. Тело 1 приводится во вращение. По прошествии времени, заведомо достаточного для выноса налипшей нефтяной пленки 7 на внешнюю,относительно воды, поверхность тела, электронный блок 13 подает кратковременный сигнал на электромагнитный клапан 11,порция самовоспламеняющегося газа из баллона 10 поступает к сетке 8 и зажигает нефтяную пленку 7. Датчик излучения пламени 17 подает в электронный блок 13 сигнал о запрете подачи самовоспламеняющегося газа. При возможном прекращении горения нефтяной пленки 7 на сетке 8,электронный блок 13 повторяет алгоритм зажигания выдержка времени, кратковременная подача самовоспламеняющегося газа до появления сигнала от датчика излучения пламени 17. Вращение тела 1 не только обновляет нефтяную пленку 7 на сетке 8, но и приводит к поступательному движению всего устройства по акватории, что содействует более полному сжиганию нефти, так как твердеющая нефтяная пленка 7 может иметь ограниченную подвижность и не поступать самопроизвольно к сетке 8. Указанное устройство при функционировании обеспечивает более высокую степень очистки водной акватории от нефтяной пленки, плавающей на воде, за счет следующих факторов 1) более полное сгорание нефти за счет того, что поднимается вся пленка целиком, содержащая легкие и тяжелые фракции, в отличие от прототипа,где тяжелые, битумообразные фракции остаются на воде, так как они не способны подниматься по пористому телу, а поднимаются только легкие фракции 2) вращение тела способствует более полному сгоранию за счет поступления свежего воздуха к пленке 3) непрерывное обновление нефтяной пленки за счет вращения олеофильного тела, которое не только вращается,но и обеспечивает поступательное движение устройства по акватории и, следовательно, обеспечивает более широкий захват территории. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для ликвидации нефтяных разливов в акваториях, состоящее из олеофильного тела, частично погруженного в воду, поплавка и балласта,отличающееся тем,что оно дополнительно содержит приводной механизм, вал которого соединен с олеофильным телом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тело выполнено из жаропрочного материала в форме цилиндра. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве жаропрочного материала используют керамику или металлическую сетку.