ES2243532T3 - Aparato o sistema para la contencion de derrames de hidrocarburos. - Google Patents

Abstract

Un aparato o sistema cuya función es contener hidrocarburos y sustancias similares que se encuentran flotando sobre la superficie de cualquier masa de agua, que consiste en un canal relativamente alargado definido por dos caras laterales (3, 4) y que divergen en dirección contraria desde un punto interior estrecho hasta formar una abertura más ancha. Este canal se puede desplazar mediante embarcaciones de remolque y está conformado de materiales no rígidos, y se caracteriza en que consta de una porción de canal que se ensancha en un extremo (1) situada entre las dos caras laterales que lo definen (3, 4), la estructura en forma de cuña (7) y un medio de recolección o separador (2) en el que el canal que se ensancha en un extremo (1), la estructura en forma de cuña (7) y el separador (2) están dispuestos secuencialmente uno detrás de otro de forma que se integran en unidades interconectadas (1, 7, 2) formando un "casco" continuo que consta de una cubierta de francobordo (12) y de dispositivoslongitudinales (5, 6) enganchados a las unidades (1, 7, 2) de dichos dispositivos de remolque (5, 6) de forma que las fuerzas de arrastre se cruzan en la zona trasera de la estructura en forma de cuña (7) en la dirección del arrastre.

Description

Aparato o sistema para la contención de derrames de hidrocarburos.

La presente invención se refiere a un aparato o sistema para la contención de derrames de hidrocarburos o productos similares tal como se revela en el preámbulo de la Reivindicación 1.

En la actualidad ya se conocen diferentes técnicas para contener vertidos de hidrocarburos cuando se encuentran flotando en la superficie de una masa de agua. La más común es la de instalar una barrera flotante dispuesta en forma de U o de J que sirve para contener el vertido para, a continuación, utilizar un dispositivo de filtrado y recogida por aspiración/succión o "skimmer" para recoger el petróleo que se acumulado en la parte posterior del barrera. Este sistema no es complicado y es relativamente barato. Las desventajas que presenta consisten en que el barrera flotante no se puede remolcar hacia delante a una velocidad que supere los 0.5-1 nudos porque la corriente arrastrará el petróleo a la masa de agua sobre la que flota la barrera.

En las zonas de mar abierto en las que prevalecen condiciones atmosféricas más extremas, se utiliza el llamado barrido en V. Esta técnica consiste en la utilización de una barrera corriente dispuesta en forma de V a la que se le ha incorporado una red en el fondo que sirve para estabilizar y dar forma a la barrera. El petróleo que se acumula en la parte posterior del sistema se extrae bombeándolo con un separador.

El proceso de contención se puede llevar a cabo a velocidades de 1 a 1.6 nudos antes de que la masa de petróleo sea arrastrada por debajo de la barrera. Sin embargo, esta velocidad sigue siendo demasiado lenta puesto que las corrientes marinas pueden alcanzar velocidades más altas en la mayoría de los casos. De forma adicional, el petróleo suele acumularse en las llamadas manchas dispersas de forma que el 90% de la masa de hidrocarburo se encuentra en el 10% de la zona. El movimiento entre las manchas dispersas provoca, a menudo, la pérdida del crudo debido a que el movimiento ocurre a velocidades por encima de la velocidad crítica.

La patente noruega 176066 revela un sistema de contención de crudo que utiliza la energía de la marea y tiene forma de canal relativamente alargado con un borde lateral y un borde definido sobre el que rompen las olas que contienen petróleo vertido y que se recogen en un receptáculo de almacenamiento. Esta patente revela que el canal alargado puede también tener incorporado un fondo y que el sistema se puede fabricar con materiales no rígidos. Sin embargo, durante los ensayos prácticos se descubrió que cuando el sistema se arrastra hacia adelante en el agua surgen graves problemas de estabilidad debido al a forma relativamente alargada del sistema, que, o bien tiende a hundirse en la masa de agua o a flotar. Se requieren por lo tanto ajustes considerables para permitir que el sistema funcione de forma satisfactoria a velocidades variables.

