一种能够在碎冰区应用的抗冰围油栏的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种能够在碎冰区应用的抗冰围油栏。
【背景技术】
[0002]近年来，随着全球海上石油开发、储运的日益增长，发生重大海上溢油事故的风险随之增加。而且，溢油事故发生后，将同时经历多个不同的风化进程，进而造成其物理、化学性质的显著变化。这些进程包括:扩散、蒸发(挥发)、乳化、光学氧化、分解、沉淀、再次成膜、焦油球成型以及生物降解。其中，在溢油发生最初几分钟时间内，在风和流的作用下，溢油膜可形成上百平方米的扩散范围，如不采取及时有效的处理措施将会严重威胁着海洋生态环境和人类生活。因此，需要及时采取有效的围控手段，将溢油面积控制在可处理的范围内，再进行回收处理。尤其是当海面上有冰覆盖时，一方面溢油的化学及物理特性将具有极大的改变，另一方面漂移的浮冰会阻碍围控设备的前进，此时对溢油的围控难度大大增加。
[0003]目前，国内外使用的围油栏一般由三个部分组成:浮体(浮子)、屏体(中间的裙体)、配重(底部的重物)。三个部分各自的功能分别为:浮体为围油栏提供浮力，确保其能够漂浮在水面上;裙体连接在浮子下方，其在水下形成一道屏障，作用是使得围油栏在水下拥有一定垂直深度的吃水，确保能够围住一定厚度的溢油;裙体下连接配重物，作用是平衡围油栏，并且也为裙体提供张力使其能够形成屏障。而目前针对开放水域研发的溢油围控设备在有冰水域，会由于海冰漂移产生的影响发生失效。
[0004]上述的围油栏仅能应用于开放水域，当其应用于海冰覆盖水域时，将在海冰漂移作用下发生以下几种失效行为:
[0005].在漂移海冰的作用下，围油栏可能会出现下沉，从而降低了围油栏水面上的高度，致使被围控的溢油在一定的能量作用下漫过围油栏发生飞溅；
[0006].在油冰混合情况下，溢油会出现在冰下潜伏的姿态，从而致使围油栏裙体深度与积油深度等深，围控的溢油从裙体下方逃离，进而引发溢油泄漏；
[0007].在漂移海冰的作用下，围油栏不能稳定地停留或竖直在水面上，进而造成溢油的扩散；
[0008].由于冰是一种水的结晶材料，在一定条件下具有较高的强度和韧性，围油栏工作时与冰的相互作用，可能会导致围油栏被冰划破，使围油栏破损并失去漂浮稳性，围控效率降低。
[0009]基于上述原因，在很多现实工程事件的处理中，发现即使在微量破碎冰存在情况下，传统围油栏对溢油的围控也有可能失效。因此，针对可能在有冰覆盖水域发生的溢油事件，需要研发能控油同时兼备控冰能力的围油栏。
[0010]目前，我国渤海水域已投入使用的采油平台和已铺设的海底油气管道中，已有70%以上服役超过15年，这就促使渤海水域发生重大海上溢油事故的风险日益加剧。同时，每年3个月左右的海冰覆盖期致使渤海水域的溢油事故处置面临更大的难度和挑战。如果2011年渤海蓬莱19-3油田的溢油事故发生在冬季海面有冰期间，则将造成更加严重的环境污染和经济损失。因此，研发针对有冰水域围控效率高的围油栏产品对有冰覆盖水域溢油事故的应急处置措施显得十分重要。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是克服现有围油栏的不足，结合有冰覆盖水域的环境特点，研发一种适用于有冰覆盖水域溢油事故的围油栏，其在海冰条件下能具有很强的漂浮稳性和抗冰能力，提高有冰覆盖水域溢油事故的围控效率。本发明的技术方案如下:
