一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法

本发明属于海上火炬热能回收以及海洋工程结构除冰技术领域，具体设计一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法。

背景技术：

海洋石油开采过程中，随着石油一起开采出来的伴生气体往往具有可燃、有毒等特性，会对海洋石油平台结构以及工作人员产生较大的安全威胁。当海洋石油平台不具备这种伴生气体的收集、储存和运输能力，或者伴生气体量较小，缺乏收集价值时，需要对这些伴生气体进行排放处理，但若任其逸散到空中，可能会引起人员中毒和火灾、爆炸等事故。为了确保海洋石油开采安全，通常采用燃烧的方式处理这些伴生气体，即通过管道将处理后的伴生气体输送至远离平台核心区域的火炬塔架，并点火燃烧，但由于火炬长时间的燃烧，会造成大量热能的损失，不符合当今绿色节能的发展理念。

我国渤海和黄海北部海域具有丰富的油气资源，同时也是海冰重灾害区域。位于上述区域的导管架平台，每年均会遭遇不同程度的海冰灾害事故。当大面积漂移海冰与导管架平台腿柱抗冰椎体发生相互作用后，会产生大量碎冰并逐步堆积在导管架平台井口区，直至挤压平台下甲板，严重威胁导管架平台结构安全。因而必须采取有效的措施，对堆积在井口区的碎冰进行快速清除，确保导管架平台作业安全。

针对导管架平台火炬燃烧热能浪费问题以及井口区碎冰快速清除技术需求，本发明提供了一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法，能够实现导管架平台火炬燃烧热能的回收，并利用回收的热能清除导管架井口区堆积的碎冰，具有安全、经济、节能和环保等特点。

技术实现要素：

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法，其特征在于，包括热能回收系统、循环管道系统、供蓄水系统和碎冰清除系统。

上述技术方案中，所述热能回收系统包括燃烧室、进风通道、控风阀、加热管、热水储存箱、温度监测器、隔热层和支撑架；所述燃烧室位于火炬外侧；所述进风通道安装于燃烧室底部，内部安装有控风阀；所述加热管盘绕于火炬上方，端部伸入热水储存箱；所述热水储存箱呈环形圆筒状环绕于火炬四周，内壁面围成的空间构成火炬燃烧室，水箱内部安装有温度监测器，外壁面安装有隔热层；所述支撑架安装于火炬平台，用于固定热能回收系统。

上述技术方案中，当导管架平台火炬燃烧时，火焰可直接对加热管进行加热，加热管内部海水温度随着吸收火炬燃烧热能而升高，并流入热水储存箱；热水储存箱内壁面可吸收燃烧室中的余热，进一步提高导管架平台火炬燃烧热能回收效率。

上述技术方案中，所述循环管道系统包括进水管、进水阀、出水管、出水阀、循环控制阀、循环泵和保温层；所述进水管顶端连接于加热管，由进水阀控制流量；所述出水管顶端连接于热水储存箱，由出水阀控制流量；所述循环控制阀连接于进水管与出水管，由循环泵提供动力，实现加热管和热水储存箱中海水循环流动；所述保温层包裹在出水管外。

上述技术方案中，为提高火炬燃烧热能回收效率，所述加热管呈蛇形状盘绕于火炬上方，增大受热面积；所述燃烧室可实现火炬燃烧过程中的防风处理，燃烧室内壁可吸收火炬燃烧余热并传递给热水储存箱中的海水；所述隔热层可实现热水储存箱外壁面的隔热和保温；所述保温层可保证管道内热水长距离流动仍具有较高的温度。

上述技术方案中，所述供蓄水系统包括抽水管、抽水泵、冷水储存箱、增压泵；所述抽水管固定于导管架平台腿柱内侧并伸入海面以下，另一端连接于冷水储存箱，由抽水泵提供吸力从大海抽取海水至冷水储存箱；所述冷水储存箱固定于导管架平台下甲板，与抽水管和进水管相连，并由增压泵将内部海水输送至所述进水管、加热管和热水存储箱。

