一种深水海底井口消油剂喷洒系统及其操作方法与流程

本发明属于海洋环境事故处置设备技术领域，特别是涉及一种深水海底井口消油剂喷洒系统及其操作方法。

背景技术：

深水水下溢油事故发生后，溢油从海底井口泄漏进入海洋水体，导致大面积海洋污染，岸线和敏感资源区环境破坏，可能造成严重的经济损失和生态灾难。消油剂喷洒是一种公认的处置溢油的有效手段，但已有装备主要是海面消油剂喷洒装备，仅用于海面油污的处置。在海底井口溢油源直接进行消油剂的喷洒，能够将溢油快速分散成微小油滴，大幅降低上升到海面的油污量，溢油经消油剂分散后的微小油滴最终通过生物降解过程在水体中去除，从而减轻溢油事故可能造成的社会经济和生态损害。就目前来说，尚没有用于深水海底井口溢油应急处置的消油剂喷洒装备。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能进行水下溢油处置的深水海底井口消油剂喷洒系统及其操作方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种深水海底井口消油剂喷洒系统，其特征在于：包括提供消油剂的消油剂储罐、提供传输动力的消油剂泵、控制连续油管下放和提升的滚筒装置，作业船舶甲板上的另一端安装有沿甲板长度方向调整的鹅颈装置；

所述消油剂储罐放置在作业船舶甲板上，消油剂储罐的一侧与消油剂泵通过不锈钢管连通，消油剂储罐与消油剂泵形成第一撬装式结构；

所述滚筒装置安装放置在作业船舶甲板上，所述滚筒上卷绕有连续油管；所述连续油管一端与消油剂泵连接；所述的滚筒装置和鹅颈装置形成第二撬装式结构；

所述的连续油管搭放在鹅颈装置上；所述的连续油管另一端通过鹅颈装置导向下放至海底井口溢油源深度位置；

所述连续油管上分布设有数个配重单体；

连续油管通过柔性软管与分配管汇的进向口相连；分配管汇放置在海底上；

分配管汇的数个出向口分别连接有喷洒柔性软管，喷洒柔性软管的端部连接喷洒臂，喷洒臂的端部安装有喷头；

还包括有水下机器人，水下机器人通过机械手握持喷洒臂向海底井口溢油源方向靠近。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述消油剂储罐是方形或圆形储罐；储罐内壁涂有防腐涂层，储罐设有溢流管、排放管和排空管；消油剂储罐上的进液管连接气动隔膜泵实现对储罐中消油剂的持续补给；消油剂储罐上设有用于指示消油剂液位高度的磁翻板液位计。

所述消油剂泵是容积式往复泵，消油剂泵流量为4.3m3/h，出口压力为15000kpaa。

所述第一撬装式结构为40hq标准集装箱，消油剂储罐和消油剂泵布置在集装箱的中轴线上，消油剂储罐的操作面布置在集装箱检修门侧；所述第二撬装式结构为框架式撬装结构，第二撬装式结构固定于靠近船尾的一端。

所述滚筒装置的盘绕连续油管的最大长度为1550m，对连续油管的最大收卷速度为20m/min，最大独立提升力为7500kg。

所述连续油管的直径为1.5英寸，连续油管的下端距离海底的安全距离为100m～200m。

所述鹅颈装置包括底座，鹅颈本体、导向护圈和滚轮组成，所述鹅颈本体安装在底座上，导向护圈安装在鹅颈本体两侧，鹅颈本体的直径为60英寸，重量为1000kg；鹅颈装置安装在滑动装置上，所述滑动装置安装在第二撬装框架上，所述滑动装置包括直线滑轨，驱动电机以及丝杠螺母副，所述丝杠螺母副的丝杠螺母连接底座，在驱动电机的带动下实现滑动。

所述配重单体为50kg的配重单体，间隔5m依次固定在连续油管上。

所述消油剂喷洒臂为不锈钢材质；消油剂喷洒臂为直线形、弧形或圆环形。

本发明还公开一种深水海底井口消油剂喷洒系统的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、将第一撬装式结构和第二撬装式结构固定在作业船舶甲板上，并运送至溢油事故发生海域指定位置；

