一种海洋石油泄漏应急处理系统及方法与流程

本发明涉及海洋石油开采领域，具体而言是一种海洋石油泄漏应急处理系统及方法。

背景技术：

在极度依赖化石能源的现代工业社会，石油资源无疑是推动工业、经济乃至社会发展的重要资源，油轮和海上石油平台的出现为人类解决了石油的运输和生产问题，却带来了另一个问题——石油泄漏。

2010年的墨西哥湾漏油事件，让人们看到了大型石油泄漏对环境和生态平衡的巨大破坏。然而小型的漏油事故依旧会带来较大的生态环境和经济损失。而现有的石油泄漏清理技术中，使用物理法普遍单一而且反应时间长、规模大，而使用化学法则会导致化学污染情况较严重，两种方法成本都比较高。所以现在急需一种针对中小型漏油事故的反应时间短、成本低的应急清理模式，能够迅速、有效的控制漏油情况，防止泄漏情况进一步恶化。

技术实现要素：

为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种海洋石油泄漏应急处理系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种海洋石油泄漏应急处理系统，所述系统包括指挥艇、用料无人机、信息无人机和无人船四个子系统；

所述指挥艇包括指挥艇功能模块、指挥艇控制模块、指挥艇信息处理模块和指挥艇移动模块四个模块；

所述指挥艇功能模块包括指挥艇电力子模块和指挥艇用料储存子模块：

所述指挥艇电力子模块包括发电单元和充电单元；

所述指挥艇用料储存子模块包括用料补充通道、用料储存单元和用料无人机用料补充器；所述用料储存单元包括表面催化剂储存库和吸附剂储存库；所述指挥艇控制模块包括无人船控制子模块、无人机控制子模块、自身控制子模块：

所述的无人船控制子模块包括带电气溶性射流控制单元、射流泵控制单元、移动控制单元；所述射流泵控制单元包括水射流用水抽吸泵控制子单元和油污混合体射流泵控制子单元；

所述无人机控制子模块包括用料无人机控制单元和信息无人机控制单元，所述用料无人机控制单元包括催化剂抛洒子单元、飞行控制子单元、吸附剂抛洒子单元，所述信息无人机控制单元包括飞行控制子单元、航拍控制子单元、信息实时采集控制子单元；

所述指挥艇信息处理模块包括海上平台输入命令子模块、输出命令子模块、信息采集子模块、信息自处理子模块、信息汇总反馈子模块：

所述信息采集子模块包括无人船电力信息采集单元和无人机信息采集单元，所述无人机信息采集单元包括信息无人机信息采集子单元、用料无人机用料信息采集子单元和无人机电力信息采集子单元。

优选地,所述系统还包括海上平台和直升机，所述海上平台包括直升机模块、指挥艇信息汇总处理中心和物资储存库三个模块。

优选地,所述用料无人机包括用料无人机飞行模块、用料无人机供电模块、用料无人机信息反馈模块和用料无人机用料抛撒、储存和补充模块：

所述用料无人机飞行模块包括空间移动子模块和悬停子模块；

所述用料无人机供电模块包括储电电池、电力过低警报器、太阳能供电子模块和用料无人机充电子模块；

所述用料无人机信息反馈模块包括用料量低警报反馈子模块和电力过低警报反馈子模块；

所述用料无人机用料抛撒、储存、补充模块包括催化剂子模块和吸附剂子模块，所述催化剂子模块包括催化剂补充器、催化剂储存器、催化剂抛撒器和用料量低警报器；所述吸附剂子模块包括吸附剂补充器、吸附剂储存器、吸附剂抛撒器和用料量低警报器。

优选地,所述信息无人机包括信息无人机飞行模块、信息无人机供电模块和信息无人机功能模块三个模块：

所述信息无人机飞行模块包括空间移动子模块和悬停子模块；

所述信息无人机供电模块包括储电电池、电力过低警报器、太阳能供电子模块和信息无人机充电子模块；

所述信息无人机功能模块包括信息无人机航拍子模块和信息无人机信息处理子模块，所述信息无人机信息处理子模块包括反馈单元、信息实时采集单元；所述反馈单元包括电力过低警报反馈子单元和信息采集反馈子单元。

