NO340323B1 - System for innsamling av forurensning som flyter på vann - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr benyttet for innsamling og opphenting av forurensning fra sjøvann, og nærmere bestemt et system for lagring av innsamlet forurensning og separasjon av forurensningen slik som oljesøl og lignende fra vannet.

Bakgrunn

Oljesøl blir ofte innsamlet fra vann ved hjelp av en V-formet oljebom kombinert med en skimmer tauet bak et fartøy. Ved spissen av skimmerdelen av oljebommen er det installert en innsamlingspose for det innhentede oljesølet. Mengden oljesøl som kan samles inn i posen er normalt avhengig av tauehastigheten til fartøyet, hvilket bestemmer hvor mye oljesøl som løftes over det normale vannivået. Imidlertid må en oljebom tauet med en hastighet som er lav nok til å hindre forurensning fra å bli blandet inn i vannet. Dispergert olje vil lett slippe ut under bommen. Nårtauingen opphører, vil oljesølet også normalt lett unnslippe fra posen.

NO 315 619 beskriver et slikt system. Ved spissen av oljebommen er det en fleksibel åpen beholder eller posen som virker som et basseng for innsamlet olje. Ved inngangen til posen er det en avsmalnende tunnel som øker vanntrykket og løfter vannivået. Slik blir oljesølet løftet inn i posen. Vannet slippes ut gjennom en bunnventil, mens oljesølet fanges i posen.

Et kjent problem med slike systemer for innsamling av oljesøl er at tykkelsen av oljelaget inne i posen, når posen er åpen for å drenere ut vann, avhenger av tetthetsforskjellen mellom olje og vann og høyden i forhold til vannlinjen ved utløpet av oljebommen som posen er koblet til. Høyden avhenger av hastigheten som systemet taues med. Foreksempel med en konvensjonell råolje fra Nordsjøen som har en tetthet på 0,8 g/cm<3>og med en relativ strømningshastighet mellom olje og vann på omtrent 2 knop (1 m/s), vil den maksimale eller største tykkelse av oljen inne i posen være omtrent 20-25 cm. Et annet kjent problem er at ved å forsyne olje og vann direkte til innsamlingsposen, vil det frembringes turbulens og en frontbølge mellom oljen og vannet inne i posen. Dette hindrer den ønskede separasjon mellom olje og vann og gjør at bare et lite volum av posen er tilgjengelig for lagring av olje.

Fra WO2013/106681 er det kjent et rent passivt system for innsamling av oljesøl, hvor et antall sammenkjedede lenser og beholdere flyter fritt i vannet forankret til havbunnen. Oljesøl flyter inn i lensene via enveis åpninger og går/skvalper etter hvert inn i beholderne.

Fra US5073261 er det kjent en beholder for å separere og lagre olje og vann. Beholderen omfatter flere skilleplater som definerer et innløpskammer og flere etterfølgende intermediære kamre. Kamrene kommuniserer via åpninger nederst på hver skilleplate. I teksten understrekes det at man skal prøve å unngå turbulens i innløpskammeret, slik at olje begynner å separeres allerede her. Åpningene i skilleveggene er dimensjonert slik at man unngår turbulens også i de etterfølgende kamrene. Dette systemet er avhengig av ei pumpe for å bringe oljesølet inn i det første kammeret, og kan heller ikke håndtere tyktflytende forurensning.

Annen kjent teknikk fremgår av US5478480, US6341920, N0773442, US4381994, GB2074887 og WO2011/037479.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system for innsamling av forurensning som flyter på vann, hvor mengden av innsamlet forurensning er nær uavhengig av tetthetsforskjellen mellom forurensning og vann og/eller tauehastigheten til systemet.

Det er en annen hensikt ved oppfinnelsen å tilveiebringe et system som er sikkert og ikke vil tillate innsamlet forurensning å unnslippe selv om beholderen kobles fra oljebommen, eller i tilfellet tauehastigheten til systemet for innsamling av oljesøl blir redusert til null.

Disse hensikter oppfylles av et system som definert i de vedføyde krav.

