一種能夠在碎冰區應用的抗冰圍油欄的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種能夠在碎冰區應用的抗冰圍油欄。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著全球海上石油開發、儲運的日益增長，發生重大海上溢油事故的風險隨之增加。而且，溢油事故發生后，將同時經歷多個不同的風化進程，進而造成其物理、化學性質的顯著變化。這些進程包括:擴散、蒸發(揮發)、乳化、光學氧化、分解、沉淀、再次成膜、焦油球成型以及生物降解。其中，在溢油發生最初幾分鐘時間內，在風和流的作用下，溢油膜可形成上百平方米的擴散范圍，如不采取及時有效的處理措施將會嚴重威脅著海洋生態環境和人類生活。因此，需要及時采取有效的圍控手段，將溢油面積控制在可處理的范圍內，再進行回收處理。尤其是當海面上有冰覆蓋時，一方面溢油的化學及物理特性將具有極大的改變，另一方面漂移的浮冰會阻礙圍控設備的前進，此時對溢油的圍控難度大大增加。
[0003]目前，國內外使用的圍油欄一般由三個部分組成:浮體(浮子)、屏體(中間的裙體)、配重(底部的重物)。三個部分各自的功能分別為:浮體為圍油欄提供浮力，確保其能夠漂浮在水面上;裙體連接在浮子下方，其在水下形成一道屏障，作用是使得圍油欄在水下擁有一定垂直深度的吃水，確保能夠圍住一定厚度的溢油;裙體下連接配重物，作用是平衡圍油欄，并且也為裙體提供張力使其能夠形成屏障。而目前針對開放水域研發的溢油圍控設備在有冰水域，會由于海冰漂移產生的影響發生失效。
[0004]上述的圍油欄僅能應用于開放水域，當其應用于海冰覆蓋水域時，將在海冰漂移作用下發生以下幾種失效行為:
[0005].在漂移海冰的作用下，圍油欄可能會出現下沉，從而降低了圍油欄水面上的高度，致使被圍控的溢油在一定的能量作用下漫過圍油欄發生飛濺；
[0006].在油冰混合情況下，溢油會出現在冰下潛伏的姿態，從而致使圍油欄裙體深度與積油深度等深，圍控的溢油從裙體下方逃離，進而引發溢油泄漏；
[0007].在漂移海冰的作用下，圍油欄不能穩定地停留或豎直在水面上，進而造成溢油的擴散；
[0008].由于冰是一種水的結晶材料，在一定條件下具有較高的強度和韌性，圍油欄工作時與冰的相互作用，可能會導致圍油欄被冰劃破，使圍油欄破損并失去漂浮穩性，圍控效率降低。
[0009]基于上述原因，在很多現實工程事件的處理中，發現即使在微量破碎冰存在情況下，傳統圍油欄對溢油的圍控也有可能失效。因此，針對可能在有冰覆蓋水域發生的溢油事件，需要研發能控油同時兼備控冰能力的圍油欄。
[0010]目前，我國渤海水域已投入使用的采油平臺和已鋪設的海底油氣管道中，已有70%以上服役超過15年，這就促使渤海水域發生重大海上溢油事故的風險日益加劇。同時，每年3個月左右的海冰覆蓋期致使渤海水域的溢油事故處置面臨更大的難度和挑戰。如果2011年渤海蓬萊19-3油田的溢油事故發生在冬季海面有冰期間，則將造成更加嚴重的環境污染和經濟損失。因此，研發針對有冰水域圍控效率高的圍油欄產品對有冰覆蓋水域溢油事故的應急處置措施顯得十分重要。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是克服現有圍油欄的不足，結合有冰覆蓋水域的環境特點，研發一種適用于有冰覆蓋水域溢油事故的圍油欄，其在海冰條件下能具有很強的漂浮穩性和抗冰能力，提高有冰覆蓋水域溢油事故的圍控效率。本發明的技術方案如下:
