Нефтезадерживающая запань киселева
Предложена запань, составленная из боновых заграждений, позволяющая устранить главный недостаток в работе боновых заграждений и запаней, составленных из них, а именно - подныривание под них нефти, находящейся на поверхности воды, под действием течения или скорости буксировки бонов. Для этого в зоне накопления локализуемой нефти, перед запанью из боновых заграждений, устанавливают некоторые элементы, создающие дополнительное сопротивление, снижающие скорость течения и уменьшающие турбулентность в поверхностном слое воды. Эти элементы могут быть намертво закреплены, и являться составной частью боновых заграждений, либо они могут быть автономными ячейками, удерживаемыми внутри запани течением или движением бонов при тралении загрязненных акваторий. Приблизившись к боновым заграждениям, нефть подныривает под действием гидравлических сил, и всплывает (благодаря архимедовой силе) внутри зоны с элементами, создающими дополнительное сопротивление. Здесь турбулентность и скорость течения в поверхностном слое - меньше критических, и всплывшая нефть уже не может поднырнуть и, таким образом, локализуется внутри боновых заграждений, где и убирается известными способами.
Назначение и область применения: Техническое решение предназначено для локализации нефтяных разливов и других поверхностных загрязнений рек и каналов.
Описание изобретения: В качестве первых мер по локализации и дальнейшей ликвидации нефтяных и других загрязнений поверхности воды, в настоящее время широко применяются боновые заграждения (см., напр. А.И.Вылкован и др. «Современные методы и средства борьбы с разливами нефти» СПб. Центртехинформ 2000). При этом существенно снижает эффективность применения боновых заграждений явление уноса (подныривания) нефти и др. загрязнителей под действием течения, либо при тралении бонами акваторий. Цитата: «Явление уноса нефти под заграждения (рис.1) объясняется сложными гидродинамическими процессами, происходящими в системе нефть - вода, компоненты которой обладают различными свойствами (плотность, вязкость, поверхностное натяжение). При движении бонового заграждения, на некотором расстоянии от его вертикальной поверхности, обращенной к нефти, образуется так называемая «фронтальная волна» нефти в виде валика. Этот валик испытывает гидродинамическое воздействие со стороны водного потока, которое вызывает на границе нефть - вода по нижней поверхности нефтяного валика турбулентные процессы, сопровождающиеся отрывом и уносом неустойчивого слоя накопившейся нефти. Испытания показали довольно неожиданный результат: удерживающая способность бонового заграждения при критической скорости мало зависит от высоты его подводной части. Экспериментально установлено, что максимальная скорость эффективного траления нефти на спокойной воде (около 2 узлов) может быть достигнута при конфигурации ветвей заграждения, близкой к прямой линии, и угле раствора по отношении к вектору перемещения 13°-14°. Поскольку при таком угле раствора полоса траления получается слишком узкой, на практике траление осуществляется со скоростью 1,0-1,5 узла при угле раствора 18-20°. Эти данные относятся и к технике сбора нефти неподвижными боновыми заграждениями, устанавливаемыми на реках, каналах и в других районах с постоянными течениями». Конец цитаты. А.И.Вылкован и др. «Современные методы и средства борьбы с разливами нефти». СПб. Центртехинформ 2000, стр.80, 81. По наблюдениям автора, во время учений по ликвидации возможных разливов нефти на подводных переходах магистральных нефтепроводов через реки, проводимых ОАО «Сибнефтепровод» на р.Обь в 1997 г., на протоке Юганская Обь в 1998 г., р.Аган в 2001 г. и др., при попусках экологически чистого материала-заменителя нефти (МЗН), имеющего близкие к нефти плотность, вязкость и поверхностное натяжение, во взаимодействии с запанью, составленной из боновых заграждений, поставленной поперек течения с прогибом, по краям составляющим
