CN103628454B - 可在水面上快速拖带的围油栏及其围油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可在水面上快速拖带的围油栏，由多节相互连接的围油栏单元构成，每节围油栏单元包括浮体、裙体、本体、导流体和稳定型配重体；导流体在围油栏快速运动时使围油栏周围混合流体发生分层流动并形成第一水体和第二水体，且第一水体产生向上流动趋势，以保证水面浮油不会被底层的第二水体裹挟从围油栏底部逃逸；稳定型配重体在围油栏被拖动时可以使裙体在水中始终保持直立姿态，以保证围油栏对水面浮油的有效拦阻。本发明的围油栏，可实现了对水面浮油的快速积聚，有效防止浮油从围油栏底部逃逸，且结构简单，使用安全、可靠，可以折叠存放且占用空间小；本发明还提供一种利用上述围油栏进行快速围油的方法。

Description

可在水面上快速拖带的围油栏及其围油方法

技术领域

本发明涉及一种保护海洋环境的机械设备，尤其是涉及一种快速围油方法和围油栏。

背景技术

随着海上石油开采和运输规模的增大，钻井平台机械故障及船舶碰撞及搁浅事故引起的溢油事故经常发生，给当地的海洋生态环境造成了严重的污染。溢油事故发生后，进入水体的溢油会在风、浪、流的综合作用下迅速向周围扩散，油膜逐渐变薄，给后期的污染治理造成巨大困难。目前，溢油污染治理的主要方法是通过双船拖带围油栏在海上运动，将水面上飘散的溢油逐渐收拢聚集在一起，然后通过撇油器将其回收，实现彻底清除。但是，在围油栏拖带过程中，当围油栏相对于水体的速度超过0.75节时，会发生溢油从水中越过围油栏底部而逃逸，无法实现溢油的快速聚集。被围控溢油逃逸的原因主要是在拖带围油栏过程中，围油栏附近的水流必然携带漂浮油层向下流动，进而造成水面油层越过围油栏的底部而逃逸，并且这种逃逸并不会随着围油栏水中拦截深度的增加而避免。此外，由于围油栏的裙部由橡胶板制成，其水中的直立姿态由底部的配重铁链来保证，当围油栏在运动时，由于裙部较软，在水动力的作用下会发生弯曲。当拖带速度达到一定值后，甚至会发生裙部和配重链都浮到水面上的情况，造成溢油围控彻底失效。因此，目前围油栏只能在低速状态下拖带使用，既造成溢油聚集速度的低下而影响污染治理效果，同时对拖带围油栏船舶的低速性能提出较高要求，这种状况亟待改善。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供一种可在水面上快速拖带的围油栏，其在水中被快速拖动时能有效防止浮油从围油栏底部逃逸，可实现对水面浮油的快速围控和积聚，并且其结构简单，使用安全、可靠，制作容易，生产成本低，可以折叠存放，存放时占用空间小；本发明还提供一种利用上述围油栏进行快速围油的方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种可在水面上快速拖带的围油方法，用于利用由多节相互连接的围油栏单元构成的围油栏对出现在水面上的浮油快速围控和聚集，其中每节围油栏单元包括浮体、裙体、导流体、配重体以及将浮体和裙体连接为一体的本体，所述方法包括以下步骤：

把围油栏放置在具有浮油的水面上；

通过拖动所述围油栏对水面上的浮油进行围控和聚集，包括：

利用设置在每节围油栏单元的所述裙体上部且位于所述浮体下方的导流体，改变所述裙体周围的包含水和浮油的混合流体的流场，使裙体周围的混合流体发生分层流动，形成位于上层的包含浮油和水的第一水体和位于下层的仅包含水的第二水体；

当所述本体被快速拖动时，利用设置在每节围油栏单元的所述裙体底部的稳定型配重体，使所述裙体在水中始终保持直立姿态，以防止第一水体中的浮油从围油栏底部逃逸。

其中，所述的通过拖动所述围油栏对水面上的浮油进行围控和聚集还包括：利用设置在所述裙体上且位于所述导流体下方的导流孔，使所述裙体周围发生分层流动后形成的第二水体快速穿过裙体，以减少所述裙体在水中运动的阻力。

其中，所述稳定型配重体是反翼型配重体，其在水中运动时会产生向下的拉力，以保证所述裙体在水中的直立姿态。

其中，所述导流体为两个，对称设置在所述裙体的两侧。

本发明还提供一种实现上述围油方法的围油栏，由多节相互连接的围油栏单元构成，每节围油栏单元包括浮体、裙体以及将浮体和裙体连接为一体的本体，其特征在于，每节围油栏单元还包括：

