NO20093049A1 - Separatorlense - Google Patents

Abstract

Oljelense med et langstrakt flytelegeme som bærer et skjørt som henger ned i sjøen som barriere mot forurensning på overflata av vannet. Lensa er innrettet for å kunne slepes i hesteskoform etter endene, for oppsamling av forurensning og særlig olje. Lensa er videre utformet slik at det i den indre delen av lensa oppstår forhold som medfører oppkonsentrering av oljen, fortrinnsvis slik at det oppstår en virvelbevegelse i vannet i det indre av lensa.

Description

Foreliggende patentsøknad angår ei oljelense, og bruk av denne for å samle opp oljesøl, i samsvar med innledende del av patentkrav 1.

Bakgrunn

Det er tidligere kjent en rekke forskjellige framgangsmåter for å samle opp olje fra ei vannoverflate. Det mest vanlige er å sette ut ei lense, hvor en separat skimmer benyttes for å fjerne oljen som samles bakerst i lensa. Ulempen med denne typen lenser er at de ikke kan taues forover med høy hastighet, siden oljen blir revet ned i vannmassene som går under lensa. En annen ulempe med kjente lenser er at skimmeren som skal ta opp oljen i overflata av havet, ofte tar opp mye vann samtidig, og av og til også mye luft. Oljekonsentrasjonen er rett og slett for liten, og havet for urolig slik at innløpet til skimmeren av og til ligger over havoverflata.

De fleste kjente lenser er utformet for å konsentrere og ta opp oljeflak som flyter på sjøen, dvs. oljen er ikke blandet med vann og ligger som et flak oppå vannet. Eksempler på kjente lenser som er innrettet på å ta opp oljesøl i høy relativhastighet er Ocean Buster fra NOFI og Norlense Aktiv oljetrål. Imidlertid tyder erfaringer på at oppbryting av oljeflaket (dannelse av oljedråper) begynner allerede ved strømfart over ca 0,5 m/s (1 knop), i forhold til oljen, eller når bølgene bryter. Det er altså grunn til å anta at det allerede ved frisk bris vil oppstå en viss oppbryting av flytende olje, og at oppbrytingen vil tilta medøkende bølgehøyde. Se f.eks. Gerald A.L Delvigne: "Natural Dispersion of Oil by Differet Sources of Turbulence" Joint Oil Spill Conf. 1993, page 415 - 419 for mer informasjon. Erfaring tilsier at ved en bølgehøyde over 3 m, vil vanligvis all olje være brutt opp til dråper (naturlig dispergert), slik at forsøk på oppsamling med dagens lenser ikke lenger vil ha hensikt.

Formål

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å framskaffe ei oljelense som er i stand til å konsentrere og overføre oljesøl til en ekstern enhet, under alle vær- og strøm-forhold. Videre er det et formål at lensa skal utformes slik at den lett kan slepes gjennom vannet. Et ytterligere formål er at lensa skal kunne transporteres raskt til skadestedet, kunne rulles og settes ut samt tas inn raskt av et minimalt antall personer.

Oppfinnelsen

Formålet nås med ei oljelense i samsvar med den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Lensa i samsvar med foreliggende oppfinnelse er utformet som ei konvensjonell oljelense, idet den skal ha et rørformet flytelegeme og ved underkanten av dette skal det være festet et skjørt. Den skal ha en gitt utstrekning, og skal fortrinnsvis trekkes av minst ett fartøy på tradisjonell måte. Den skal videre være framstilt av et mykt, selvoppblåsende materiale slik at den kan rulles på trommel for oppbevaring og utsetting. I en særlig fordelaktig utførelse er lensa utformet i samsvar med norsk patent 316457, idet den har en bunn som spennes opp ved behov.

Lensa i samsvar med foreliggende oppfinnelse er utformet for å samle dispergert olje, og å oppkonsentrere denne før en blanding av olje og vann pumpes over på en følgebåt. Lensa er følgelig utformet slik at det i den indre delen av lensa oppstår forhold som medfører en oppkonsentrering av oljen, fortrinnsvis en virvel bevege I se og mer foretrukket en syklon-bevegelse. I en fordelaktig utførelse er lensa dessuten utformet med midler for å fremme en koalisjon av oljedråpene, for øke andelen olje. I en alternativ utførelse er lensa også utformet med midler for å skape flotasjon, og dermed oppkonsentrere oljen ytterligere.