Nærmere bestemt omfatter systemet en V-formet oljebom for tauing bak et fartøy, hvor den åpne enden av oljebommen er innrettet til å samle inn forurensning og konsentrere forurensningen ved en spiss ende av denne, og hvor det ved den spisse enden er en kanal som fører direkte til en beholder, idet beholderen omfatter en øvre vegg, en nedre vegg, sidevegger, en innløpsseksjon og en endeseksjon, hvor en delevegg plassert inne i beholderen nær innløpsseksjonen deler beholderen i en innløpsdel og en indre del, med en spalte mellom deleveggen og den nedre veggen som tillater fluider å passere deleveggen, og et utløp plassert i den nedre veggen i den indre delen av beholderen. Dette arrangementet vil dispergere forurensningen inn i vannet. Dispersjonen vil lett flyte under deleveggen for å bli fanget inne i beholderen. Dette er i motsetning til tidligere kjente fremgangsmåter som avhenger av å bruke en plate til å skumme av forurensningen fra vannet. Ifølge forskjellige utførelser av oppfinnelsen kan deleveggen være vertikal eller vinklet, festet til den øvre veggen og sideveggene, eller hengslet til den øvre veggen.

Beholderen kan også inkludere en perforert slange langs den øvre veggen, idet slangen føres ut av beholderen og til en posisjon over vannlinjen. Slangen hindrer luft fra å samles opp i beholderen. Slik innfanget luft vil senke kapasiteten til beholderen.

Beholderen bør fortrinnsvis inkludere et innløpsrør med en konisk kobling for å forbinde den til en oljebom. Dette arrangementet tillater en full beholder å frigjøres fra oljebommen, og å erstattes med en tom beholder. Den fulle beholderen kan da samles opp fra sjøen av et annet fartøy.

I en annen utførelse kan beholderen inkludere en nivåmåler for å detektere nivået av forurensning inne i nevnte beholder, idet nivåmåleren er innrettet til å utstede et varselsignal når beholderen er fylt til et forhåndsbestemt nivå. Hensikten med dette arrangementet er å unngå at beholderen blir overfylt. Hvis beholderen blir for full, vil forurensningen strømme rett igjennom.

Beholderen kan også inkludere minst ett koalesererelement i det indre av beholderen, idet elementet fortrinnsvis inkluderer polypropylensplittfibre som kan være faste til deleveggen. Et slikt koalesenselement vil øke hastigheten av separasjonen av forurensning fra vann, hvilket betyr at oppholdstiden i beholderen blir minsket, hvilket igjen tillater beholderen å utformes mer kompakt.

Beholderen kan også ha et dobbelt skrog for å hindre lekkasje av innsamlet forurensning hvis det ytre stoffet blir punktert ved et uhell.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj, bare som et eksempel, med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor:

Figur 1 viser et tverrsnitt av en utførelse av beholderen ifølge oppfinnelsen,

Figur 2 er et perspektivbilde av beholderen i figur 1, og

Figur 3 viser beholderen installert i et system for innsamling av oljesøl.

Detaljert beskrivelse

Figur 3 illustrerer den beregnede bruk av det oppfinneriske systemet. Figuren viser en oljebom (oljetrål) 15 som skal taues bak et fartøy (ikke vist). Den åpne enden av oljebommen vil samle inn forurensning som flyter på vannet, slik som oljesøl, og konsentrere forurensningen i spissen. Bommen 15 smalner mot en smal kanal ved spissen. På den andre enden av kanalen er det en beholder 1 for innsamling av forurensning/oljesøl.

Oljesølet innsamlet av oljebommen vil ha en ganske høy viskositet, i området 100-2000 cP. Hvis vannet blir emulgert inn i oljen, kan den tilsynelatende viskositeten nå 300 000 cP målt ved en skjærhastighet av 1 sek"<1>. Legg merke til at uttrykkene oljesøl og forurensning som benyttes her kan være enhver fluid, blanding av fluider eller emulsjon av fluid i vann eller vann i fluid, som har en tetthet lavere enn vannet og er ikke blandbar med vann. Olje kan bety alt fra tynn olje, slik som diesel, som flyter på vannet til klumper av nær fast olje, som kan inkorporere faste stoffer slik som sand/grus/granulerte materialer eller absorberende materialer.

Beholderen 15 er vist i detalj i figur 1 og 2. Beholderen inkluderer sidevegger 10, 11 og nedre og øvre vegger 4, 5. Endene av beholderen inkluderer avsmalnende seksjoner. Ved den fremre enden av beholderen er den avsmalnende seksjonen terminert i et innløpsrør 2. Innløpsrøret 2 kan være terminert i en konisk koblingsring, for tilknytning til en motsvarende koblingsinnretning på oljebommen. Ved den bakre enden av beholderen (som sett i taueretningen) er det en avsmalnende seksjon 6 som lukker beholderen.

Inne i beholderen er det en deleplate 6 nær innløpsrøret 2 og en åpning med et utløpsrør 7 nær den bakre enden av beholderen. Deleplaten 8 kan være festet til veggene i beholderen med en spalte 9 nær bunnen. Deleveggen 8 kan være vertikal eller den kan være vinklet som vist i figurene. Platen deler beholderen inn i en innløpsdel, oppstrømsplaten og en indre del nedstrøms platen.

