一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置与方法与流程

本发明属于海洋石油污染及控制领域，具体涉及一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置与方法。

背景技术：

我国石油对外依存度节节攀升，大力开采海洋油气已成为必然之举，这就意味着将有更多的海管被铺设到恶劣的海洋环境中。海底管道承载着安全、稳定输送海洋油气的使命，然而，在恶劣的海洋波流环境下，海管易形成悬跨段，并诱发振动失效，从而导致油气泄漏，加上其他人为或机械破坏原因，使得海管具有较大的漏油风险。一旦海管发生油气泄漏，不仅会造成资源浪费，还会严重污染海洋环境。目前，海洋溢漏油回收措施主要是在海面布置围油栏拦截。然而，在海流的作用下，溢油浮升过程中会发生迁移扩散，使得水面见油位置难以预测，往往通过布置大范围的围油栏以确保溢油回收率，抬高了工程作业成本。另外，水面见油后，油膜或油带的尺寸、数量不断改变，漂移速度也很难估计，若拦截不及时，会造成污染面积进一步扩大。因此，研究海洋环境下海管漏油浮升迁移的规律就变得十分有意义。但目前关于海流环境下漏油迁移扩散规律的研究较缺乏，其主要原因在于实际海洋物理环境下的实验缺乏可操作性，成本巨大，且影响溢油迁移扩散规律的因素过多，难以定量分析。

技术实现要素：

为解决背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、安装方便的模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置与方法。

一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置由循环水槽系统、漏油系统、截油回收装置及监测系统组成。循环水槽系统包括水槽、水库、水泵、水流调节阀、水流流量计、隔水挡板和整流孔板。水库置于低处，一端侧面通过管路与水泵连接，水泵出水口下游依次安装水流调节阀和水流流量计，水流调节阀用于调节出水流量，水流流量计用于监测循环水流量。水泵将水库的水泵入高处水平放置的平坡水槽，水槽壁面为透明玻璃。水槽入水口管路末端伸入水槽液面下方，水槽入水口下游依次布置有垂直放置的隔水挡板与整流孔板。隔水挡板上端伸出液面，下端与水槽底部留有间距，允许水流从下方通过。整流孔板贯穿整个过流截面，其上均匀开设有尺寸相等的过流孔。水槽末端底部开有出水口，通过落水管路连至水库，构成水流循环。

漏油系统由油罐、油泵、漏油调节阀、油流流量计、压力表及漏油嘴组成。油泵通过管路将油罐中的油泵至漏油嘴，油泵下游依次安装漏油调节阀、油流流量计、压力表及漏油嘴，管路末端连至水槽底面中间开孔处，漏油嘴从水槽底部垂直向上伸入水槽。

截油回收装置为一背篓状的上端敞口箱体，迎水面一侧挡板上边缘开有一排溢油回收孔，两侧板上端安有三角形提耳，以便于装卸。底板为一斜坡平板，迎水面一侧低，背水面一侧高。两侧板与迎水面挡板交接处开有拦油挡板插槽，拦油挡板于拦油挡板插槽中插拔，插入时使得溢油回收孔被封堵，用于截油回收装置被取出时防止内部流体流出。截油回收装置背水面一侧设有方体浮力支撑块，用于给截油回收装置提供浮力。方体浮力支撑块内部为一空腔，上端设有充气嘴，通过充气量的改变调节浮力。方体浮力支撑块两侧设有长条形插销，水槽内壁对应位置设插槽，截油回收装置通过方体浮力支撑块侧面的插销插入水槽内壁面的插槽实现前后定位。在水流冲击和自身浮力的作用下，截油回收装置可以上下滑动。

监测系统包括仰视高速摄像机、正视高速摄像机、超声波多普勒测速仪和数据采集终端。仰视高速摄像机安置于在漏油嘴下游水槽的正下方，正视高速摄像机安置于漏油嘴下游水槽的正前方，用于监测油从漏油嘴溢出后在水体中的浮升迁移过程。超声波多普勒测速仪安置于漏油嘴上游，可以上下调节，用于测量漏油嘴上游来流垂向的流速分布。两台高速摄像机和超声波多普勒测速仪的监测数据都由数据采集终端记录。

