Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления нефтепродуктов с поверхности воды

Изобретение относится к технике очистки водной поверхности от жидких загрязнений, преимущественно от нефтепродуктов.

Известен способ сбора удаления слоев плавающих продуктов загрязнения на воде (ES 432800 [1]). Способ предусматривает втягивание слоя жидкости и плавающего на поверхности водоема загрязнения в емкость в виде циклона и создание в ней вихревого движения за счет тангенциального ввода жидкости в емкость.

В циклоне происходит циклонное вращение воды и загрязняющей жидкости и тем самым их разделение центрифугированием, причем загрязняющая жидкость концентрируется в осевой центральной зоне циклона, из которой она удаляется всасывающим средством через трубку, проходящую вверх от центрального отверстия в верхней крышке циклона, в то время как вода, освобожденная от загрязняющей жидкости, удаляется всасывающим средством, соединенным с нижним выходом циклона. Недостатком известного способа является невысокая эффективность и высокие энергозатраты на его реализацию.

Известен способ сбора нефти из-под ледяного покрова водоема (RU 2572765 [2]), включающий локализацию пятна нефти или нефтепродукта, пробуривание в ледяном покрове скважины, погружение через скважину в область пятна завихрителя с откачным устройством, создание вращением завихрителя в воде подо льдом вихревой воронки, обеспечивающей сбор в нее нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой из вихревой воронки в нефтеприемник. Основным недостатком способа является низкая производительность и локальность характера очистки водоема (сбор нефти производится с небольшого участка акватории). Кроме того, известный способ имеет ограниченное применение, поскольку предназначен для сбора нефти из-под ледяного покрова водоема.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ удаления нефтепродуктов с поверхности воды известный из US 3635342 [3]. Способ включает создание вращательного движения воды в объеме размещаемого ниже границы раздела «вода-нефтепродукт» полого цилиндра с формированием в нем вихревой воронки и откачку нефтепродуктов из нее. Вихревая воронка создается с помощью различных технических средств - приводимым во вращение винтом, размещенным в нижней части цилиндра, с помощью струйного насоса или тангенциальным вводом дополнительного потока жидкости в объем, в котором требуется формирование вихревой воронки.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, поскольку отсутствуют указания на оптимальные параметры условий реализации, которые бы учитывали свойства разделяемых в вихревой воронке жидкостей.

Заявляемый способ удаления нефтепродуктов с поверхности воды направлен на повышение эффективности.

Указанный результат достигается тем, что способ удаления нефтепродуктов с поверхности воды, включает создание вращательного движения воды в объеме размещаемого ниже границы раздела «вода-нефтепродукт» полого цилиндра с формированием в нем вихревой воронки и откачку нефтепродуктов из нее, при этом создание вращательного движения воды обеспечивают вращением полого цилиндра, торец приемного патрубка средства откачки нефтепродукта размещают коаксиально внутри полого цилиндра ниже его верхнего торца на величину Н/2, измеряют толщину слоя нефтепродукта на поверхности воды, плотность и кинематическую вязкость воды и удаляемых нефтепродуктов и по измеренным величинам устанавливают глубину погружения h верхней кромки полого цилиндра от границы раздела «вода-нефтепродукт», которую определяют по математическими зависимостям:

, где

h - глубина погружения верхней кромки полого цилиндра от границы раздела «вода-нефтепродукт», м;

Н - высота цилиндра, м;

, - плотность воды, кг/м³;

- плотности нефти, кг/м³;

- кинематическая вязкость воды, м²/c;

- кинематическая вязкость нефти, м²/c,

а оптимальную угловую частоту вращения полого цилиндра ω определяют по зависимости:

, где

- радиус цилиндра, м;

- толщина слоя нефтепродукта на поверхности воды, м;

- гравитационное ускорение, м/c².

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

- создание вращательного движения воды обеспечивают вращением полого цилиндра;

- торец приемного патрубка средства откачки нефтепродукта размещают коаксиально внутри полого цилиндра ниже его верхнего торца на величину Н/2, где Н - высота цилиндра;

- измеряют плотность и кинематическую вязкость воды и удаляемых нефтепродуктов;

- устанавливают оптимальные глубину погружения h верхней кромки полого цилиндра от границы раздела «вода-нефтепродукт» и угловую частоту вращения полого цилиндра ω по предлагаемым математическим зависимостям на основании измеренных толщины слоя нефтепродукта на поверхности воды, плотности и кинематической вязкости воды и удаляемых нефтепродуктов.

Экспериментально было установлено, что вращение полого цилиндра приводит к формированию вихревой воронки внутри объема цилиндра. А из уровня техники известно (см. [2], [3]), что, если на поверхности воды присутствуют нефтепродукты, то происходит разделение водной и нефтяной фракций в вихре.

Опытным путем было установлено, что путём подбора скорости вращения цилиндра можно обеспечить оптимальное расположение торца приемного патрубка средства откачки нефтепродукта в нефтяной части составного вихря, что при работающем насосе приводит к отбору только нефти из составного вихря и транспортировку её к месту сбора по гибкому шлангу. Возникающий дефицит нефти в составном вихре тут же восполняется нефтью с поверхности, что приводит к непрерывному сбору нефтепродуктов с поверхности воды.

Кроме того, было установлено, что форма и размеры нефтяной части составного вихря зависят от целого ряда параметров - толщины слоя нефтепродукта на поверхности воды, плотности и кинематической вязкости воды и удаляемых нефтепродуктов. В экспериментах использовались различные нефтепродукты и масла - подсолнечное масло, смесь подсолнечного масла и дизельного топлива в равных пропорциях, нефть, дизельное топливо.

В результате аналитической обработки экспериментальных данных удалось установить эмпирические зависимости оптимальных режимов осуществления способа в зависимости от свойств нефтепродукта и состояния водной среды водоема, на поверхности которого этот нефтепродукт находится. Указанные зависимости представлены в формуле изобретения.

Сущность заявляемого способа поясняется примером реализации и графическими материалами. На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа. На фиг. 2 представлены типичные формы составного вихря при различных скоростях вращения полого цилиндра и различных нефтепродуктов.

В самом общем случае способ реализуется следующим образом. На месте разлива нефтепродуктов на поверхности водоема отбираются пробы воды, нефтепродукта и измеряется толщина нефтепродукта на поверхности воды. Измеряются плотности и кинематическая вязкость воды и удаляемых нефтепродуктов.

Полый цилиндр погружается на расчетную глубину и приводится во вращение с расчетной скоростью, зависящей от параметров воды, нефтепродукта, толщины слоя нефтепродукта и геометрических размеров цилиндра.

В результате в средство откачки нефтепродукта поступает только собираемый нефтепродукт без примесей воды или с минимальным ее количеством.