海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，包括海底采集車、供料軟管、浮體球、提升泵、硬管、分解平臺、壓力監(jiān)測裝置和控制器；浮體球均勻分布在供料軟管上；分解平臺設(shè)置于海面上，包括分解倉和收集倉；分解倉用于分解天然氣水合物，收集倉用于收集分解后得到的天然氣；硬管的一端與分解平臺連接，提升泵懸掛在硬管上，且提升泵通過供料軟管與海底采集車連接；海底采集車用于采集海底的天然氣水合物；提升泵用于將天然氣水合物加壓后輸送至海面的分解平臺上；壓力監(jiān)測裝置包括多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)壓力傳感器設(shè)置于硬管的預(yù)定位置，用于檢測硬管內(nèi)不同位置的壓力；控制器用于根據(jù)壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測到的壓力控制提升泵的輸出流量。
【專利說明】海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及深海能源開采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源早已成了維持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而傳統(tǒng)能源的日益枯竭時(shí)刻威脅著人類的發(fā)展，這迫使世界各國不得不尋找更高效、更清潔的替代能源。為開辟新能源，近幾十年來，越來越多的國家將目光投向一種鮮為人知的新型能源——天然氣水合物，它分布廣、能量密度高，被各國科學(xué)家公認(rèn)為是21世紀(jì)最具前景的、最理想的清潔能源和替代能源。
[0003]據(jù)估計(jì)，全球海底天然氣水合物中甲烷資源量約為2.1XlOiem3,甲烷中的碳總量相當(dāng)于當(dāng)前已知煤、石油和天然氣等化石燃料總資源量的兩倍。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦藏主要分布在水深為300?4000m的海底，約占全球天然氣水合物總量的90%。天然氣水合物在高壓條件下形成，并賦存于海底以下O?1500m的松散沉積層中；因此，未來天然氣水合物開采的主要場合是海底。
[0004]目前，開采海底天然氣水合物的系統(tǒng)包括海底采集車、提升泵、硬管和分解平臺，分解平臺設(shè)置于海面上并設(shè)置有分解倉和收集倉，分解倉用于分解天然氣水合物，收集倉用于收集分解后的天然氣；硬管一端與分解平臺連接，提升泵懸掛在硬管上，提升泵通過軟管與海底采集車連接；海底采集車采集包含有天然氣水合物的海底沉積物并經(jīng)初步篩選后通過軟管提供給提升泵；提升泵將天然氣水合物及海水加壓后向海面輸送，帶有天然氣水合物的海水經(jīng)硬管被輸送至海面的分解平臺上，分解完成后，天然氣收集于收集倉內(nèi)。
[0005]上述這種采集方式必須要有高揚(yáng)程、大流量、高功率的提升泵，否則無法將海底幾千米的天然氣水合物輸送至海面；然而，提升泵通常設(shè)置在距海底幾十米的位置，一旦輸送管道出現(xiàn)堵塞，提升泵的負(fù)載必然加大，輸送管道內(nèi)的壓力也會(huì)急劇增加，容易引起嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提出一種海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)及控制方法。
[0007]—方面，本實(shí)用新型提出了一種海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，包括海底采集車、供料軟管、浮體球、提升泵、硬管、分解平臺、壓力監(jiān)測裝置和控制器；所述浮體球均勻分布在所述供料軟管上；所述分解平臺設(shè)置于海面上，并包括分解倉和收集倉；所述分解倉用于分解天然氣水合物，所述收集倉用于收集分解后得到的天然氣；所述硬管的一端與所述分解平臺連接，所述提升泵懸掛在硬管上，且所述提升泵通過供料軟管與海底采集車連接；所述海底采集車用于采集海底的天然氣水合物，并通過供料軟管將天然氣水合物與海水的混合物輸送給提升泵；所述提升泵用于將天然氣水合物加壓后輸送至海面的分解平臺上；所述壓力監(jiān)測裝置包括多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)所述壓力傳感器設(shè)置于硬管的預(yù)定位置，用于檢測所述硬管內(nèi)不同位置的壓力；所述控制器用于根據(jù)壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測到的壓力控制所述提升泵的輸出流量。