一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置可以提供模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验方法。首先，将截油回收装置插入水槽，并将拦油挡板插入拦油挡板插槽，以防止循环水流进入截油回收装置。然后，启动水泵，向水槽通水，隔水挡板对水流起缓冲作用，整流孔板对水流起整流作用，通过整流孔板后的水流相对稳定。调节水流调节阀，使得水槽内水位达到预期高度。待水槽内循环水流稳定后，利用超声波多普勒测速仪测得漏油嘴上游水流垂向流速分布，得到作用于漏油的水流流速条件。将仰视高速摄像机布置于在漏油嘴下游水槽的正下方，正视高速摄像机布置于漏油嘴下游水槽的正前方，连接数据采集终端，启动高速摄像机开始记录。启动油泵，油从漏油嘴冒出，进入水流环境。漏油调节阀用于控制漏油速度，油流流量计用于记录流入水槽中的漏油量，压力表用于记录漏油压力。漏油进入循环水流后，受浮力作用向上浮升，并在水流的带动下向下游迁移，两台高速摄像机从不同的视角记录整个漏油的浮升和迁移过程。漏油到达截油回收装置处，受到迎水面一侧挡板的拦截而逐渐聚集。待漏油形成的油膜厚度超过溢油回收孔高度时，将拦油挡板取出，使水面上的漏油流入截油回收装置。此时，正视高速摄像机记录漏油回收过程，观测截油回收装置前油膜厚度的变化。实验结束后，先关闭数据采集系统，其次关闭油泵，待截油回收装置将水面漏油全部收集后，将拦油挡板插入拦油挡板插槽。然后关闭水泵，待循环水槽中水全部流入水库后，取出截油回收装置，回收收集的漏油。最后，读取数据采集系统记录的图像，分析漏油浮升形态、迁移速度与回收过程水面油膜厚度的变化。

本发明由于采取以上方案，其具有以下优点：

1、本发明水槽内的水流流速可根据需要由水流调节阀调整，以模拟不同水流流速条件下漏油浮升、迁移与回收过程；

2、本发明的漏油速度可由漏油调节阀调节，以模拟不同漏油量条件下漏油浮升、迁移与回收过程；

3、本发明所用的介质油可以由截油回收装置回收利用，经济环保；

4、本发明的高速摄像机可调整视场，既可捕捉全局漏油浮升、迁移过程，也可捕捉局部细节的漏油浮升、迁移过程。

附图说明

图1为本发明实验装置流程图；

图2为本发明截油回收装置结构图；

图3为本发明截油回收装置拦油挡板安装位置示意图。

其中：1、水槽；2、水库；3、水泵；4、水流调节阀；5、水流流量计；6、隔水挡板；7、整流孔板；8、油罐；9、油泵；10、漏油调节阀；11、油流流量计；12、压力表；13、漏油嘴；14、截油回收装置；15、方体浮力支撑块；16、溢油回收孔；17、拦油挡板；18、超声波多普勒测速仪；19、仰视高速摄像机；20、正视高速摄像机；21、数据采集终端；22、三角形提耳；23、插销；24、充气嘴；25、拦油挡板插槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。

如图1所示，一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置由循环水槽系统、漏油系统、截油回收装置及监测系统组成。循环水槽系统包括水槽1、水库2、水泵3、水流调节阀4、水流流量计5、隔水挡板6和整流孔板7。水库2置于低处，一端侧面通过管路与水泵3连接，水泵3出水口下游依次安装水流调节阀4和水流流量计5，水流调节阀4用于调节出水流量，水流流量计5用于监测循环水流量。水泵3将水库2的水泵入高处水平放置的平坡水槽1，水槽1壁面为透明玻璃。水槽1入水口管路末端伸入水槽1液面下方，水槽1入水口下游依次布置有垂直放置的隔水挡板6与整流孔板7。隔水挡板6上端伸出液面，下端与水槽1底部留有间距，允许水流从下方通过。整流孔板7贯穿整个过流截面，其上均匀开设有尺寸相等的过流孔。水槽1末端底部开有出水口，通过落水管路连至水库2，构成水流循环。漏油系统由油罐8、油泵9、漏油调节阀10、油流流量计11、压力表12及漏油嘴13组成。油泵9通过管路将油罐8中的油泵至漏油嘴13，油泵9下游依次安装漏油调节阀10、油流流量计11、压力表12及漏油嘴13，管路末端连至水槽1底面中间开孔处，漏油嘴13从水槽1底部垂直向上伸入水槽1。

如图2、图3所示，截油回收装置14为一背篓状的上端敞口箱体，迎水面一侧挡板上边缘开有一排溢油回收孔16，两侧板上端安有三角形提耳22，以便于装卸。底板为一斜坡平板，迎水面一侧低，背水面一侧高。两侧板与迎水面挡板交接处开有拦油挡板插槽25，拦油挡板17于拦油挡板插槽25中插拔，插入时使得溢油回收孔16被封堵，用于截油回收装置14被取出时防止内部流体流出。截油回收装置14背水面一侧设有方体浮力支撑块15，用于给截油回收装置14提供浮力。方体浮力支撑块15内部为一空腔，上端设有充气嘴24，通过充气量的改变调节浮力。方体浮力支撑块15两侧设有长条形插销23，水槽1内壁对应位置设插槽，截油回收装置14通过方体浮力支撑块15侧面的插销23插入水槽1内壁面的插槽实现前后定位。在水流冲击和自身浮力的作用下，截油回收装置14可以上下滑动。

