一種碎冰水域溢油圍控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠在碎冰區(qū)應(yīng)用的溢油圍控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著全球海上石油開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)的日益增長，發(fā)生重大海上溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。而且，溢油事故發(fā)生后，將同時(shí)經(jīng)歷多個(gè)不同的風(fēng)化進(jìn)程，進(jìn)而造成其物理、化學(xué)性質(zhì)的顯著變化。這些進(jìn)程包括:擴(kuò)散、蒸發(fā)(揮發(fā))、乳化、光學(xué)氧化、分解、沉淀、再次成膜、焦油球成型以及生物降解。其中，在溢油發(fā)生最初幾分鐘時(shí)間內(nèi)，在風(fēng)和流的作用下，溢油膜可形成上百平方米的擴(kuò)散范圍，如不采取及時(shí)有效的處理措施將會(huì)嚴(yán)重威脅著海洋生態(tài)環(huán)境和人類生活。因此，需要及時(shí)采取有效的圍控手段，將溢油面積控制在可處理的范圍內(nèi)，再進(jìn)行回收處理。尤其是當(dāng)海面上有冰覆蓋時(shí)，一方面溢油的化學(xué)及物理特性將具有極大的改變，另一方面漂移的浮冰會(huì)阻礙圍控設(shè)備的前進(jìn)，此時(shí)對(duì)溢油的圍控難度大大增加。
[0003]目前，國內(nèi)外使用的圍油欄一般由三個(gè)部分組成:浮體(浮子)、屏體(中間的裙體)、配重(底部的重物)。三個(gè)部分各自的功能分別為:浮體為圍油欄提供浮力，確保其能夠漂浮在水面上;裙體連接在浮子下方，其在水下形成一道屏障，作用是使得圍油欄在水下?lián)碛幸欢ù怪鄙疃鹊某运_保能夠圍住一定厚度的溢油;裙體下連接配重物，作用是平衡圍油欄，并且也為裙體提供張力使其能夠形成屏障。而目前針對(duì)開放水域研發(fā)的溢油圍控設(shè)備在有冰水域，會(huì)由于海冰漂移產(chǎn)生的影響發(fā)生失效。
[0004]上述的圍油欄僅能應(yīng)用于開放水域，當(dāng)其應(yīng)用于海冰覆蓋水域時(shí)，將在海冰漂移作用下發(fā)生以下幾種失效行為:
[0005].在漂移海冰的作用下，圍油欄可能會(huì)出現(xiàn)下沉，從而降低了圍油欄水面上的高度，致使被圍控的溢油在一定的能量作用下漫過圍油欄發(fā)生飛濺；
[0006].在油冰混合情況下，溢油會(huì)出現(xiàn)在冰下潛伏的姿態(tài)，從而致使圍油欄裙體深度與積油深度等深，圍控的溢油從裙體下方逃離，進(jìn)而引發(fā)溢油泄漏；
[0007].在漂移海冰的作用下，圍油欄不能穩(wěn)定地停留或豎直在水面上，進(jìn)而造成溢油的擴(kuò)散；
[0008].由于冰是一種水的結(jié)晶材料，在一定條件下具有較高的強(qiáng)度和韌性，圍油欄工作時(shí)與冰的相互作用，可能會(huì)導(dǎo)致圍油欄被冰劃破，使圍油欄破損并失去漂浮穩(wěn)性，圍控效率降低。
[0009]基于上述原因，在很多現(xiàn)實(shí)工程事件的處理中，發(fā)現(xiàn)即使在微量破碎冰存在情況下，傳統(tǒng)圍油欄對(duì)溢油的圍控也有可能失效。因此，針對(duì)可能在有冰覆蓋水域發(fā)生的溢油事件，需要研發(fā)能控油同時(shí)兼?zhèn)淇乇芰Φ膰蜋凇?br>[0010]目前，我國渤海水域已投入使用的采油平臺(tái)和已鋪設(shè)的海底油氣管道中，已有70%以上服役超過15年，這就促使渤海水域發(fā)生重大海上溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)日益加劇。同時(shí)，每年3個(gè)月左右的海冰覆蓋期致使渤海水域的溢油事故處置面臨更大的難度和挑戰(zhàn)。如果2011年渤海蓬萊19-3油田的溢油事故發(fā)生在冬季海面有冰期間，則將造成更加嚴(yán)重的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。因此，研發(fā)針對(duì)有冰水域圍控效率高的圍油欄產(chǎn)品對(duì)有冰覆蓋水域溢油事故的應(yīng)急處置措施顯得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有圍油欄的不足，結(jié)合有冰覆蓋水域的環(huán)境特點(diǎn)，研發(fā)一種適用于有冰覆蓋水域溢油事故的圍油欄，利用此種圍油欄，給出一種碎冰水域溢油圍控方法。本發(fā)明采用的圍油欄在碎冰條件下能具有很強(qiáng)的漂浮穩(wěn)性和抗冰能力，提高有冰覆蓋水域溢油事故的圍控效率。技術(shù)方案如下:
