CN104018815A

CN104018815A - 海底天然气水合物开采过程控制系统

Info

Publication number: CN104018815A
Application number: CN201410299019.0A
Authority: CN
Inventors: 张玉
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明公开了一种海底天然气水合物开采过程控制系统，包括海底采集车、供料软管、浮体球、提升泵、硬管、分解平台、压力监测装置和控制器；浮体球均匀分布在供料软管上；分解平台设置于海面上，并包括分解仓和收集仓；分解仓用于分解天然气水合物，收集仓用于收集分解后得到的天然气；硬管的一端与分解平台连接，提升泵悬挂在硬管上，且提升泵通过供料软管与海底采集车连接；海底采集车用于采集海底的天然气水合物；提升泵用于将天然气水合物加压后输送至海面的分解平台上；压力监测装置包括多个压力传感器，多个压力传感器设置于硬管的预定位置，用于检测硬管内不同位置的压力；控制器用于根据压力监测装置监测到的压力控制提升泵的输出流量。

Description

海底天然气水合物开采过程控制系统

技术领域

本发明涉及深海能源开采技术领域，具体涉及一种海底天然气水合物开采过程控制系统。

背景技术

目前，能源早已成了维持经济持续发展的基础，而传统能源的日益枯竭时刻威胁着人类的发展，这迫使世界各国不得不寻找更高效、更清洁的替代能源。为开辟新能源，近几十年来，越来越多的国家将目光投向一种鲜为人知的新型能源──天然气水合物，它分布广、能量密度高，被各国科学家公认为是21世纪最具前景的、最理想的清洁能源和替代能源。

据估计，全球海底天然气水合物中甲烷资源量约为2.1×1016m³，甲烷中的碳总量相当于当前已知煤、石油和天然气等化石燃料总资源量的两倍。目前，已经发现天然气水合物矿藏主要分布在水深为300～4000m的海底，约占全球天然气水合物总量的90％。天然气水合物在高压条件下形成，并赋存于海底以下0～1500m的松散沉积层中；因此，未来天然气水合物开采的主要场合是海底。

目前，开采海底天然气水合物的系统包括海底采集车、提升泵、硬管和分解平台，分解平台设置于海面上并设置有分解仓和收集仓，分解仓用于分解天然气水合物，收集仓用于收集分解后的天然气；硬管一端与分解平台连接，提升泵悬挂在硬管上，提升泵通过软管与海底采集车连接；海底采集车采集包含有天然气水合物的海底沉积物并经初步筛选后通过软管提供给提升泵；提升泵将天然气水合物及海水加压后向海面输送，带有天然气水合物的海水经硬管被输送至海面的分解平台上，分解完成后，天然气收集于收集仓内。

上述这种采集方式必须要有高扬程、大流量、高功率的提升泵，否则无法将海底几千米的天然气水合物输送至海面；然而，提升泵通常设置在距海底几十米的位置，一旦输送管道出现堵塞，提升泵的负载必然加大，输送管道内的压力也会急剧增加，容易引起严重的生产事故。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种海底天然气水合物开采过程控制系统及控制方法。

一方面，本发明提出了一种海底天然气水合物开采过程控制系统，包括海底采集车、供料软管、浮体球、提升泵、硬管、分解平台、压力监测装置和控制器；所述浮体球均匀分布在所述供料软管上；所述分解平台设置于海面上，并包括分解仓和收集仓；所述分解仓用于分解天然气水合物，所述收集仓用于收集分解后得到的天然气；所述硬管的一端与所述分解平台连接，所述提升泵悬挂在硬管上，且所述提升泵通过供料软管与海底采集车连接；所述海底采集车用于采集海底的天然气水合物，并通过供料软管将天然气水合物与海水的混合物输送给提升泵；所述提升泵用于将天然气水合物加压后输送至海面的分解平台上；所述压力监测装置包括多个压力传感器，多个所述压力传感器设置于硬管的预定位置，用于检测所述硬管内不同位置的压力；所述控制器用于根据压力监测装置监测到的压力控制所述提升泵的输出流量。

在优选技术方案中，多个所述压力传感器等距分布在所述硬管上。

在优选技术方案中，所述压力传感器检测到的压力大于预定安全压力时，所述控制器控制所述提升泵停止作业。

在优选技术方案中，所述分解平台上还设置有海水泵；所述海水泵的出口与分解仓连通，用于将海面的海水泵入所述分解仓。

在优选技术方案中，所述海底天然气水合物开采过程控制系统还设置有尾矿管；所述尾矿管的顶端与所述分解仓连接。

本发明提出的海底天然气水合物开采过程控制系统设置有海底采集车、供料软管、浮体球、提升泵、硬管、分解平台、压力监测装置和控制器；压力监测装置设置有多个压力传感器，多个压力传感器分布检测硬官内不同位置的压力，控制器根据各个压力传感器检测到的压力来控制提升泵的输出流量，进而防止硬管内的压力过高；当硬管内某处出现局部堵塞或流动不畅时，相应地，硬管内某些部位的压力会增加，当与之相对的压力传感器检测到的压力大于预定的压力时，控制器控制提升泵在安全范围内适当减少或增加流量，在安全范围内适当增加流量可以将堵塞部位的堵塞物冲开，减少流量可以避免硬管内的压力继续增加进而威胁作业安全，从而为正常作业提供安全保障。因此，利用本发明提出的海底天然气水合物开采过程控制系统可以有效提升天然气水合物开采过程的安全性。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的海底天然气水合物开采过程控制系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的海底天然气水合物开采过程控制系统的控制框图。