2)、利用另一只船舶将分配管汇运送至溢油事故发生海域指定位置；并下方至海底；在船舶上事先安装与分配管汇连接的喷洒柔性软管、喷洒臂以及喷头；

3)、利用水下机器人承载船舶将水下机器人运送至溢油事故发生海域；

4)、依次连接消油剂储罐、消油剂泵和连续油管接口；并在连续油管的下端安装配重单体和柔性软管；

5)、采用船用电缆连接喷洒系统的用电设备，并检查各设备处在正常可用状态；

6)、启动鹅颈滑动装置向井口方向运动带动鹅颈，直到指定位置；

7)、启动滚筒，开始缓慢下放连续油管；

8)、将连续油管下放至安全距离，到指定位置后，停止滚筒作业；

9)、利用水下机器人将柔性软管与分配管汇进向口连接；

10)、控制水下机器人握持喷洒臂，将喷洒臂上的喷头伸入海底井口溢油源位置；

11)、启动消油剂泵，开始喷洒消油剂；

12)、水下机器人上自带的水下摄像机采集现场图片，判断消油剂对原油的喷洒效果；

13)、达到预期的处置效果后，关闭消油剂泵，结束消油剂喷洒；

14)、利用水下机器人依次拆卸柔性软管与分配管汇接的连接接口；

15)、启动滚筒装置，反向转动，开始回收连续油管和柔性软管；回收完成后，喷洒消油作业结束。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，具有以下优点：

1、本发明将消油剂储罐与消油剂泵独立形成第一撬装式结构；将滚筒装置和鹅颈装置独立形成第二撬装式结构；采用撬装结构，在实际作业时便于运输，便于吊装，提高了作业效率，而且可以实现产地化组装；采用撬装结构对消油剂储罐、消油剂泵、滚筒装置和鹅颈装置进行有效的防护，延长了设备使用寿命；

2、采用三只独立的船舶对消油剂储罐、消油剂泵、滚筒装置和鹅颈装置、分配管汇以及水下机器人在事故海域独立进行作业，一方面提高作业效率，另一方面减少在作业时对水下机器人承载船舶的影响，避免水下机器人的损伤，降低了作业风险；

3、通过水下机器人实现在深海域长时间的连续作业；降低了作业风险。

综上所述，通过本系统能够直接在海底井口溢油源进行消油剂的喷洒作业，实现在海底井口处处置水下溢油，有效提升了对溢油的处置效果；为深水水下溢油事故的应急处置提供了一种先进的技术手段。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是消油剂储罐与消油剂泵形成第一撬装式结构图；

图3是滚筒装置和鹅颈装置形成第二撬装式结构图；

图4、图5、图6是三种喷洒臂结构示意图。

图中：1、消油剂储罐；1-1、溢流管；1-2、排放管；1-3、排空管；1-4、进液管；1-5、磁翻板液位计；2、消油剂泵；3、滚筒装置；4、鹅颈装置；4-1、底座；4-2、鹅颈本体；4-3、导向护圈；4-4、滚轮；5、滑动装置；5-1、直线滑轨；5-2、驱动电机；5-3、丝杠螺母副；6、连续油管；7、分布式配重单体；8、柔性软管；9、分配管汇；10-1、喷洒柔性软管；10-2、喷洒臂；11、喷头；12、水下机器人；13、机械臂；14、井口；15、作业船舶。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图3，一种深水海底井口消油剂喷洒系统，包括提供消油剂的消油剂储罐1、提供传输动力的消油剂泵2、控制连续油管下放和提升的滚筒装置3，作业船舶15甲板上的另一端安装有沿甲板长度方向调整的鹅颈装置4；所述消油剂储罐1放置在作业船舶甲板上，消油剂储罐的一侧与消油剂泵2通过不锈钢管连通，消油剂储罐1与消油剂泵2形成第一撬装式结构；主要包括第一撬装框架，所述的消油剂储罐1与消油剂泵2固定安装在撬装框架上。所述滚筒装置2安装放置在作业船舶甲板上，所述滚筒上卷绕有连续油管6；所述连续油管6一端与消油剂泵2连接；所述的滚筒装置3和鹅颈装置4形成第二撬装式结构；主要包括第二撬装框架，所述的滚筒装置3和鹅颈装置4固定安装在撬装框架上。

所述的连续油管6搭放在鹅颈装置4上；所述的连续油管6另一端通过鹅颈装置导向下放至海底井口溢油源深度位置；

所述连续油管6上分布设有数个配重单体；优选的，所述配重单体7重量为50kg，间隔5m依次固定在连续油管6上。

连续油管6通过柔性软管8与分配管汇9的进向口相连；分配管汇9放置在海底上；

分配管汇9的数个出向口分别连接有喷洒柔性软管10-1，喷洒柔性软管的端部连接喷洒臂10-2，喷洒臂10-2的端部安装有喷头11；

还包括有水下机器人12，水下机器人通过机械手13握持喷洒臂向海底井口14溢油源方向靠近。

本发明还可以采用如下技术方案：

优选的，所述消油剂储罐1是方形或圆形储罐；储罐内壁涂有防腐涂层，防止消油剂液体对储罐造成腐蚀；储罐设有溢流管1-1、排放管1-2和排空管1-3；储罐设有进液管1-4，进液管1-4连接气动隔膜泵实现对储罐中消油剂的持续补给；消油剂储罐上设有用于指示消油剂液位高度的磁翻板液位计1-5，分别用快速接头连接，便于安装，提高组织效率；消油剂储罐1的主要作用是储存喷洒作业所需要的消油剂；消油剂储罐1中消油剂的体积优选为12m³。