[0008]在優(yōu)選技術(shù)方案中，多個(gè)所述壓力傳感器等距分布在所述硬管上。
[0009]在優(yōu)選技術(shù)方案中，所述壓力傳感器檢測到的壓力大于預(yù)定安全壓力時(shí)，所述控制器控制所述提升泵停止作業(yè)。
[0010]在優(yōu)選技術(shù)方案中，所述分解平臺上還設(shè)置有海水泵；所述海水泵的出口與分解倉連通，用于將海面的海水泵入所述分解倉。
[0011]在優(yōu)選技術(shù)方案中，所述海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)還設(shè)置有尾礦管；所述尾礦管的頂端與所述分解倉連接。
[0012]本實(shí)用新型提出的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)設(shè)置有海底采集車、供料軟管、浮體球、提升泵、硬管、分解平臺、壓力監(jiān)測裝置和控制器；壓力監(jiān)測裝置設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)壓力傳感器分布檢測硬官內(nèi)不同位置的壓力，控制器根據(jù)各個(gè)壓力傳感器檢測到的壓力來控制提升泵的輸出流量，進(jìn)而防止硬管內(nèi)的壓力過高；當(dāng)硬管內(nèi)某處出現(xiàn)局部堵塞或流動(dòng)不暢時(shí)，相應(yīng)地，硬管內(nèi)某些部位的壓力會(huì)增加，當(dāng)與之相對的壓力傳感器檢測到的壓力大于預(yù)定的壓力時(shí)，控制器控制提升泵在安全范圍內(nèi)適當(dāng)減少或增加流量，在安全范圍內(nèi)適當(dāng)增加流量可以將堵塞部位的堵塞物沖開，減少流量可以避免硬管內(nèi)的壓力繼續(xù)增加進(jìn)而威脅作業(yè)安全，從而為正常作業(yè)提供安全保障。因此，利用本實(shí)用新型提出的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)可以有效提升天然氣水合物開采過程的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例提供的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)的控制框圖。
[0015]附圖標(biāo)記說明:
[0016]I 一海底采集車2—提升泵3—分解平臺4 一運(yùn)輸船
[0017]5一供料軟管6—浮體球7—硬管8一尾礦管9一輸氣管
[0018]10—第一壓力傳感器11一第二壓力傳感器12—分解倉
[0019]13—收集倉14 一壓力監(jiān)測裝置15—控制器

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型具體實(shí)施例提出的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)包括海底采集車1、供料軟管5、浮體球6、尾礦管8、提升泵2、硬管7、分解平臺3、運(yùn)輸船4、輸氣管9、壓力監(jiān)測裝置14和控制器15 ;浮體球6均勻分布在供料軟管5上，浮體球6為供料軟管5提供浮力并防止供料軟管5過度彎曲；分解平臺3設(shè)置于海面上，其包括分解倉12、收集倉13和海水泵；分解倉12用于分解天然氣水合物，；海水泵的出口與分解倉12連通，用于將海水注入分解倉12 ;尾礦管8的頂端與分解倉12連接，用于將尾礦排入海底；收集倉13用于收集分解后得到的天然氣；運(yùn)輸船4通過輸氣管9與收集倉13連接；硬管7的一端與分解平臺3連接，提升泵2懸掛在硬管7上，且提升泵2通過供料軟管5與海底采集車I連接；海底采集車I用于采集海底的天然氣水合物，并通過供料軟管5將天然氣水合物與海水的混合物輸送給提升泵2 ;提升泵2用于將天然氣水合物加壓后輸送至海面的分解平臺3上；壓力監(jiān)測裝置14具體設(shè)置有第一壓力傳感器10和第二壓力傳感器11，第一壓力傳感器10和第二壓力傳感器11設(shè)置于硬管7的預(yù)定位置，具體設(shè)置時(shí)，可以等距分布在硬管7上(即第一壓力傳感器10和第二壓力傳感器11將硬管7等分為三份)；控制器15接收第一壓力傳感器10和第二壓力傳感器11的壓力信號，并根據(jù)第一壓力傳感器10和第二壓力傳感器11檢測到的壓力控制提升泵2。