[0012 ] —種碎冰水域溢油圍控方法，包括下列的步驟:
[0013](I)制作連體氣囊，連體氣囊包括由兩個(gè)單片氣囊，兩個(gè)單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個(gè)單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個(gè)相互不連通的子氣囊(I)，兩個(gè)單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在沿上邊緣設(shè)置有用于穿過繩索的繩索通道(2);在下邊緣留有用于穿過繩索和容納第二配重的配重通道(3);
[0014](2)在兩個(gè)單片氣囊間中空部分配置第一配重(6);
[0015](3)將繩索穿過連體氣囊上邊緣的繩索通道(2);
[0016](4)所述的第二配種為鋼管，用若干段鋼管套在另一個(gè)繩索外，將此繩索穿過下邊緣的配重通道(3);
[0017](5)為每個(gè)子氣囊(I)充氣，最終形成具有水滴狀斷面構(gòu)型的圍油欄；
[0018](6)根據(jù)實(shí)際需求長度選用一個(gè)或多個(gè)連體氣囊，連接成為整體的圍油欄屏體；
[0019](7)將圍油欄屏體固定在拖船上，將圍油欄拖到目的位置，對(duì)碎冰水域溢油進(jìn)行圍控。
[0020]本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)圍油欄在組成部分上首先形成了改進(jìn)，將浮體與屏體部分合二為一，即采用同時(shí)具備阻礙溢油和浮冰運(yùn)動(dòng)的屏障功能的浮體結(jié)構(gòu)。該浮體結(jié)構(gòu)由一系列連體式氣囊組成，單個(gè)連體氣囊由兩片各帶有8個(gè)子氣囊的矩形單片氣囊組合而成。充氣后兩片氣囊在氣體膨脹壓力作用下向外鼓起，而兩片氣囊間則形成中空。在這一中空部分底部設(shè)置鋼質(zhì)圓管，這樣的設(shè)置不僅可為單個(gè)連體氣囊提供一定的配重，以增加其吃水深度，同時(shí)還可在配重的作用下將這一中空區(qū)間的斷面調(diào)整為水滴狀構(gòu)型。通過上述方法構(gòu)造的連體氣囊因具有水滴狀斷面構(gòu)型而獲得了極佳的水中站立漂浮姿態(tài)和穩(wěn)性。在連體氣囊下端配置一定質(zhì)量的鐵管作為配重，促使圍油欄具有足夠的吃水深度，這樣不僅可以進(jìn)一步增加圍油欄的整體漂浮穩(wěn)性，還能達(dá)到圍控一定厚度的溢油和浮冰的目的。圍油欄結(jié)構(gòu)連接方式上，對(duì)傳統(tǒng)圍油欄連接方式進(jìn)行改進(jìn)，用堅(jiān)固的鋼絲繩將每一片氣囊串聯(lián)起來，并在相鄰連體氣囊連接處進(jìn)行壓縮密封處理，進(jìn)而可根據(jù)實(shí)際需求長度將一系列連體氣囊連接為整體的圍油欄屏體。
[0021 ]本發(fā)明采用兩片氣囊組成連體圍油欄，側(cè)面形成水滴形狀，大大增加了圍油欄在水中的漂浮穩(wěn)性，特別是在海冰漂移情況下，拖船可拖航圍油欄的臨界速度大大增加，提高了圍控效率。其次，每個(gè)連體氣囊由若干子氣囊組成，可以通過充氣孔對(duì)氣囊充氣，同時(shí)多個(gè)子氣囊并聯(lián)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了圍油欄抗冰破損能力，若某個(gè)子氣囊被冰或利器割破發(fā)生破損，不會(huì)使整個(gè)圍油欄喪失漂浮和圍控能力。綜上所述，采用雙重配重設(shè)置增大了圍油欄的冰區(qū)控油性能。本發(fā)明可以有效圍控在破碎冰情況下發(fā)生的溢油，大大提高了溢油的回收效率。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)證明其具體優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為:
[0022]1、可應(yīng)用于碎冰覆蓋率達(dá)50%至70%的水域；
[0023]2、可抵御碎冰厚度為5-30cm、漂移速度0.l-0.8m/s的流冰侵襲；
[0024]3、較傳統(tǒng)的圍油欄，冰區(qū)作業(yè)時(shí)溢油圍控失效概率下降80%。
【附圖說明】
[0025]圖1是連體氣囊正面示意圖。
[0026]圖2是充氣后圍油欄側(cè)面示意圖。
[0027]圖3是圍油欄充氣安裝后整體示意圖。
[0028]圖中標(biāo)號(hào)說明:①子氣囊;②鋼絲繩串聯(lián)通道;③鋼管和鋼絲繩通道;④連接處;⑤充氣孔;⑥鋼質(zhì)圓管。
【具體實(shí)施方式】
[0029]1、本發(fā)明采用兩片單片氣囊在上下邊緣壓縮密封組成連體氣囊，如圖1所示。單片氣囊采用3mm厚的有阻燃特性的橡膠材料制成，每片氣囊上都有子氣囊①，數(shù)量為8個(gè)，子氣囊充氣前寬3cm，高61cm，形成的連體氣囊總高80cm，寬度46cm，上部留直徑2cm的鋼絲繩串聯(lián)通道②，下部留直徑7cm的通道作為配重鋼管和鋼絲繩通道③；