[0012]—種能夠在碎冰區應用的抗冰圍油欄，包括連體氣囊，其特征在于，連體氣囊包括由兩個單片氣囊，兩個單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個相互不連通的子氣囊(1)，兩個單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在兩個單片氣囊之間設置有第一配重(6)，在沿上邊緣設置有用于穿過繩索的繩索通道(2)。在每個子氣囊(1)充氣之后，整個連體氣囊形成水滴狀斷面構形。
[0013]作為優選實施方式，在邊緣留有用于穿過繩索和容納第二配重的配重通道(3)。所述的有阻燃特性的材料為有阻燃特性的橡膠。所述的第二配重為配重鋼管，掛在穿過配重通道(3)的繩索上。
[0014]本發明較傳統圍油欄在組成部分上首先形成了改進，將浮體與屏體部分合二為一，即采用同時具備阻礙溢油和浮冰運動的屏障功能的浮體結構。該浮體結構由一系列連體式氣囊組成，單個連體氣囊由兩片各帶有8個子氣囊的矩形單片氣囊組合而成。充氣后兩片氣囊在氣體膨脹壓力作用下向外鼓起，而兩片氣囊間則形成中空。在這一中空部分底部設置鋼質圓管，這樣的設置不僅可為單個連體氣囊提供一定的配重，以增加其吃水深度，同時還可在配重的作用下將這一中空區間的斷面調整為水滴狀構型。通過上述方法構造的連體氣囊因具有水滴狀斷面構型而獲得了極佳的水中站立漂浮姿態和穩性。在連體氣囊下端配置一定質量的鐵管作為配重，促使圍油欄具有足夠的吃水深度，這樣不僅可以進一步增加圍油欄的整體漂浮穩性，還能達到圍控一定厚度的溢油和浮冰的目的。圍油欄結構連接方式上，對傳統圍油欄連接方式進行改進，用堅固的鋼絲繩將每一片氣囊串聯起來，并在相鄰連體氣囊連接處進行壓縮密封處理，進而可根據實際需求長度將一系列連體氣囊連接為整體的圍油欄屏體。
[0015]與傳統圍油欄相比，本發明采用兩片氣囊組成連體圍油欄，側面形成水滴形狀，大大增加了圍油欄在水中的漂浮穩性，特別是在海冰漂移情況下，拖船可拖航圍油欄的臨界速度大大增加，提高了圍控效率。其次，每個連體氣囊由若干子氣囊組成，可以通過充氣孔對氣囊充氣，同時多個子氣囊并聯結構增強了圍油欄抗冰破損能力，若某個子氣囊被冰或利器割破發生破損，不會使整個圍油欄喪失漂浮和圍控能力。綜上所述，本發明可以有效圍控在破碎冰情況下發生的溢油，大大提高了溢油的回收效率。
[0016]本發明的實質性特點為:1、采用具有水滴狀斷面構型的連體氣囊作為圍油欄的浮體與屏體，極大增強了圍油欄的站立漂浮穩性;2、采用多重的子氣囊構造，保證了圍油欄的抗破損性;3、采用雙重配重設置增大了圍油欄的冰區控油性能。依據本發明所構造的圍油欄，經室內試驗證明其具體優點體現為:
[0017]1、可應用于碎冰覆蓋率達50 %至70 %的水域；
[0018]2、可抵御碎冰厚度為5-30cm、漂移速度0.l-0.8m/s的流冰侵襲；
[0019]3、較傳統的圍油欄，冰區作業時溢油圍控失效概率下降80%。
【附圖說明】
[°02°]圖1是連體氣囊正面示意圖。
[0021]圖2是充氣后圍油欄側面示意圖。
[0022]圖3是圍油欄充氣安裝后整體示意圖。
[0023]圖中標號說明:①子氣囊;②鋼絲繩串聯通道;③鋼管和鋼絲繩通道;④連接處;⑤充氣孔;⑥鋼質圓管。
【具體實施方式】
