книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Рабочие органы скиммеров могут меняться, со­ ответственно изменяется и тип нефтесборщиков. Существует большое разнообразие разработанных схем; основные из них представлены на рис. 4.2.

Различные рабочие органы скиммеров (барабаны, диски, щетки и др.) могут выполняться в виде сор­ бирующих элементов.

делятся на самоходные, устанавливаемые стацио­ нарно, буксируемые и переносные, устанавливаемые на различных плавсредствах (навесные).

Общим для всех нефтесборщиков является наличие в их конструкции нефтезаборного узла, насоса, привода и энергоузла, а также комплекта соединительных шлангов и других комплектующих.

Данные конструктивные элементы могут быть в составе нефтесборщиков полностью раздель­ ными и автономными, что позволяет осуществлять транспортировку данного оборудования по пере­ сеченной местности и быструю замену вышедших из эксплуатации узлов, а также использовать насосное оборудование, входящее в состав нефте­ сборщиков, не только для сбора нефти, но и для перекачки нефтепродуктов. Масса отдельных ком­ плектующих не превышает 60 кг. За рубежом чаще выпускают нефтесборщики с объединенным на­ сосно-приводным энергоузлом и отдельным нефте­ заборным или нефтесборным узлом, объединен­ ным с насосом, и отдельным энергоприводным узлом, что обеспечивает более высокий уровень компактности оборудования при транспортировке, но значительно увеличивает его массу (до 80150 кг).

Устройства адгезионного типа

Принцип работы устройств адгезионного типа основан на свойстве нефти налипать на некоторые материалы, которые в то же время не смачиваются или плохо смачиваются водой. К таким материа­ лам относятся алюминиевые сплавы и некоторые типы пластмасс.

Адгезионные нефтесборщики имеют высокий коэффициент эффективной подачи по нефти, поэтому эффективно работают на относительно тонких нефтяных пятнах. Наиболее эффективны такие нефтесборщики при сборе легких сырых нефтей, хотя конкретные особенности зависят непосредственно от материалов и форм рабочих органов устройств.

Плавающая нефть налипает на поверхность вращающегося полупогружного барабана, набора дисков или бесконечной конвейерной ленты, извле­ кается из воды, а затем при помощи плотно прижа­ того скребка соскабливается в сборные емкости. Эффективность работы таких устройств определя­ ется толщиной нефтяной пленки, налипающей на единицу длины барабана или ленты, и скоростью их вращения. При этом достигается малая обвод­ ненность собираемой нефти или нефтепродукта, благодаря чему не требуются отстойные емкости и сепараторы.

Для начала работы адгезионных нефтесбор­ щиков необходим первичный контакт нефтяной пленки с нефтезаборным узлом данного оборудо­ вания. В состав нефтезаборного узла входят под­ вижные элементы (барабаны, диски, ленты и др.), которые, как правило, гидрофобны и легко смачи­ ваются углеводородными жидкостями. При дви­ жении подвижного элемента нефтяная пленка смачивает его поверхность и поднимается выше уровня воды, откуда впоследствии удаляется посредством специальных приспособлений (нефте­ съемных пластин, барабанов и др.). Собранные таким образом нефтяные загрязнения, отделенные от воды, по лоткам направляются в зону откачки. Активные нефтесборщики предназначены для сбора нефтезагрязнений с поверхности водохра­ нилищ, рек, озер, прудов, непроточных водоемов, болот, технологических водоемов и резервуаров. Для нефтесборщиков данного класса характерно небольшое содержание воды в собранных нефте­ продуктах — до 5-10 %.

Барабанные (роторные) нефтесборщики.