[0030]2、在兩片氣囊間中空部分配置外直徑6cm，厚度I cm的鋼質(zhì)圓管⑥作配重；
[0031]3、配置完成后，將連體氣囊用直徑Icm的不銹鋼鋼絲繩在上端串聯(lián)，用若干段直徑5cm，厚度2cm，長度35cm的鋼質(zhì)圓管套在不銹鋼鋼絲繩外在下端串聯(lián)，組成足夠長度圍油欄，并在連接處④壓縮密封，使每個(gè)連體氣囊獨(dú)立密閉，保證氣囊有足夠浮力；
[0032]4、每片氣囊都有一個(gè)充氣孔⑤，充氣孔與每個(gè)子氣囊連通，組裝完成后，采用10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為充氣氣壓對(duì)氣囊充氣，最終形成水滴狀斷面構(gòu)型圍油欄，如圖3所示；
[0033]5、在圍油欄工作結(jié)束后，用氣栗將圍油欄氣體從充氣孔⑤抽出，回收儲(chǔ)存圍油欄，以備以后使用。
[0034]實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中，將圍油欄兩端用繩索固定在拖船上，拖船固定在試驗(yàn)拖車上，然后拖車以試驗(yàn)需要的速度帶動(dòng)圍油欄運(yùn)動(dòng)，當(dāng)圍油欄到達(dá)試驗(yàn)區(qū)域前，為了減小浮冰在進(jìn)入圍油欄區(qū)域時(shí)與圍油欄接觸產(chǎn)生的作用力，拖車以低速行駛將圍油欄拖到目的位置，一旦圍油欄航行中包含一定浮冰后，逐漸增大拖車的速度至圍油欄失效的臨界速度以下的安全速度勻速行駛，將溢油擴(kuò)散面積圍控到可處理大小并轉(zhuǎn)移到指定位置。
[0035]試驗(yàn)表明圍油欄能夠有效圍控碎冰情況下海面溢油，沒有發(fā)生傳統(tǒng)圍油欄面對(duì)海冰條件的失效行為，能夠及時(shí)高效的將碎冰水域溢油控制在一定范圍并轉(zhuǎn)移到可回收目的地。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碎冰水域溢油圍控方法，包括下列的步驟: (1)制作連體氣囊，連體氣囊包括由兩個(gè)單片氣囊，兩個(gè)單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個(gè)單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個(gè)相互不連通的子氣囊(I)，兩個(gè)單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在沿上邊緣設(shè)置有用于穿過繩索的繩索通道(2);在下邊緣留有用于穿過繩索和容納第二配重的配重通道(3); (2)在兩個(gè)單片氣囊間中空部分配置第一配重(6); (3)將繩索穿過連體氣囊上邊緣的繩索通道(2); (4)所述的第二配種為鋼管，用若干段鋼管套在另一個(gè)繩索外，將此繩索穿過下邊緣的配重通道(3); (5)為每個(gè)子氣囊(I)充氣，最終形成具有水滴狀斷面構(gòu)型的圍油欄； (6)根據(jù)實(shí)際需求長度選用一個(gè)或多個(gè)連體氣囊，連接成為整體的圍油欄屏體； (7)將圍油欄屏體固定在拖船上，將圍油欄拖到目的位置，對(duì)碎冰水域溢油進(jìn)行圍控。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碎冰水域溢油圍控方法，包括：制作連體氣囊，連體氣囊包括由兩個(gè)單片氣囊，兩個(gè)單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個(gè)單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個(gè)相互不連通的子氣囊(1)，兩個(gè)單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在沿上邊緣設(shè)置有用于穿過繩索的繩索通道(2)；在兩個(gè)單片氣囊間中空部分配置配重(6)；將繩索穿過連體氣囊上邊緣的繩索通道(2)；為每個(gè)子氣囊(1)充氣，最終形成具有水滴狀斷面構(gòu)型的圍油欄；根據(jù)實(shí)際需求長度選用一個(gè)或多個(gè)連體氣囊，連接成為整體的圍油欄屏體；對(duì)碎冰水域溢油進(jìn)行圍控。本發(fā)明可以提高有冰覆蓋水域溢油事故的圍控效率。
【IPC分類】E02B15/08
【公開號(hào)】CN105603949
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510962936
【發(fā)明人】黃焱, 張祥龍, 宋夢(mèng)然, 吳煒, 黃思洋
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日