[0021]該海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)的具體作業(yè)過程是:海底采集車I采集海床上的含有天然氣水合物的沉積物(采集的具體過程類似于絞吸式挖泥船的挖泥過程)，在提升泵2的吸力作用下，天然氣水合物(實(shí)際上應(yīng)當(dāng)是天然氣水合物和海水的混合物)被吸入提升泵2，提升泵2將天然氣水合物加壓后經(jīng)硬管7輸送至海面的分解平臺3上；在分解倉12內(nèi)，天然氣水合物受到的壓力比海底要低，天然氣水合物自動(dòng)分解，為了促進(jìn)天然氣水合物分解，海水泵將海面的海水注入分解倉12內(nèi)，進(jìn)而提升天然氣水合物的溫度，加速分解過程；分解后得到的天然氣收集至收集倉13，并經(jīng)輸氣管9輸送至運(yùn)輸船4上；分解后的尾礦(比如泥沙)經(jīng)尾礦管8排至海底。在作業(yè)過程中，當(dāng)硬管7內(nèi)某處出現(xiàn)局部堵塞或流動(dòng)不暢時(shí)，相應(yīng)地，硬管7內(nèi)某些部位的壓力會(huì)增加，當(dāng)與之相對的壓力傳感器檢測到的壓力大于預(yù)定的壓力時(shí)，控制器15控制提升泵2在安全范圍內(nèi)適當(dāng)減少輸出流量，從而避免硬管7內(nèi)的壓力繼續(xù)增加進(jìn)而威脅作業(yè)安全；當(dāng)然，控制器15也可以控制提升泵2在安全范圍內(nèi)適當(dāng)增加輸出流量，從而使硬管7內(nèi)的流量加大，將堵塞部位的堵塞物沖開，進(jìn)而使硬管7內(nèi)的流動(dòng)更為順暢；當(dāng)硬管7內(nèi)的壓力大于安全值時(shí)，控制器15控制提升泵2停止作業(yè)，防止發(fā)生安全事故。
[0022]綜上所述，利用上述的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)可以有效提升天然氣水合物開采過程的安全性。
[0023]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，其特征在于，包括海底采集車、供料軟管、浮體球、提升泵、硬管、分解平臺、壓力監(jiān)測裝置和控制器；所述浮體球均勻分布在所述供料軟管上；所述分解平臺設(shè)置于海面上，并包括分解倉和收集倉；所述分解倉用于分解天然氣水合物，所述收集倉用于收集分解后得到的天然氣；所述硬管的一端與所述分解平臺連接，所述提升泵懸掛在硬管上，且所述提升泵通過供料軟管與海底采集車連接；所述海底采集車用于采集海底的天然氣水合物，并通過供料軟管將天然氣水合物與海水的混合物輸送給提升泵；所述提升泵用于將天然氣水合物加壓后輸送至海面的分解平臺上；所述壓力監(jiān)測裝置包括多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)所述壓力傳感器設(shè)置于硬管的預(yù)定位置，用于檢測所述硬管內(nèi)不同位置的壓力；所述控制器用于根據(jù)壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測到的壓力控制所述提升泵的輸出流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述壓力傳感器等距分布在所述硬管上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器檢測到的壓力大于預(yù)定安全壓力時(shí)，所述控制器控制所述提升泵停止作業(yè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，其特征在于，所述分解平臺上還設(shè)置有海水泵；所述海水泵的出口與分解倉連通，用于將海面的海水泵入所述分解倉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底天然氣水合物開采過程控制系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置有尾礦管；所述尾礦管的頂端與所述分解倉連接。
【文檔編號】E21B43/01GK204060641SQ201420351118
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張玉 申請人:華北水利水電大學(xué)