RU2138595C1

RU2138595C1 - Device for removing oil and its products from water surface

Info

Publication number: RU2138595C1
Application number: RU98114730A
Authority: RU
Inventors: Р.Н. Хлесткин; Н.А. Самойлов; А.М. Шаммазов; С.П. Лебедич
Original assignee: Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: environment pollution control. SUBSTANCE: device has frame, rotating drum with oil absorbing shell, pressing-off roller, pipeline for taking away collected oil, and floats. Located inside rotating drum is hollow shaft which protrudes from drum through journal. Shaft is divided into two sections by horizontal partition. Upper section of shaft is perforated. At outlet from drum upper section of shaft is provided with pipe connection for supply of steam. Lower section of shaft is coupled with slotted bell-mouth for carrying away condensate. Aforesaid embodiment of device ensures its reliable and stable operation in cold weather due to heating of drum shell. This prevents reduction of absorbing capacity of drum shell at subzero temperatures. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение предназначено для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды при ликвидации разливов нефти при аварийных ситуациях, связанных с разрушением трубопроводов или судов и может быть использовано в целях охраны окружающей среды. The invention is intended to remove oil and oil products from the surface of the water during the elimination of oil spills in emergency situations associated with the destruction of pipelines or ships and can be used to protect the environment.

Известно устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды - трос-швабра, включающее бесконечный пояс, адсорбирующий нефть и изготовленный из полиуретановых прядей, протянутых через пряди несущего троса так, что они выступают из него в радиальном направлении по окружности в виде ворса, адсорбирующий пояс проходит между двумя вращающимися роликами, отжимающими нефть, сливающуюся в лоток, откуда нефть откачивается в резервуар (Д. Кормак. Борьба с загрязнением моря нефтью и химическими веществами. М: Транспорт, 1989, с. 222-224). Недостатком данного устройства является низкая производительность по собираемой нефти и сложность перемещения из одной зоны загрязненной акватории длинных (более 30 м) нефтепоглощающих элементов. A device for removing oil and oil products from the surface of the water is known as a cable mop, including an endless belt adsorbing oil and made of polyurethane strands stretched through the strands of the carrier cable so that they protrude from it in a radial direction around the circumference in the form of a pile, an adsorbing belt passes between two rotating rollers, squeezing oil, merging into a tray, from where oil is pumped into the tank (D. Cormak. Combating sea pollution with oil and chemicals. M: Transport, 1989, pp. 222-224). The disadvantage of this device is the low productivity of the collected oil and the difficulty of moving from one area of the polluted area of long (over 30 m) oil-absorbing elements.

Известно также устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее частично затопленный барабан с поплавками по торцам барабана и примыкающую к барабану вакуумную приемную камеру с передней стенкой, выполненной в виде скребка (АС СССР N 1625952, МКИ E 02 В 15/04, Морозов Г. И. и др. / Устройство для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Бюлл. изобр. N5, 1991). Недостатком данного устройства является низкая селективность сбора нефти, с которой в устройство засасывается преобладающее количество воды. A device for collecting oil and oil products from the surface of the water is also known, including a partially flooded drum with floats at the ends of the drum and a vacuum receiving chamber adjacent to the drum with a front wall made in the form of a scraper (AS USSR N 1625952, MKI E 02 B 15/04, Morozov G.I. et al. / A device for collecting oil and oil products from the surface of the water (Bull. Inventory N5, 1991). The disadvantage of this device is the low selectivity of oil collection, with which the predominant amount of water is sucked into the device.

Известно также устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающее вращающийся барабан с гидрофобной поверхностью и прилегающую к нему систему для съема и сбора продукта (АС СССР N 1618836, МКИ E 02 В 15/04, Караваев И.И.и др. / Устройство для удаления масла с поверхности воды. Бюлл. изобр. N 1, 1991). Недостатком этого устройства является существенное влияние температуры окружающей среды на производительность устройства, так как при его эксплуатации в ночное время суток, в холодные осенне-весенние периоды работы, а также зимой в связи с ростом вязкости собираемого нефтепродукта снижается поглощающая способность гидрофобной оболочки по нефти и нефтепродуктам, что снижает производительность устройства. Also known is a device for removing oil and oil products from the surface of the water, including a rotating drum with a hydrophobic surface and an adjacent system for removing and collecting the product (USSR AS N 1618836, MKI E 02 B 15/04, Karavaev II, etc. / Device for removing oil from the surface of the water (Bull. Inventory N 1, 1991). The disadvantage of this device is the significant influence of ambient temperature on the performance of the device, since during its operation at night, during the cold autumn-spring periods of operation, as well as in winter, the absorption capacity of the hydrophobic shell for oil and oil products decreases due to the increase in viscosity of the collected oil product , which reduces the performance of the device.

