一种柔性折叠式油水置换储油系统的制作方法

本发明涉及一种柔性折叠式油水置换储油系统，属于海洋石油开发领域。

背景技术

海上原油存储是海洋石油开发的重要环节，通常可分为水上、水面和水下储油三种模式。其中，水上和水面储油两种模式较为常见，技术也更为成熟。但是，水上储油会增加海洋平台上部设施重量和结构受力，从而增加成本；浮式水面储油装置，如fpso/fso等，受外部风浪、海流和冰等影响较大。对某些中小型边际油田，水上和水面两种储油模式的经济性较差，而采用水下储油模式则可以提高经济性，储油spar和海底储油罐均采用了水下储油模式；水下储油根据形式划分为油气置换(干式)、油水置换(湿式)和油水隔离置换(混合式)等，其中以油水置换方式最为普遍。

由于油和气体的密度相差甚大，因此油气置换式储油舱在储卸油过程中将发生较大的重量变化。对于浮式结构而言，较大的重量变化必将导致排水量、吃水、稳性和系泊等一系列的变化。为了消除该影响，目前常用的做法是为浮式结构物设置等量的压载舱，即储油过程中，压载舱减少压载水，卸油过程中，压载舱增加压载水，以维持浮式结构物在储卸油过程中浮态保持不变；这种做法需要浮式结构物中设置容积大体相等的储油舱和压载舱，对于一个排水量一定的浮式结构物来说，储油空间的利用率最多只能到一半，这样浪费了大量的空间，从而大大的增加了储油成本。为了能增加储油对排水量的利用率，最佳的方法是压载和储油共用空间。

湿式储油(油水置换)是指油和海水存储在同一个舱室，根据油水不相溶，重力分离的原理，利用流体组分的密度差，油的密度低于水的密度，较重的液滴从较轻的流体连续相中沉降分离出来，自然形成明显的油水界面。储油时，原油以较低的速度从舱顶注入初始时充满海水的储油舱，油浮在水的上面，同时形成油水界面，相同体积的海水则从油舱底部被慢慢排出储油舱；卸油时，从舱顶抽取原油，由于储油舱底部的海水直接或间接地与外界海水连通，海水通过注水管从舱底进入储油舱以占据排出的原油让出的空间。在进油排水和进水排油的储卸油过程中，油水界面上下移动，不断调整舱内原油和海水的相对体积，使储油舱始终保持充满液体的状态。油水置换技术省去了干式储油所需的大容量压载舱，同时大大降低了储油舱内外压差，减少了结构用钢量，降低了储油成本，并且避免了油气置换中原油挥发可能造成的燃烧爆炸事故的风险。

这种湿式储油虽然能实现油水置换，但是存在一些潜在问题，如在接触面附近油和水可能相互溶解，常年使用后的舱壁可能会附着很多油渍，使得排出至外界的海水中带有一定的原油，会对海洋环境造成污染。例如，大连理工大学等的“贮存高凝原油的油水置换工艺”(专利号:cn85102598)、中国海洋石油总公司等的“零污染油水置换水下储油系统”(专利号:cn103449063a)等专利均属于油水直接接触的油水置换，存在油水接触面，有油滴渗入海水及热量损失，析出凝析油等风险。

