CN109798092A - 内置加热管道的海底天然气接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内置加热管道的海底天然气接收设备，属于海底天然气采集技术领域本发明的设备包括集气罩，集气罩通过集气管与船体上的天然气处理装置连接，集气罩为半球状中空圆罩，集气罩侧方连接一同底面的圆环，圆环上环绕设置竖直上下运动的液压缸，液压缸输出端连接有一穿透圆环的环状密封体，密封体与液压缸接触端面积小于其底端面积，密封体内侧的集气罩底面还设有凸环，凸环水平设有贯穿通孔。本发明的设备克服采用封闭盖层方式开采过程中天然气从封闭边缘土层中泄漏的问题，整个开采过程中安全性和效率高，不易造成环境污染，设备受损小。

Description

内置加热管道的海底天然气接收设备

技术领域

本发明属于海底天然气采集技术领域，具体涉及一种内置加热管道的海底天然气接收设备。

背景技术

天然气水合物又称“ 可燃冰”，是以甲烷为主的烃类气体和水在一定的温度压力条件下形成的“ 笼型化合物”，是一种白色的固体物质，其密度接近并稍低于冰的密度，已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中，其存储存层类型主要有砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型和分散型，并且其通常存在于水深300~3000m的海底。天然气水合物在世界范围内广泛存在，据相关科学家的评价结果表明，仅在海底区域，天然气水合物的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4。2011年，世界上已发现的天然气水合物分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。

水合物的常规开采方法主要有四类：降压法、注热法、注化学试剂法与二氧化碳置换法。上述四类开采方法存在一问题：容易导致没有封闭盖层的天然气水合物藏分解失控，释放大量天然气造成环境的污染。所以目前探索没有封闭盖层的海底天然气水合物矿体开发模式已成为全世界关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置加热管道的海底天然气接收设备，克服采用封闭盖层方式开采过程中天然气从封闭边缘土层中泄漏的问题，整个开采过程中安全性和效率高，不易造成环境污染，设备受损小。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：内置加热管道的海底天然气接收设备，包括集气罩，集气罩通过集气管与船体上的天然气处理装置连接，集气罩为半球状中空圆罩，集气罩侧方连接一同底面的圆环，圆环上环绕设置竖直上下运动的液压缸，液压缸输出端连接有一穿透圆环的环状密封体，密封体与液压缸接触端面积小于其底端面积，密封体内侧的集气罩底面还设有凸环，凸环水平设有贯穿通孔。

本发明利用集气罩对指定区域内的海床进行密封处理，避免在开采过程中天然气水合物藏分解失控天然气施放到水中造成浪费及环境污染，并进一步通过液压缸驱动密封体伸入海底泥床内实现指定区域海床底部密封，进一步增强密封体附近的泥土紧实度提高区域密封效果，克服采用封闭盖层方式开采过程中天然气从封闭边缘土层中泄漏的问题，还通过设计密封体的形状，即其截面为倒三角状对指定区域内泥床下的天然气水合物由深层上移至浅层具有引导作用并对浅层分解的天然气起到聚集作用促使其在圆环内的贯穿通孔内流通来冲击海床底层表面泥层降低泥土对水和气体的运移阻碍作用，实现对海床表层泥土的破碎。

进一步的，船体上设有浮力调控机构，浮力调控机构通过气管穿过集气管进入设于集气罩内均布的浮力调节室，集气罩在水中的升降通过浮力调控机构和气管以及浮力调节室来实现，该浮力调控机构主要由充气泵组成，气管内设有截止阀用于防止水体倒流，当然根据需求还可选择设置气体流量计、气压阀等设备，在集气罩放入水中过程中水体由流通孔进入浮力调节室内增加集气罩重量使其下沉，在集气罩由水中升起时通过浮力调控机构的充气泵对气管充气，使气体分别进入集气罩内的各浮力调节室内，其内部水体由流通孔排出集气罩上浮进行后续操作。

进一步的，浮力调节室内的气管表面均设微孔，浮力调节室与集气罩表层之间通过流通孔连接，流通孔表面直径小于底端直径。在集气罩上浮过程中，浮力调节室内的气管表面微孔不断释放气体，最终形成气体压力大于水体压力的情况，促使水体从流通孔流出，但由于流通孔直径小于底端直径，即为锥孔状，在排水过程中可形成向外冲击水流并形成吸力带动集气罩表面的流通孔附近水流一并向冲击水流方向流动，促使集气罩表面污垢被清除，在这一过程中浮力调节室内的气管充气过程中受水压影响各微孔释放气流压力不一，对浮力调节室产生无序冲击引起集气罩表面微振提高集气罩表面的污垢清除效果以及防止其表面被水生物吸附，降低设备被海水腐蚀的损伤效果。