Beholderen kan være konstruert med stive vegger, for eksempel fra et fiberforsterket plastmateriale, men er fortrinnsvis laget av et fleksibelt materiale som tillater beholderen å legges fullstendig sammen for lagring. Beholderen kan også ha et dobbelt skrog for å hindre lekkasje av innsamlet forurensning hvis det ytre stoffet punkteres ved et uhell.

Når en blanding av olje og vann kommer inn i beholderen gjennom innløpsrøret, vil den bli tvunget som en olje i vann-dispersjon til å strømme ned langs deleplaten, i kanalen mellom deleplaten og den fremre veggen 4, og entre det indre kammeret. Når mindre enn omtrent 20%-30% oljesøl er dispergert i vannet, vil dispersjonen oppnå en viskositet nær viskositeten til vannet alene (1 cP). Dette betyr at forurensningen vil strømme lett under deleveggen og bli fanget i det indre kammeret. For å oppnå denne effekten må hastigheten til vannet i innløpsseksjonen generelt overskride 1 knop. Da blir det dannet bølger i kontakten mellom olje og vann som dispergerer (blander) oljen inn i vannet. Teknisk sett, for at systemet skal arbeide effektivt, bør hastigheten til fluidene i kanalen mellom deleplaten og beholderens vegg overskride termineringshastigheten til oljedråpene i vannet.

Når dispersjonen har passert under deleplaten og kommet inn i det indre kammeret, blir strømningsarealet vesentlig forstørret, hastigheten til oljen vil bli senket og turbulensen minsket. Dette betyr at den lineære hastigheten til dispersjonen blir redusert under termineringshastigheten til oljedråpene. Oljen/forurensningen vil derfor begynne å separere og samle seg på toppen av vannet og bli fanget mellom veggene i beholderen, det underliggende vannet og deleplaten. Deleplaten hindrer oljen fra å strømme tilbake gjennom innløpsrøret.

Utløpet av beholderen er arrangert under vannlinjen ved bunnen av beholderen, fortrinnsvis nær den bakre seksjonen. Utløpet kan være en fast åpning, eller et kontrollerbart (lukkbart) utløpsmiddel arrangert i utløpsrøret. Arealet til utløpet bør være lik med eller fortrinnsvis større enn det minste arealet av innløpsdelen av beholderen; dette betyr enten selve innløpet eller arealet av åpningen inn i det indre kammeret under deleplaten. Når arealet av utløpet er større, vil strømningen gjennom utløpet ha lik eller lavere hastighet enn strømningen gjennom innløpet.

Når den er kommet inn i den indre delen med dens rolige forhold, vil oljen separere fra vannet. For å øke hastigheten av separasjonen av olje og vann, kan det installeres oleofine koalesenselementer inne i beholderen. Koalesenselementene bør fortrinnsvis være festet til deleplaten på siden motsatt innløpet. Elementene kan også festes til et nett eller ramme arrangert mellom deleplaten og bunnen av beholderen, idet elementene strekker seg bakover sammenfallende med vannstrømningen. Koalesenselementene bør ha en oleofil overflate idet et egnet materiale er polypropylenfibre.

Inne i beholderen, bak deleplaten, vil forurensningen separere fra vannet, bli fanget av veggene (og platen) og sakte fylle beholderen. Ettersom utløpet av beholderen er i den nedre delen, og fortrinnsvis ved bunnen, vil bare vann dreneres ut. Når beholderen blir fylt, vil overflaten av vannet synke inntil det er på nivå med utløpet. Da er beholderen full, og forurensning som kommer inn i beholderen vil strømme ut igjen.

En nivåmåler 13 kan installeres i det indre kammeret. Nivåmåleren vil faktisk måle nivået av olje-vann-grensesnittet. Måleren er innrettet til å sende ut et varselsignal hvis oljenivået overskrider en forhåndsbestemt verdi, dvs når beholderen er full. Varselsignalet kan realiseres som et optisk signal utsendt av en lampe montert på toppen av beholderen, eller som et trådløst signal sendt til en innretning på tauefartøyet eller på et medfølgende fartøy eller til en mobiltelefon.

