RU2098550C1

RU2098550C1 - Apparatus for removing petroleum products from water surface

Info

Publication number: RU2098550C1
Application number: RU9595107927A
Authority: RU
Inventors: А.С. Зверев; В.В. Крупин
Original assignee: Зверев Александр Сергеевич; Крупин Владимир Васильевич
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1997-12-10
Also published as: RU95107927A

Abstract

FIELD: removal of oil pollution. SUBSTANCE: apparatus has casing with inlet and outlet connecting pipes wherein rings are installed, their diameters being less than that of casing. Distance between rings and their material are chosen such as to allow oil to form meniscus. Central cavity confined by rings is provided with overflow dam member disposed before oil-drain hole, whereas water-drain hole is provided with pressure valve in centrifugal field of liquids enclosed in space extending from surface of casing up to and including peripheral part of central cavity, its thickness being equal to height of overflow dam member. EFFECT: facilitated cleaning of water surface. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к экологии, в частности, для обработки больших объемов жидкости при ликвидации последствий аварии. The invention relates to ecology, in particular, for processing large volumes of liquid in the aftermath of an accident.

Известна вертикальная центрифуга непрерывного действия, содержащая барабан, снабженный патрубками для ввода осветляемой жидкости и отвода осветленной жидкости и осадка, в полости барабана расположены горизонтальные диски с отверстиями для перемещения осадка и осветленной жидкости, причем отверстия для перемещения осадка расположены у поверхности барабана (а.с. СССР N 304982, кл. B 04 B 1/08, 4.06.71)
Недостатком данной конструкции является то, что она не предусматривает обработку больших объемов жидкости с небольшим содержанием полезного компонента (нефти, разлитой по поверхности водоема). Вихревые перемещения возможных сочетаний объемов разноплотных масс (нефти и воды) увеличивают время обработки. Переменное соотношение разноплотных масс усугубляет нестабильность процесса разделения.A vertical continuous centrifuge is known, containing a drum equipped with nozzles for introducing clarified liquid and discharging clarified liquid and sediment, horizontal disks with holes for moving sediment and clarified liquid are located in the cavity of the drum, and holes for moving sediment are located at the surface of the drum (a.c . USSR N 304982, CL B 04 B 1/08, 4.06.71)
The disadvantage of this design is that it does not provide for the processing of large volumes of liquid with a small content of the useful component (oil spilled over the surface of the reservoir). Vortex displacements of possible combinations of volumes of different densities (oil and water) increase the processing time. The variable ratio of different masses exacerbates the instability of the separation process.

Известен сепаратор, содержащий барабан, пакет тарелей с отверстиями для формирования нейтрального слоя жидкости, входное и отводные отверстия для шлама и разноплотных фаз жидкости, причем отводное отверстие снабжено клапаном, срабатывающим под действием давления на поршень клапана. (И.В.Лысковцев "Разделение жидкостей на центробежных аппаратах", М. 1968 г. рис. 73, стр. 120). A known separator containing a drum, a package of plates with holes for forming a neutral liquid layer, inlet and outlet openings for sludge and different-density phases of the liquid, and the outlet opening is equipped with a valve that is activated by pressure on the valve piston. (I.V. Lyskovtsev "Separation of liquids in centrifugal apparatus", M. 1968. Fig. 73, p. 120).

Недостаток данного сепаратора заключается в том, что он является высокооборотным, вследствие чего неприменим в нестационарных условиях в качестве нефтезаборщика. Сепаратор чувствителен к объемному соотношению разноплотных фаз жидкости: положение нейтрального слоя должно быть в пределах отверстий, выполненных в тарелях, что не соблюдается при изменении соотношении объемов разноплотных фаз жидкости за пределы, установленные для данной конструкции. The disadvantage of this separator is that it is high-speed, and therefore is not applicable in unsteady conditions as an oil collector. The separator is sensitive to the volume ratio of different density phases of the liquid: the position of the neutral layer should be within the holes made on the plates, which is not observed when changing the ratio of the volumes of different density phases of the liquid beyond the limits established for this design.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для удаления нефтепродукта с водной поверхности, содержащее корпус, средства для разгона разделяемых жидкостей, кольца, диаметр которых меньше диаметра корпуса, входное и отводные отверстия (РСТ, заявка N 90/12156, кл. E 02 B 15/04, 1990). The closest in technical essence and the achieved effect is a device for removing oil from a water surface, comprising a housing, means for dispersing the separated liquids, rings whose diameter is less than the diameter of the housing, inlet and outlet openings (PCT, application N 90/12156, class E 02 B 15/04, 1990).