[0012]—种能够在碎冰区应用的抗冰围油栏，包括连体气囊，其特征在于，连体气囊包括由两个单片气囊，两个单片气囊均采用有阻燃特性的材料制成，每个单片气囊包括上边缘、下边缘和并列排布在上边缘和下边缘之间的多个相互不连通的子气囊(1)，两个单片气囊的上边缘和下边缘分别密封并连接在一起，在两个单片气囊之间设置有第一配重(6)，在沿上边缘设置有用于穿过绳索的绳索通道(2)。在每个子气囊(1)充气之后，整个连体气囊形成水滴状断面构形。
[0013]作为优选实施方式，在边缘留有用于穿过绳索和容纳第二配重的配重通道(3)。所述的有阻燃特性的材料为有阻燃特性的橡胶。所述的第二配重为配重钢管，挂在穿过配重通道(3)的绳索上。
[0014]本发明较传统围油栏在组成部分上首先形成了改进，将浮体与屏体部分合二为一，即采用同时具备阻碍溢油和浮冰运动的屏障功能的浮体结构。该浮体结构由一系列连体式气囊组成，单个连体气囊由两片各带有8个子气囊的矩形单片气囊组合而成。充气后两片气囊在气体膨胀压力作用下向外鼓起，而两片气囊间则形成中空。在这一中空部分底部设置钢质圆管，这样的设置不仅可为单个连体气囊提供一定的配重，以增加其吃水深度，同时还可在配重的作用下将这一中空区间的断面调整为水滴状构型。通过上述方法构造的连体气囊因具有水滴状断面构型而获得了极佳的水中站立漂浮姿态和稳性。在连体气囊下端配置一定质量的铁管作为配重，促使围油栏具有足够的吃水深度，这样不仅可以进一步增加围油栏的整体漂浮稳性，还能达到围控一定厚度的溢油和浮冰的目的。围油栏结构连接方式上，对传统围油栏连接方式进行改进，用坚固的钢丝绳将每一片气囊串联起来，并在相邻连体气囊连接处进行压缩密封处理，进而可根据实际需求长度将一系列连体气囊连接为整体的围油栏屏体。
[0015]与传统围油栏相比，本发明采用两片气囊组成连体围油栏，侧面形成水滴形状，大大增加了围油栏在水中的漂浮稳性，特别是在海冰漂移情况下，拖船可拖航围油栏的临界速度大大增加，提高了围控效率。其次，每个连体气囊由若干子气囊组成，可以通过充气孔对气囊充气，同时多个子气囊并联结构增强了围油栏抗冰破损能力，若某个子气囊被冰或利器割破发生破损，不会使整个围油栏丧失漂浮和围控能力。综上所述，本发明可以有效围控在破碎冰情况下发生的溢油，大大提高了溢油的回收效率。
[0016]本发明的实质性特点为:1、采用具有水滴状断面构型的连体气囊作为围油栏的浮体与屏体，极大增强了围油栏的站立漂浮稳性;2、采用多重的子气囊构造，保证了围油栏的抗破损性;3、采用双重配重设置增大了围油栏的冰区控油性能。依据本发明所构造的围油栏，经室内试验证明其具体优点体现为:
[0017]1、可应用于碎冰覆盖率达50 %至70 %的水域；
[0018]2、可抵御碎冰厚度为5-30cm、漂移速度0.l-0.8m/s的流冰侵袭；
[0019]3、较传统的围油栏，冰区作业时溢油围控失效概率下降80%。
【附图说明】
[°02°]图1是连体气囊正面示意图。
[0021]图2是充气后围油栏侧面示意图。
[0022]图3是围油栏充气安装后整体示意图。
[0023]图中标号说明:①子气囊;②钢丝绳串联通道;③钢管和钢丝绳通道;④连接处;⑤充气孔;⑥钢质圆管。
【具体实施方式】