Изобретение решает техническую задачу стабилизации производительности устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, обеспечения оптимальных условий его работы и повышения его надежности. The invention solves the technical problem of stabilizing the performance of a device for removing oil and oil products from the surface of the water, ensuring optimal conditions for its operation and increasing its reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, включающем несущую раму, вращающийся барабан с нефтепоглощающей оболочкой, отжимной ролик, трубопровод для отвода собранной нефти и поплавки, внутри вращающегося барабана размещается полый вал, выходящий из барабана через цапфу, разделенный горизонтальной перегородкой на две секции, причем верхняя секция вала имеет перфорацию, а нижняя секция сообщается с щелевым раструбом; верхняя из секций на выходе из барабана имеет штуцер для подвода водяного пара, а нижняя секция имеет штуцер для отвода конденсата. При этом за счет выделения тепла при конденсации водяного пара, поступающего через перфорацию верхней секции вала в объем вращающегося барабана, происходит последовательно разогрев барабана, нефтепоглощающей оболочки с поглощенным продуктом и расположенного в непосредственной близости от барабана тонкого слоя продукта на поверхности воды, что, во-первых, повышает полноту отжима поглощенной нефти за счет снижения ее вязкости при повышенной температуре и увеличивает производительность устройства, во-вторых, интенсифицирует поглощение нефти с поверхности воды: при контакте холодной нефти с нагретой нефтепоглощающей оболочкой возрастает скорость диффузии нефти в оболочку за счет локального разогрева нефти, в-третьих, повышается надежность работы системы отвода собранной нефти, так как нагретая нефть легче откачивается через трубопровод и не происходит переполнения лотка с возвращением ранее собранной нефти вновь в водоем. На фиг.1 изображено устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды, общий вид сверху, на фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 изображен барабан в сборке - разрез по виду сбоку. The specified technical result is achieved by the fact that in the device for removing oil and oil products from the surface of the water, including a supporting frame, a rotating drum with an oil-absorbing shell, a squeezing roller, a pipeline for removing the collected oil and floats, a hollow shaft is placed inside the rotating drum, leaving the drum through a trunnion divided by a horizontal partition into two sections, the upper section of the shaft being perforated and the lower section communicating with the slotted socket; the upper section at the outlet of the drum has a fitting for supplying water vapor, and the lower section has a fitting for draining condensate. In this case, due to heat generation during condensation of water vapor entering through the perforation of the upper section of the shaft into the volume of the rotating drum, the drum, oil-absorbing shell with absorbed product are sequentially heated and a thin layer of the product is located in the immediate vicinity of the drum on the water surface, which firstly, it increases the completeness of the extraction of absorbed oil by reducing its viscosity at elevated temperature and increases the productivity of the device, secondly, intensifies absorption oil from the water surface: when cold oil comes into contact with a heated oil-absorbing shell, the diffusion rate of oil into the shell increases due to local heating of the oil, thirdly, the reliability of the collected oil removal system increases, since heated oil is more easily pumped out through the pipeline and there is no overflow of the tray with the return of previously collected oil again to the reservoir. Figure 1 shows a device for removing oil and oil products from the surface of the water, a General top view, figure 2 shows a section along aa in Fig. 1, in FIG. Figure 3 shows the drum assembly - a sectional side view.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды состоит из несущей рамы 1, вращающегося барабана 2, отжимного ролика 3, трубопровода 4 для отвода собранной нефти, поплавков 5, электродвигателя 6, многоскоростного редуктора 7, цепной передачи 8 для привода барабана 2, лотка 9 для сбора и отвода отжатой нефти. A device for removing oil and oil products from the surface of the water consists of a supporting frame 1, a rotating drum 2, a squeezing roller 3, a pipe 4 for removing collected oil, floats 5, an electric motor 6, a multi-speed gearbox 7, a chain gear 8 for driving a drum 2, tray 9 for collection and disposal of pressed oil.