Недостатком данного устройства является низкая производительность, т.к. неэффективен подвод разделяемых жидкостей, наслоение обработанных и поданных на обработку объемов жидкости. Недостаточная степень очистки при неустоявшемся соотношении объемов жидкостей ввиду отсутствия отделения обработанной жидкости от необрабатываемой. The disadvantage of this device is the low performance, because ineffective supply of shared liquids, layering of processed and filed for processing volumes of liquid. Insufficient degree of purification with an unstable ratio of liquid volumes due to the lack of separation of the treated liquid from the unprocessed.

Задача, решаемая изобретением: создание для "полевых" условий мобильного, низкооборотистого, но высокопроизводительного устройства с достаточно высокой степенью разделения разноплотных несмешивающихся жидкостей. Для "полевых" условий характерно изменение объемных соотношений разноплотных жидкостей, волнение водной поверхности, изменение вязкости нефти в течение суток, наличие твердых включений. The problem solved by the invention: the creation for the "field" conditions of a mobile, low-speed, but high-performance device with a sufficiently high degree of separation of different density immiscible liquids. “Field” conditions are characterized by a change in the volume ratios of different-density liquids, waves in the water surface, a change in the viscosity of oil during the day, and the presence of solid inclusions.

Эта задача решается устройством для удаления нефтепродукта с водной поверхности, содержащим корпус с входным отверстием и отводными отверстиями для нефтепродукта и воды, средства для разгона разделяемых жидкостей, кольца, диаметры которых меньше диаметров корпуса, при этом отводное отверстие для нефтепродукта расположено у верхнего края корпуса, расстояние между кольцами, а также материал их поверхностей обуславливают возможность образования нефтью между кольцами выпуклого мениска, диаметры отверстий колец от дна до отводного отверстия нефтепродукта увеличиваются, образованная кольцами центральная полость снабжена переливным порогом, а отводное отверстие для воды снабжено клапаном на давление жидкостей в центробежном поле устройства, заключенных в пространстве от поверхности корпуса до периферийной части центральной полости включительно, толщиной равной высоте переливного порога. This problem is solved by a device for removing oil from the water surface, containing a housing with an inlet and outlet for oil and water, means for dispersing the separated liquids, rings whose diameters are less than the diameter of the housing, while the outlet for the oil is located at the upper edge of the housing, the distance between the rings, as well as the material of their surfaces, makes it possible for oil to form a convex meniscus between the rings, the diameters of the holes of the rings from the bottom to the outlet hole ment oil increases, central cavity formed by rings provided with overflow weir, and the branch hole is provided with a valve for the water pressure on the liquid in the centrifugal field devices enclosed in the housing space from the surface to the peripheral portion of the central cavity and including a thickness equal to the height of the overflow threshold.

Поперек колец с возможностью образования переменной в поперечном сечении площади кольцевой полости установлен вкладыш. A liner is mounted across the rings with the possibility of forming a variable in the cross section of the area of the annular cavity.

Поверхность колец выполнена из несмачиваемого водой материала. The surface of the rings is made of non-wettable material.

Кроме того, кольца установлены с переменным шагом. In addition, the rings are installed with a variable pitch.

