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

Нефтесборщики с вихревой воронкой. Уст­ ройства с вихревой воронкой подчиняются зако­ нам движения жидкостей в гидроциклоне, но ба­ зируются на других принципах закручивания по­ тока. Устройства для образования большого числа микровихрей предполагают закручивание естест­ венного потока на специальных решетках и других конструкциях.

Нефтепродукты всасываются вместе с поверх­ ностным слоем воды, поэтому, как правило, в со­ став устройств входят приемно-разделительные емкости. В данных емкостях происходит разделе­ ние фаз с возвратом воды в водоемы. Однако

вотличие от пассивных нефтесборщиков, в связи

сотсутствием активного перемешивания при транспортировке в шлангах сбрасываемые воды имеют минимальный уровень загрязнения и не оказывают существенного влияния на общий уро­ вень загрязнения водоемов. Активные вихревые нефтесборщики имеют привод, расположенный на поплавках, посредством которого приводят в дей­

ствие ротационное колесо, создающее всасываю­ щую воронку, захватывающую поверхностную нефтя­ ную пленку и подающую ее в зону отсоса. При этом сбор нефтепродуктов происходит с захватом поверхностного слоя воды. Откачку водонефтяной смеси производят вакуумным или эжекционным способом в приемно-разделительную емкость. Дан­ ные нефтесборщики имеют незначительный уро­ вень осадки, поэтому их активно применяют в мелко­ водных непроточных водоемах, технологических резервуарах. Подача составляет от 10 до 15 м3/ч, осадка— 170-200 мм.

Гидроциклонные нефтесборщики. Принцип их действия заключается в использовании центро­ бежных сил для разделения двух несмешивающихся жидкостей с различными плотностями. Как известно, динамика разделения несмешивающихся жидкостей, находящихся в состоянии циркуляции, подчиняется функциональным зависимостям, опре­ деляемым квадратом угловой скорости частиц жидкости.

Сбор с помощью гидродинамических устройств (с использованием центробежных сил), например, гидроциклона, основан на разделении смеси нефти и воды вследствие разности их плотностей. Сте­ пень разделения зависит от дисперсности водо­ нефтяной эмульсии, скорости вращения и времени пребывания жидкой смеси в аппарате. Данные устройства обычно используются для первичного разделения фаз с последующей доочисткой воды. Чем выше частота вращения потока, тем эффектив­ нее разделение. Это значит, что устройства вих­ ревого типа при равной подаче имеют меньшие габаритные размеры, чем устройства, основанные на принципе гравитационного отстоя. Другие пре­ имущества вихревых нефтесборных устройств:

•сравнительно устойчивый процесс сбора нефти при колебаниях уровня воды (волнении);

•подтягивание пленки нефти к нефтесборному органу с некоторого расстояния.

Кнедостаткам устройств гидроциклонного типа можно отнести следующие:

•чувствительность к засорению мусором;

•малая ширина захвата;

•невозможность совместной работы с БЗ, т. к. минимальная скорость их перемещения превышает критическую скорость буксировки бонов.

Вак уум н ы е неф тесборщ ики

Активные вакуумные нефтесборщики состоят из вакуумного насоса, приемно-разделительной емкости и нефтезаборного устройства щелевого типа (рис. 4.17).

Могут поставляться как в раздельной компоновке — вакуумные головки, так и в скомпонованном виде — силовая установка, вакуумный насос, приемно­ разделительная емкость и нефтезаборное устрой­ ство. Нефтесборщики приспособлены к работе в прибрежных зонах рек, болотах для сбора наи­ более вязких загрязнений с большим содержа­ нием механических примесей. Наличие приемно­ разделительной емкости обеспечивает отделение нефтепродуктов от водной фазы и их раздельную откачку. Подача вакуумных нефтесборщиков состав­ ляет от 30 до 40 м3/ч. Для вариантов нефтесбор­ щиков с плавающими нефтезаборными узлами глубина осадки составляет от 20 до 30 мм.

Всасывание нефти производится с помощью вакуумных насосов, мотопомпы, вакуумной авто­ цистерны или переносного вакуум-баллона. Из­ вестно несколько видов конструкций простых ручных приспособлений, в которых для приема нефти использован принцип пылесоса.

Вакуумные (или всасывающие) нефтесборщики используют вакуум или небольшой перепад дав­ ления, чтобы удалить нефть с водной поверхности. Часто нефтесборщик — это только небольшая водная часть устройства, связанная с внешним источником вакуума типа вакуумного грузовика. Головка нефтесборщика — это расширение на конце шланга, находящееся на плаву.