с вектором скорости угол около 20° (рис.2), МЗН вел себя следующим образом: по краям запани, там, где угол между линией бонов и вектором течения составляет 20-30°, боновые заграждения, имеющие осадку 0,3-0,4 м, переформировывают поток в поверхностном слое и направляют его вдоль линии бонов. В этой области пятно МЗН продвигается вдоль линии бонов, не подныривая под нее. Ближе к центральной части запани, по мере увеличения угла между линией бонов и направлением течения, в зоне взаимодействия запани и потока, образуется область подпора, где и происходит подныривание МЗН под запань. Подныривание МЗН под боновые заграждения, установленные поперек течения, происходит всегда, при скоростях течения, больших, чем 0,1 м/с., поэтому на реках нефтеулавливающие боновые заграждения, как правило, устанавливают в линию под углом к течению таким образом, чтобы отогнать движущуюся по течению нефть к берегу, где скорость течения ниже критических значений, и там убрать ее известными способами (рис.3). Задача усложняется тем, что далеко не всегда удается найти достаточно удобное место с нужными скоростями течения для сбора нефти. Кроме того, даже в тех местах, где в естественных условиях скорость течения была менее критических значений (0,1 м/с.), после подведения сюда боновых заграждений и переформирования ими потока, скорость течения может оказаться слишком большой, что может существенно снизить эффективность сбора нефти. Целью настоящего изобретения является предотвращение подныривания нефти и других загрязнителей под нефтезадерживающие запани, составленные из боновых заграждений на реках, а также при тралении боновыми заграждениями акваторий с загрязненной поверхностью. Указанная цель достигается уменьшением скорости течения и снижением турбулентности в поверхностном слое перед боновыми заграждениями. Для этого в зоне накопления локализуемой нефти или другого загрязнителя поверхности воды, перед запанью из боновых заграждений устанавливают некоторые элементы, создающие дополнительное сопротивление, служащие гидравлическими успокоителями, снижающие скорость течения и уменьшающие турбулентность в поверхностном (загрязненном) слое воды. Эти элементы могут быть намертво закреплены и являться составной частью боновых заграждений (рис.4). Кроме того, они могут быть автономными ячейками, удерживаемыми внутри запани течением, либо движением бонов при тралении загрязненных акваторий (рис.5). Эти ячейки, кроме основной функции - препятствовать подныриванию нефти, должны быть достаточно большими, чтобы не подныривать под боны. Гидравлические критерии подныривания льдин под кромку ледяного покрова (наиболее близкая задача) подробно рассмотрены А.М.Филипповым (Модельные исследования вовлечения льда под кромку ледяного покрова. Труды ГГИ, вып.201, Гидрометеоиздат, Л., 1973). Здесь же достаточно сказать, что при скоростях течения около 0,5 м/с. линейные размеры ячеек должны быть не
менее чем 0,7·0,7 м. При более высоких скоростях течения ячейки соединяют между собой до достижения ими размеров, исключающих подныривание.
Элемент (ячейка), создающий дополнительное сопротивление, снижающий скорость и уменьшающий турбулентность в поверхностном слое, представлен на рисунке 6.
Удерживание нефти и других загрязнителей, находящихся на поверхности воды нефтезадерживающей запанью Киселева происходит следующим образом: к боновому заграждению (запани), выгнутому дугой под действием течения, внутренняя полость которого заполнена элементами (ячейками), создающими дополнительное сопротивление, по течению приближается нефть, которую и необходимо локализовать. Приблизившись к элементам, создающим сопротивление, нефть подныривает под них под действием гидравлических сил, и всплывает (благодаря архимедовой силе) внутри зоны с элементами, создающими дополнительное сопротивление. Здесь турбулентность и скорость течения в поверхностном слое - меньше критических, в результате чего всплывшая нефть уже не может поднырнуть, и, таким образом, она локализуется внутри запани или бонового заграждения, где и убирается известными способами, например, нефтесборщиком. Для того, чтобы нефтесборщик не переводить из ячейки в ячейку, и собирать нефть в одном месте, элементы, создающие дополнительное сопротивление в поверхностном слое и служащие ячейками для сбора нефти, на уровне ватерлинии должны иметь отверстия, позволяющие нефти свободно перетекать из одной ячейки в другую и, таким образом, попадать в ту ячейку, из которой производится сбор нефти.
Нефтезадерживающая запань, составленная из плавучих, скрепленных между собой боновых заграждений, характеризующаяся тем, что внутри вогнутого бонового заграждения установлены элементы-ячейки, имеющие положительную плавучесть и глубину осадки не большую, чем у боновых заграждений, открытые снизу для попадания в них подныривающей под запань нефти, обладающие высоким гидравлическим сопротивлением в нижней части, препятствующим вторичную подныриванию нефти, и на уровне ватерлинии имеющие отверстия.