El objeto de la presente invención es eliminar los problemas que presentan los aparatos y sistemas ya conocidos.

Este objetivo se consigue mediante un aparato o sistema del tipo mencionado en la introducción, cuyas características se describen en la cláusula de caracterización o primera Reivindicación.

Si la diferencia de velocidad entre la capa de crudo y la capa de agua es mayor de 1 nudo aproximadamente, por lo general el petróleo se desplazará junto con el agua, por lo tanto el petróleo o los vertidos de petróleo pueden desaparecer bajo, por ejemplo una barrera flotante. La construcción de un túnel en forma de V, tal como se describe en la presente invención, hará posible que la masa de agua situada bajo la estructura se mueva a cierta velocidad a través del túnel en la abertura mientras que la superficie se ve empujada hacia arriba. El resultado es que el petróleo no se ve arrastrado bajo el túnel al estar expuesto a una diferencia de velocidad aceptable.

En el interior del separador, la mezcal de petróleo/agua permanecerá casi inmóvil debido a que la cantidad de líquido entrante es muy pequeña en comparación con el volumen total del separador.

Utilizando el aparato o sistema de acuerdo a la presente invención, el hidrocarburo se puede retirar de forma efectiva de la superficie del agua a una velocidad de 4 nudos, es decir, a una velocidad 400% veces mayor que la conseguida por cualquiera de las barreras flotantes conocidas convencionales (cuya velocidad de extracción es de 1 nudo), y a una velocidad 260% mayor que la conseguida por las barreras conocidas que se pueden utilizar a una velocidad de 1.5 nudos.

Entre las ventajas que se derivan de la presente invención se incluyen las siguientes:

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Se puede operar en aguas en las que se dan fuertes corrientes;

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Permite utilizar el mecanismo de barrera flotante con mayor eficiencia;

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Ofrece grandes ventajas en ríos en los que hay corrientes;

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Presenta mayor maniobrabilidad para las embarcaciones grúa, que pueden operar a mayor velocidad;

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El petróleo se concentra en el separador de forma que aumenta la eficiencia de bombas y skimmers;

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Toda la estructura es no-rígida, lo que significa que se puede enrollar para su almacenamiento en un carrete.

A continuación se describe la presente invención haciendo referencia a los planos y dibujos que la acompañan:

Figura 1 Es una ilustración esquemática de un recolector de petróleo que pone en práctica los principios de la invención;

Figura 2 Es una ilustración esquemática de los detalles de la estructura en forma de cuña de acuerdo al a presente invención;

Figura 3 Es una ilustración esquemática de detalles adicionales de la estructura en forma de cuña que se muestra en la Figura 2;

Figura 4 es una vista esquemática del recolector de petróleo visto desde la parte frontal; y

Figura 5 es una vista esquemática del lateral del recolector de petróleo.

El aparato o sistema de acuerdo a la presente invención está fabricado, esencialmente, de un material adecuado no rígido y flexible que permite su almacenaje enrollado en un carrete. Un ejemplo de material adecuado sería una plancha de material plástico robusto, resistente a los elementos y resistente al petróleo (y otras sustancias químicas). El aparato consiste en una sección de canal que se ensancha hacia su parte exterior 1, un dispositivo de recolección o sección de separación 2, y una sección en forma de cuña 7 que se encuentra entre las dos porciones anteriores.

La sección del canal 1 que se ensancha está configurada mediante dos caras que la definen lateralmente 3 y 4, y que se extienden desde al estructura en forma de cuña 7. Las caras 3 y 4 consisten en la cubierta de francobordo 12 y el faldón 13 y preferiblemente un fondo de entrada 8 tal como se puede ver, por ejemplo en la Figura 4. Además de formar una estructura divisoria, este fondo 8, que puede ser una red, sirve para mantener la forma de la sección 1 que se ensancha del canal y de la entrada al túnel 14 de la estructura en forma de cuña 7. La cubierta de francobordo 12 está normalmente lastrada vía presión de agua cuando el aparato o sistema se desplaza hacia delante, pero, si así se deseara se puede lastrar mediante otros medios adecuados (que no se muestran).