进一步的，集气管竖直设有循环管，循环管部分伸入集气罩内，循环管通过连通管与船体上的温度调控机构连接。该温控调节机构由电加热棒和循环气泵组成，通过将二氧化碳气体在温度调控机构内加热到10℃以上由循环气泵将加温气体输入连通管内使其进入循环管内循环流动，用于提高集气罩内部温度，以保证水合物分解，并且在集气罩内的温度达到设定值时停止二氧化碳循环流动。

进一步的，循环管内循环流通加热二氧化碳气体。温度控制在0℃-30℃之间，优选为10℃，采用二氧化碳循环加温可避免直接电热加温带来的安全隐患和电加热损失，起到节能的作用，并且循环管置于集气管与集气罩之间可保证天然气从集气管进入船体上的天然气处理装置过程中不会变相。

进一步的，集气管侧方固接有抽水机，抽水机一水管穿过集气管置于集气罩内，另一水管置于集气罩外部，用于将集气罩对指定区域密封完成后，将集气罩内的水体抽至集气罩外部使集气罩内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过集气管收集至天然气处理装置内。

进一步的，密封体与圆环连接处设有可形变的密封圈，用于保证密封体在升降过程中始终与圆环保持密封状态，该密封圈包括但不限于橡胶密封圈。

进一步的，集气罩上设有吊环，用于配合起吊设备将集气罩从水中吊起。

进一步的，船体上设有控制中心，该控制中心用于控制整个天然气开采过程中所使用的电气设备等，例如控制浮力调控机构、温度调控机构等，并且集气罩内壁上上设有温度检测器、压力检测器、深度检测器。

进一步的，集气管与船体为可拆卸式连接，用于实现集气管、集气罩与船体的拆卸或装配，以便于船体航行以及天然气开采工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用集气罩对指定区域内的海床进行密封处理，避免在开采过程中天然气水合物藏分解失控天然气施放到水中造成浪费及环境污染；通过液压缸驱动密封体伸入海底泥床内实现指定区域海床底部密封，增强密封体附近的泥土紧实度提高区域密封效果，克服采用封闭盖层方式开采过程中天然气从封闭边缘土层中泄漏的问题，本发明还实现对海床表层泥土的破碎。整个开采过程中安全性和效率高，不易造成环境污染，设备受损小。

本发明通过提供内置加热管道的海底天然气接收设备，弥补了现有技术中的不足，设计合理，使用方便。

附图说明

图1为本发明的内置加热管道的海底天然气接收设备示意图；

图2为本发明的内置加热管道的海底天然气接收设备水上设备示意图；

图3为本发明的内置加热管道的海底天然气接收设备水下设备示意图；

图4为图3中a部局部放大图；

图5为本发明的集气罩与海床接触部件示意图；

图6为浮力调节室的结构示意图；

图7为本发明实施例2提供的另一种技术方案。

附图标记说明：10.船体；20.浮力调控机构；21.气管；30.天然气处理装置；40.温度调控机构；41.连通管；42.循环管；50.控制中心；60.抽水机；61.水管；70.搅动机构；71.转轴；72.转叶；73.支撑环；74.支撑板；75.叶轮；80.集气罩；81.吊环；82.浮力调节室；83.圆环；84.凸环；85.流通孔；86.集气管；90.液压缸；91.密封体。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

如图1-6所示，内置加热管道的海底天然气接收设备，包括集气罩80，集气罩80通过集气管86与船体10上的天然气处理装置30连接，集气罩80为半球状中空圆罩，集气罩80侧方连接一同底面的圆环83，圆环83上环绕设置竖直上下运动的液压缸90，液压缸90输出端连接有一穿透圆环83的环状密封体91，密封体91与液压缸90接触端面积小于其底端面积，密封体91内侧的集气罩80底面还设有凸环84，凸环84水平设有贯穿通孔。

本发明利用集气罩80对指定区域内的海床进行密封处理，避免在开采过程中天然气水合物藏分解失控天然气施放到水中造成浪费及环境污染，并进一步通过液压缸90驱动密封体91伸入海底泥床内实现指定区域海床底部密封，进一步增强密封体91附近的泥土紧实度提高区域密封效果，克服采用封闭盖层方式开采过程中天然气从封闭边缘土层中泄漏的问题，还通过设计密封体91的形状，即其截面为倒三角状对指定区域内泥床下的天然气水合物由深层上移至浅层具有引导作用并对浅层分解的天然气起到聚集作用促使其在圆环83内的贯穿通孔内流通来冲击海床底层表面泥层降低泥土对水和气体的运移阻碍作用，实现对海床表层泥土的破碎。

