RU2759712C1 - Method for collecting oil spill under ice cover - Google Patents
Method for collecting oil spill under ice cover Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759712C1 RU2759712C1 RU2020137632A RU2020137632A RU2759712C1 RU 2759712 C1 RU2759712 C1 RU 2759712C1 RU 2020137632 A RU2020137632 A RU 2020137632A RU 2020137632 A RU2020137632 A RU 2020137632A RU 2759712 C1 RU2759712 C1 RU 2759712C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- oil
- cover
- snow
- under
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B15/00—Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
- E02B15/04—Devices for cleaning or keeping clear the surface of open water from oil or like floating materials by separating or removing these materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/204—Keeping clear the surface of open water from oil spills
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Область, к которой относится изобретениеThe field to which the invention relates
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов под ледовым покровом преимущественно проточных водоемов. Предложен способ направления нефтяного пятна в зону локализации и последующего сбора.The invention relates to the field of environmental protection and can be used in the elimination of emergency spills of oil and oil products under the ice cover of mainly flowing water bodies. A method is proposed for directing an oil slick to the localization zone and subsequent collection.
Способ включает в себя создание направляющих каналов во льду, позволяющих перемещать нефть в майны с последующим удалением.The method includes creating guide channels in the ice, allowing the oil to be transported into the lanes for subsequent removal.
Способ позволяет минимизировать негативное воздействие разлива нефти на окружающую среду и упростить процесс сбора нефти.The method allows to minimize the negative impact of the oil spill on the environment and to simplify the oil recovery process.
Уровень техникиState of the art
Ледовый режим в проточных водоемах - осложняющий фактор при ликвидации аварийных разливов нефти. При наличии ледового покрова одним из обязательных этапов ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на водных объектах является этапы локализации и последующего сбора нефтепродукта.Ice regime in flowing water bodies is a complicating factor in the elimination of emergency oil spills. In the presence of ice cover, one of the mandatory stages of liquidation of emergency oil spills on water bodies is the stages of containment and subsequent collection of oil products.
Например, известны способы сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (патент РФ №2224842 «Способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема»; Иванов В.А. и др. Ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.). Сбор нефти по этим способам осуществляется путем создания в ледяном покрове, выше по течению от пятна разлива нефти, прорезей и установку в них перпендикулярно водному потоку различных по исполнению и материалам заграждений (эластичные экраны с утяжелениями по нижним краям, жесткие конструкции из металлических или деревянных секций, щитов и пр.). В конце прорези сооружают майну для размещения нефтесборщика и вспомогательного оборудования.For example, there are known methods of collecting oil from under the ice cover of a flowing reservoir (RF patent No. 2224842 "Method of collecting oil from under the ice cover of a flowing reservoir"; Ivanov VA and others. Elimination of emergency spills of oil and oil products. Textbook. - Tyumen: TyumGNGU, 2004.). Oil collection using these methods is carried out by creating slots in the ice cover, upstream of the oil spill spot, and installing barriers of various designs and materials in them perpendicular to the water flow (elastic screens with weights along the lower edges, rigid structures made of metal or wooden sections , shields, etc.). At the end of the slot, a lane is constructed to accommodate the oil skimmer and auxiliary equipment.
Основными их недостатками являются ограниченная эффективность и значительные затраты на ликвидацию аварии.Their main disadvantages are limited efficiency and significant costs of accident elimination.
Известен также способ и устройство для сбора нефти и нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема (патент РФ №2604931 «Способ и устройство для сбора нефти и нефтепродукта из-под ледяного покрова водоема»), включающий локализацию пятна нефти или нефтепродукта и последующее удаление нефти или нефтепродукта откачкой в нефтеприемник. При этом в область локализации пятна нефти или нефтепродукта под ледяной покров подают, по крайней мере, один понтон, накачивают его воздухом в количестве, достаточном для создания подъемной силы на деформацию ледяного покрова. При этом на участке локализации пятна нефти или нефтепродукта образуется купол, обеспечивающий сбор нефти или нефтепродукта, который оказывается между поверхностью воды и ледяным покровом.There is also known a method and device for collecting oil and oil products from under the ice cover of a reservoir (RF patent No. 2604931 "Method and device for collecting oil and oil products from under the ice cover of a reservoir"), including the localization of a spot of oil or oil products and the subsequent removal of oil or oil product by pumping into the oil receiver. At the same time, at least one pontoon is supplied to the area of localization of the oil or oil product slick under the ice cover, and it is pumped with air in an amount sufficient to create a lifting force for deformation of the ice cover. At the same time, a dome is formed at the site of localization of the oil or oil product slick, providing the collection of oil or oil product, which is between the water surface and the ice cover.