El recolector de petróleo está equipado con dispositivos de arrastre 5 y 6 a base de cuerdas, cables o mecanismos similares que están enganchados de la forma apropiada a las caras que definen los laterales del aparato 3 y 4, la estructura en forma de cuña 7 y el receptáculo recolector/separador 2. Los sistemas de arrastre 5 y 6 parten de la caras laterales 3 y 4, tienen una longitud opcional y ambos están, preferiblemente, equipados con una barrera flotante de las dimensiones adecuadas o enganchado a dicha barrera (no se muestra). En los extremos libres, los dispositivos 5 y 6, o de forma opcional, las barreras flotantes, se pueden enganchar a dispositivos adecuados de arrastre como podrían ser embarcaciones remolque.

El medio de acoplamiento entre los dispositivos 5 y 6 y el "casco recolector de petróleo" podría, por ejemplo, construirse mediante soldadura, costura (tipo remate "stitching in", "stitching on"), pegamento adhesivo, otras formas de acoplamiento adecuadas o una combinación de dos o tres de los métodos mencionados de acoplamiento. Lo importante es que cuando el recolector está siendo arrastrado, las fuerzas de arrastre se transfieran de tal forma que se obtenga la forma geométrica deseada del aparato. Este principio es de aplicación especialmente a la porción 1 del canal y la estructura en forma de cuña 7. Una característica esencial de la invención es que la estructura en forma de cuña 7 se conforma mediante los filos de planeo 9 y 10. Estos filos consisten en las porciones respectivas de los dispositivos de arrastre 5 y 6 asegurados en la zona de los bordes, y que se puede tornarse rígida mediante la transferencia de las fuerzas de arrastre al filo de planeo cuando el recolector 2 está siendo arrastrado. La profundidad óptima de planeo dependería, inter alia, en anticipar el grosor de la capa de petróleo, ya que la acción de planeo debería asegurar que todo el petróleo que no está sustancialmente mezclado con el agua se recoge. Este líquido se transfiere a continuación al recolector 2. La profundidad de planeo se puede ajustar corrigiendo la velocidad de arrastre, pero también se pueden incorporar métodos especiales de ajuste. Dichos métodos pueden consistir en un sistema auxiliar (que no se ilustra) conectado al canal de forma que permita lastrar el sistema.

Las Figuras 2 y 3 son ilustraciones esquemáticas de los detalles de la estructura en forma de cuña 7. La estructura 7 tiene configurado un túnel 14 con una entrada en la porción del canal 1, una salida 15 y una porción de techado 20. La porción de techado 20 está configurada con un retranqueo en forma de V en la que las patas del retranqueado forman los filos de planeo 9 y 10 que consisten en secciones de los dispositivos 5 y 6 asegurados en la parte del filo. Las flechas A y B ilustran respectivamente el flujo de entrada de la mezcla de agua/petróleo y el flujo de salida formado principalmente por agua. Un elemento esencial es que el área transversal de la salida 15 es más pequeña que el área transversal de la entrada. Esta configuración hace que cierta cantidad de agua sea presionada hacia arriba de forma que la superficie, donde se encuentra la mayor parte del crudo, sea levantada y llevada a través de la porción de techado 20 hasta llegar al separador 2.

En la zona del techado en forma de cuña 20 a la altura, o preferiblemente inmediatamente aguas abajo de la punta del retranqueo en forma de V, o en el punto de intersección entre los dispositivos 5 y 6 o 9 y 10 se puede situar el borde de una cuña (que no se muestra) que levante el flujo de petróleo durante la transferencia hacia la porción del recolector/separador 2 y que puede también actuar a modo de barrera auxiliar para contener el reflujo de petróleo durante las interrupciones en el proceso de arrastre del recolector de crudo.