Внутри вращающегося барабана 2 размещен полый вал 10. Барабан 2 покрыт сверху нефтепоглощаюшей оболочкой 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 размещен на вспомогательной раме 12, сообщающейся с несущей рамой 1 через регулируемую поджимную систему 13; трубопровод 4 для отвода собранной нефти сообщается одним концом с лотком 9 для сбора и отвода собранной нефти, а другим концом с дополнительной емкостью для хранения собранной нефти (не показана), несущая рама 1 сообщается с поплавками 5 штангами 14 с фиксаторами 15. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны). A hollow shaft 10 is placed inside the rotating drum 2. The drum 2 is coated on top with an oil-absorbing shell 11 of oleophilic and hydrophobic easily squeezed material. The squeezing roller 3 is placed on the auxiliary frame 12, communicating with the supporting frame 1 through an adjustable clamping system 13; the pipeline 4 for collecting the collected oil is connected at one end with a tray 9 for collecting and draining the collected oil, and at the other end with an additional tank for storing the collected oil (not shown), the supporting frame 1 communicates with the floats 5 rods 14 with latches 15. The supporting frame 1 fastened by a cable 16 to an anchor or a floating vehicle (not shown).

Внутри полого вала 10 размещена горизонтальная перегородка 17, в нижней части вал 10 сообщается с щелевым раструбом 18, а в верхней имеет перфорацию 19. Вращающийся барабан имеет цапфу 20 для обеспечения привода барабана 2 и цапфу 21, через которую в барабан 2 вводится полый вал 10; верхняя из секций вала 10 на выходе из барабана 2 имеет штуцер 23 для подвода водяного пара, а нижняя секция вала 10 имеет штуцер для отвода конденсата 22; система барабан 2 - вал 10 герметизируется сальниковым уплотнением 24. A horizontal baffle 17 is placed inside the hollow shaft 10, the shaft 10 communicates with a slotted bell 18 in the lower part and has a perforation 19 in the upper part. The rotating drum has a pin 20 for driving the drum 2 and a pin 21 through which the hollow shaft 10 is inserted ; the upper section of the shaft 10 at the outlet of the drum 2 has a fitting 23 for supplying water vapor, and the lower section of the shaft 10 has a fitting for draining the condensate 22; the drum system 2 - the shaft 10 is sealed with an oil seal 24.

Устройство для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды работает следующим образом. При обнаружении разлива нефти устройство доставляется к месту разлива и при помощи кабеля присоединяется к источнику электропитания (например, передвижному генератору). На барабан 2 надевается оболочка 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала толщиной, соответствующей толщине пленки нефти на месте ликвидации разлива. Регулируется положение отжимного ролика 3 при помощи поджимной системы 13. Многоскоростной редуктор 7 при помощи рычага регулирования числа оборотов устанавливается в положение, обеспечивающее оптимальное число оборотов барабана 2. Устройство спускается на воду. Регулируется положение несущей рамы 1, сообщаемой с поплавками 5 штангами 14 при помощи фиксаторов 15 таким образом, чтобы барабан 2 касался поверхности воды. Устройство перемещается в эпицентр нефтяного разлива. Несущая рама 1 крепится тросом 16 к якорю или плавающему средству (не показаны). После подачи напряжения на электродвигатель 6 устройство начинает собирать нефть, которая селективно впитывается в оболочку 11 из олеофильного и гидрофобного легкоотжимаемого материала. Отжимной ролик 3 отжимает нефть из оболочки 11, поступающую далее в лоток 9 для сбора и отвода собранной нефти, откуда по трубопроводу 4 перемещается в дополнительную емкость для хранения собранной нефти (не показана). A device for removing oil and oil products from the surface of the water works as follows. When an oil spill is detected, the device is delivered to the site of the spill and is connected to a power source (for example, a mobile generator) using a cable. A drum 11 is put on the drum 2 from an oleophilic and hydrophobic easily squeezable material with a thickness corresponding to the thickness of the oil film at the site of the spill response. The position of the squeeze roller 3 is adjusted using the pinch system 13. The multi-speed gearbox 7, using the speed control lever, is set to a position that ensures the optimal speed of the drum 2. The device is launched into the water. The position of the carrier frame 1, which communicates with the floats 5 by the rods 14 by means of the clamps 15, is adjusted so that the drum 2 touches the surface of the water. The device moves to the epicenter of the oil spill. The carrier frame 1 is attached by a cable 16 to an anchor or a floating vehicle (not shown). After applying voltage to the electric motor 6, the device begins to collect oil, which is selectively absorbed into the shell 11 from oleophilic and hydrophobic easily squeezed material. The squeeze roller 3 squeezes the oil from the casing 11, which then flows into the tray 9 for collecting and discharging the collected oil, from where it is transported through a pipe 4 to an additional tank for storing the collected oil (not shown).