另一种更为安全的做法是将油和水置于同一个储存空间中，同时使用物理隔离的方法将油水隔开，使其不会相互影响。

目前业界已有多种油水不直接接触或物理隔离的油水置换舱室设计方法或方案，但都存在一些缺陷，使其实用性，稳定性或可推广性不足，从而长期以来未得到应用。

如中石化胜利石油管理局钻井工艺研究所开发了一种隔离式油水置换水下储罐(专利号：cn2818385y),在原油与海水之间增加一层油水隔离布以解决海水污染的问题；但是，油水隔离布由于柔软的特点，很难控制其形态，容易发生破损等意外情况。中石化胜利石油管理局钻井工艺研究所还开发了一种采用保温气垫的隔离式油水置换水下储油装置(专利号为：cn2818386y),使用柔软低弹性气密材料制作的保温气垫能显著减少原油热量散失，但必须布置补气罐和补气管线，工艺较为复杂，成本较高，难以普及。中国石油大学(华东)开发的“油水隔离式水下储油舱”(专利号：cn1030433336b)，其通过一块隔热物理板及周围的软性油水隔离膜实现油水物理分离，并配合专用的进油口实现油水隔离储油，但是，实际操作中较难控制油水隔离膜的运动形态，保温性也较差。中国石油大学(华东)开发的“主动式油水隔离水下储油舱”(专利号：cn103158956a)，结构分为外层舱、内层舱及隔离层，并采用液压驱动，结构较为复杂，成本较高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用于原油存储的柔性折叠式油水置换储油系统，该系统具有油水置换界面稳定、隔热保温性能好、可进行循环加热、运动姿态明确且可控、储卸油快速、可有效防止原油泄漏污染环境等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种柔性折叠式油水置换储油系统，其特征在于：该系统包括储油舱壳体、柔性折叠式油水隔离壁和油水隔离硬板；所述油水隔离硬板水平设置在所述储油舱壳体内，且其在所述储油舱壳体内能够竖向上下活动；所述柔性折叠式油水隔离壁垂直悬设在位于所述油水隔离硬板上方的所述储油舱壳体内，其上端与所述储油舱壳体的顶壁密封连接，下端与所述油水隔离硬板密封连接，所述储油舱壳体顶壁、柔性折叠式油水隔离壁以及油水隔离硬板共同围成位于所述储油舱壳体内上部的油舱，所述储油舱壳体和所述油舱之间的其余空间则形成水舱，且所述水舱包围于所述油舱的外部；在所述储油舱壳体的顶部设置与所述油舱连通的注油管线和卸油管线，在所述储油舱壳体底部设置与所述水舱连通的注水管线和排水管线。

在所述柔性折叠式油水隔离壁的外部以及储油舱壳体之间的环形空间内间隔布设多个竖向导轨，且所述竖向导轨的两端分别与所述储油舱壳体的内顶壁及内底壁固定连接，所述柔性折叠式油水隔离壁的软壁以及所述油水隔离硬板通过导向轮滑动连接在所述竖向导轨上。

所述柔性折叠式油水隔离壁的软壁上沿其竖向方向间隔设置多个刚性水平支架。

所述柔性折叠式油水隔离壁及所述油水隔离硬板均为双层结构，中间夹层内设有隔热层。

所述储油舱壳体的底部设有止动垫块。

所述注油管线上设置有注油泵，所述卸油管线上设置有卸油泵，所述注水管线上设置有注水泵，所述排水管线上设置有排水泵。

在所述竖向导轨上分别设置与所述注油泵、卸油泵一一对应电连接的注油泵断电装置以及卸油泵断电装置。

在所述储油舱壳体的顶部设置与所述油舱连通的第一排气管，所述第一排气管上设置有第一单向阀，在所述储油舱壳体的顶部设置与所述水舱连通的第二排气管，所述第二排气管上设置第二单向阀。

该系统包括多个相互并联的所述储油舱壳体，多个所述储油舱壳体外部的所述注油管线、卸油管线、注水管线和排水管线一一对应并联。

所述储油舱壳体的横截面呈方形、圆形、扇形或多边形结构。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明通过柔性可折叠式油水隔离壁、油水隔离硬板将整个储油舱分为油舱和水舱，利用油舱和水舱的同时注油排水或卸油注水保证整个储油舱压力基本恒定，有利于内部管线的布置，保证整个系统的稳定性，大大提高了整个油水置换过程的稳定性。2、本发明柔性折叠式油水隔离壁和油水隔离硬板采用两层结构，中间夹层设置隔热层，利于油的保温，不影响其活动性；也可不设隔热层，利用热循环水舱，对油舱进行热负荷补偿。3、本发明通过在卸油管线及排水管线上分别设置卸油泵和排水泵，能够方便调节油舱和水舱的压力，克服海水污染、热量损失的问题。4、本发明通过活动导轨的引入，能够精准的控制油水隔离硬板的移动路径，系统的稳定运行无需额外的动力配备、辅助设备或器具，使整个系统的结构简单，降低系统成本。