El medio de recolección/separación 2, está configurado en forma de receptáculo provisto de una cubierta de francobordo 12 y de una bolsa de fondo 11. Si así se deseara, la cubierta de francobordo 12, al igual que la porción del canal que se ensancha hacia afuera, se puede lastrar utilizando el relleno adecuado. Se pueden suministrar las secciones auxiliares 16 y 17 en conexión con los bordes de la cubierta de francobordo que sirvan de enganche a los dispositivos de arrastre 5 y 6, tal como se indica en la Figura 1. Además, la bolsa de fondo 11 está equipada con una trampilla de suelo o inferior. La trampilla de suelo 18 puede ser una lengüeta dispuesta sobre una abertura que puede estar equipada o reforzada con una porción de material de red en el fondo de la misma bolsa. En el borde frontal, la trampilla 18 está conectada de forma adecuada al fondo de la bolsa 11, de acuerdo a las condiciones de uso a las que se vea expuesta, como pueden ser el arrastre a diferentes velocidades o las paradas prolongadas.

En el fondo de la bolsa se pueden situar uno o dos tipos de lastre, por ejemplo cable de arrastre o un material similar (que no se muestra), que asegure la inmersión o lastrado adecuado de la bolsa, especialmente cuando el sistema está inmóvil para prevenir que flote el fondo.

El medio de recolección/separación 2 funciona como un tanque de almacenamiento intermedio, desde el que se puede retirar el petróleo mediante, por ejemplo, una o dos bombas o dos embarcaciones skimmer provistas del equipo adecuado para este tipo de operaciones.

Como se ha indicado en la introducción, el aparato o sistema de acuerdo a la presente invención, está configurado a base de materiales no rígidos. La cubierta de francobordo 12 está hecha de secciones de material textil. Estas secciones están conformadas en cuerpos básicamente cilíndricos conectados o integrados entre sí de manera que se configuran en forma de "casco", tal como se muestra esquemáticamente en la Figura 1. Los cilindros son inflables y están rellenos de un medio adecuado como por ejemplo aire u otro tipo de gas adecuado, espuma u otro material más o menos sólido y de fácil manejo que resulte adecuado al propósito del sistema.

Cuando el aparato se utiliza para contener un vertido de petróleo y otras sustancias contaminantes que se encuentren flotando en la superficie de una masa de agua, se arrastra, preferiblemente integrado o conectado a barreras flotantes convencionales mediante los dispositivos de arrastre 5, 6 que se aseguran a por ejemplo, dos embarcaciones remolque.

Las embarcaciones remolque se maniobran de forma que las barreras flotantes y las caras que definen los laterales 3, 4 forman una abertura en abanico y la propulsión del aparato fuerza la mancha de hidrocarburo hacia la abertura convergente de la porción que se ensancha del canal 1. La red instalada en la entrada 8 permite la entrada de agua ligeramente contaminada mientras que el hidrocarburo vertido pasa a la estructura en forma de cuña 7 provista del túnel en forma de cuña 14 y los filos de planeo 9, 10. Como ya se ha mencionado, estos filos aseguran que el crudo o hidrocarburo vertido "planee" o se deslice en dirección al tanque de recolección 2, como indica la flecha C en la Figura 5. El tanque de recolección 2 sirve de punto de almacenamiento y retirada intermedio. El agua/líquido menos contaminado sale a través de la abertura del túnel 15.

La presión que ejerce la velocidad de propulsión o a la velocidad de remolque sobre el agua hace que ésta suba en dirección al túnel 14, lo que en combinación con la presión de propulsión, hace que el nivel de líquido en el separador/colector 2 sea superior a la superficie del agua, como indica el número de referencia 19 en la Figura 5. Puesto que el aceite es más ligero que el agua, las gotas de aceite mezcladas en la masa de agua se elevan con considerable rapidez a la superficie del líquido contenido en el separador/colector 2. La superelevación 19, combinada con el hecho de la profundidad en el separador/colector 2 es grande en relación con la capa de hidrocarburo fuerza hacia afuera solamente el líquido no contaminado, o ligeramente contaminado, que se expele a través de la trampilla 18 practicada en el fondo 11 del separador 2 tal como indica la flecha D.