Основным недостатком данного способа является невысокая производительность, трудоемкость, невозможность применения в проточных водоемах, а также ограничение по толщине льда.The main disadvantage of this method is its low productivity, labor intensity, the impossibility of using it in flowing water bodies, as well as the limitation on the thickness of the ice.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ сбора нефти из-под ледяного покрова проточного водоема (патент РФ №2176701), предусматривающий вскрытие ледяного покрова и сбор накопленной нефти в накопители. Вскрытие ледяного покрова осуществляют таким образом, чтобы кромка льда образовывала либо встречный течению реки клин, либо острый угол с одним из ее берегов. Отбирают накопившуюся в прибрежной зоне нефть, направляя ее в заранее подготовленные на берегу накопители, дно которых выполнено с обратным от водоема уклоном. Сообщение между водоемом и накопителями обеспечивают системой трубопроводов, с помощью одного из которых производят отбор нефти из прибрежной зоны, а с помощью другого подают в накопитель воду для обеспечения постоянного уровня жидкостей в накопителе, выдерживают их до кристаллизации льда на границе раздела жидкостей и производят сбор нефти с поверхности льда.The closest to the claimed technical solution is a method of collecting oil from under the ice cover of a flowing reservoir (RF patent No. 2176701), which provides for breaking the ice cover and collecting the accumulated oil in storage tanks. The opening of the ice cover is carried out in such a way that the edge of the ice forms either a wedge opposite the current of the river, or an acute angle with one of its banks. The oil accumulated in the coastal zone is taken away, directing it to the accumulators prepared in advance on the shore, the bottom of which is made with a slope opposite to the reservoir. Communication between the reservoir and the reservoirs is provided by a system of pipelines, with the help of one of which oil is taken from the coastal zone, and with the help of the other, water is supplied to the reservoir to ensure a constant level of liquids in the reservoir, they are kept until ice crystallization at the interface between the liquids and oil is collected from the surface of the ice.
Этот способ также недостаточно эффективен, т.к. в условиях ледостава при отрицательной температуре воздуха, вода с нефтью в прорези быстро замерзают и нефть, которая не всплыла, продолжает движение подо льдом. Кроме того, для вскрытия ледяного покрова и создания прорези шириной в несколько метров требуются значительные время-и трудозатраты.This method is also not effective enough, because under freeze-up conditions at negative air temperatures, water and oil in the slot freeze quickly and oil that has not surfaced continues to move under the ice. In addition, breaking the ice cover and creating a slot several meters wide requires significant time and labor.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей предлагаемого настоящего изобретения является обеспечение простоты, снижение трудоемкости, оперативности и экономичности процесса сбора аварийного разлива нефти на проточных водоемах в ледовых условиях.The objective of the proposed present invention is to provide simplicity, reduce labor intensity, efficiency and economy of the process of collecting an accidental oil spill on flowing water bodies in ice conditions.
Техническим результатом изобретения является создание способа сбора нефти из-под ледового покрова проточного водоема, обеспечивающего оперативный отвод и локализацию нефти в ледовых условиях.The technical result of the invention is the creation of a method for collecting oil from under the ice cover of a flowing water body, which ensures prompt removal and localization of oil in ice conditions.
Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с аналогами является меньшее воздействие нефтяного загрязнения на водный объект, так как он действует немедленно при прорыве нефтепровода и утечки нефти. Все подготовительные работы проводятся однократно и в дальнейшем сводятся лишь к периодическому контролю. Кроме того, достоинством способа является возможность использования в период ледостава, когда многие способы практически не применимы.The advantage of the proposed method in comparison with analogues is the lesser impact of oil pollution on a water body, since it acts immediately upon a breakthrough of an oil pipeline and oil leakage. All preparatory work is carried out once and in the future is reduced only to periodic control. In addition, the advantage of the method is the possibility of using it during the freeze-up period, when many methods are practically not applicable.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.Essential features characterizing the invention.
Ограничительные: способ локализации и сбора нефти под ледовым покровом поперек водного потока под углом к его динамической оси.Restrictive: a method of localizing and collecting oil under the ice cover across the water flow at an angle to its dynamic axis.