上述技术方案中，所述碎冰清除系统包括喷水管、高压喷嘴和高压泵；所述喷水管与出水管相连，管端安装有高压喷嘴，由高压泵提供压力喷出高压水。

上述技术方案中，所述碎冰清除系统可根据导管架平台井口区碎冰堆位置调整喷嘴的位置，进而实现井口区碎冰的清除作业，除冰原理是通过高温、高压热水击碎、融化碎冰。

本发明还基于上述装置提出了一种用于回收海上火炬热能清除井口区碎冰的方法，具体步骤如下：

步骤s1：导管架平台生产作业过程中产生的废气(伴生气)通过废气管道输送至导管架平台火炬，启动点火装置，废气在燃烧室内燃烧；

步骤s2：启动抽水泵，从大海抽取海水至冷水储存箱，然后通过增压泵，将冷水储存箱中的海水输送至加热管和热水储存箱；

步骤s3：通过控风阀，调节外部空气从进风通道进入燃烧室，确保废气充分燃烧；

步骤s4：加热管和热水储存水箱内壁面可直接吸收火炬燃烧热能，使得加热管和热水储存箱内部海水温度升高；

步骤s5：当不需要进行碎冰清除作业时，可保持进水阀和出水阀关闭，打开循环控制阀，由循环泵驱动海水从热水储存箱沿出水管流向进水管并进入加热管，实现热能回收系统内海水循环，热水储存箱内部海水的温度可由温度监测器实时监测；

步骤s6：当需要进行短期除冰作业时，可打开出水阀，热水储存箱中的高温海水沿着出水管进入喷水管，然后经过高压泵加压，由高压喷嘴喷出高温高压海水，击碎、融化海冰，实现井口区碎冰堆快速清除；

步骤s7：当需要进行长期除冰作业时，可同时打开出水阀和进水阀，其中热水储存箱中的高温海水沿着出水管进入喷水管，然后经过高压泵加压，由高压喷嘴喷出，击碎、融化海冰，实现井口区碎冰堆的清除作业；冷水储存箱中的海水通过增压泵进行加压，并由进水管流入加热管和热水储存箱，从而实现整个碎冰清除系统的长期循坏作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法，能够实现导管架平台火炬燃烧热能的回收，并利用回收的热能清除导管架井口区堆积的碎冰，克服了火炬燃烧热能回收难、利用低等问题，本发明符合绿色、节能理念。本发明提供了一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置，该装置将火炬燃烧热能回收与海洋工程结构除冰技术相结合，还具备废气燃烧可控，装置简单易安装，不影响平台正常生产作业等特点。

附图说明

图1是本发明提出的一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置的总体示意图；

图2是本发明的热能回收系统和循环管道系统示意图；

图3是本发明的供蓄水系统和碎冰清除系统示意图；

图中，1-火炬，2-火炬平台，3-废气管道，4-点火装置，5-火炬臂，6-导管架平台，7-碎冰堆，8-燃烧室，9-进风通道，10-控风阀，11-加热管，12-热水储存箱，13-温度监测器，14-隔热层，15-支撑杆，16-进水管，17-进水阀，18-出水管，19-出水阀，20-循环控制阀，21-循环泵，22-保温层，23-抽水管，24-抽水泵，25-冷水储存箱，26-增压泵，27-喷水管，28-高压喷嘴，29-高压泵。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面结合附图1-3对本发明的特征原理和技术方案进行详细描述，所描述的实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1给出了本发明装置的总体示意图。参照图1，所述回收海上火炬热能清除井口区碎冰装置包括热能回收系统、循环管道系统、供蓄水系统和碎冰清除系统；所述热能回收系统安装在火炬1外，并固定于火炬平台2，废气沿废气管道3由点火装置4点燃，产生的热能可通过该系统回收；循环管道系统固定于火炬臂5，管道顶部连接于热能回收系统，底部连接于供蓄水系统，用于输送冷、热海水；供蓄水系统安装于导管架平台6下甲板，用于储存海水；碎冰清除系统可根据需要调整工作位置，实现导管架平台井口区碎冰堆7的破碎和清除作业。