В барабанных (роторных) нефтесборщиках преду­ смотрено наличие подвижных одиночных или попарно расположенных роторов, вращение кото­ рых осуществляется по направлению друг к другу. Данные барабаны одновременно выполняют роль поплавков. Поверхность барабанов гидрофобна, рабочий орган изготавливается из тех же мате­ риалов, что и диски у дисковых нефтесборщиков: стали, алюминия и полимеров. Поверхность может быть твердой (съем нефтепродуктов осуществля­ ется скребками), пористой (отвод нефтезагрязнения из внутренней полости роторов производится методом откачки) либо иметь сорбционные реге­ нерируемые покрытия (например, методом от­ жима). Подача данных нефтесборщиков находится

Рис. 4.4. Влияние температуры / и толщины пленки h на подачу алюминиевых барабанов

при сборе смазочного масла HydroCal 300:

1 — / = 10 °С, Л = 10 мм, гладкий барабан; 2 — то же, гофрированный барабан; 3 — / = 10 °С, И = 25 мм, гладкий барабан; 4 — то же, гофрированный барабан; 5 — / = 25 °С, Л = 10 мм, гладкий барабан; 6 — то же, гофрированный барабан; 7 — / = 25 °С, h = 25 мм, гладкий барабан;

8 — то же, гофрированный барабан

Рис. 4.5. Зависимость подачи алюминиевых барабанов от типа топлива и толщины пленки при температуре 10 °С:

1— ДТ, Л = 25 мм, гладкий барабан; 2 — то же, гофрированный барабан; 3 — HydroCal 300, h = 10 мм, гладкий барабан; 4 — то же, гофрированный барабан; 5 — HydroCal 300, h = 25 мм, гладкий барабан;

6 — то же, гофрированный барабан; 7 — Endicott, h - 10 мм, гладкий барабан; 8 — то же, гофрированный барабан;

9 — Endicott, И = 25 мм, гладкий барабан:

10 — то же, гофрированный барабан

Рис. 4.8. Зависимость эффективности барабанов от материала и типа собираемого нефтепродукта:

1 — неопреновый гладкий барабан, Endicott; 2 — то же, HydroCal 300; 3 — неопреновый гофрированный барабан, Endicott; 4 — то же, HydroCal 300; 5 — алюминиевый гладкий барабан, Endicott; 6 — то же, HydroCal 300;

7— алюминиевый гофрированный барабан, Endicott;

8 — то же, HydroCal 300

Зависимости на рис. 4.4-4.8 получены при сле­ дующих условиях:

• толщина пленок нефти и нефтепродуктов — 10, 25 и 50 мм;

• скорость вращения барабана — 30, 40

и70 об/мин;

•температура воздуха — 10 и 25 °С;

•материал поверхности барабана — алюминий, полиэтилен, полипропилен, неопрен, полиэтиле­ новый эластомер (полихлоросульфат) Hypalon;

•поверхность барабана — гладкая или гофри­ рованная.

Эффективная подача считалась для нефти после удаления свободной воды. Температура окружаю­ щей среды составляла от 25 до 30 °С. На рисунках видно, что разница эффективной подачи гладких барабанов с покрытиями из различных материалов составляет приблизительно 20 %. Различие между гладкими и гофрированными барабанами намного более существенно. Было показано, что гофриро­ ванные барабаны собирали нефти более чем в 2 раза больше, чем гладкие. Небольшое уменьшение эффективной подачи при 70 об/мин объясняется более высоким количеством свободной воды, со­ бранной барабанами, что уменьшает количество собранной чистой нефти.

При толщине нефтяного пятна 25 мм гофриро­ ванные барабаны собирали количество воды, сопо­ ставимое с количеством воды, собираемым глад­ кими барабанами. Разница в результатах была вызвана разным количеством образовавшейся эмуль­ сии в образцах собираемой нефти. Содержание воды в собранной нефти составляло порядка 8 %. Отмечено, что смазочное масло HydroCal 300 об­ разовывало эмульсию легко и имело большее со­ держание воды, чем нефть Endicott, что влияло на эффективную подачу.

Определено, что использование гофрированного барабана может увеличить эффективность сбора на 100-200%. Гофрированный барабан был эффек­ тивным даже при сборе ДТ, сбор которого барабан­ ными нефтесборщиками считается неэффективным вследствие низкой вязкости топлива.

Правильный выбор материала поверхности бара­ бана может увеличить эффективность на 20 %.

Эффективность сбора значительно зависит от типа нефтепродукта и прямо пропорциональна вязкости нефти. Эффективность сбора нефтей малой и сред­ ней вязкости обратно пропорциональна темпера­ туре. Вязкость нефти значительно увеличивается при понижении температуры, приводя к налипанию на барабан более толстых нефтяных пленок.