В ходе сбора нефти по мере уменьшения температуры окружающей среды в вечернее и ночное время от внешнего источника котла (не показан) внутрь вала 10 через штуцер 23 вводится водяной пар, который через перфорацию 19 поступает внутрь барабана 2 и в ходе своей конденсации обеспечивает передачу тепла через стенку барабана 2 к поглощающей оболочке 11 и нефти для понижения вязкости нефти на операциях поглощения нефти, ее отжима роликом 3 и транспорта нефти по лотку 9. Конденсат водяного пара откачивается из барабана 2 последовательно через щелевой раструб 18, нижнюю секцию вала 10 и штуцер 22 вакуум-насосом (не показан). During oil collection, as the ambient temperature decreases in the evening and at night from an external source of the boiler (not shown), water vapor is introduced into the shaft 10 through the nozzle 23, which through the perforation 19 enters the drum 2 and during its condensation provides heat transfer through the wall of the drum 2 to the absorbing shell 11 and oil to lower the viscosity of the oil in the operations of oil absorption, squeezing it with a roller 3 and transporting oil through the tray 9. Condensate of water vapor is pumped out of the drum 2 sequentially through a slit pipes 18, the lower section of the shaft 10 and the fitting 22 by a vacuum pump (not shown).

Пример. Устройство со стальным вращающимся барабаном диаметром 0.4 м, длиной 0.5 м, массой 10 кг, поверхностью обечайки и полной соответственно 0.627 и 0.877 м² и теплоемкостью 0.5 кДж/кг•К имеет нефтепоглощающую оболочку из целлюлозусодержащего вещества массой 1 кг и теплоемкостью 1.55 кДж/кг•К. При понижении температуры окружающей среды от 25 до 5^oC необходимо снизить вязкость собираемой нефти с 30 до 6 сП, что должно восстановить производительность устройства по нефтесбору с 120 до 400 кг/ч при теплоемкости нефти 1.68 кДж/кг•К. Рассмотрим возможность использования водяного пара, подаваемого во вращающийся барабан, для решения этой задачи за счет разогрева конструкции и собираемой нефти.Example. A device with a steel rotating drum 0.4 m in diameter, 0.5 m long, 10 kg in weight, a shell surface and a full surface of 0.627 and 0.877 m ^2, respectively, and a heat capacity of 0.5 kJ / kg • K has an oil-absorbing shell of cellulose-containing substance weighing 1 kg and a heat capacity of 1.55 kJ / kg •TO. When lowering the ambient temperature from 25 to 5 ^o C, it is necessary to reduce the viscosity of the collected oil from 30 to 6 cP, which should restore the device’s oil collection capacity from 120 to 400 kg / h at a heat capacity of 1.68 kJ / kg • K. Consider the possibility of using water vapor supplied to a rotating drum to solve this problem by heating the structure and the collected oil.

Подвод тепла к конструкции, нефтепоглощающей оболочке и нефти Q_т составит Q_т=10•0.5•20 + 1•1.55•20 + 400•1.68•20 = 13600 кДж/ч.The heat supply to the structure, oil absorption shell and oil Q _t will be Q _t = 10 • 0.5 • 20 + 1 • 1.55 • 20 + 400 • 1.68 • 20 = 13600 kJ / h.

Потери тепла в окружающую среду ( воздух) при коэффициенте теплоотдачи 9 Вт/м²К составит Q_п:
Q_п=0.877•9•20 = 158 Вт=570 кДж/ч.Heat loss to the environment (air) with a heat transfer coefficient of 9 W / m ² K will be Q _p :
Q _p = 0.877 • 9 • 20 = 158 W = 570 kJ / h.