船体10上设有浮力调控机构20，浮力调控机构20通过气管21穿过集气管86进入设于集气罩80内均布的浮力调节室82，集气罩80在水中的升降通过浮力调控机构20和气管21以及浮力调节室82来实现，该浮力调控机构20主要由充气泵组成，气管21内设有截止阀用于防止水体倒流，当然根据需求还可选择设置气体流量计、气压阀等设备，在集气罩80放入水中过程中水体由流通孔85进入浮力调节室82内增加集气罩80重量使其下沉，在集气罩80由水中升起时通过浮力调控机构20的充气泵对气管21充气，使气体分别进入集气罩80内的各浮力调节室82内，其内部水体由流通孔85排出集气罩80上浮进行后续操作。

浮力调节室82内的气管21表面均设微孔，浮力调节室82与集气罩82表层之间通过流通孔85连接，流通孔85表面直径小于底端直径。在集气罩80上浮过程中，浮力调节室82内的气管21表面微孔不断释放气体，最终形成气体压力大于水体压力的情况，促使水体从流通孔85流出，但由于流通孔85直径小于底端直径，即为锥孔状，在排水过程中可形成向外冲击水流并形成吸力带动集气罩80表面的流通孔85附近水流一并向冲击水流方向流动，促使集气罩80表面污垢被清除，在这一过程中浮力调节室82内的气管21充气过程中受水压影响各微孔释放气流压力不一，对浮力调节室82产生无序冲击引起集气罩80表面微振提高集气罩80表面的污垢清除效果以及防止其表面被水生物吸附，降低设备被海水腐蚀的损伤效果。

集气管86竖直设有循环管42，循环管42部分伸入集气罩80内，循环管42通过连通管41与船体10上的温度调控机构40连接。该温控调节机构由电加热棒和循环气泵组成，通过将二氧化碳气体在温度调控机构40内加热到10℃以上由循环气泵将加温气体输入连通管41内使其进入循环管42内循环流动，用于提高集气罩80内部温度，以保证水合物分解，并且在集气罩80内的温度达到设定值时停止二氧化碳循环流动。

循环管42内循环流通加热二氧化碳气体。温度控制在0℃-30℃之间，优选为10℃，采用二氧化碳循环加温可避免直接电热加温带来的安全隐患和电加热损失，起到节能的作用，并且循环管42置于集气管86与集气罩80之间可保证天然气从集气管86进入船体10上的天然气处理装置30过程中不会变相。

集气管86侧方固接有抽水机60，抽水机60一水管61穿过集气管86置于集气罩80内，另一水管61置于集气罩80外部，用于将集气罩80对指定区域密封完成后，将集气罩80内的水体抽至集气罩80外部使集气罩80内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过集气管86收集至天然气处理装置30内。

密封体91与圆环83连接处设有可形变的密封圈，用于保证密封体91在升降过程中始终与圆环83保持密封状态，该密封圈包括但不限于橡胶密封圈。

集气罩80上设有吊环81，用于配合起吊设备将集气罩80从水中吊起。

船体10上设有控制中心50，该控制中心用于控制整个天然气开采过程中所使用的电气设备等，例如控制浮力调控机构20、温度调控机构40等，并且集气罩80内壁上上设有温度检测器、压力检测器、深度检测器，图中未示出，但这些为本领域的公知技术，在此不作过多描述。

集气管86与船体10为可拆卸式连接，用于实现集气管86、集气罩80与船体10的拆卸或装配，以便于船体10航行以及天然气开采工作。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步优化其技术方案：循环管42底部连接有搅动机构70，该搅动机构70包括转轴71，循环管42底端竖直连接有一转轴71，循环管42内的转轴71上四周环绕设置转叶72，转轴71中部设有支撑环73，支撑环73上水平连接有支撑板74，支撑板74表面开设矩形通孔，该矩形通孔一拐角为弧形，其余为直角，转轴71底部连接叶轮75。利用循环管42内流动的二氧化碳气流驱动转叶72进行旋转，省去了驱动转轴71的驱动力，节约能耗，转轴71旋转过程中带动支撑板74和叶轮75进行旋转促使集气罩80内向上流动的天然气形成螺旋气流进入进气管86内以防进气管86进气口堵塞并且螺旋气流状的天然气与循环管42接触时间延长防止天然气在上升过程中变相，同时受旋转叶轮75影响从海床表面分解的天然气上升气流即产生变形对海床底层结构具有移动的破坏作用以促进海床底部的天然气水合物分解。

实施例3：

本发明的密封体91采用橡胶制备所得，其具体制备方法如下：

混炼：按重量份取甲基乙烯基硅橡胶生胶放入开炼机中，在开炼过程中缓慢加入气相法白炭黑K-200、羟基硅油、辛癸酸甘油酯，整个过程持续0.5h，然后继续加热陶瓷填料、氢氧化锑、二氧化硅、高乙烯基硅油和硅烷偶联剂，整个过程持续0.5h，混炼完成后均匀出片；