优选地，所述无人船包括无人船电力过低警报反馈模块、无人船供电模块、无人船功能模块和无人船移动模块；

所述无人船供电模块包括储电电池、电力过低警报器、太阳能供电子模块和无人船充电子模块：

所述太阳能供电子模块包括太阳能电池板，无人船操作所需能量均由供电模块中的电力过低警报器、储电电池和太阳能供电子模块中的太阳能电池板提供，无人船充电子模块包含在储电电池内，且无人船充电子模块所提供电力均直接存入储电电池内，电力过低警报器检测到电力过低后，立即发送警报至无人船电力过低警报反馈模块，所述无人船电力过低警报反馈模块立即将警报发送至所述指挥艇的信息处理模块的信息采集子模块的无人船电力信息采集单元；

所述无人船功能模块包括带电气溶性射流喷射子模块和射流泵抽吸子模块；

所述无人船移动模块由移动装置组成。

优选地,所述射流泵抽吸子模块包括水射流用水抽吸泵单元和油污混合体射流泵单元：

所述水射流用水抽吸泵单元包括射流用水箱及抽吸泵和抽水管及其附件；

所述油污混合体射流泵单元包括抽吸物密度分析监测器、射流泵，所述射流泵包括抽吸物射流泵和抽吸物储舱，抽吸物射流泵抽吸油污混合物，同时抽吸物密度分析监测器分析所吸入混合物密度并实时监测，抽吸物密度分析检测器按高度平均分布于抽吸物储舱内，抽吸物射流泵将海面上经吸附剂吸附后的油污、海水和吸附剂的混合物吸入抽吸物储舱内。

优选地，所述带电气溶性射流喷射子模块，包括低压喷嘴、压缩空气发生器、高压电源和超声速喷嘴，射流用水箱及抽吸泵抽吸海水后加压，输入带电气溶性射流喷射子模块中为高压水，高压水经低压喷嘴射出至压缩空气发生器处，被压缩空气发生器产生的压缩空气破碎成水滴至高压电源处带电，最后经超声速喷嘴而形成带电气溶性射流并射出。

一种海洋石油泄漏应急处理方法，包括以下步骤：

S1、信息采集，利用指挥艇控制信息无人机对漏油情况进行信息采集，并将信息反馈至指挥艇；

S2、指挥艇接收信息传递、并简单分析

S3，抛撒催化剂，指挥艇控制用料无人机抛撒催化剂；

S4，喷射带电气溶性射流，指挥艇控制无人船喷射带电气溶性射流；

S5，吸收油污准备，指挥艇控制用料无人机抛撒吸附剂；

S6，无人船吸收油污，指挥艇控制无人船吸收油污。

优选地，所述步骤S1中反馈的信息中，如漏油面积大于1000平方米时，则调动海上平台，增派指挥艇，划定各指挥艇工作区域。

本发明是针对中小型漏油事故的反应时间短、成本低的应急清理模式，能够迅速、有效的控制漏油情况，防止泄漏情况进一步恶化。

附图说明

图1.1至图1.6是本发明的系统功能组成图，其中，图1.1是本发明的系统简图，图1.2是本发明中所述的海上平台的功能组成图，图1.3是本发明中所述的信息无人机的功能组成图，图1.4是本发明中所述的无人船的功能组成图，图1.5是本发明中所述的指挥艇的功能组成图，图1.6是本发明中所述的用料无人机的功能组成图；

图2是本发明的系统示意图；

图3是本发明中所述的无人船的剖面结构图；

图4是本发明中所述的带电气溶性射流喷射子模块的示意图；

图5是本发明的系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

如图1.1至图1.6及图2至4所示，一种海洋石油泄漏应急处理系统，包括指挥艇2、用料无人机3、信息无人机4和无人船5四个子系统；

指挥艇2包括指挥艇功能模块、指挥艇控制模块、指挥艇信息处理模块和指挥艇移动模块四个模块；

指挥艇功能模块包括指挥艇电力子模块和指挥艇用料储存子模块：

指挥艇电力子模块包括发电单元和充电单元；

指挥艇用料储存子模块包括用料补充通道、用料储存单元和用料无人机用料补充器；用料储存单元包括表面催化剂储存库和吸附剂储存库；指挥艇控制模块包括无人船控制子模块、无人机控制子模块、自身控制子模块：