图2给出了本发明装置的热能回收系统和循环管道示意图。参照图2，所述热能回收系统包括燃烧室8、进风通道9、控风阀10、加热管11、热水储存箱12、温度监测器13、隔热层14和支撑架15；所述燃烧室8位于火炬1外侧；所述进风通道9安装于燃烧室8底部，内部安装有控风阀10；所述加热管11盘绕于火炬1上方，端部伸入热水储存箱12；所述热水储存箱12内壁面构成燃烧室8外壁面，热水储存箱12内部安装有温度监测器13，外壁面安装有隔热层14；所述支撑架15安装于火炬平台2，用于固定热能回收系统。所述循环管道系统包括进水管16、进水阀17、出水管18、出水阀19、循环控制阀20、循环泵21和保温层22；所述进水管16顶端连接于加热管11，由进水阀17控制流量；所述出水管18顶端连接于热水储存箱12，由出水阀19控制流量；所述循环控制阀20连接于进水管16与出水管18，由循环泵21提供动力驱动海水从出水管18流向进水管16；所述保温层22包裹在出水管18外。

图3是本发明的供蓄水系统和碎冰清除系统示意图，所述供蓄水系统包括抽水管23、抽水泵24、冷水储存箱25、增压泵26；所述抽水管23固定于导管架平台6腿柱内侧并伸入海面以下，由抽水泵24提供吸力抽取海水；所述冷水储存箱25固定于导管架平台6下甲板，与抽水管23和进水管16相连，并由增压泵26将内部海水输送至所述进水管16。所述碎冰清除系统包括送水管27、高压喷嘴28和高压泵29；所述送水管27与出水管18相连，管端安装有高压喷嘴28，由高压泵29提供压力喷出高压水。

本发明根据上述装置提出了一种用于回收导管架平台火炬热能清除碎冰的方法，具体步骤如下：

步骤s1：导管架平台生产作业过程中产生的废气(伴生气)通过废气管道3输送至导管架平台6火炬1，启动点火装置4，废气在燃烧室8内燃烧；

步骤s2：启动抽水泵24，从大海抽取海水至冷水储存箱25，然后通过增压泵26，将冷水储存箱25中的海水输送至加热管11和热水储存箱12；

步骤s3：通过控风阀10，调节外部空气从进风通道9进入燃烧室8，确保废气充分燃烧；

步骤s4：加热管11和热水储存水箱12内壁面可直接吸收火炬1燃烧热能，使得加热管11和热水储存箱12内部海水温度升高；

步骤s5：当不需要进行碎冰清除作业时，可保持进水阀17和出水阀19关闭，打开循环控制阀20，由循环泵21驱动海水从热水储存箱12沿出水管18流向进水管16并进入加热管11，实现热能回收系统内海水循环，热水储存箱12内部海水的温度可由温度监测器13实时监测；

步骤s6：当需要进行短期除冰作业时，可打开出水阀19，热水储存箱12中的高温海水沿着出水管18进入喷水管27，然后经过高压泵29加压，由高压喷嘴28喷出高温高压海水，击碎、融化海冰，实现井口区碎冰堆7快速清除；

步骤s7：当需要进行长期除冰作业时，可同时打开出水阀19和进水阀17，其中热水储存箱12中的高温海水沿着出水管18进入喷水管27，然后经过高压泵29加压，由高压喷嘴28喷出，击碎、融化海冰，实现井口区碎冰堆7的清除作业；冷水储存箱25中的海水通过增压泵26进行加压，并由进水管16流入加热管11和热水储存箱12，从而实现整个碎冰清除系统的长期循坏作业。

综上所述：本发明提供了一种用于回收导管架平台火炬热能清除井口区碎冰的装置和方法，该装置包括热能回收系统、循环管道系统、供蓄水系统和碎冰清除系统。热能回收系统安装在火炬上方，并固定于火炬平台，可实现火炬热能回收；循环管道系统固定于火炬臂，管道顶部连接于热能回收系统，底部连接于供蓄水系统，用于输送冷、热海水；供蓄水系统安装于导管架平台下甲板，用于储存海水；碎冰清除系统可根据需要调整工作位置，实现导管架平台井口区碎冰堆的破碎和清除作业。本发明可安全、有效地回收导管架平台火炬燃烧热能，并利用回收的热能实现导管架平台井口区碎冰堆的清除，具有经济、节能、环保等优点。