Всасывающие нефтесборщики подобны поро­ говым нефтесборщикам, только используют внеш­ нюю вакуумную систему и приспособлены, чтобы

плавать на водной поверхности. Они имеют те же проблемы, что и пороговые нефтесборщики, т. е. склонны к засорению мусором и льдом, в резуль­ тате чего может прекратиться нефтяной поток и повредиться насос. Данные нефтесборщики плохо приспособлены для работы при волнении, когда коэффициент эффективной подачи по нефти резко снижается и возможны срывы подачи при попада­ нии воздуха.

Несмотря на недостатки, всасывающие нефте­ сборщики являются самыми экономичными. Ком­

пактность делает их особенно полезными в неглу­ боких малых водоемах и в ограниченных местах. Лучше всего они работают в спокойной воде с тол­ стыми пленками нефтепродуктов при отсутствии мусора. Технические характеристики некоторых вакуумных нефтесборщиков с плавающими голов­ ками приведены в табл. 4.8.

Основные характеристики по подаче и напору зависят от привода вакуумной головки и могут изменяться в широких пределах. Основные данные по вакуумным установкам представлены в гл. 5

Таблица 4.8

Общие рекомендации и закономерности работы нефтесборщиков

Неподвижные скиммеры, т. е. устройства, кото­ рые не подлежат буксировке и не относятся к числу самоходных средств, обычно применяются в пре­ делах локализующих бонов, где может быть достиг­ нута максимальная толщина слоя нефти.

При эксплуатации скиммеров необходимо учи­ тывать следующие особенности:

• для эффективной эксплуатации скиммеров, в которых применяются относительно сложные механические системы сбора нефти, например системы с вращающимися или движущимися меха­ низмами, требуется привлечение опытного оператора;

• скиммеры с центробежными насосами могут смешивать нефть и воду с образованием эмульсий, которые трудно поддаются разделению, что уве­

личивает объем жидкости, подлежащей транс­ портировке;

• скиммеры со шнековыми насосами можно использовать для сбора нефти высокой вязкости,

атакже мусора;

•пороговые скиммеры собирают значительное количество воды, особенно при эксплуатации

вусловиях волнения;

•пороговые скиммеры наилучшим образом работают с нефтяными пятнами большой толщины

вспокойной воде;

•все скиммеры захватывают вместе с нефтя­ ной пленкой определенное количество воды, что требует отделения нефти от воды в собранной жидкости;

•для безопасного и эффективного проведения работ в ночное время требуются прожекторы,

обеспечивающие достаточное освещение места выполнения работ.

Естественно, нефтесборщики могут быть спро­ ектированы для любой желательной подачи нефти, особенно для относительно текучих нефтей, однако фактические характеристики будут ограничиваться количеством нефти, поступающим по фронту нефте­ сборного устройства. Тот факт, что один из нефте­ сборщиков собирает больше нефти, чем некоторые другие, например при ее вязкости порядка 1000 сСт, еще ни о чем не говорит. Наиболее важ­ ным является изменение характеристик в зависи­ мости от изменения вязкости собираемого продук­ та. Когда изучили это явление, то стало ясно, что дисковые нефтесборщики отказывают уже при вяз­ кости более 104 сСт и только бесконечная конвей­ ерная лента и грейфер продолжают хорошо рабо­ тать, причем даже с увеличением подачи вплоть до вязкости 105 сСт. Фактическая подача конвей­ ерной ленты может быть выше, чем у грейфера, вплоть до 106 сСт в силу конструктивных возмож­ ностей, а также того, что конвейер собирает нефть в непрерывном режиме и может быть установлен на перемещающейся платформе (плавсредстве). В ре­ зультате увеличивается количество поступающей по фронту нефти. Грейфер же используется в дис­ кретном режиме с неподвижной платформы.

И наконец, когда нефть затвердевает, грейфер, естественно, несмотря на низкую подачу, стано­ вится фактически наилучшим средством, по­ скольку все остальные средства просто перестают действовать. Следует отметить также, что устрой­ ства всасывающего типа имеют низкие характери­ стики и по многим показателям являются наихуд­ шими, поскольку перестают действовать при вяз­ кости около 7500 сСт.