Lensa er forsynt med en ekstra lensedel, dvs. et ekstra flytelegeme med skjørt som rager et

stykke ned i sjøen. Den ekstra lensedelen strekker seg over deler av åpningen av lensa, og blir i det følgende omtalt som ei åpningslense. Åpningslensa medfører at åpningen til det indre av lensa blir asymmetrisk. Det er videre fordelaktig dersom åpningslensa strekker seg et stykke mot bunnen av lensa, men det indre av lenseformasjonen skal ikke være delt i ulike rom. På denne måten vil vannet som strømmer inn i lensa gjennom den asymmetriske åpningen, strømme ned til bunnen av lensa og deretter oppover igjen og inn i den lomma som på to sider dannes av åpningslensa og som på den siste siden dannes av selve lensa. Det vil dermed oppstå en virvelbevegelse i vannet, og en separasjon vil forekomme. I de tilfeller vannet får stor fart vil det oppstå en syklon og vannet vil slynges ut, mens oljen blir oppkonsentrert i midten. I de tilfeller vannet ikke får tilstrekkelig hastighet til at en slik syklon oppstår, vil oljen oppkonsentreres i de roligste partiene i lomma, som oftest i ytterkantene.

Det kan også være utforminger hvor det er mest hensiktsmessig å benytte to åpningslenser som strekker seg mot hverandre, idet hver åpningslense er festet til hver side av ledelensa, og det vil oppstå to separate virvelbevegelser med påfølgende separasjoner. Mindre temporære virvler i systemet vil også kunne være med å konsentrere oljedråper og bringe dem i kontakt slik at de slår seg sammen til større dråper (koalesens). Ved bruk av mer enn ei åpningslense kan åpningen til det indre av lensa være symmetrisk.

Åpningslensa skal være festet til ledelensa på en slik måte at den skal kunne spennes opp ved behov. Når åpningslensa ikke er spent opp, er den lagret (henger passiv) langs et bein av ledelensa, og resten av lensa vil fungere som en konvensjonell oljelense. Når åpningslensa spennes opp vil den stenge av deler av åpningen til det indre av lensa, og det vil oppstå en virvelbevegelse i vannet som strømmer i lensa. For å sikre at åpningslensa forblir i ønsket posisjon, til tross for sterk strøm i

vannet, er det en fordel at den forankres til det motsatte beinet av der den er festet. Dette kan gjøres på mange måter, hvilket vil være opplagt for en fagmann.

For å ytterligere avhjelpe separasjonen, er lensa forsynt med en bunn, som vil skape to lag i vannet, et øvre som fanges opp i lensa, og et nedre som ikke berøres av lensa. Det vannet som fanges opp av lensa vil få lavere eller motsatt hastighet enn det frittstående nedenforliggende vannet. Oljen som ligger i den delen av vannet som kommer under bunnen vil ikke fanges opp av lensa. Bunnen kan være utformet på mange ulike måter, men mest fordelaktig er den utformet som et nett, eller av bånd eller lignende, og dessuten slik at den kan settes opp eller fjernes ved behov på samme måte som i norsk patent NO 316457.1 de fleste tilfeller er bunnen plassert bare i det indre av lensa, f.eks. slik at den dekker hele det indre av lensa, og at vannet kommer inn over bunnen idet det passerer mellom åpningslensa og selve ledelensa.

For å oppnå best separasjon, er det en fordel at strømningene i det indre av lensa blir så laminære som mulig. Det kan derfor være fordelaktig dersom den ytre delen av bunnen, dvs. nært innløpet til det indre av lensa, er utformet med forholdsvis store hull, og at bunnen som dekker det innerste av lensa er utformet med små hull. Dermed vil mye av vannet som kommer inn i lensa strømme ut igjen, mens den øverste delen av vannet, som inneholder de største mengdene olje, vil strømme inn i det indre av lensa. Dette kan løses på mange måter, et alternativ er å la åpningslensa ha en separat bunn som er noe mer finmasket enn bunnen i selve ledelensa. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er bunnen tilknyttet åpningslensa også utformet slik at den kan spennes opp etter at åpningslensa er på plass.

Overgangen til bunnen, dvs. den delen av bunnen som deler vannet i to lag, blir presset nedover når lensa dras framover. For å kompensere for denne bevegelsen er overgangen i kjente løsninger utformet med f.eks. flyteorganer. I foreliggende oppfinnelse er imidlertid overgangen hydraulisk glatt og utformet ovalt med den butte enden framover. Dette medfører at vannet deles i to lag, og at det øverste laget føres til det indre av lensa. I en annen utførelse er overgangen i tillegg utformet med bøyer for å holde overgangen til bunnen på et gitt nivå. Det er også mulig å benytte trykkfølere som registrerer trykkendring og deretter endrer posisjon på overgangen. Nok en løsning for å holde overgangen på et gitt nivå kan være å feste bunnen til en slange som deretter pumpes opp slik at den blir stiv og hard.