设置在所述裙体上部且位于所述浮体下方的导流体，用于改变所述本体周围的包含水和浮油的混合流体的流场，使裙体周围的混合流体发生分层流动，形成位于上层的包含浮油和水的第一水体和位于下层的包含水的第二水体；

设置在所述裙体底部的稳定型配重体，用于当所述本体被快速拖动时，可以使所述裙体在水中始终保持直立姿态，以防止第一水体中的浮油从围油栏底部逃逸。

其中，所述裙体上还设置有位于所述导流体下方的导流孔，用于使所述裙体周围发生分层流动后形成的第二水体快速穿过裙体，以减少所述裙体在水中运动的阻力。

优选的，所述稳定型配重体是反翼型配重体。

优选的，所述导流体为内部中空。

其中，所述裙体底部为双层结构橡胶板，且双层结构橡胶板中间穿设一节连杆，所述稳定型配重体固定在连杆上。

其中，所述连杆长度与所述本体的长度相当，其两端部分别设有与相邻围油栏单元的连杆连接的球铰，以便将多节围油栏单元组装成围油栏。

其中，所述导流体由耐腐蚀、小密度、高强度的材料制成。

优选的，所述导流体采用铝合金或玻璃钢制成。

其中，所述浮体是充气气囊或由泡沫填充而成的固体浮子。

优选的，所述反翼型配重体由耐腐蚀、小密度、高强度的材料制成。

优选的，所述反翼型配重体采用铝合金或玻璃钢制成。

与现有技术相比，本发明的围油栏和围油方法具有如下突出的优点：

1)本发明的围油栏由多节围油栏单元相互连接而成，其结构简单，方便实用，且使用安全、可靠，构成围油栏单元的零部件少，制作容易，生产成本低；

2)本发明的每节围油栏单元均具有导流体，可以改变裙体周围的包括水和浮油的混合流体的流场，使裙体周围的混合流体发生分层流动，形成位于上层的包括浮油和少量水的第一水体和位于下层的包括大量水的第二水体：位于上层的第一水体在导流体的作用下产生向上流动的趋势，保证第一水体中的浮油不会发生下沉流动，从而防止水流裹挟着水面漂浮的浮油向下运动而越过裙体的底部、造成溢油围堵失败现象的发生；并且，位于下层的第二水体产生向下流动的趋势，从而当围油栏在水中被快速拖动时，第一水体中的浮油会始终处于围油栏围控区域的水面上，并且厚度逐渐积聚，实现了对水面浮油的快速积聚；

3)本发明的每节围油栏单元均具有反翼型配重体，其不论围油栏在海上进行静态溢油围控或动态溢油围控，均可以保持裙体在水中的直立姿态，保证导流体的正常工作，防止浮油从围油栏底部逃逸；

4)本发明的反翼型配重体的上表面为平面，下表面为翼型，且翼型的形状为圆头尖尾形，从而当围油栏处于运动状态时，可以产生向下的水动力，保证围油栏在运动过程中，其裙体底部始终受到反翼型配重体的拉力作用而在水中保持直立姿态，防止浮油从围油栏底部逃逸，实现对水面浮油的快速围控和积聚；

5)本发明的围油栏单元的裙体上设有导流孔，其可以使裙体周围混合流体发生分层流动后形成的第二水体顺利穿过裙体，从而减少裙体在水中运动的阻力；

6)本发明的裙体底部的橡胶板采用双层结构，双层橡胶板中间用连杆连接，而在连杆的两端部安装有球铰，使相邻的围油栏单元可以通过球铰连接，从而使得每节围油栏单元在水中可以自由调整姿态而不发生相互干扰，并且，在平时保存时，围油栏以每节围油栏单元的长度为基准长度而折叠存放，从而节省存放空间。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的围油栏的主视图；

