一种均质裙摆围油栏改变配重获取合适浮重比的实验方法与流程

本发明属于石油运输溢油处理技术领域，尤其是涉及一种均质裙摆围油栏改变配重获取合适浮重比的实验方法。

背景技术：

世界经济快速发展使得石油及其应用领域飞速发展,海洋石油运输迅速增长,增加了海上石油污染的风险,海洋正承担着巨大的环境污染损害。世界各国对这一问题非常重视,国际上己制定了许多相关公约和法规,但是目前还没有一种有效的方法完全阻止其发生。这些溢油形成油膜覆盖在水面上，不但浪费了珍贵的石油资源，还会阻隔水气交换的过程，影响到生物链循环，破坏水体的生态平衡，对水体生物造成严重的危害。若不及时处理，会对我们的生态环境以及人类健康带来重大的危害。

目前处理溢油多采用围油栏配合收油机进行围控和收集溢油。围油栏的使用作为处理溢油的一种有效方法，对围油栏研究是必要而有意义的，而对围油栏拦油性能的测试更是关键部分。

在围油栏性能测定实验过程中，对围油栏的使用环境的模拟以及拦油量的检定是一个相当关键的环节，对于定量分析不同类型围油栏拦油性能具有重要意义。

现有技术中，在进行实验过程中发现可以通过科学改变均质裙摆围油栏的配重，从而保持围油栏裙摆稳定有效的拦油姿态，进而提高围油栏拦油性能。目前并没有具体进行准确设定均质裙摆围油栏配重改变，得到合适浮重比BW的实验方法，所述均质裙摆围油栏如图1所示，包括上方的浮子51，浮子下方连接的均质的裙摆52和裙摆底部安装的配重53。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种均质裙摆围油栏改变配重获取合适浮重比的实验方法，能在模拟不同环境因素下，检测并确定不同水域下均质裙摆围油栏的合适浮重比。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种均质裙摆围油栏改变配重获取合适浮重比的实验方法，包括如下步骤：

1)选定模拟用油和水域环境，制作由均质的裙摆配置不同重量的配重得到的多个不同浮重比的围油栏；

2)选择一种围油栏使用环境，根据行业标准选择围油栏尺寸以及围油栏的浮重比以及对应波浪条件；

3)依据标准规范确定水动力要素，如流速、波高，设置实验装置的实验参数，模拟真实的围油栏使用环境；

4)从步骤1中选择一个浮重比的围油栏进行实验，在维持以上参数情况下，将水流速度设定从最大流量的10％依次逐渐增大，直到得到此围油栏对应的溢油初始失效速度；

5)选择步骤1中制作的其他类型浮重比的围油栏，重复步骤4，得到所有围油栏对应的初始失效速度，并进行对比得到最大初始失效速度，则最大初始失效速度所对应的围油栏的浮重比是步骤2中选择的应用环境下的最优浮重比；

6)选择不同的围油栏使用环境，重复步骤2至步骤5，得到其他应用环境下的最优浮重比。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明在模拟现实波流条件下，可以根据不同的波流条件，采取不同的围油栏裙摆配重进行实验，减少盲目的只根据浮重比确定一个配重数值，增强科学引导；

(2)本发明方法简单，容易实现。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述均质裙摆围油栏的结构示意图。

图2为本发明所述实验装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种均质裙摆围油栏改变配重获取合适浮重比的实验方法，包括如下步骤：

1)选定模拟用油和水域环境，本实施例选择重油(密度为0.95g/cm³)为研究对象，制作由均质的裙摆配置不同重量的配重得到的多种不同浮重比的围油栏；

根据现有的行业标准，围油栏的使用环境一般分为4种，分别为平静水域、平静激流水域、非开阔水域、开阔水域，每种使用环境有一个适合的浮重比参数，分别为3：1，4：1，4：1，8：1，所以，通过配置不同的配重，制作多组对应不同使用环境的多个浮重比的围油栏，例如对应平静水域制作A组围油栏，浮重比包括3：1、2.5:1、3.5:1等在3：1左右临近的多个浮重比的围油栏；平静水域和平静激流水域对应制作B组围油栏，非开阔水域对应制作C组围油栏；

2)选择一种围油栏使用环境，根据行业标准选择围油栏尺寸以及围油栏的浮重比以及对应波浪条件，例如选择非开阔水域围油栏；

3)依据标准规范确定水动力要素，如流速、波高，设置实验装置的实验参数，模拟真实的围油栏使用环境，本实施例是依据JTJ 234-2001《波浪模型试验规程》和JTT465-2009《围油栏》规定的不同水域的波况确定波浪要素；

4)从步骤1中选择一种浮重比的围油栏进行实验，在维持以上参数情况下，将水流速度设定从最大流量的10％依次逐渐增大，直到得到此围油栏对应的溢油初始失效速度；

5)选择步骤1中制作的其他类型浮重比的围油栏，重复步骤4，得到所有围油栏对应的初始失效速度，并进行对比得到最大初始失效速度，则最大初始失效速度所对应的围油栏的浮重比是步骤2中选择的应用环境下的最优浮重比；例如，非开阔水域下的最优浮重比为5:1；