Толщина нефтяного пятна имеет существенное влияние на эффективность сбора нефтепродуктов с поверхности воды. Уменьшение толщины пятна нефти с 25 до 10 мм приводит к снижению эффек­ тивной подачи в 2-3 раза. Увеличение толщины слоя нефти с 25 до 50 мм, напротив, эффективную подачу не увеличивает. Количество собранной сво­ бодной воды для пленки толщиной 10 мм больше, чем для пленки толщиной 25 или 50 мм.

Таблица 4.1

Свойства различных типов топлива

Скорость вращения барабана оказывает значи­ тельное влияние на эффективность сбора. Для использовавшегося в испытаниях нефтесборщика и проверенных барабанов наиболее эффективной оказалась скорость вращения 40 об/мин. При увели­ чении скорости вращения наблюдалось увеличение сбора свободной воды.

Технические характеристики некоторых бара­ банных нефтесборщиков приведены в табл. 4.2.

Дисковые нефтесборщики. Дисковые нефте­ сборщики являются одним из основных типов адгезионных нефтесборщиков. Они представляют собой нефтезаборное устройство и ряд вращаю­ щихся дисков, конфигурация которых может быть самой разнообразной — от округлых до звездчатых и тороидальных. Диски обычно изготавливаются из поливинилхлорида, стали или алюминия. Они наиболее эффективны для сбора легких сырых нефтей, неплохо работают при волнении, наличии водной растительности или в ледовых условиях. Суммарная площадь дисков намного превышает контактную площадь поверхности роторных и ленточных нефтесборщиков. Диаметр дисков, выполненных из металла, полиэтилена, полипро­ пилена, фторопласта и других гидрофобных мате­

риалов, составляет от 100 до 500 мм, расстояние между дисками — от 20 до 100 мм.

При контакте вращающихся дисков с водной поверхностью, загрязненной нефтепродуктами (рис. 4.9), происходит сорбирование нефтяной пленки на поверхности дисков и подъем ее выше уровня воды. Сбор нефтепродуктов с дисков осуществляют несъемные скребки. Откачка производится с помо­ щью пневматических, гидравлических и электроприводных насосов.

Отличительной особенностью дисковых нефте­ сборщиков является высокий уровень стабильности их работы в условиях повышенного волнения. Дис­ ковые нефтесборщики обладают значительной пло­ щадью контакта с нефтяной пленкой и имеют более высокую подачу по сравнению с другими активными нефтесборщиками. При сборе тонких пленок с поверхности воды может быть обеспечена подача в пределах от 5 до 100 м3/ч. Глубина осадки — от 80 до 500 мм, что обусловливает возможность применения данных нефтесборщиков на мелководье.

В отличие от барабанных, удельная подача поверхности дисковых нефтесобирающих элементов мало зависит от толщины пленки нефти на поверх­ ности воды и частоты их вращения.

Большинство ленточных нефтесборщиков рабо­ тает, забирая нефтепродукты из воды напрямую. При этом нефтепродукты отгоняются от приемного узла нефтесборщика, поэтому для эффективной работы необходимо подводить к нему собираемые нефтепродукты или создавать траление аппарата на пятно нефти. Для решения этой проблемы пред­ ложены конструкции с использованием пористых рабочих органов ленточного нефтесборщика, а также ленточные нефтесборщики с обратным вращением ленты, когда нефть забирается из-под воды (рис. 4.13).

Ленточные нефтесборщики предназначены в ос­ новном для сбора тяжелых нефтей. Обычно это громоздкие конструкции. Часто их устанавливают на специализированных судах.

Трос-швабры. Трос-швабры удаляют нефть при помощи одного или двух длинных полимерных тросов с отходящими от них волокнами, которые проводятся в слое нефтепродукта от вращающихся роликов до заякоренного шкива. Другие конст­ рукции предусматривают ряды небольших кана­ тов, которые проходят по водной поверхности и движутся относительно тела нефтесборщика.

Наиболее эффективно применение тросшвабры для сбора нефтей со средней вязкостью при волнении или в условиях разливов нефти во льдах (при наличии осколков льда).