Отличительные: локализация и отвод аварийной нефти под ледовым покровом в зону сбора и последующего удаления осуществляется с помощью ледовых каналов, созданных в ледовом покрове проточного водоема путем создания из естественного снежного покрова ниже по течению от места аварийного разлива нефти на предполагаемом пути прохождения нефтяного пятна снежной теплоизоляции и расчистки поверхности ледового покрова на границе со снежной теплоизоляцией для увеличения его толщины под расчищенной поверхностью.Distinctive: localization and diversion of emergency oil under the ice cover to the collection zone and subsequent removal is carried out using ice channels created in the ice cover of a flowing reservoir by creating a natural snow cover downstream of the accidental oil spill site on the prospective path of the oil slick of snow thermal insulation and clearing the surface of the ice cover at the border with the snow insulation to increase its thickness under the cleared surface.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фигуре 1 приведена схема формирования направляющего канала в ледовом покрове с помощью снежного покрова. На фигуре 2 изображены примеры локализации и сбора разлива нефти на рубежах в ледовый период на проточных водоемах в зависимости от их ширины. На фигуре 3 приведена схема расположения лунок и толщины льда. На фигуре 4 показано сопоставление замеров толщины ледового покрова в контрольных точках.Figure 1 shows a diagram of the formation of a guide channel in the ice cover using the snow cover. Figure 2 shows examples of localization and collection of oil spills at the boundaries during the ice period on flowing water bodies, depending on their width. Figure 3 shows a diagram of the location of the holes and the thickness of the ice. Figure 4 shows a comparison of ice thickness measurements at control points.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Благодаря тому, что теплопроводность льда превышает теплопроводность снега и воды на порядок и в четыре раза соответственно, авторы предлагают способ создания в ледовом покрове полостей и направляющих каналов, через которые будет производиться сбор и локализация разлитой подо льдом нефти.Due to the fact that the thermal conductivity of ice exceeds the thermal conductivity of snow and water by an order of magnitude and four times, respectively, the authors propose a method for creating cavities and guide channels in the ice cover through which the collection and localization of oil spilled under the ice will be carried out.
Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). Путем расчистки поверхности ледового покрова водоема (1) ниже по течению от места аварийного разлива нефти на предполагаемом пути прохождения нефтяного пятна из естественного снежного покрова создается снежная теплоизоляция (2). Таким образом, будут созданы условия для увеличения толщины ледового покрова под расчищенной площадью и, наоборот, замедления нарастания толщины льда под снежной теплоизоляцией. Кроме того, на поверхности расчищенного льда, на границе со снежной теплоизоляцией возможно создание углублений (3) для более быстрого и глубокого промерзания льда (4) и, тем самым, образования более выраженного ледового канала (5). В конце ледовых каналов сооружают майны, в которых размещают нефтесборщики и вспомогательное оборудование для удаления нефти в нефтесборники.The method is carried out as follows (Fig. 1). By clearing the surface of the ice cover of the reservoir (1) downstream from the site of the accidental oil spill, snow insulation is created from the natural snow cover on the supposed path of the oil slick (2). Thus, conditions will be created for increasing the thickness of the ice cover under the cleared area and, conversely, slowing down the increase in the thickness of ice under the snow insulation. In addition, on the surface of the cleared ice, on the border with the snow thermal insulation, it is possible to create depressions (3) for faster and deeper freezing of ice (4) and, thereby, the formation of a more pronounced ice channel (5). At the end of the ice channels, lanes are built, in which oil skimmers and auxiliary equipment are placed to remove oil into oil skimmers.
Количество и форма ледовых каналов может варьировать в зависимости от ширины проточного водоема (фиг. 2). Для водотоков небольшой ширины отвод нефтяного пятна (1) производится ледовым каналом (2), перекрывающим русло полностью. Для средних и широких водотоков, возможно частичное перекрытие русла на предполагаемых путях прохождения нефтяного пятна (1) с последующим отводом и сбором в нефтесборники (3).The number and shape of ice channels can vary depending on the width of the flowing reservoir (Fig. 2). For watercourses of small width, the oil slick (1) is diverted by an ice channel (2), which completely overlaps the channel. For medium and wide watercourses, it is possible to partially block the channel on the proposed paths of the oil slick (1) with subsequent diversion and collection into oil collectors (3).