[0024]1、本发明采用两片单片气囊在上下边缘压缩密封组成连体气囊，如图1所示。单片气囊采用3mm厚的有阻燃特性的橡胶材料制成，每片气囊上都有子气囊①，数量为8个，子气囊充气前宽3cm，高61cm，形成的连体气囊总高80cm，宽度46cm，上部留直径2cm的钢丝绳串联通道②，下部留直径7cm的通道作为配重钢管和钢丝绳通道③；
[0025]2、在两片气囊间中空部分配置外直径6cm，厚度1 cm的钢质圆管⑥作配重；
[0026]3、配置完成后，将连体气囊用直径lcm的不锈钢钢丝绳在上端串联，用若干段直径5cm，厚度2cm，长度35cm的钢质圆管套在不锈钢钢丝绳外在下端串联，组成足够长度围油栏，并在连接处④压缩密封，使每个连体气囊独立密闭，保证气囊有足够浮力；
[0027]4、每片气囊都有一个充气孔⑤，充气孔与每个子气囊连通，组装完成后，采用10个标准大气压作为充气气压对气囊充气，最终形成水滴状断面构型围油栏，如图3所示；
[0028]5、在围油栏工作结束后，用气栗将围油栏气体从充气孔⑤抽出，回收储存围油栏，以备以后使用。
[0029]实验室试验中，将围油栏两端用绳索固定在拖船上，拖船固定在试验拖车上，然后拖车以试验需要的速度带动围油栏运动，当围油栏到达试验区域前，为了减小浮冰在进入围油栏区域时与围油栏接触产生的作用力，拖车以低速行驶将围油栏拖到目的位置，一旦围油栏航行中包含一定浮冰后，逐渐增大拖车的速度至围油栏失效的临界速度以下的安全速度匀速行驶，将溢油扩散面积围控到可处理大小并转移到指定位置。
[0030]试验表明围油栏能够有效围控碎冰情况下海面溢油，没有发生传统围油栏面对海冰条件的失效行为，能够及时高效的将碎冰水域溢油控制在一定范围并转移到可回收目的地。
【主权项】
1.一种能够在碎冰区应用的抗冰围油栏，包括连体气囊，其特征在于，连体气囊包括由两个单片气囊，两个单片气囊均采用有阻燃特性的材料制成，每个单片气囊包括上边缘、下边缘和并列排布在上边缘和下边缘之间的多个相互不连通的子气囊(1)，两个单片气囊的上边缘和下边缘分别密封并连接在一起，在两个单片气囊之间设置有第一配重(6)，在沿上边缘设置有用于穿过绳索的绳索通道(2);在每个子气囊(1)充气之后，整个连体气囊形成水滴状断面构形。2.根据权利要求1所述的抗冰围油栏，其特征在于，在下边缘设置有用于穿过绳索和容纳第二配重的配重通道(3)。3.根据权利要求1所述的抗冰围油栏，其特征在于，所述的有阻燃特性的材料为有阻燃特性的橡胶。4.根据权利要求1所述的抗冰围油栏，其特征在于，所述的第二配重为配重钢管，挂在穿过配重通道(3)的绳索上。
【专利摘要】本发明涉及一种能够在碎冰区应用的抗冰围油栏,包括连体气囊，连体气囊包括由两个单片气囊，两个单片气囊均采用有阻燃特性的材料制成，每个单片气囊包括上边缘、下边缘和并列排布在上边缘和下边缘之间的多个相互不连通的子气囊(1)，两个单片气囊的上边缘和下边缘分别密封并连接在一起，在两个单片气囊之间设置有第一配重(6)，在沿上边缘设置有用于穿过绳索的绳索通道(2)。在每个子气囊(1)充气之后，整个连体气囊形成水滴状断面构形。本发明可以提高有冰覆盖水域溢油事故的围控效率。
【IPC分类】E02B15/08, E02B15/02
【公开号】CN105484217
【申请号】CN201510962937
【发明人】黄焱, 宋梦然, 张祥龙, 黄思洋, 吴炜
【申请人】天津大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月17日