Постоянство водного объема в корпусе наряду с препятствием для поступления нефтепродукта в пространство, занимаемое водой, в виде молекулярных сил взаимодействия нефтепродукта с несмачиваемой им поверхностью, позволяет стабильно сохранять промежуточный (нейтральный) слой, обуславливающий эффективность отделения нефтепродукта. Задействованные физические процессы не энергоемки, не требуют высоких оборотов, но обеспечивают достаточно высокую степень разделения несмешивающихся жидкостей, при этом обеспечиваются сравнительно небольшие размеры устройства (мобильность). The constancy of the water volume in the casing, along with the obstacle for the oil product entering the space occupied by water, in the form of molecular forces of interaction of the oil product with its non-wettable surface, allows to stably maintain the intermediate (neutral) layer, which determines the efficiency of oil product separation. The involved physical processes are not energy-intensive, do not require high revolutions, but provide a sufficiently high degree of separation of immiscible liquids, while providing relatively small dimensions of the device (mobility).

На фиг. 1 изображено устройство для удаления нефтепродукта с водной поверхности, общий вид; на фиг.2 поперечное сечение по А-А устройства на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device for removing oil from a water surface, general view; in Fig. 2, a cross-section along aa of the device in fig. one.

Устройство содержит корпус 1 с входным 2 отверстием для забора разноплотных несмешивающихся жидкостей из водоема, с отверстиями 3 и 4 для отвода разделенных жидкостей и колец 5, делящих полость корпуса 1. Диаметр колец 5 меньше диаметров корпуса 2 на уровне кольца, вследствие чего в корпусе выделены горизонтальные слои 6, центральная полость 7 и пространство между корпусом 1 и кольцами 5, которое, в свою очередь, разделено на отсеки 8 ребрами 9 жесткости, установленными поперек колец 5. Отсеки 8 на уровне дня 10 корпуса сообщаются между собой через проемы 11 в ребрах 9. Здесь же на отводном отверстии 3 выполнен сбросовый клапан 12. Диаметры отверстий 13 ( фиг.2) колец 5 увеличиваются от дна 10 корпуса в сторону верха корпуса. Образованная кольцами 5 центральная полость 7 снабжена переливным порогом 14 перед отводным отверстием 4 для нефти. Высота переливного порога равна "h". The device comprises a housing 1 with an inlet 2 for collecting various density immiscible liquids from a reservoir, with openings 3 and 4 for draining the separated liquids and rings 5 dividing the cavity of the housing 1. The diameter of the rings 5 is less than the diameters of the housing 2 at the level of the ring, as a result of which horizontal layers 6, the Central cavity 7 and the space between the housing 1 and the rings 5, which, in turn, is divided into compartments 8 by ribs 9 stiffeners installed across the rings 5. Compartments 8 at the level of day 10 of the housing communicate with each other through the holes 11 in the ribs 9. Here, on the outlet hole 3, a relief valve 12 is made. The diameters of the holes 13 (FIG. 2) of the rings 5 increase from the bottom 10 of the housing toward the top of the housing. The central cavity 7 formed by the rings 5 is provided with an overflow threshold 14 in front of the oil outlet 4. Overflow threshold height is "h".

Материал колец 5 (или его поверхности), а также расстояние между ними приняты из условия образования нефтью при взаимодействии с кольцами выпуклого мениска. (Это возможно при несмачиваемой нефтью поверхностью колец 5, см. Физический энциклопедический словарь, 1984 г. стр.243). The material of the rings 5 (or its surface), as well as the distance between them, is taken from the condition of oil formation during interaction with the convex meniscus rings. (This is possible with a non-oil-wetted surface of rings 5, see Physical Encyclopedic Dictionary, 1984, p. 243).

Сбросовый клапан 12 настроен на давление в центробежном поле устройства жидкостей в объеме от поверхности корпуса 1 до периферийной части 15 центральной полости 7, промежуточного слоя, включительно, толщина которого равна "h", от кромок колец 5, т.е. равна высоте переливного порога 14. The relief valve 12 is adjusted to the pressure in the centrifugal field of the fluid device in the volume from the surface of the housing 1 to the peripheral part 15 of the central cavity 7, an intermediate layer, inclusive, whose thickness is "h", from the edges of the rings 5, i.e. equal to the height of the overflow threshold 14.