[0024]1、本發明采用兩片單片氣囊在上下邊緣壓縮密封組成連體氣囊，如圖1所示。單片氣囊采用3mm厚的有阻燃特性的橡膠材料制成，每片氣囊上都有子氣囊①，數量為8個，子氣囊充氣前寬3cm，高61cm，形成的連體氣囊總高80cm，寬度46cm，上部留直徑2cm的鋼絲繩串聯通道②，下部留直徑7cm的通道作為配重鋼管和鋼絲繩通道③；
[0025]2、在兩片氣囊間中空部分配置外直徑6cm，厚度1 cm的鋼質圓管⑥作配重；
[0026]3、配置完成后，將連體氣囊用直徑lcm的不銹鋼鋼絲繩在上端串聯，用若干段直徑5cm，厚度2cm，長度35cm的鋼質圓管套在不銹鋼鋼絲繩外在下端串聯，組成足夠長度圍油欄，并在連接處④壓縮密封，使每個連體氣囊獨立密閉，保證氣囊有足夠浮力；
[0027]4、每片氣囊都有一個充氣孔⑤，充氣孔與每個子氣囊連通，組裝完成后，采用10個標準大氣壓作為充氣氣壓對氣囊充氣，最終形成水滴狀斷面構型圍油欄，如圖3所示；
[0028]5、在圍油欄工作結束后，用氣栗將圍油欄氣體從充氣孔⑤抽出，回收儲存圍油欄，以備以后使用。
[0029]實驗室試驗中，將圍油欄兩端用繩索固定在拖船上，拖船固定在試驗拖車上，然后拖車以試驗需要的速度帶動圍油欄運動，當圍油欄到達試驗區域前，為了減小浮冰在進入圍油欄區域時與圍油欄接觸產生的作用力，拖車以低速行駛將圍油欄拖到目的位置，一旦圍油欄航行中包含一定浮冰后，逐漸增大拖車的速度至圍油欄失效的臨界速度以下的安全速度勻速行駛，將溢油擴散面積圍控到可處理大小并轉移到指定位置。
[0030]試驗表明圍油欄能夠有效圍控碎冰情況下海面溢油，沒有發生傳統圍油欄面對海冰條件的失效行為，能夠及時高效的將碎冰水域溢油控制在一定范圍并轉移到可回收目的地。
【主權項】
1.一種能夠在碎冰區應用的抗冰圍油欄，包括連體氣囊，其特征在于，連體氣囊包括由兩個單片氣囊，兩個單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個相互不連通的子氣囊(1)，兩個單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在兩個單片氣囊之間設置有第一配重(6)，在沿上邊緣設置有用于穿過繩索的繩索通道(2);在每個子氣囊(1)充氣之后，整個連體氣囊形成水滴狀斷面構形。2.根據權利要求1所述的抗冰圍油欄，其特征在于，在下邊緣設置有用于穿過繩索和容納第二配重的配重通道(3)。3.根據權利要求1所述的抗冰圍油欄，其特征在于，所述的有阻燃特性的材料為有阻燃特性的橡膠。4.根據權利要求1所述的抗冰圍油欄，其特征在于，所述的第二配重為配重鋼管，掛在穿過配重通道(3)的繩索上。
【專利摘要】本發明涉及一種能夠在碎冰區應用的抗冰圍油欄,包括連體氣囊，連體氣囊包括由兩個單片氣囊，兩個單片氣囊均采用有阻燃特性的材料制成，每個單片氣囊包括上邊緣、下邊緣和并列排布在上邊緣和下邊緣之間的多個相互不連通的子氣囊(1)，兩個單片氣囊的上邊緣和下邊緣分別密封并連接在一起，在兩個單片氣囊之間設置有第一配重(6)，在沿上邊緣設置有用于穿過繩索的繩索通道(2)。在每個子氣囊(1)充氣之后，整個連體氣囊形成水滴狀斷面構形。本發明可以提高有冰覆蓋水域溢油事故的圍控效率。
【IPC分類】E02B15/08, E02B15/02
【公開號】CN105484217
【申請號】CN201510962937
【發明人】黃焱, 宋夢然, 張祥龍, 黃思洋, 吳煒
【申請人】天津大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月17日