监测系统包括仰视高速摄像机19、正视高速摄像机20、超声波多普勒测速仪18和数据采集终端21。仰视高速摄像机19安置于在漏油嘴13下游水槽1的正下方，正视高速摄像机20安置于漏油嘴13下游水槽1的正前方，用于监测油从漏油嘴13溢出后在水体中的浮升迁移过程。超声波多普勒测速仪18安置于漏油嘴13上游，可以上下调节，用于测量漏油嘴13上游来流垂向的流速分布。两台高速摄像机和超声波多普勒测速仪18的监测数据都由数据采集终端21记录。

一种模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验装置可以提供模拟海管漏油浮升迁移与回收的实验方法。首先，将截油回收装置14插入水槽1，并将拦油挡板17插入拦油挡板插槽25，以防止循环水流进入截油回收装置14。然后，启动水泵3，向水槽1通水，隔水挡板6对水流起缓冲作用，整流孔板7对水流起整流作用，通过整流孔板7后的水流相对稳定。调节水流调节阀4，使得水槽1内水位达到预期高度。待水槽1内循环水流稳定后，利用超声波多普勒测速仪18测得漏油嘴13上游水流垂向流速分布，得到作用于漏油的水流流速条件。将仰视高速摄像机19布置于在漏油嘴13下游水槽1的正下方，正视高速摄像机20布置于漏油嘴13下游水槽1的正前方，连接数据采集终端21，启动高速摄像机开始记录。启动油泵9，油从漏油嘴13冒出，进入水流环境。漏油调节阀10可控制漏油速度，油流流量计11用于记录流入水槽1中的漏油量，压力表12用于记录漏油压力。漏油进入循环水流后，受浮力作用向上浮升，并在水流的带动下向下游迁移，两台高速摄像机从不同的视角记录整个漏油的浮升和迁移过程。漏油到达截油回收装置14处，受到迎水面一侧挡板的拦截而逐渐聚集。待漏油形成的油膜厚度超过溢油回收孔16高度时，将拦油挡板17取出，使水面上的漏油流入截油回收装置14。此时，正视高速摄像机20记录漏油回收过程，观测截油回收装置14前油膜厚度的变化。实验结束后，先关闭数据采集系统，其次关闭油泵9，待截油回收装置14将水面漏油全部收集后，将拦油挡板17插入拦油挡板插槽25。然后关闭水泵3，待循环水槽中水全部流入水库2后，取出截油回收装置14，回收收集的漏油。最后，读取数据采集系统记录的图像，分析漏油浮升形态、迁移速度与回收过程水面油膜厚度的变化。

实施例：

首先，将截油回收装置14插入水槽1，并将拦油挡板17插入拦油挡板插槽25，以防止循环水流进入截油回收装置14。然后，启动水泵3，向水槽1通水，隔水挡板6对水流起缓冲作用，整流孔板7对水流起整流作用，通过整流孔板7后的水流相对稳定。调节水流调节阀4，使得水槽1内水位达到预期高度。待水槽1内循环水流稳定后，利用超声波多普勒测速仪18测得漏油嘴13上游水流垂向流速分布，得到作用于漏油的水流流速条件。

将仰视高速摄像机19布置于在漏油嘴13下游水槽1的正下方，正视高速摄像机20布置于漏油嘴13下游水槽1的正前方，连接数据采集终端21，启动高速摄像机开始记录。启动油泵9，油从漏油嘴13冒出，进入水流环境。漏油调节阀10用于控制漏油速度，油流流量计11用于记录流入水槽1中的漏油量，压力表12用于记录漏油压力，调整漏油调节阀10使漏油压力满足实验要求。

漏油进入循环水流后，受浮力作用向上浮升，并在水流的带动下向下游迁移，两台高速摄像机从不同的视角记录整个漏油的浮升和迁移过程。漏油到达截油回收装置14处，受到迎水面一侧挡板的拦截而逐渐聚集。待漏油形成的油膜厚度超过溢油回收孔16高度时，将拦油挡板17取出，使水面上的漏油流入截油回收装置14。此时，正视高速摄像机20记录漏油回收过程，观测截油回收装置14前油膜厚度的变化。

实验结束后，先关闭数据采集系统，其次关闭油泵9，待截油回收装置14将水面漏油全部收集后，将拦油挡板17插入拦油挡板插槽25。然后关闭水泵3，待循环水槽中水全部流入水库2后，取出截油回收装置14，回收收集的漏油。最后，读取数据采集系统记录的图像，分析漏油浮升形态、迁移速度与回收过程水面油膜厚度的变化。