为减少实验时间，此步骤选择步骤1中制作的其他与此围油栏使用环境对应行业标准选择的浮重比左右临近的浮重比的围油栏，即选择步骤1中制作的与此应用环境对应的A至C中的一组围油栏，重复步骤4；

6)选择不同的围油栏使用环境，重复步骤2至步骤5，得到其他应用环境下的最优浮重比。

本发明所用实验装置如图2所示，包括水槽1和其内外安装的实验仪器，所述实验仪器包括数据采集控制系统和与其连接的流速实时监测系统、波高实时监测系统、造波系统、造流系统，以及围油栏拖曳系统。

所述水槽1作为测试实验所用液体的容器，为一长方体容器，材质为钢化玻璃或不锈钢等；在水槽1的底部设置有造流系统的造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，并在造流水泵出水口7处安装有导流板；

从水槽1的前端(即靠近造流水泵出水口7位置为前端)按照合适的分割比例(根据所需要放大的流量比例的倒数)，通过间隔板12将水槽1从中部沿纵轴平行线分割为两个独立子区域，所述间隔板12与水槽1的长边平行，所述间隔板12一侧的左右端采用渐扩张导流板16接触水槽1内壁进行封堵；所述间隔板15采用钢化玻璃或者复合板材等；所述间隔板12的长度，即两个独立子区域之间的间隔段长度为6～10个波长，根据实验对象不同，需要的波形也不同，需要先由实际实验要求进行预计长度，灵活性大。

所述间隔板12所在水槽段为实验段，间隔板12与其一侧两端的渐扩张导流板16围成的封闭区域为间隔封闭区28，而间隔板12的另一侧为观察区29；所述间隔板12的左边的渐扩张导流板16采用片状消波格栅按照合适坡比渐变连通水槽1左端的非实验段一侧子区域水槽，以保证水流可以沿片状消波格栅间隙流动，片状消波格栅的材料长度根据非实验段波浪能否有效消除而调整，且不能影响实验段实验观察。

所述数据采集控制系统包括连接在一起的计算机17和计算机控制接口总成18，所述的计算机控制接口总成18设有四个计算机控制接口，并分别与波高实时监测系统的波高传感器接口21、流速实时监测系统的流速传感器接口22、造波系统的驱动控制器接口23、造流系统的水泵控制器接口20相连接。所述计算机17通过分别对流速与波浪的信号信息连续采集、处理和存储，以及利用LabVIEW控制软件完成对造流、造波系统的控制。

所述流速实时监测系统包括流速传感器14，所述流速传感器14安装在水槽1内部间隔板12的前面中部，通过导线与计算机17的计算机控制接口Ⅰ24连接，实现流速信号信息的连续采集、处理和存储。

所述波高实时监测系统包括波高传感器15，所述波高传感器15安装在水槽1内部间隔板12的前面中部，通过导线与计算机17的计算机控制接口Ⅱ25连接，实现波高信号信息的连续采集、处理和存储。

所述围油栏拖曳系统用于对围油栏的牵引和相对固定，围油栏拖曳包括围油栏13和拖曳装置19，所述围油栏拖曳装置19安装在水槽1内部间隔板12和水槽1的中部，通过固定架固定且不影响水流和围油栏的随波性，实现围油栏相对固定得进行拖曳试验，便于实验观察和记录。

所述造波系统用于围油栏水动力测定实验中模拟波浪，包括推波板8、丝杠9、交流伺服电机10和驱动控制器11，所述交流伺服电机10通过导线与驱动控制器11连接，驱动控制器接口23通过导线与计算机17的计算机控制接口Ⅲ26连接，所述交流伺服电机10的输出轴通过丝杠9连接推波板8，牵引推波板8在水槽1的左端进行前后运动，计算机17通过LabVIEW软件控制交流伺服电机10工作，可以产生波高为0.01-0.2m，周期为0.8-2.2s的波浪。

所述造流系统用于围油栏水动力测定实验中模拟水流，主要由水泵5、水泵控制器6、水循环管道4组成，所述水循环管道4设置在水槽1外面，水循环管道4的两端分别连通造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，所述水泵5安装在水循环管道4上，所述水泵5通过导线与水泵控制器6连接，水泵控制器6的接口通过导线与计算机17的计算机控制接口Ⅳ27连接，计算机17通过LabVIEW软件控制水泵5可以产生定流速的水流。

水槽1采用整体造流的方法,以满足流场模拟的需要。造流系统采取内循环方式，大功率水泵5通过水循环管道4连接造流水泵入水口2吸取水槽1中的水,经水泵5加压后从安装在水槽1另一端下部连接造流水泵出水口7的喷嘴中喷出高压水流,喷射出的水流以及带动周围的水流比较均匀,从而在水槽内部形成了均匀稳定的水流。流速的调节由水泵控制器6控制并调整水泵5的转速来实现。整体造流系统的优点是模拟的水流场比较均匀稳定。

本实施例以长、宽、高为45米、0.5m、1.1米，最大造波的波长3米，最大流速可达0.6m/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。