Для подтверждения возможности применения предлагаемого способа в реальных условиях был проведен натурный эксперимент в замкнутом стоячем водоеме. Для эксперимента была расчищена от снежного покрова рабочая зона диаметром 20 м. В центре зоны была сформирована искусственная теплоизоляция из снега куполообразной формы высотой 1 м и радиусом основания 3 м. На начало эксперимента толщина ледового покрова и глубина водоема составляли 0,24 и 1,65 м соответственно. Температура воды в водоеме составляла 2,5°С, на границе между снежным покровом и льдом -4°С, окружающего воздуха -23,5°С. По мере выпадения снега производилась расчистка территории зоны. Также, для построения математической модели в ходе проведения натурного эксперимента фиксировались температура окружающего воздуха и воды, толщина естественного снежного покрова, плотность искусственной снежной теплоизоляции, скорость ветра.To confirm the possibility of using the proposed method in real conditions, a full-scale experiment was carried out in a closed stagnant reservoir. For the experiment, a working zone with a diameter of 20 m was cleared from the snow cover.In the center of the zone, artificial insulation was formed from dome-shaped snow with a height of 1 m and a base radius of 3 m.At the beginning of the experiment, the thickness of the ice cover and the depth of the reservoir were 0.24 and 1.65 m respectively. The water temperature in the reservoir was 2.5 ° С, at the border between the snow cover and ice -4 ° С, the ambient air temperature was -23.5 ° С. As the snow fell, the territory of the zone was cleared. Also, to build a mathematical model during the full-scale experiment, the temperature of the ambient air and water, the thickness of the natural snow cover, the density of artificial snow insulation, and the wind speed were recorded.
На 36 сутки с начала эксперимента были зафиксированы изменения толщины ледового покрова под снежной теплоизоляцией, а также с зоны, расчищенной от снега и под естественным снежным покровом. Для измерения толщины льда были пробурены лунки в 6 точках (фиг. 3).On the 36th day from the beginning of the experiment, changes in the thickness of the ice cover were recorded under the snow insulation, as well as from the area cleared of snow and under natural snow cover. To measure the ice thickness, holes were drilled at 6 points (Fig. 3).
Полученные данные показывают, что нарастание толщины в центре изолированной части ледового покрова составило 7 см (точка 1), тогда как толщина неизолированной части увеличилась на 50 см (точка 4), разница между ними составила 43 см. При этом температура воздуха во время проведения эксперимента опускалась ниже -40°С.The data obtained show that the increase in thickness in the center of the isolated part of the ice cover was 7 cm (point 1), while the thickness of the uninsulated part increased by 50 cm (point 4), the difference between them was 43 cm. The air temperature during the experiment was dropped below -40 ° С.
Высота снежной теплоизоляции до 1 м является достаточной для значительного замедления нарастания ледового покрова при ледоставе.The height of the snow insulation up to 1 m is sufficient to significantly slow down the growth of the ice cover during freeze-up.
Для описания натурного эксперимента была построена математическая модель, позволяющая прогнозировать процесс формирования ледового покрова в замкнутом водоеме в зависимости от условий окружающей среды.To describe a full-scale experiment, a mathematical model was built that allows predicting the process of ice cover formation in a confined reservoir, depending on environmental conditions.
Задача описывалась уравнением теплопроводности с учетом фазового перехода в осесимметричной форме в цилиндрической системе координат, на границах задавались традиционные граничные условия 1 и 3 рода.The problem was described by the heat conduction equation taking into account a phase transition in an axisymmetric form in a cylindrical coordinate system; traditional boundary conditions of the 1st and 3rd kind were set at the boundaries.
Данная задача является задачей Стефана промерзания воды, фазовый переход происходит в малом интервале температур [Tf - Δ; Tf + Δ], тем самым энтальпия фазового перехода «размазывается» в этом интервале.This task is Stephen's task of freezing water, the phase transition occurs in a small temperature range [Tf - Δ; Tf + Δ], thereby the enthalpy of the phase transition is "smeared" in this interval.
Геометрические размеры, принятые в модельной задаче, сопоставимы с геометрическими размерами натурного эксперимента.The geometrical dimensions adopted in the model problem are comparable with the geometrical dimensions of a full-scale experiment.