Общая потребность в теплоподводе составит
Q_общ= 13600+570 = 14170 кДж/ч = 4 кВт.The total need for heat supply will be
Q _total = 13600 + 570 = 14170 kJ / h = 4 kW.

Для обеспечения этого теплоподвода необходимо подавать в барабан 6.3 кг стоградусного водяного пара (теплота конденсации 2258 кДж/кг). Проверочный расчет показывает, что при коэффициенте теплопередачи 100 Вт/м²•К и температурном напоре 85^oC необходимая поверхность теплопередачи равна 0.47 м², тогда как только поверхность обечайки с оболочкой составляет 0.627 м², то есть устройство имеет коэффициент запаса по теплопередаче, равный 1.3.To ensure this heat supply, 6.3 kg of centigrade water vapor (condensation heat 2258 kJ / kg) must be supplied to the drum. The verification calculation shows that with a heat transfer coefficient of 100 W / m ² • K and a temperature head of 85 ^o C, the necessary heat transfer surface is 0.47 m ² , while only the surface of the shell with the shell is 0.627 m ² , that is, the device has a safety factor for heat transfer, equal to 1.3.

Промышленная применимость устройства для удаления нефти и нефтепродуктов с поверхности воды обеспечивается простотой конструкции устройства, возможностью его изготовления на любом предприятии, имеющем механический цех, и экспериментально доказанной работоспособностью устройства. The industrial applicability of the device for removing oil and oil products from the water surface is provided by the simplicity of the device design, the possibility of its manufacture in any enterprise having a mechanical workshop, and experimentally proven operability of the device.

Положительный эффект изобретения заключается в совмещении процессов удаления нефти с поверхности и сбора ее для дальнейшего использования в народном хозяйстве с локальным теплоподводом к месту нефтесбора. The positive effect of the invention is to combine the processes of removing oil from the surface and collecting it for further use in the national economy with local heat supply to the oil gathering site.

Экономическая эффективность изобретения заключается прежде всего в недопущении экономического ущерба, наносимого аварийными разливами нефти и нефтепродуктов окружающей среде. Экономический ущерб, наносимый окружающей среде при разливе 1 т нефти - 32 млн.руб. (в ценах 1996 г.). Одно устройство ориентировочной стоимостью 50 млн. руб. способно собрать за световой день (12 часов работы) около 5 т нефти. При ликвидации аварийного разлива мощностью 100 т нефти одно устройство в течение 10 суток обеспечит необходимый нефтесбор; таким образом, ожидаемый экономический эффект от применения заявляемого изобретения составит (без учета стоимости возвращаемой в народное хозяйство нефти) даже при разовом использовании устройства (например, в труднодоступной местности) 32•100-50= 3150 млн.руб, и заявляемое изобретение самоокупается практически за 4 часа работы. The economic efficiency of the invention consists primarily in avoiding the economic damage caused by accidental spills of oil and oil products to the environment. Economic damage to the environment during the spill of 1 ton of oil - 32 million rubles. (in 1996 prices). One device with an estimated cost of 50 million rubles. It is able to collect about 5 tons of oil during daylight hours (12 hours of operation). In case of emergency response with a capacity of 100 tons of oil, one device will provide the necessary oil recovery within 10 days; Thus, the expected economic effect of the application of the claimed invention will be (without taking into account the cost of oil returned to the national economy) even with a single use of the device (for example, in hard-to-reach areas) 32 • 100-50 = 3150 million rubles, and the claimed invention will be self-repaying for almost 4 hours work.

Изобретение может быть использовано многократно, потребность народного хозяйства в нем - около тысячи единиц. The invention can be used repeatedly, the need of the national economy in it is about a thousand units.

Claims

A device for removing oil and oil products from the surface of the water, including a supporting frame, a rotating drum with an oil-absorbing shell, a squeezing roller, a pipeline for collecting collected oil and floats, characterized in that a hollow shaft is placed inside the rotating drum, leaving the drum through a trunnion divided by a horizontal a partition into two sections, the upper section of the shaft having perforation, and the lower section made communicating with a slotted socket, the upper section at the outlet of the drum has a fitting for supplying single steam, and the lower section is a fitting for condensate drainage.