Трос-швабры имеют различные размеры и конст­ руктивное исполнение. Для них характерно нали­ чие подвижных кольцевых ершей, выполненных из гидрофобных синтетических материалов, и узла, приводящего в движение данный ерш. Узел, приво­ дящий в движение ерш, располагают, как правило, в береговой зоне или на борту судна, а ерш — не­ посредственно на поверхности воды. Вследствие этого данные нефтесборщики максимально устой­ чивы к воздействию волны. Сорбируемые на по­ верхности ершей нефтепродукты, поднимаясь над поверхностью воды, отделяются от последней ме­ тодом отжима или прохождением ершей через специальные кольцевые скребки. Откачку нефте­ продуктов производят гидравлическими или электроприводными насосами. В условиях непроточ­ ных технологических водоемов посредством спе­ циальных направляющих роликов кольцевым ершам при необходимости придается горизонталь­ ная направленность движения (рис. 4.14). При этом наряду со сбором нефтепродуктов выполняется концентрирующая функция. Подача ершовых

нефтесборщиков составляет от 1,5 до 770 м3/ч. Минимальный размер погружения ершей в воду

— от 15 до 40 мм.

Зависимость относительной подачи сбора нефти от толщины нефтяной пленки для тросшвабры приведена на рис. 4.15.

Отличие нефтесборщиков с сорбирующими эле­ ментами заключается в использовании дополни­ тельных материалов, которым свойственно хорошо впитывать нефть (нефтефильность) и плохо впиты­ вать воду (гидрофобность). Такими материалами являются эластичные пенопласты на основе поли­ уретана, полипропиленовое волокно, текстильные, шерстяные и бумажные ленты, пропитанные спе­ циальными составами, и др.

Рис. 4.13. Принцип действия ленточного скиммера с обратным направлением вращения ленты:

I — сборная емкость; 2 — накопительная емкость;

3 — прижимные ролики; 4 — откачка к месту хранения; 5 — нефтяное пятно; б — направление движения аппарата

Рис. 4.14. Принцип действия трос-швабры:

1 — накопительная емкость; 2 — прижимные ролики;

3 — гидрофобный трос;

4 — заякоренный хвостовик; 5 — нефтяное пятно

Толщина пленки, мм

Рис. 4.15. Зависимости относительной подачи (/, 2) сбора нефти и содержания свободной воды (2, 4)

в собранной жидкости от толщины нефтяной пленки для трос-швабры диаметром 300 мм при скоростях ее перемещения 12 м/мин (сплошные линии)

и 27,5 м/мин (штриховые)

Проходя через слой нефтяных загрязнений, абсорбирующий материал впитывает нефть и далее пропускается через валки, которые ее отжимают. Нефть с незначительным обводнением стекает

всборник.

Кпреимуществам устройств этого типа отно­ сятся невысокая чувствительность к сорту нефти, незначительное количество собираемой совместно

снефтью воды, возможность сбора нефти на мелководье, в затонах, при наличии густых водо­ рослей и др.

Недостатки — некоторая сложность установки

ипереналадки системы тросов, сравнительно быстрый износ абсорбирующего материала, огра­ ниченные возможности сбора нефти по состоянию моря (при волнении до 1,5 баллов).

Технические характеристики некоторых нефте­ сборщиков, использующих трос-швабры, приве­ дены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

MOPPET Электрический

ОМ140 Электрический / дизель / пневматический / гидравлический

ОМ240 Тоже

ОМ260 Дизель / гидравлический

Скиммеры гравитационного типа

Пороговые нефтесборщики. Для нефтесборщи­ ков данного типа характерным является повышен­ ное содержание воды в откачиваемой водонефтя­ ной смеси, которое может достигать 10-40 %. Перемещение нефтяной пленки к нефтесборному узлу осуществляется пассивно, вместе с поверхно­ стным слоем воды. Движение поверхностного слоя воды к нефтесборщику может быть обуслов­ лено непосредственно током движения воды в водо­ еме или создаваться искусственно за счет откачки этого слоя.

зону накопления нефтепродуктов и нерегули­ руемую нефтепереливную стенку. Под действием перемещения водных масс нефтяная пленка кон­ центрируется у данной стенки. Если слой нефте­ продуктов выше данной стенки, происходит пере­ ливание в сборный резервуар, откуда их откачи­ вают с помощью насосного оборудования (рис. 4.16). Данная конструкция нефтезаборных устройств определяет неустойчивость их работы в условиях повышенного волнения водной поверхности.