高温处理：将上述混炼胶至于电热鼓风干燥箱中178℃高温处理80min，取出空冷24h；

反炼：将上述高温处理完成冷却后的混炼胶再次放入开炼机中，薄通5次后加入硫化剂，继续薄通10次出片；

一段硫化：将上述反炼后的混炼胶取出至于密封体91对应的模具中，在平板硫化机中加压高温硫化，硫化完成后取出空冷24h；

二段硫化：将上述一段硫化完成的硫化胶置于电热鼓风干燥箱中，155℃高温处理100min，取出空冷，完成密封体91的制备。

陶瓷填料为白云母，本发明通过加入辛癸酸甘油酯起到集中交联剂的作用，具体的：辛癸酸甘油酯与乙烯作用使乙烯基封端的悬尾链段减少，通过增强乙烯基来实现硫化后的硅橡胶与白炭黑的交联网络增加，所制备的密封体91的撕裂强度显著增强，在混炼过程中还通过加入氢氧化锑、二氧化硅等来促进陶瓷填料的白云母释放金属离子，实现较多的金属离子在聚合物热氧化及裂解过程中起到催化剂的作用，促使分子链的降解和解聚，实现所制备的密封体91具备较强的拉伸强度和抗腐蚀性，综合力学性能优异，不易受压产生裂纹或开裂。

实施例4：

本发明的内置加热管道的海底天然气接收设备实际使用时：通过船体将集气罩80运送至指定区域，通过吊机将集气罩80放入水中，潜水人员引导集气罩80落至指定区域并将集气管86与船体10上的天然气处理装置30装配好，控制中心50控制液压缸90进行下压运动带动密封体91下压对海床底部土层进行密封，集气罩80内壁上的温度检测器、压力检测器、深度检测器实时检测并将数据发送至控制中心，在集气罩80对指定区域密封后通过抽水机60将集气罩80内的水体抽至集气罩80外部使集气罩80内部形成负压促使水合物分解，天然气水合物通过集气管86收集至天然气处理装置30内，循环管42置于集气管86与集气罩80之间保证天然气从集气管86进入船体10上的天然气处理装置30过程中不会变相，完成指定区域天然气开采后，通过控制中心50控制浮力调控机构20的充气泵对气管21充气，使气体分别进入集气罩80内的各浮力调节室82内，其内部水体由流通孔85排出集气罩80上浮进行后续操作。

本发明中所采用的浮力调控机构20主要由充气泵组成，温控调节机构40由电加热棒和循环气泵组成，控制中心包括但不限于使用工控机等设备，至于抽水机、液压缸等根据实际需求市场购买即可，也应为本领域技术人员应知晓，在此不再详细赘述。

本发明的实施方式不限于上例，还有很多等功能代换结构，只要采用本发明的技术思路的所有技术方案均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.内置加热管道的海底天然气接收设备，包括集气罩（80），所述集气罩（80）通过集气管（86）与船体（10）上的天然气处理装置（30）连接，其特征在于：所述集气罩（80）为半球状中空圆罩，所述集气罩（80）侧方连接一同底面的圆环（83），所述圆环（83）上环绕设置竖直上下运动的液压缸（90），所述液压缸（90）输出端连接有一穿透圆环（83）的环状密封体（91），所述密封体（91）与液压缸（90）接触端面积小于其底端面积，所述密封体（91）内侧的集气罩（80）底面还设有凸环（84），所述凸环（84）水平设有贯穿通孔。

2.根据权利要求1所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述船体（10）上设有浮力调控机构（20），所述浮力调控机构（20）通过气管（21）穿过集气管（86）进入设于集气罩（80）内均布的浮力调节室（82）。

3.根据权利要求2所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述浮力调节室（82）内的气管（21）表面均设微孔，所述浮力调节室（82）与集气罩（82）表层之间通过流通孔（85）连接，所述流通孔（85）表面直径小于底端直径。

4.根据权利要求1所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述集气管（86）竖直设有循环管（42），所述循环管（42）部分伸入集气罩（80）内，所述循环管（42）通过连通管（41）与船体（10）上的温度调控机构（40）连接。

5.根据权利要求4所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：循环管（42）内循环流通加热二氧化碳气体。

6.根据权利要求1所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述集气管（86）侧方固接有抽水机（60），所述抽水机（60）一水管（61）穿过集气管（86）置于集气罩（80）内，另一水管（61）置于集气罩（80）外部。

7.根据权利要求1所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述密封体（91）与圆环（83）连接处设有可形变的密封圈。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述集气罩（80）上设有吊环（81）。

9.根据权利要求1-7任一权利要求所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述船体（10）上设有控制中心（50）。

10.根据权利要求1-7任一权利要求所述的内置加热管道的海底天然气接收设备，其特征在于：所述集气管（86）与船体（10）为可拆卸式连接。