无人船控制子模块包括带电气溶性射流控制单元、射流泵控制单元、移动控制单元；射流泵控制单元包括水射流用水抽吸泵控制子单元和油污混合体射流泵控制子单元；

无人机控制子模块包括用料无人机控制单元和信息无人机控制单元，用料无人机控制单元包括催化剂抛洒子单元、飞行控制子单元、吸附剂抛洒子单元，信息无人机控制单元包括飞行控制子单元、航拍控制子单元、信息实时采集控制子单元；

指挥艇信息处理模块包括海上平台输入命令子模块、输出命令子模块、信息采集子模块、信息自处理子模块、信息汇总反馈子模块：

信息采集子模块包括无人船电力信息采集单元和无人机信息采集单元，无人机信息采集单元包括信息无人机信息采集子单元、用料无人机用料信息采集子单元和无人机电力信息采集子单元。

在上述方案的基础上，本系统还包括海上平台1和直升机，海上平台1包括直升机模块、指挥艇信息汇总处理中心和物资储存库三个模块。

具体的，用料无人机包括用料无人机飞行模块、用料无人机供电模块、用料无人机信息反馈模块和用料无人机用料抛撒、储存和补充模块：

用料无人机飞行模块包括空间移动子模块和悬停子模块；

用料无人机供电模块包括储电电池、电力过低警报器、太阳能供电子模块和用料无人机充电子模块；

用料无人机信息反馈模块包括用料量低警报反馈子模块和电力过低警报反馈子模块；

用料无人机用料抛撒、储存、补充模块包括催化剂子模块和吸附剂子模块，催化剂子模块包括催化剂补充器、催化剂储存器、催化剂抛撒器和用料量低警报器；吸附剂子模块包括吸附剂补充器、吸附剂储存器、吸附剂抛撒器和用料量低警报器。

具体的，信息无人机包括信息无人机飞行模块、信息无人机供电模块和信息无人机功能模块三个模块：

信息无人机飞行模块包括空间移动子模块和悬停子模块；

信息无人机供电模块包括储电电池、电力过低警报器、太阳能供电子模块和信息无人机充电子模块；

信息无人机功能模块包括信息无人机航拍子模块和信息无人机信息处理子模块，信息无人机信息处理子模块包括反馈单元、信息实时采集单元；反馈单元包括电力过低警报反馈子单元和信息采集反馈子单元。

具体的，无人船包括无人船电力过低警报反馈模块、无人船供电模块、无人船功能模块和无人船移动模块；

无人船供电模块包括储电电池7、电力过低警报器6、太阳能供电子模块和无人船充电子模块：

太阳能供电子模块包括太阳能电池板8，无人船操作所需能量均由供电模块中的电力过低警报器6、储电电池7和太阳能供电子模块中的太阳能电池板8提供，无人船充电子模块包含在储电电池7内，且无人船充电子模块所提供电力均直接存入储电电池7内，电力过低警报器6检测到电力过低后，立即发送警报至无人船电力过低警报反馈模块，无人船电力过低警报反馈模块立即将警报发送至指挥艇的信息处理模块的信息采集子模块的无人船电力信息采集单元；

无人船功能模块包括带电气溶性射流喷射子模块和射流泵抽吸子模块；

无人船移动模块由移动装置15组成。

具体的，射流泵抽吸子模块包括水射流用水抽吸泵单元和油污混合体射流泵单元：

水射流用水抽吸泵单元包括射流用水箱及抽吸泵10和抽水管及其附件11；

油污混合体射流泵单元包括抽吸物密度分析监测器13、射流泵，射流泵包括抽吸物射流泵14和抽吸物储舱12，抽吸物射流泵14抽吸油污混合物，同时抽吸物密度分析监测器13分析所吸入混合物密度并实时监测，抽吸物密度分析检测器13按高度平均分布于抽吸物储舱12内，抽吸物射流泵14将海面上经吸附剂吸附后的油污、海水和吸附剂的混合物吸入抽吸物储舱12内。