Входное отверстие 2 снабжено патрубком 16, заборником 17 для разделяемых жидкостей, например, в виде лопастей. Средства для разгона захваченных жидкостей состоят из привода (на фиг. не показан) для вращения корпуса 1, вкладыша 18, установленного с возможностью вращения на валу 19 от привода в полости 7 со стороны дна 10 корпуса и заборника 17. Вкладыш 18 выполнен конусообразным, установлен с возможностью перемещения вдоль вала 19 и нагружен пружиной 20. The inlet 2 is provided with a nozzle 16, an intake 17 for separable liquids, for example, in the form of blades. Means for dispersal of the captured liquids consist of a drive (not shown in Fig.) For rotating the housing 1, the insert 18, mounted for rotation on the shaft 19 from the drive in the cavity 7 from the bottom of the housing 10 and the intake 17. The insert 18 is conical, installed with the possibility of movement along the shaft 19 and is loaded with a spring 20.

Жесткость комплекта колец 5 обеспечивается ребрами 9. Кольца 5 (или их поверхности) выполнены из несмачиваемого водой материала. В некоторых случаях целесообразно кольца 5 устанавливать с переменным шагом. The rigidity of the set of rings 5 is provided by the ribs 9. The rings 5 (or their surfaces) are made of water-non-wettable material. In some cases, it is advisable to install the ring 5 with a variable pitch.

Работа устройства. Разноплотные жидкости под действием центробежных сил разделяются: вода, как более тяжелая, отбрасывается к периферии (отсеки 8, промежутки между кольцами 5), формируется промежуточный слой 15 из смеси воды с нефтью, а нефть отводится в аккумулирующую емкость (на фиг. не показана) по наклонному промежуточному слою 15, через переливной порог и отверстие 4. Необходимый объем воды в корпусе поддерживается клапаном 12. Если давление жидкостей в центробежном поле устройства превышает давление жидкости, заключенной в отсеках 8, промежутках между кольцами 5 и порога 14, то клапан 11 сбрасывает часть воды. Изменение соотношения объемов жидкостей в пользу нефти уменьшает сброс воды через клапан. Если поступает только нефть, то давление ее уравновешивается молекулярными силами взаимодействия (нефти) с поверхностью колец 5 и сброс воды прекращается. Нефть же отводится в аккумулирующую емкость. Появление воды в захваченной заборником 17 жидкости обеспечивает вытеснение нефти из промежутков между кольцами 5. The operation of the device. Different density liquids are separated by centrifugal forces: water, as heavier, is discarded to the periphery (compartments 8, spaces between rings 5), an intermediate layer 15 is formed from a mixture of water and oil, and oil is discharged into a storage tank (not shown in Fig.) along an inclined intermediate layer 15, through an overflow threshold and a hole 4. The required volume of water in the housing is supported by a valve 12. If the fluid pressure in the centrifugal field of the device exceeds the fluid pressure contained in compartments 8, the gaps between the rings 5 and threshold 14, the valve 11 discharges part of the water. Changing the ratio of liquid volumes in favor of oil reduces the discharge of water through the valve. If only oil arrives, then its pressure is balanced by the molecular forces of interaction (oil) with the surface of the rings 5 and the discharge of water stops. Oil is diverted to the storage tank. The appearance of water in the liquid captured by the intake 17 provides for the displacement of oil from the spaces between the rings 5.

Турбулентность жидкости уменьшается делением при движении ее между кольцами 5 на тонкие слои 6, при этом круговому перемещению в слоях относительно колец 5 противодействуют вертикальные ребра 9 жесткости. Сведением к минимуму вихревых перемещений жидкости значительно ускоряется процесс разделения. Твердые частицы, достигшие поверхности корпуса, постепенно осаждаются на дно 10 корпуса и выбрасываются (отсеки 8 сообщаются между собой) вместе с водой через клапан 12. The turbulence of the liquid is reduced by dividing it when moving between the rings 5 into thin layers 6, while vertical stiffening ribs 9 counteract circular motion in the layers relative to the rings 5. By minimizing the vortex movements of the liquid, the separation process is significantly accelerated. Solid particles that have reached the surface of the casing are gradually deposited on the bottom 10 of the casing and discarded (compartments 8 communicate with each other) together with water through the valve 12.