附图说明

图1是本发明竖向剖面结构示意图；

图2是本发明油水隔离硬板、柔性折叠式油水隔离壁以及活动导轨的连接结构局部放大示意图；

图3是本发明的一水平剖面结构示意图；

图4是本发明的另一水平剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种柔性折叠式油水置换储油系统，该系统包括储油舱壳体1、柔性折叠式油水隔离壁2和油水隔离硬板3；油水隔离硬板3水平设置在储油舱壳体1内，且其在储油舱壳体1内能够竖向上下活动；柔性折叠式油水隔离壁2垂直悬设在位于油水隔离硬板3上方的储油舱壳体1内，其上端与储油舱壳体1的顶壁密封连接，下端与油水隔离硬板3密封连接，储油舱壳体1顶壁、柔性折叠式油水隔离壁2以及油水隔离硬板3共同围成位于储油舱壳体1内上部的油舱11，储油舱壳体1与油舱11之间的其余空间则形成水舱12，且水舱12包围于油舱11的外部；在储油舱壳体1的顶部设置与油舱11连通的注油管线4和卸油管线5，在储油舱壳体1底部设置与水舱12连通的注水管线6和排水管线7。储油时，通过注油管线4往油舱11内注油，水舱12通过排水管线7向外排水，在持续的注油压力和水舱负压作用下，迫使油水隔离硬板3带动柔性折叠式油水隔离壁2往水舱12方向运动，此过程中柔性折叠式油水隔离壁2慢慢进入伸长状态；卸油时，油舱11通过卸油管线5向外卸油，同时通过注水管线6往水舱12内注水，油舱11内压力持续下降，水舱12压力持续上升，油水隔离硬板3在上下压力差作用下，带动柔性折叠式油水隔离壁2往油舱11方向运动，此过程中柔性折叠式油水隔离壁2慢慢进入收缩状态。

进一步地，在柔性折叠式油水隔离壁2的外部以及储油舱壳体1之间的环形空间内间隔布设多个竖向导轨8，且竖向导轨8的两端分别与储油舱壳体1的内顶壁及内底壁固定连接，柔性折叠式油水隔离壁2的软壁以及油水隔离硬板3通过导向轮9滑动连接在导轨8上，这样，通过导轨8和导向轮9限制油水隔离硬板3带着柔性折叠式油水隔离壁2只能上下运动，保证柔性折叠式油水隔离壁2和油水隔离硬板3上下运动的稳定性，从而保证整个系统在油水置换过程中的稳定性。

进一步地，如图2所示，柔性折叠式油水隔离壁2的软壁上沿其竖向方向间隔设置多个刚性水平支架10，以确保柔性折叠式油水隔离壁2在油舱11和水舱12之间的压力差作用下，在水平方向不发生较大的整体变形。

进一步地，柔性折叠式油水隔离壁2及油水隔离硬板3均为双层结构，中间夹层内设有隔热层13，隔热层13不影响油水隔离壁2的伸缩活动，克服现有油水置换中常见的薄膜设计没有隔热层或隔热层较薄的缺点，实现油的保温功能，有效降低热交换和热量损失，保证油的流动性。也可不设置隔热层，利用水舱12的热循环给油舱11加热，进行热负荷补偿，满足不同油质的油的存储要求。

进一步地，储油舱壳体1的底部设有止动垫块14，防止油水隔离硬板3与储油舱壳体1底部发生直接碰撞。

进一步地，注油管线4上设置有注油泵，卸油管线5上设置有卸油泵，注水管线6上设置有注水泵，排水管线7上设置有排水泵，通过卸油泵和排水泵泵出油或水，使油舱11和水舱12压力变化，保证油水隔离硬板3沿导轨8均匀地上下滑动，同时，柔性折叠式油水隔离壁2也沿着导轨8有规律地缩短和伸长，保证整个系统储卸油操作的稳定性和安全性。

进一步地，在竖向导轨8上分别设置与注油泵、卸油泵一一对应电连接的注油泵断电装置以及卸油泵断电装置，以确保油水隔离硬板3到达下极限位置时注油泵停止注油，油水隔离硬板3到达上极限位置时卸油泵停止卸油，避免油舱11出现压力过高或压力过低的问题。

进一步地，在储油舱壳体1的顶部设置与油舱11连通的第一排气管15，第一排气管15上设置有第一单向阀16，在储油舱壳体1的顶部设置与水舱12连通的第二排气管17，第二排气管17上设置第二单向阀18，用于排除注油/注水启动时带入的空气，保证系统内没有空气干扰整个油水置换的过程，提高系统稳定性。

进一步地，该系统包括多个相互并联的储油舱壳体1，多个储油舱壳体1外部的注油管线4、卸油管线5、注水管线6和排水管线7一一对应并联，这样多个储油舱同时进行油水置换，可以提供更大的储油容量。

进一步地，如图3、图4所示，储油舱壳体1的横截面可呈方形、圆形、扇形或其他多边形结构。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。