I det indre av lensa er det plassert minst en uttaksanordning som pumper en oppkonsentrert blanding av olje og vann, og eventuelt luft, vekk fra lensa og over i en følgebåt. Uttaksanordningen kan med fordel være en tradisjonell skimmer. I en foretrukket utførelse er denne følgebåten et av fartøyene som trekker lensa, og i et slikt tilfelle kan røret fra uttaksanordningen til følgebåten plasseres inne i flytelegemet på lensa. Uttaksanordningen skal plasseres i det området hvor oljekonsentrasjonen er størst, og i de tilfeller det oppstår en sterk virvelbevegelse tilsvarende en syklon inne i lomma i det indre av lensa, er det nært sentrum av virvelbevegelsen, og fortrinnsvis under overflata.

For å ytterligere øke andelen olje som blir fjernet fra vannet, kan både lomma og bunnen være forsynt med koalesens-elementer. Disse vil få oljedråpene som er dispergert i vannet til å koalisere og derved danne større oljedråper. Koalesens-elementene kan være ethvert element som er egnet for formålet, og har stor overflate. Elementene kan være festet til bunnen i lensa, eller de kan være festet til selve åpningslensa. Det kan også tenkes utførelser hvor elementene er festet både til åpningslensa og til selve lensa, men det er lite fordelaktig å ha en fast forbindelse mellom lensene utover innfestingen av åpningslensa, da det vil redusere dynamikken, og det er fare for strekk som kan medføre skader på systemet. I en særlig fordelaktig utførelse er lomma forsynt med et lokk, og det kan være festet koalesens-elementer til dette lokket.

Koalesenselementene har dessuten en ytterligere funksjon, idet de skal roe strømningene inne i lensa, slik at naturlig oppdrift av olje fremmes, og at mekanisk blanding av olje og vann unngås. Oljelaget på koalesenselementene bygges opp til det skalles av dråper p.g.a. oppdriftsforskjell mellom olje og vann eller fordi de rives (skylles av) av elementet på grunn av hastighet i vannet eller at elementene beveger seg. Ethvert element med en oleofil overflate eller som gis en slik overflate med et belegg (f. eks silikonolje) kan benyttes, og det finnes mange ulike produkter på markedet, f.eks. av polypropylen eller polyuretan, hvilket vil være kjent for en fagperson. Et foretrukket element er imidlertid Foxtail av polypropylen. Foxtail er vanligvis framstilt av polypropylenfiber, fordi disse fibrene er slitesterke, varig oleofile og har om lag samme tetthet som vann (synker i olje og flyter akkurat i sjøvann). Foxtail omfatter små enheter som er forbundet til hverandre, ofte i en mopp-lignende struktur, slik at den totale overflaten blir svært stor.

Som nevnt ovenfor er en foretrukket løsning utformet med et lokk over lomma i det indre av lensa. Det er forbundet til åpningslensa og har en tetthet som er marginalt høyere enn sjøvann. Dette lokket hindrer at vann som slås mot utsiden av åpningslensa kommer inn i det indre av lensa og forårsaker tubulent strømning der.

For ytterligere å bedre andelen olje i olje/vann dispersjonen som pumpes opp, kan ledelensa og/eller åpningslensa være forsynt med midler for å besørge flotasjon. Det kan f.eks. være plassert et perforert rør i nedre ende av skjørtet på lensa, hvoretter luft/gass eller lignende pumpes inn i røret, og små bobler strømmer ut i vannet. Oljedråper vil feste seg på boblene og stige til overflata. Det kan også tenkes løsninger hvor det benyttes en væske mettet med gass, fordi løst-gass-flotasjon gir mange små luftbobler med stor total overflate, hvilket er fordelaktig. Flotasjonen kan med fordel starte tidlig i lensa, dvs. hele ledelensa kan være forsynt med flotasjonsutstyr, ikke bare den delen som utgjør en del av lomma. Bunnen og overgangen til bunnen kan også med fordel være forsynt med flotasjons-utstyr.

Et annet fordelaktig alternativ er å benytte skum for flotasjon. Skum har enormt stor overflate, og har dessuten den fordelen at det kan bære med seg kjemikalier som fremmer festing av oljedråper på overflaten. I tillegg kan det ha en vis dempende effekt på kappilærbølger. Skummet kan frigjøres på mange måter hvilket vil være opplagt for en fagmann på området, men i en fordelaktig utførelse fremstilles det i dyser på en slange som er festet til nedre del av skjørtet på lensa. Slangen er fylt med en overflateaktiv løsning som er mettet med gass (luft, C02) på liknende måte som barberskum på boks eller brannskum.