Hvis oljebommen taues ved hastigheter over omtrent 1 knop, vil luft også lett bli dispergert inne i vannet og bli samlet bak deleplaten. Dette betyr at beholderen vil flyte høyt i sjøen og redusere den effektive innsamlingskapasiteten til beholderen. Beholderen vil også være mer eksponert for bølger i den omgivende sjøen. For å hindre denne effekten, har det blitt tilveiebrakt en perforert slange 16 fra den øvre delen av beholderen til forbindelsen til oljebommen. Denne luftkanalen drenerer ut innfanget luft fra beholderen. I tilfellet beholderen er laget av et fleksibelt materiale, kan slangen eller dreneringskanalen realiseres som en langstrakt lomme som leder luft fra det indre kammeret til beholderens innløp. Inne i lommen er det et tau (ikke vist) som hindrer at lommen klapper sammen. Tauet er festet i T-flipper ved hver ende av lommen.

En full beholder kan monteres av oljebommen og forlates flytende i sjøen for innsamling av et annet fartøy. Når beholderen frigjøres fra oljebommen, er det viktig at det innsamlede oljesølet forblir inne i beholderen. Dette er særlig viktig når det benyttes en fleksibel beholder, som skal løftes om bord i et annet fartøy. Beholderen er innrettet til å unngå oljesøl fra beholderen under denne operasjonen, med deleplaten som hindrer tilbakestrømning og ved at vannutløpet er lokalisert ved bunnen av beholderen. Imidlertid kan sikkerheten mot tap av olje forbedres ved flere midler. For eksempel kan deleplaten være innrettet som en roterbar vinge hengslet til den øvre veggen. Hvis beholderen gjøres løs fra oljebommen, kan platen svinge tilbake mot innløpet og lukke innløpet. Et annet middel er å produsere innløpsrøret fra en fleksibel slange og vekte koblingsringen på innløpet. Når beholderen kobles løs fra oljebommen, vil innløpsrøret synke og lukke den fleksible slangen. Til sist kan også utløpsrøret frembringes av en fleksibel slange. Et tau kan være festet til enden av dette fleksible utløpsrøret. Når beholderen kobles løs fra oljebommen, kan utløpsrøret hengsles inn og heves over vannlinjen ved å trekke i dette tauet.

Beholderen 1 vist i figur 1 omfatter også en åpning 12 for tømming, for eksempel ved å bruke en sugedyse. Beholderen kan slik tømmes når den flyter i sjøen.

Claims (11)

1. System for innsamling av forurensning som flyter på vann, omfattende en V-formet oljebom (15) for tauing bak et fartøy, hvor den åpne enden av oljebommen (15) er innrettet til å samle inn forurensning og konsentrere forurensningen ved en spiss ende av denne, og hvor det ved den spisse enden er en kanal som fører direkte til en beholder (1), idet beholderen (1) omfatter en øvre vegg (5), en nedre vegg (4), sidevegger (10, 11), en innløpsseksjon og en endeseksjon (6), karakterisert veden enkelt delevegg (8) lokalisert inne i beholderen (1) nær innløpsseksjonen som deler beholderen (1) i en innløpsdel og en indre del, med en spalte (9) mellom deleveggen (8) og den nedre veggen (4) for å tillate fluider å passere deleveggen (8), og et utløp plassert i den nedre veggen (4) i den indre delen av beholderen.

2. System ifølge krav 1, hvor deleveggen (8) er vertikal eller viklet med dens øvre del nærmest innløpsseksjonen.

3. System ifølge krav 1, hvor deleveggen (8) er festet til den øvre veggen (5) og sideveggene (10, 11).

4. System ifølge krav 1, hvor deleveggen (8) er hengslet til den øvre veggen (5).

5. System ifølge krav 1, videre omfattende en perforert slange (16) installert i beholderen langs den øvre veggen (5), idet slangen føres ut av beholderen (1) og inn i en posisjon over vannlinjen.

6. System ifølge krav 1, videre omfattende et innløpsrør (2) med en konisk kobling (3) for forbindelse til en oljebom.

7. System ifølge krav 1, videre omfattende en nivåmåler (13) for å detektere nivået av forurensning inne i beholder (1) idet nivåmåleren (13) er innrettet til å utstede et varselsignal når beholderen (1) er fylt til et forhåndsbestemt nivå.

8. System ifølge krav 1, videre omfattende minst ett koaleserende element i det indre av beholderen.

9. System ifølge krav 8, hvor nevnte minst ene koaleserende element inkluderer polypropylenfibre.

10. System ifølge krav 9, hvor polypropylenfibrene er festet til deleveggen.

11. System ifølge ett av de foregående krav, hvor beholderen er laget av et fleksibelt materiale som tillater beholderen å legges sammen for lagring, idet de ytre veggene fortrinnsvis er med dobbelt lag.