Cuando el sistema se desplaza hacia adelante a una velocidad de por ejemplo 4 nudos, crea una presión que se ejerce sobre el borde frontal del fondo no rígido 11 del separador 2 haciendo que éste se vea empujado hacia atrás y hacia arriba, de forma que el fondo se verá presionado hacia adentro si la abertura en la trampilla 18 del fondo es demasiado grande y el agua contenida en el separador 2 es empujada hacia fuera fácilmente. Sin embargo cuando a la trampilla 18 se ajusta mediante un mecanismo de válvula de estrangulación en la proporción adecuada, el fondo 11, debido a la superelevación 19 y por lo tanto a la presión interna del líquido más elevada, se estirará con fuerza hacia fuera y se comportará como una estructura rígida, como por ejemplo el acero. A continuación se describe un ejemplo específico: a una superelevación 19 de 30 cm, desde la que el fondo 11 se visualiza con forma de salchicha con un radio de 1.9 m, la presión que se ejerce sobre el material textil es de unos 550 kg/m. Esta estructura rígida se comportará como el casco de una embarcación al surcar la masa de agua, y crea condiciones de calma para el hidrocarburo que se encuentra en el interior del separador/colector 2.

La cantidad de hidrocarburo/agua que entre en el separador 2 determina la magnitud de la superelevación 19 y la cantidad de agua que sale a través de la trampilla 18 practicada en el fondo del dispositivo. A medida que aumenta la velocidad a la que se remolca el sistema, la cantidad de líquido entrante aumenta así como la presión ejercida contra la cara exterior del fondo 11. Siempre que la abertura de salida de la trampilla 18 esté correctamente ajustada, la superelevación seguirá aumentando. Por lo tanto, la presión interna dentro del separador 2 se prolonga mantenidamente. Este ajuste se realiza empíricamente ajustando la abertura de salida, es decir, la zona de salida de la trampilla 18 y la abertura de la trampilla misma. La trampilla 18 y el fondo 11 van provistas de medios (que no se muestran) como cuerdas elásticas cuya función es la de ajustar la abertura y que permiten cerrar casi por completo la trampilla 18 cuando el sistema está estacionario, y abrirlo con la abertura deseada/requerida cuando se le está remolcando como consecuencia de la influencia del aumento de presión que resulta de la superelevación 19, de la fuerza opuesta que se produce como resultado de la presión que ejerce la corriente contra la trampilla 18, y de la fuerza que ejercen los dispositivos de ajuste elásticos. La Figura 5 muestra la abertura de la trampilla del fondo 18 en dos posiciones.

La transferencia de las fuerzas de arrastre y el diseño de los medios de recolección o del separador 2 para asegurar que se obtiene la superelevación suelen ser suficientes para asegurara que el aparato mantiene la forma deseada durante la operación para la que está diseñado (en movimiento o inmóvil). Sin embargo, el sistema se puede reforzar si así de desea con medios que pueden/deben ser sencillos de instalar y desinstalar.

Claims (9)

1. Un aparato o sistema cuya función es contener hidrocarburos y sustancias similares que se encuentran flotando sobre la superficie de cualquier masa de agua, que consiste en un canal relativamente alargado definido por dos caras laterales (3, 4) y que divergen en dirección contraria desde un punto interior estrecho hasta formar una abertura más ancha. Este canal se puede desplazar mediante embarcaciones de remolque y está conformado de materiales no rígidos, y se caracteriza en que consta de una porción de canal que se ensancha en un extremo (1) situada entre las dos caras laterales que lo definen (3, 4), la estructura en forma de cuña (7) y un medio de recolección o separador (2) en el que el canal que se ensancha en un extremo (1), la estructura en forma de cuña (7) y el separador (2) están dispuestos secuencialmente uno detrás de otro de forma que se integran en unidades interconectadas (1, 7, 2) formando un "casco" continuo que consta de una cubierta de francobordo (12) y de dispositivos longitudinales (5, 6) enganchados a las unidades (1, 7, 2) de dichos dispositivos de remolque (5, 6) de forma que las fuerzas de arrastre se cruzan en la zona trasera de la estructura en forma de cuña (7) en la dirección del arrastre.