图2为本发明的围油栏的右侧视图；

图3为本发明的围油栏在水中处于静止状态的示意图；

图4为本发明的围油栏在水中处于运动状态的示意图。

附图标记说明：1-本体；2-浮体；3-裙体；4-导流体；5-螺栓；6-导流孔；7-连杆；8-稳定型配重体；9-接头板；10-支撑杆；11-球铰；12-混合流体；13-第一水体；14-第二水体；13a-浮油；13b-水；L-水体分界线。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明的围油栏的结构示意图，由图可知，围油栏由多节相互连接的围油栏单元构成，其中，每节围油栏单元包括浮体2、裙体3以及将浮体2和裙体3连接为一体的本体1，除此之外，每节围油栏单元还包括：设置在裙体3上部且位于浮体2下方的导流体4，用于在本体处于运动状态时改变裙体3周围的包含水和浮油的混合流体12的流场，使裙体3周围混合流体发生分层流动，并以水体分界线L为界(如图4所示)，形成位于上层的包含浮油13a和少量水13b的第一水体13和位于下层的不包括浮油、只包含水的第二水体14，其中，由于密度不同，第一水体13中的浮油13a飘浮在水13b的上面；设置在裙体3底部的稳定型配重体8，用于当本体1被快速拖动时，可以使裙体3在水中始终保持直立姿态，以防止第一水体中的浮油从围油栏底部逃逸。

具体的，如图1、图2所示，本发明的每节围油栏单元包括：本体1、浮体2、裙体3、导流体4、连杆7、稳定型配重体8及接头板9。

其中，在相邻的围油栏单元的浮体2之间设置有沿竖直方向直立的支撑杆10，可以防止将多节围油栏单元连接起来形成的围油栏对水面的溢油进行围控和聚集时，相邻围油栏单元的本体1发生坍塌，从而避免溢油从水面上越过围油栏现象的发生；而相邻围油栏单元的本体1通过接头板9连接为一体、相邻围油栏单元的连杆7通过球铰11连接在一起，从而当将多节围油栏单元连接起来成为围油栏时，使得每节围油栏单元在水中可以自由调整姿态而不与相邻围油栏单元发生相互干扰，并且，在平时保存时，围油栏以每节围油栏单元的长度为基准长度而折叠存放，从而节省存放空间。优选的，连杆7的长度与本体1的长度相当，而两个球铰分别设置于其两端部。

其中，浮体2固定于本体1上，其可以是充气气囊，也可以是由泡沫填充而成的固体浮子，其为本体1提供浮力，使本体1可以漂浮在水面上。裙体3固定于本体1上且位于浮体2下面，其由橡胶板制成，在围控和聚集水面上的浮油时，其浸于浮体2下部的水中，并在设置于其下的稳定型配重体8的重力作用下，在水中保持直立的姿态，防止浮油从裙体3底部逃逸。

其中，导流体4设置在裙体3的上部且位于浮体2下方，其由耐腐蚀、小密度、高强度的材料制成，优选的，导流体4采用铝合金或玻璃钢制成，其内部中空，因此可以节省材料且减轻裙体3上部的重量，其两端分别通过螺栓5固定安装在裙体3的上部，并且，为了保证围油栏单元在水中的平衡性，在裙体3的两侧分别对称的固定安装一个导流体4，如图1所示。其中，导流体4的外形可以为锥形、三角形，也可以为山峰的形状。优选的，本发明的导流体4的外形为山峰形状，包括相对位置在上面的上山段和相对位置在下面的下山段，上山段的山脚端和下山段的山顶端相交，上山段的山顶端和下山段的山脚端相互背离且两端分别通过螺栓5固定在裙体3上，而位于裙体3两侧的两个导流体4形成裙体3的两个侧翼。当进行水面上浮油的围控与聚集时，位于裙体3一侧的导流体4(如图1所示的右侧导流体4)的上山段和下山段相交的表面迎着围油栏前进的方向。

由于导流体4设置在裙体3上，而裙体3浸于浮体2下部的水中，因此当围油栏在围控和聚集水面上的浮油时，导流体可以改变裙体3周围的包含水和浮油的混合流体的流场，使裙体3周围混合流体发生分层流动，并以图4中的水体分界线L为界，形成位于水体分界线L上层的、成分包含浮油和水的第一水体和位于水体分界线L下层的、成分为水的第二水体，也就是说，当裙体3周围的混合流体迎着导流体4的方向与导流体4接触时，导流体4以其上山段和下山段相交的表面为界、将所述混合流体分为上下两层，即：位于上层的包括浮油和少量水的第一水体在导流体4上山段的作用下产生向上流动的趋势(如图4中位于水体分界线上部的箭头所示)并沿着上山段流动，保证第一水体中的浮油不会发生下沉流动，从而防止水流裹挟着水面漂浮的浮油向下运动而越过裙体的底部、造成溢油围堵失败现象的发生；而位于下层的不含浮油的第二水体在导流体4下山段的作用下产生向下流动的趋势(如图4中位于水体分界线下部的箭头所示)，从而当围油栏在水中被快速拖动时，第一水体中的浮油会始终处于围油栏围控区域的水面上，并且厚度逐渐积聚，实现了对水面浮油的快速积聚。