Коэффициенты теплообмена вычислялись следующими формулами:The heat transfer coefficients were calculated by the following formulas:
где , - высота и теплопроводность снежного покрова k-ой границы, νair - скорость ветра. Проведением натурного эксперимента зафиксированы значения Tice, Tw, Tair, и νair. Теплопроводность снега зависит от плотности и вычислялась выражением:where , - the height and thermal conductivity of the snow cover of the k-th boundary, ν air - wind speed. By carrying out a full-scale experiment, the values of T ice , T w , T air , and ν air . Thermal conductivity of snow depends on density and was calculated by the expression:
На фиг. 4 представлены сравнения толщин ледового покрова в контрольных точках, полученных решением задачи Стефана и в ходе натурного эксперимента. Отклонения расчетных результатов от экспериментальных данных составляет около 4,8%, что подтверждает адекватность математической модели.FIG. 4 shows a comparison of the ice cover thickness at the control points obtained by solving the Stefan problem and in the course of a full-scale experiment. The deviation of the calculated results from the experimental data is about 4.8%, which confirms the adequacy of the mathematical model.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137632A RU2759712C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for collecting oil spill under ice cover |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137632A RU2759712C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for collecting oil spill under ice cover |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759712C1 true RU2759712C1 (en) | 2021-11-17 |
Family
ID=78607373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020137632A RU2759712C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for collecting oil spill under ice cover |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759712C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4523879A (en) * | 1982-04-16 | 1985-06-18 | Exxon Production Research Co. | Ice barrier construction |
RU2176701C2 (en) * | 1999-11-17 | 2001-12-10 | Казанский государственный технологический университет | Method of oil gathering from under ice cover of basin with running water |
RU36019U1 (en) * | 2003-07-17 | 2004-02-20 | Институт экологии природных систем АН Республики Татарстан | The system for cleaning rivers from oil pollution during the period of freezing |
RU2566645C1 (en) * | 2014-11-17 | 2015-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Cleaning method of bottom deposits and water against oil and oil products under ice cover in water bodies |
-
2020
- 2020-11-16 RU RU2020137632A patent/RU2759712C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4523879A (en) * | 1982-04-16 | 1985-06-18 | Exxon Production Research Co. | Ice barrier construction |
US4523879B1 (en) * | 1982-04-16 | 1987-03-24 | ||
RU2176701C2 (en) * | 1999-11-17 | 2001-12-10 | Казанский государственный технологический университет | Method of oil gathering from under ice cover of basin with running water |
RU36019U1 (en) * | 2003-07-17 | 2004-02-20 | Институт экологии природных систем АН Республики Татарстан | The system for cleaning rivers from oil pollution during the period of freezing |
RU2566645C1 (en) * | 2014-11-17 | 2015-10-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Cleaning method of bottom deposits and water against oil and oil products under ice cover in water bodies |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wright | Tunnel valleys, glacial surges, and subglacial hydrology of the Superior Lobe, Minnesota | |
Schumm | Quaternary paleohydrology | |
Tómasson | The jökulhlaup from Katla in 1918 | |
Turcotte et al. | A global river ice classification model | |
Rao | India's water wealth | |
Ferrians et al. | Permafrost and related engineering problems in Alaska | |
Chappell et al. | Experimental control of beach face dynamics by watertable pumping | |
Leppäranta | Land-ice interaction in the Baltic Sea. | |
CN104652387B (en) | Oil Recovery emergence treating method waterborne | |
RU2759712C1 (en) | Method for collecting oil spill under ice cover | |
Snorrason et al. | Causes, characteristics and predictability of floods in regions with cold climates | |
Nelson et al. | Anthropogenic geomorphology in northern Alaska | |
Dickins et al. | Countermeasures for ice covered waters | |
Bonacci et al. | Identification of a karst hydrological system in the Dinaric karst (Yugoslavia) | |
Turcotte et al. | Icing and aufeis in cold regions II: consequences and mitigation | |
Rafferty | Glaciers, sea ice, and ice formation | |
Michel | Properties and processes of river and lake ice | |
RU2416692C1 (en) | Water engineering system on permafrost soils | |
Lewis | Oil in sea ice | |
RU2546223C2 (en) | Method for oil and oil products collection from water surface in rivers using loop of floating booms | |
Walker | The nature of the seawater±freshwater interface during breakup in the Colville River Delta, Alaska | |
Kershaw | Movement of crude oil in an experimental spill on the SEEDS simulated pipeline right-of-way, Fort Norman, NWT | |
RU2224842C1 (en) | Method of oil gathering from under ice cover in flow basin | |
Livanov | Fresh Water on the Earth | |
RU2816530C1 (en) | Method of drying flooded closed depressions |