Eksempel

Oppfinnelsen vil i det følgende beskrives med henvisning til figurer, hvor figur 1 viser lensa i bruk, trukket av to fartøy, før åpningslensa aktiveres,

figur 2 viser lensa i figur 1, etter at åpningslensa er aktivert, og

figur 3 viser et vertikalt snitt av ei åpningslense, med koalesens-elementer.

I figur 1 er det vist en konvensjonell oljelense omfattende ei ledelense 1 slept etter to fartøy (ikke vist) slik at den får en U-form. Lensa er videre utformet med en bunn 2, og i det viste tilfellet er det en overgang 3 til bunnen for å unngå turbulent strømning inne i det indre av lensa. Langs det ene beinet av ledelensa, er lensa i samsvar med foreliggende oppfinnelse videre utformet med ei åpningslense 4.1 utførelsen vist i figur 1, er ikke åpningslensa spent opp, og lensa fungerer derfor som en konvensjonell oljelense med bunn.

I figur 2 er lensa i figur 1 vist, med åpningslensa 4 oppspent. Den strekker seg over deler av åpningen i lensa slik at det dannes en asymmetrisk inngang til det indre av lensa, og videre et stykke mot det indre lensa, slik at det oppstår ei lomme 5. Til åpningslensa er det festet et antall koalesenselement, 6 og lomma vil følgelig være fylt av dem. Når fartøyene trekker ledelensa framover, vil vannet deles ved overgangen 3 i en nedre og en øvre del. Den øvre delen vil føres inn til det indre av lensa, og på grunn av formen til åpningslensa 4, vil det oppstå en virvelbevegelse i vannet, idet det runder enden av åpningslensa, og kommer inn i lomma. I den delen av lensa hvor oljekonsentrasjonen er størst, plasseres en uttaks-enhet 7, f.eks. en konvensjonell skimmer.

I figur 3 er det vist et vertikalt snitt av åpningslensa 4, idet koalesens-elementer 6 er festet både til flytelegemet 8 og skjørtet 9. Koalesens-elementene 6 har i den foretrukne viste utførelsen en lengdeutstrekning og er festet til flytelegemet 4 og skjørtet på en slik måte at de vil strekke seg bakover etter flytelegemet/skjørtet, og dermed fylle hele lomma av lensa. Den nedre kanten av skjørtet er videre forsynt med et perforert rør 10, hvor en gass kan føres i de tilfeller det erønskelig å benytte flotasjon.

Claims (1)

1. Oljelense med et langstrakt flytelegeme som bærer et skjørt som henger ned i sjøen som barriere mot forurensning på overflata av vannet, idet lensa er innrettet for å kunne slepes i hesteskoform etter endene, for oppsamling av forurensning, særlig dispergert olje,karakterisertved at lensa er utformet slik at det i den indre delen av lensa oppstår forhold som medfører oppkonsentrering av forurensningen, og ved at i det minste deler av det indre av lensa er forsynt med midler for koalesens av oljedråper.

2. Oljelense i samsvar med krav 1,karakterisert vedat den indre delen av lensa er forsynt med en uttaksanordning for fjerning av den oppkonsentrerte oljen.

3. Oljelense i samsvar med krav 1 eller 2,karakterisert vedat lensa er utført med en ekstra lensedel omfattende et flytelegeme og et skjørt som henger ned i sjøen, idet den ekstra delen strekker seg i det minste over deler av åpningen til det indre av lensa.

4. Oljelense i samsvar med krav 3,karakterisert vedat midlene for koalesens er festet til den ekstra lensedelen.

5. Oljelense i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat det indre av lensa er forsynt med en bunn.

6. Oljelense i samsvar med krav 5,karakterisert vedat bunnen er anordnet slik at vannet som strømmer inn i lensa deles i to, idet den øverste delen føres over bunnen og videre inn i det indre av lensa.

8. Oljelense i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat deler av det indre av lensa er forsynt med et lokk.

9. Oljelense i samsvar med et av de foregående krav,karakterisert vedat ledelensa og/eller den ekstra lensedelen er forsynt med midler for å besørge flotasjon.

10. Oljelense i samsvar med krav 9,karakterisert vedat perforerte rør er anordnet ved en nedre del av lensa, og ved at luft og/eller gass, mettet væske, skum eller lignende midler føres i dette røret for å besørge flotasjon.