其中，在裙体3的位于导流体4下方的下部设置多个导流孔6。当围油栏单元在水中被快速拖动时，由于导流体4周围混合流体的流场发生改变，使得裙体3周围混合流体发生分层流动并形成第一水体和第二水体，此时，位于下层的第二水体向裙体3的下方流动，流动过程中，第二水体的一部分穿过导流孔6(如图4中位于水体分界线下部的箭头所示)，从而使分层后形成的第二水体可以快速穿过裙体3，因此减少了裙体3在水中运动的阻力，也即减少了围油栏在水中运动的阻力，从而使得围油栏可以在水面上被快速地拖动，从而对水面浮油进行快速围控与积聚。

其中，裙体3底部为双层结构橡胶板，在双层结构橡胶板中间穿设一节连杆7，而稳定型配重体8的顶端固定在连杆7上，其由耐腐蚀、小密度、高强度的材料制成，具有一定重量，为裙体3提供配重，在使用时浸在水中。优选的，本发明的稳定型配重体8采用铝合金或玻璃钢制成，且为反翼型配重体。如图1所示，反翼型配重体的上表面为平面，且上表面设置有与连杆连接的连接部，其下表面为翼型，且翼型形状为圆头尖尾形(即迎着围油栏前进方向为圆头)。

当围油栏在水面上进行静态溢油围控时，反翼型配重体可以为裙体提供配重，使裙体3在水中保持直立姿态；而当围油栏被快速拖带运动时，由于反翼型配重体的形状特点，使得其表面水体的流速不同，即反翼型配重体上表面水体的流速低，而下表面水体的流速高，根据流体动力学原理，反翼型配重体上、下表面水体的流速不同会使反翼型配重体的上、下表面产生压力差，且该压力差的存在会产生一个向下的合力，该合力以拉力的形式作用在裙体3上，并且，该合力随着围油栏在水中运动速度的提高而增大。这样，可以使围油栏被拖带着快速运动，并且在水中快速运动的围油栏的裙体就会始终承受向下的拉力，避免裙体3在水体阻力的作用下而产生弯曲，即使裙体在水中始终保持直立的姿态，从而使裙体3上部的导流体4和导流孔6能够正常工作，因此保证了围油栏快速运动过程中的滞油性能，为实现海上溢油的快速聚集创造了有利条件。

本发明的围油栏采用多节围油栏单元相互连接而成，其结构简单，连接方便，使用安全、可靠，易于加工，生产成本低，投入小，可以被高速拖动，从而快速的进行海上溢油的围控与聚集，且不会使溢油逃逸，从而对提高海上溢油的治理能力具有重大意义。

本发明还提供一种采用上述的可在水面上快速拖带的围油栏对出现在水面上的浮油快速围控和聚集的围油方法，其包括以下步骤：

A)连接多个围油栏单元并形成具有一定长度的围油栏，将围油栏放置在具有浮油的水面上，此时每个围油栏单元的浮体均露出水面，如图3所示，并且，此时的水体为成分包括浮油和水的混合流体12；

B)将围油栏的两端固定于拖带装置上，通过拖带装置拖动围油栏，以便对水面上的浮油进行围控和聚集，该拖带装置可以为拖船。

其中，步骤B)中的拖动围油栏对水面上的浮油进行围控和聚集的方法包括：

拖带装置拖带着围油栏在有浮油的水面上沿着图4中箭头所示的方向运动，设置在每节围油栏单元的裙体3上部且位于浮体2下方的导流体4，改变裙体3周围的包含水和浮油的混合流体12的流场，使裙体3周围混合流体12发生了分层流动，并以水体分界线L为界，形成位于上层的包含浮油13a和水13b的第一水体13(如图4所示)和位于下层的不包括浮油、只包含水的第二水体14，从而使得位于上层的第一水体13中的浮油13a在导流体4的作用下产生向上流动的趋势，使得浮油不会发生下沉流动；而使位于底层的不含浮油的第二水体14产生向下流动的趋势，从而当围油栏在水中被快速拖动时，浮油13a会始终处于围油栏围控区域的水面上，不会被水流裹挟着越过裙体的底部，造成溢油围堵失败。