优选的，所述消油剂泵2是容积式往复泵，消油剂泵流量为4.3m3/h，出口压力为15000kpaa。消油剂泵2为消油剂的注入和水下喷洒提供动力；消油剂泵2同时可以实现对消油剂喷洒流量的控制，消油剂喷洒流量控制为溢油量的50％。

优选的，所述第一撬装式结构为40hq标准集装箱，消油剂储罐1和消油剂泵2布置在集装箱的中轴线上，消油剂储罐1的操作面布置在集装箱一端易靠近的方向，一般设置在集装箱上设有检修门侧。所述第二撬装式结构为自制框架式撬装结构，结构布置灵活，局部结构强度加强，满足滚筒装置和鹅颈装置的正常作业要求。所述第二撬装式结构固定于靠近船尾的一端，方便鹅颈装置4伸出甲板和连续油管6的顺利下放。

优选的，所述滚筒装置2的盘绕连续油管的最大长度为1550m，对连续油管6的最大收卷速度为20m/min，最大独立提升力为7500kg。

优选的，所述连续油管6的直径为1.5英寸，连续油管6的下端距离海底的安全距离为100m～200m。

优选的，所述鹅颈装置4包括底座4-1，鹅颈本体4-2、导向护圈4-3和滚轮4-4组成，所述鹅颈本体安装在底座上，导向护圈安装在鹅颈本体两侧，导向护圈之间安装有滚轮，鹅颈本体的直径为60英寸，重量为1000kg。鹅颈装置4安装在滑动装置5上，所述滑动装置5安装在第二撬装框架上，所述滑动装置5包括直线滑轨5-1，驱动电机5-2以及丝杠螺母副5-3，所述丝杠螺母连接底座，在驱动电机的带动下实现滑动；

优选的，所述消油剂喷洒臂10-2为不锈钢材质；消油剂喷洒臂10-2为直线形(如图4)、弧形(如图5)或圆环形(如图6)。

采用上述水海底井口消油剂喷洒系统的操作方法，包括如下步骤：

1)、将第一撬装式结构和第二撬装式结构固定在作业船舶甲板上，并运送至溢油事故发生海域指定位置；

2)、利用另一只船舶将分配管汇运送至溢油事故发生海域指定位置；并下方至海底；在船舶上事先安装与分配管汇连接的喷洒柔性软管、喷洒臂以及喷头；

3)、利用水下机器人承载船舶将水下机器人运送至溢油事故发生海域；

4)、依次连接消油剂储罐、消油剂泵和连续油管接口；并在连续油管的下端安装配重单体和柔性软管；

5)、采用船用电缆连接喷洒系统的用电设备，并检查各设备处在正常可用状态；

6)、启动鹅颈滑动装置向井口方向运动带动鹅颈，直到指定位置；

7)、启动滚筒，开始缓慢下放连续油管；

8)、将连续油管下放至安全距离，到指定位置后，停止滚筒作业；

9)、利用水下机器人将柔性软管与分配管汇进向口连接；

10)、控制水下机器人握持喷洒臂，将喷洒臂上的喷头伸入海底井口溢油源位置；

11)、启动消油剂泵，开始喷洒消油剂；

12)、水下机器人上自带的水下摄像机采集现场图片，判断消油剂对原油的喷洒效果；

13)、达到预期的处置效果后，关闭消油剂泵，结束消油剂喷洒；

14)、利用水下机器人依次拆卸柔性软管与分配管汇接的连接接口；

15)、启动滚筒，反向转动，开始回收连续油管和柔性软管；回收完成后，喷洒消油作业结束。

本发明采用上述技术方案，具有以下优点：

1、本发明将消油剂储罐与消油剂泵独立形成第一撬装式结构；将滚筒装置和鹅颈装置独立形成第二撬装式结构；采用撬装结构，在实际作业时便于运输，便于吊装，提高了作业效率，而且可以实现产地化组装；采用撬装结构对消油剂储罐、消油剂泵、滚筒装置和鹅颈装置进行有效的防护，延长了设备使用寿命；

2、采用三只独立的船舶对消油剂储罐、消油剂泵、滚筒装置和鹅颈装置、分配管汇以及水下机器人在事故海域独立进行作业，一方面提高作业效率，另一方面减少在作业时对水下机器人承载船舶的影响，避免水下机器人的损伤，降低了作业风险；

3、通过水下机器人实现在深海域长时间的连续作业；降低了作业风险。

综上所述，通过本系统能够直接在海底井口溢油源进行消油剂的喷洒作业，实现在海底井口处处置水下溢油，有效提升了对溢油的处置效果；为深水水下溢油事故的应急处置提供了一种先进的技术手段。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。