2. El aparato tal como se describe en la Reivindicación 1 se caracteriza en que la unión entre los dispositivos de arrastre (5, 6) y las unidades (1, 7, 2) se asegura mediante soldadura, técnicas de rematado "stitching-in", "stitching-on", pegamento adhesivo, mediante dispositivos de enganche y acoplamiento adecuados o mediante la combinación de uno o más métodos de enganche de forma que cuando el aparato está siendo remolcado las fuerzas de arrastre se transfieran de forma que el aparato adquiera la configuración geométrica deseada.

3. Un aparato como el descrito en las Reivindicaciones 1 o 2 que se caracteriza en que la estructura en forma de cuña (7) está provista de una porción de techado (20) que tiene una zona retranqueada en forma de V cuyas patas forman los filos de planeo (9, 10) que a su vez consisten en porciones de los dispositivos de arrastre (5, 6) asegurados en la zona del borde y que forman una intersección con dichos filos de planeo (9, 10) y que adquieren rigidez a partir de las fuerzas de arrastre que se transfieren a los filos de planeo cuando el aparato (2) está siendo remolcado.

4. Un aparato como el descrito en la Reivindicación 3 que se caracteriza en que la estructura en forma de cuña (7) forma un túnel (14) provisto de una entrada definida en el fondo de la estructura en forma de cuña (7), paredes laterales de una altura equivalente a la del faldón (13), y la porción de techado (20) provista de una porción retranqueada en forma de V, y una salida (15) situada debajo de los filos de planeo (9, 10) y, aproximadamente, en el punto de intersección, y donde la zona transversal de la salida (15) es mas pequeña que el área transversal de la entrada.

5. Un aparato como el descrito en la Reivindicación 4, que se caracteriza en que la profundidad de planeo se puede ajustar mediante el ajuste de la velocidad de remolque o en que los medios de ajuste se pueden incorporar en calidad de, por ejemplo, un sistema auxiliar conectado a la estructura en forma de cuña (7) de forma que es posible lastrar el sistema.

6. Un aparato como el descrito en las Reivindicaciones de la 1 a la 5 que se caracteriza en que la herramienta de recogida o separador (2) está configurada en forma de receptáculo provisto de una cubierta de francobordo (12) y una bolsa de fondo (11) equipada con una trampilla inferior (18) cuya abertura se puede regular de la posición de cerrado a abierto, y a la que las fuerzas de arrastre durante el remolcado hacen que el líquido se deslice o "planee" por encima o que se recoja en el separador (2) a un nivel por encima del nivel de la superficie del agua que se encuentra fuera del separador (2) de forma que se forma un exceso de presión en el interior de la bolsa que la mantiene en una posición estirada.

7. Un aparato como el descrito en la Reivindicación 6 que se caracteriza en que la trampilla inferior (18) está diseñada en forma de lengüeta dispuesta sobre una abertura que se puede equipar o reforzar con tela de red instalada en el fondo de la bolsa (11) misma.

8. Un aparato como el descrito en las Reivindicaciones 6 o 7 que se caracteriza en que la parte frontal de la trampilla inferior (18) está acoplado de manera adecuada al fondo del a bolsa (11), y se puede ajustar mediante uno o más dispositivos elásticos, como por ejemplo cordones elásticos que se pueden incorporar preferiblemente para adaptar el cierre/abertura de la trampilla inferior (18) y por lo tanto el fondo de la bolsa (11) en consonancia con las condiciones de uso como pueden ser el arrastre a diversas velocidades o la posición estacionaria.

9. Un aparato como el descrito en la Reivindicación 8 que se caracteriza en que se puede incorporar lastre en el fondo del a bolsa (11), por ejemplo, uno o más cables de arrastre o dispositivos similares que aseguran la adecuada inmersión o lastrado de la bolsa, especialmente cuando el sistema se encuentra en posición estacionaria, y que ofrece la opción de que ocasionalmente también se pueda lastrar la cubierta de francobordo (12) con ayuda de los medios adecuados.