具体的，带电气溶性射流喷射子模块9包括低压喷嘴17、压缩空气发生器18、高压电源19和超声速喷嘴20，射流用水箱及抽吸泵10抽吸海水后加压，输入带电气溶性射流喷射子模块9中为高压水16，高压水16经低压喷嘴17射出至压缩空气发生器18处，被压缩空气发生器18产生的压缩空气破碎成水滴至高压电源19处带电，最后经超声速喷嘴20而形成带电气溶性射流并射出。

结合图5，对本发明的工作流程进一步说明如下：

一种海洋石油泄漏应急处理方法，包括海上平台1、指挥艇2、用料无人机3、信息无人机4、无人船5五个子系统。面对突发的海上石油泄漏，指挥艇2至少为一艏，每艘指挥艇2携带一架信息无人机4、一架用料无人机3、三艘无人船5，前往漏油海域，判断漏油情况。

情况1：如漏油面积<1000平方米时，划定各指挥艇2工作区域，分散处理，各工作区域内具体实施方式如下。

步骤S1，信息采集

放飞信息无人机4，指挥艇2的信息无人机控制单元的飞行控制子单元控制信息无人机4的无人机飞行模块的空间移动子模块，控制信息无人机4移动至指定位置。指挥艇2的输出命令子模块输出“采集信息”命令至指挥艇2的信息无人机控制单元中的航拍控制子单元和信息实时采集控制子单元，而后指挥艇2的信息无人机控制单元中的航拍控制子单元和信息实时采集控制子单元控制信息无人机4的信息无人机航拍子模块和信息实时采集单元开始工作，信息无人机4的信息无人机航拍子模块和信息实时采集单元所获取的信息由信息无人机4的信息采集反馈子单元反馈至指挥艇2的信息采集子模块中的无人机信息采集单元中的信息无人机信息采集子单元，此过程中，由指挥艇2的飞行控制子单元控制信息无人机4的悬停子模块使信息无人机4保持悬停状态。

步骤S2，信息传递、简单分析和处理

信息无人机4信息采集反馈子单元将所采集到的信息，传输至指挥艇2的信息自处理子模块，分析处理后获得工作区域内漏油情况。

步骤S3，抛撒催化剂

获取工作区域内漏油情况后，放飞用料无人机3，由指挥艇2的用料无人机控制单元的飞行控制子单元控制用料无人机3的空间移动，由指挥艇2的输出命令子模块输出“抛洒表面催化剂”命令至指挥艇2的用料无人机控制单元中的催化剂抛洒子单元，指挥艇2的催化剂抛洒子单元控制用料无人机3的无人机用料抛撒、储存、补充模块中的催化剂子模块中的催化剂抛撒器，在移动过程中向海面抛撒表面催化剂。

步骤S4，喷射带电气溶性射流

向海面抛撒表面催化剂后，释放无人船5。由指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5的无人船移动模块的移动装置15，移动无人船5。由指挥艇2的输出命令子模块输出“喷射带电气溶性射流”命令至指挥艇2的无人船控制子模块中的带电气溶性射流控制单元，指挥艇2的带电气溶性射流控制单元控制无人船5的带电气溶性射流喷射子模块，喷射带电气溶性射流，使表面催化剂与油体发生较充分的乳化反应。此过程中，无人船5各项操作所需能量均由无人船供电模块中的电力过低警报器6、储电电池7和太阳能供电子模块中的太阳能电池板8提供，无人船供电模块中的无人船充电子模块包含在储电电池7内，且无人船充电子模块所提供电力均直接存入储电电池7内，无人船电力过低警报反馈模块的位置在电力过低警报器6中，电力过低警报器6检测到电力过低后，立即发送警报至无人船电力过低警报反馈模块，该模块立即将警报发送至指挥艇2的指挥艇信息处理模块的信息采集子模块的无人船电力信息采集单元，随后指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5的无人船移动模块的移动装置15，移动无人船5至指挥艇2处，并由指挥艇2的指挥艇功能模块的指挥艇电力子模块的充电单元为无人船5充电，然后再由指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5的无人船移动模块的移动装置15，移动无人船5至原工作地点继续工作。由指挥艇2的无人船控制子模块中的射流泵控制单元中的水射流用水抽吸泵控制子单元控制无人船5的射流泵抽吸子模块中的水射流用水抽吸泵单元的射流用水箱及抽吸泵10和抽水管及其附件11，放出抽水管，用抽吸泵10抽吸海水，为带电气溶性射流喷射子模块提供用水。带电气溶性射流喷射子模块9包括低压喷嘴17、压缩空气发生器18、高压电源19和超声速喷嘴20，射流用水箱及抽吸泵10抽吸海水后加压，输入带电气溶性射流喷射子模块9中为高压水16，高压水16经低压喷嘴17射出至压缩空气发生器18处，被压缩空气发生器18产生的压缩空气破碎成水滴至高压电源19处带电，最后经超声速喷嘴20而形成带电气溶性射流并射出。