Внастоящее время, кроме грейферных устройств,

спомощью которых перегружают затвердевшую нефть, собираемую с поверхности моря в откры­ тую баржу либо другой открытый сверху резер­ вуар, применяют специальные насосы в сочетании

сподходящими для этой цели нефтесборщиками. Эффективность в этом случае зависит практически только от возможностей насоса по перекачиванию собираемого продукта.

Пытаясь повысить подачу насоса, некоторые конструкторы монтируют его непосредственно на нефтесборном органе таким образом, что он рабо­ тает в режиме погружного насоса и перекачивает нефть на судно. Этот путь имеет определенные

преимущества по сравнению с вариантом установки насоса на палубе судна. Однако установка насоса

обычно действуют с платформы. Они обладают большой массой и значительными линейными размерами по отношению к длине волны. В резуль­ тате такие устройства малоэффективны при волнении.

Во многих случаях подача нефтесборщиков напрямую зависит не только от высоты волн, но и от их длины. Например, вблизи скал, а также на акваториях портов и бухт, где наблюдается неод­

(наложения) накатывающих и отходящих волн (портовая толчея), эффективность нефтесборщиков значительно снижается (рис. 4.18 и 4.19).

Как видно из рисунков, для всех типов нефте­ сборщиков характерна зависимость основных характеристик от высоты волн. Графики полу­ чены эмпирическим путем и носят квадратичный характер.

Рис. 4.18. Изменение подачи нефтесборщиков

взависимости от высоты волн и условии применения:

/и2 —типичный скиммер (применяемый при волнении) соответственно при портовой толчее и нормальном волнении; 3 и 4 — среднее для скиммеров соответственно при портовой толчее и нормальном волнении

Изменение показателей работы нефтесборщи­ ков также наблюдается в зависимости от скорости траления (натекания) (рис. 4.20). Зачастую при уве­ личении скорости траления увеличивается подача нефтесборщиков. Это связано с увеличением коли­ чества натекающей нефти, по крайней мере, до той скорости, при которой подача нефтесборщика не превышает заложенной при разработке.

Необходимо помнить, что эффективная подача при увеличении скорости траления (как и течения) снижается вследствие изменения динамического взаимодействия натекающего потока с рабочими органами нефтесборщика.

Основные показатели различных нефтесбор­ щиков представлены в табл. 4.9-4.11.

Оценки по некоторым критериям не зависят от размера скиммера, в то время как по другим кри­ териям они прямо пропорциональны его размеру. Например, дисковые скиммеры при наличии мусора

Высота волн, м

Рис. 4.19. Усредненная зависимость эффективности сбора нефти от высоты волн:

1 — пороговый нефтесборщик; 2 —то же, с регулируемым порогом; 3 —ленточный нефтесборщик; 4 —трос-швабра; 5 — среднее для нефтесборщиков

имеют плохие рабочие характеристики, но высо­ кую эффективность сбора (захват малого количества воды) независимо от размера диска или скиммера. При этом скорость сбора и возможность использо­ вания в открытых акваториях сильно зависят от размера скиммера. Пользователям следует учиты­ вать, что номинальная скорость сбора нефти ским­ мерами достигается редко из-за трудностей, свя­ занных с изменением условий, например из-за убывающей концентрации слоев нефти.

Для наиболее эффективного использования пред­ ставленных данных по оборудованию для механи­ ческого сбора нефти и нефтепродуктов с водной поверхности предлагается пошаговая стратегия выбора скиммеров (табл. 4.12). Огромное разнообразие пред­ ставленных на рынке устройств, в которых вопло­ щены различные принципы и схемы, оставляет широ­ кое пространство для технолога и предполагает много­ вариантное решение задачи подбора оборудования.

Скорость течения или траления, м/с

Рис. 4.20. Усредненная зависимость подачи нефтесборщиков и бонов в зависимости от скорости траления (течения):

/ —высокоскоростной нефтесборщик; 2 — суданефтесборщики; 3 —среднее для нефтесборщиков

Таблица 4.11

Подача, м3/ч До 30

До 15

80-100 До 45 До 30 До 30

12-16 До 40

10-30

5-25

5-25 До Ю До 10

—

«Aqua-Guard»

«Vikoma»

«Abanaki»

RBS40 DIW-Brush

RBS-25 DIW

RBS-40 DIW

RBS-50 DIW

RBS-100 DIW

Sea Devil

Komara Star

Komara 20

Mini Fasflo

Kebab 1500

Delta

Fasflo

Cascade LP3000

Seaskimmer 50

Komara 40

Grease Grabber

Mighty Mini SST