当围油栏在导流体4的作用下，使得导流体4周围的混合流体12的流场发生改变，形成了分层流动的第一水体13和第二水体14后，位于下层的不含浮油、只含水的第二水体14向裙体3的下方流动，并且在流动过程中，第二水体14的一部分穿过设置在裙体3上且位于导流体4下方的多个导流孔6，从而使分层后形成的第二水体14可以快速通过裙体3，因此减少了裙体3在水中运动的阻力，也即减少了围油栏在水中运动的阻力，从而使得围油栏可以在水面上快速地被拖动，使得浮油的厚度逐渐积聚，保证了对水面的浮油进行快速围控与积聚。

而当围油栏被拖动时(即本体1被拖动时)，设置在每节围油栏单元的裙体3底部的反翼形配重体，利用其形状与重量，使得被拖船拖带着的围油栏在水中快速运动时，围油栏的裙体会始终承受向下的拉力，从而避免裙体3在水体阻力的作用下而产生弯曲，也就是说可以使裙体在水中始终保持直立的姿态，从而保证了裙体3上部的导流体4和导流孔6能够正常工作，因此保证了围油栏快速运动过程中的滞油性能，为实现海上溢油的快速聚集创造了有利条件。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可在水面上快速拖带的围油方法，利用由多节相互连接的围油栏单元构成的围油栏对出现在水面上的浮油进行快速围控和聚集，其中每节围油栏单元包括浮体（2）、裙体（3）以及将浮体（2）和裙体（3）连接为一体的本体（1），其特征在于，所述方法包括以下步骤：

把围油栏放置在具有浮油的水面上；

通过拖动所述围油栏对水面上的浮油进行围控和聚集，包括：

利用设置在每节围油栏单元的所述裙体（3）上部且位于所述浮体（2）下方的导流体（4），改变所述裙体（3）周围的包含水和浮油的混合流体（12）的流场，使裙体（3）周围的混合流体发生分层流动，形成位于上层的包含浮油和水的第一水体（13）和位于下层的仅包含水的第二水体（14）；

当所述本体（1）被快速拖动时，利用设置在每节围油栏单元的所述裙体（3）底部的稳定型配重体（8），使所述裙体（3）在水中始终保持直立姿态，以防止第一水体中的浮油从围油栏底部逃逸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过拖动所述围油栏对水面上的浮油进行围控和聚集还包括：

利用设置在所述裙体（3）上且位于所述导流体（4）下方的导流孔（6），使所述裙体（3）周围发生分层流动后形成的第二水体快速穿过裙体（3），以减少所述裙体（3）在水中运动的阻力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定型配重体（8）是反翼型配重体，其在水中运动时会产生向下的拉力，以保证所述裙体（3）在水中的直立姿态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导流体（4）为两个，对称设置在所述裙体（3）的两侧。

5.一种实现上述围油方法的围油栏，由多节相互连接的围油栏单元构成，每节围油栏单元包括浮体（2）、裙体（3）以及将浮体（2）和裙体（3）连接为一体的本体（1），其特征在于，每节围油栏单元还包括：

设置在所述裙体（3）上部且位于所述浮体（2）下方的导流体（4），用于改变所述本体（1）周围的包含水和浮油的混合流体的流场，使裙体（3）周围的混合流体发生分层流动，形成位于上层的包含浮油和水的第一水体和位于下层的包含水的第二水体；

设置在所述裙体（3）底部的稳定型配重体（8），用于当所述本体（1）被快速拖动时，可以使所述裙体（3）在水中始终保持直立姿态，以防止第一水体中的浮油从围油栏底部逃逸。

6.根据权利要求5所述的围油栏，其特征在于，所述裙体（3）上还设置有位于所述导流体（4）下方的导流孔（6），用于使所述裙体（3）周围发生分层流动后形成的第二水体快速穿过裙体（3），以减少所述裙体（3）在水中运动的阻力。

7.根据权利要求5或6所述的围油栏，其特征在于，所述稳定型配重体（8）是反翼型配重体。

8.根据权利要求5或6所述的围油栏，其特征在于，所述导流体（4）内部中空。

9.根据权利要求5或6所述的围油栏，其特征在于，所述裙体（3）底部为双层结构橡胶板，且双层结构橡胶板中间穿设一节连杆（7），所述稳定型配重体（8）固定在连杆（7）上。

10.根据权利要求9所述的围油栏，其特征在于，所述连杆（7）长度与所述本体（1）的长度相当，其两端部分别设有与相邻围油栏单元的连杆连接的球铰（11），以便将多节围油栏单元组装成围油栏。