步骤S5，吸收油污准备

喷射带电气溶性射流后，指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5离开工作区域，而后指挥艇2的输出命令子模块输出“抛洒吸附剂”命令至指挥艇2的用料无人机控制单元中的吸附剂抛洒子单元，指挥艇2的吸附剂抛洒子单元控制用料无人机3的无人机用料抛撒、储存、补充模块中的吸附剂子模块中的吸附剂抛撒器，在移动过程中向海面抛撒吸附剂，充分吸附乳化与未乳化的油体，便于收集。

步骤S6，无人船5吸收油污

向海面抛撒吸附剂后，指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5进入工作区域，由指挥艇2的输出命令子模块输出“抽吸油污混合体”命令至指挥艇2的无人船控制子模块中的射流泵控制单元中的油污混合体射流泵控制子单元，指挥艇2的油污混合体射流泵控制子单元控制无人船5的油污混合体射流泵单元，抽吸海上油体与吸附剂以及乳化液的混合物。此过程中，无人船5各项操作所需能量均由无人船供电模块中的电力过低警报器6、储电电池7和太阳能供电子模块中的太阳能电池板8提供，无人船供电模块中的无人船充电子模块包含在储电电池7内，且无人船充电子模块所提供电力均直接存入储电电池7内，无人船电力过低警报反馈模块的位置在电力过低警报器6中，电力过低警报器6检测到电力过低后，立即发送警报至无人船电力过低警报反馈模块，无人船电力过低警报反馈模块立即将警报发送至指挥艇2的指挥艇信息处理模块的信息采集子模块的无人船电力信息采集单元，随后指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5的无人船移动模块的移动装置15，移动无人船5至指挥艇2处，并由指挥艇2的指挥艇功能模块的指挥艇电力子模块的充电单元为无人船5充电，然后再由指挥艇2的无人船控制子模块中的移动控制单元控制无人船5的无人船移动模块的移动装置15，移动无人船5至原工作地点继续工作。由指挥艇2的无人船控制子模块中的射流泵控制单元中的油污混合体射流泵控制子单元控制所述的无人船5的射流泵抽吸子模块中的油污混合体射流泵单元的抽吸物密度分析监测器13和射流泵，抽吸油污混合物，同时抽吸物密度分析监测器13分析所吸入混合物密度并实时监测。抽吸物射流泵14将海面上经吸附剂吸附后的油污、海水和吸附剂的混合物吸入抽吸物储舱12内。

情况2：如漏油面积>1000平方米时，调动海上平台1，增派指挥艇2，划定各指挥艇2工作区域，分散处理，各工作区域内具体实施方式如下。

步骤A1，信息采集

同情况步骤S1的信息采集。

步骤A2，信息传递、综合分析和处理

信息无人机信息采集反馈子单元将所采集到的信息，传输至指挥艇2的信息汇总反馈子模块，各指挥艇2的信息汇总反馈子模块分别将汇总后的信息传输至海上平台1的指挥艇信息汇总处理中心，海上平台1的指挥艇信息汇总处理中心分析处理后获得全体工作区域内漏油情况。

步骤A3，重新划定工作区域

根据全体工作区域内漏油情况，重新划定各指挥艇2工作区域，并由海上平台1的指挥艇信息汇总处理中心将各指挥艇2新的工作区域位置及漏油情况传输至各指挥艇2的海上平台输入命令子模块。各指挥艇2的海上平台输入命令子模块将新的工作区域位置信息传输至指挥艇2的自身控制子模块，指挥艇2的自身控制子模块控制指挥艇2的移动模块，将各指挥艇2移动至各自工作位置。

其余步骤与情况1的步骤S3至步骤S6相同，在此不再赘述。

以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进应包含在本发明的保护之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及同等物界定。