В случае, если поверхность колец 5 не смачивается водой, то процесс разделения жидкостей интенсифицируются, т.к. исключаются силы молекулярного взаимодействия между водой и кольцами, затрудняющие перемещение воды на сброс. If the surface of the rings 5 is not wetted by water, then the process of liquid separation is intensified, because the forces of molecular interaction between water and rings, which impede the movement of water to discharge, are excluded.

Уменьшение расстояния между кольцами 5 в сторону переливного порога 14 до проявления капиллярных свойств при взаимодействии с нефтью с образованием выпуклого мениска (поверхность колец несмачиваема нефтью) стабилизирует верхнюю часть промежуточного слоя 15, что улучшает работу устройства. Если в верхней половине устройства поверхность колец смачиваема водой и несмачиваема нефтью, а расстояние между кольцами обуславливает при взаимодействии с нефтью проявление капиллярных свойств, то возможные перепады угловой скорости корпуса, изменения соотношения объемов несмешивающихся между собой жидкостей оказывают минимальное влияние на стабильность слоя 15. Reducing the distance between the rings 5 in the direction of the overflow threshold 14 to the manifestation of capillary properties when interacting with oil with the formation of a convex meniscus (the surface of the rings is not wettable by oil) stabilizes the upper part of the intermediate layer 15, which improves the operation of the device. If in the upper half of the device the surface of the rings is wettable by water and non-wettable by oil, and the distance between the rings determines the appearance of capillary properties when interacting with oil, then possible changes in the angular velocity of the body, changes in the ratio of the volumes of immiscible liquids have a minimal effect on the stability of the layer 15.

Вкладыш 18 вращается на приводном валу 19 и обеспечивает захваченной заборником 17 жидкости скорость соответствующую скорости корпуса. При этом вкладыш под действием центробежной силы, давлений жидкости и пружины 20 перемещается вдоль вала 19 и регулирует подачу жидкости в корпус, обеспечивает неразрывность потока этой жидкости, уменьшает вихревые явления, т.е. оптимизирует поток жидкости в корпус. The liner 18 rotates on the drive shaft 19 and provides the speed captured by the fluid intake 17 corresponding to the speed of the housing. In this case, the liner under the action of centrifugal force, pressure of the fluid and spring 20 moves along the shaft 19 and controls the flow of fluid into the housing, ensures the continuity of the flow of this fluid, reduces vortex phenomena, i.e. optimizes fluid flow into the housing.

Claims

1. A device for removing oil from a water surface, comprising a housing with inlet and outlet openings for the oil and water, means for dispersing the separated liquids, rings whose diameters are less than the diameter of the housing, characterized in that the outlet for the oil is located at the upper edge of the housing, the central part of the body cavity is allocated from the outlet hole to the bottom side, for which the rings themselves or their surfaces are made of material oleophilic with respect to the oil product and relative each other with the possibility of the formation of a convex meniscus with the oil product, while the diameters of the holes of the rings increase from the bottom to the outlet of the oil product, where an overflow threshold is mounted for the central part of the body cavity, mounted on the body, the water outlet is provided with a valve for pressure in the centrifugal field of the device liquids enclosed in space from the surface of the housing to the peripheral layer of the Central part of the cavity, inclusive, while the thickness of the peripheral layer is equal to the height overflow on the threshold.

2. The device according to claim 1, characterized in that a cone-shaped insert is installed across the rings with the possibility of changing the cross section of the annular cavity between the insert and the boundary of the central part of the housing cavity formed by the rings.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the rings are installed with a variable pitch.