附图标记说明：

1—海底采集车 2—提升泵 3—分解平台 4—运输船

5—供料软管 6—浮体球 7—硬管 8—尾矿管 9—输气管

10—第一压力传感器 11—第二压力传感器 12—分解仓

13—收集仓 14—压力监测装置 15—控制器

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明具体实施例提出的海底天然气水合物开采过程控制系统包括海底采集车1、供料软管5、浮体球6、尾矿管8、提升泵2、硬管7、分解平台3、运输船4、输气管9、压力监测装置14和控制器15；浮体球6均匀分布在供料软管5上，浮体球6为供料软管5提供浮力并防止供料软管5过度弯曲；分解平台3设置于海面上，其包括分解仓12、收集仓13和海水泵；分解仓12用于分解天然气水合物，；海水泵的出口与分解仓12连通，用于将海水注入分解仓12；尾矿管8的顶端与分解仓12连接，用于将尾矿排入海底；收集仓13用于收集分解后得到的天然气；运输船4通过输气管9与收集仓13连接；硬管7的一端与分解平台3连接，提升泵2悬挂在硬管7上，且提升泵2通过供料软管5与海底采集车1连接；海底采集车1用于采集海底的天然气水合物，并通过供料软管5将天然气水合物与海水的混合物输送给提升泵2；提升泵2用于将天然气水合物加压后输送至海面的分解平台3上；压力监测装置14具体设置有第一压力传感器10和第二压力传感器11，第一压力传感器10和第二压力传感器11设置于硬管7的预定位置，具体设置时，可以等距分布在硬管7上(即第一压力传感器10和第二压力传感器11将硬管7等分为三份)；控制器15接收第一压力传感器10和第二压力传感器11的压力信号，并根据第一压力传感器10和第二压力传感器11检测到的压力控制提升泵2。

该海底天然气水合物开采过程控制系统的具体作业过程是：海底采集车1采集海床上的含有天然气水合物的沉积物(采集的具体过程类似于绞吸式挖泥船的挖泥过程)，在提升泵2的吸力作用下，天然气水合物(实际上应当是天然气水合物和海水的混合物)被吸入提升泵2，提升泵2将天然气水合物加压后经硬管7输送至海面的分解平台3上；在分解仓12内，天然气水合物受到的压力比海底要低，天然气水合物自动分解，为了促进天然气水合物分解，海水泵将海面的海水注入分解仓12内，进而提升天然气水合物的温度，加速分解过程；分解后得到的天然气收集至收集仓13，并经输气管9输送至运输船4上；分解后的尾矿(比如泥沙)经尾矿管8排至海底。在作业过程中，当硬管7内某处出现局部堵塞或流动不畅时，相应地，硬管7内某些部位的压力会增加，当与之相对的压力传感器检测到的压力大于预定的压力时，控制器15控制提升泵2在安全范围内适当减少输出流量，从而避免硬管7内的压力继续增加进而威胁作业安全；当然，控制器15也可以控制提升泵2在安全范围内适当增加输出流量，从而使硬管7内的流量加大，将堵塞部位的堵塞物冲开，进而使硬管7内的流动更为顺畅；当硬管7内的压力大于安全值时，控制器15控制提升泵2停止作业，防止发生安全事故。

综上所述，利用上述的海底天然气水合物开采过程控制系统可以有效提升天然气水合物开采过程的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海底天然气水合物开采过程控制系统，其特征在于，包括海底采集车、供料软管、浮体球、提升泵、硬管、分解平台、压力监测装置和控制器；所述浮体球均匀分布在所述供料软管上；所述分解平台设置于海面上，并包括分解仓和收集仓；所述分解仓用于分解天然气水合物，所述收集仓用于收集分解后得到的天然气；所述硬管的一端与所述分解平台连接，所述提升泵悬挂在硬管上，且所述提升泵通过供料软管与海底采集车连接；所述海底采集车用于采集海底的天然气水合物，并通过供料软管将天然气水合物与海水的混合物输送给提升泵；所述提升泵用于将天然气水合物加压后输送至海面的分解平台上；所述压力监测装置包括多个压力传感器，多个所述压力传感器设置于硬管的预定位置，用于检测所述硬管内不同位置的压力；所述控制器用于根据压力监测装置监测到的压力控制所述提升泵的输出流量。

2.根据权利要求1所述的海底天然气水合物开采过程控制系统，其特征在于，多个所述压力传感器等距分布在所述硬管上。

3.根据权利要求2所述的海底天然气水合物开采过程控制系统，其特征在于，所述压力传感器检测到的压力大于预定安全压力时，所述控制器控制所述提升泵停止作业。

4.根据权利要求3所述的海底天然气水合物开采过程控制系统，其特征在于，所述分解平台上还设置有海水泵；所述海水泵的出口与分解仓连通，用于将海面的海水泵入所述分解仓。

5.根据权利要求4所述的海底天然气水合物开采过程控制系统，其特征在于，还设置有尾矿管；所述尾矿管的顶端与所述分解仓连接。