CN111257369B - 一种海上溢油燃烧模拟试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上溢油燃烧模拟试验台，其包括：水面油池模拟系统，其包含水槽，及设于水槽中的至少一个无底油盘，该无底油盘底部与水槽连通，无底油盘内装有燃料漂浮在水面上；循环水系统，其与所述水槽连通，控制所述水槽的水量进而控制其温度；燃料液面控制系统，其包含依次连通的燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱；所述液面控制箱通过连接件与所述无底油盘连通，控制所述无底油盘内的燃料液面高度；数据采集系统，其包含监测设备。本发明提供无底油盘按照其排列时相邻的无底油盘数量分类，且每一类无底油盘由一个燃料液面控制系统控制，模拟多火源情况下各温度分布的情景，使得本发明的海上溢油燃烧模拟试验台更加趋于真实。

Description

一种海上溢油燃烧模拟试验台
技术领域
本发明涉及火灾实验模拟领域，具体涉及一种海上溢油燃烧模拟系统。
背景技术
在海上油气生产过程中，溢油是一类常见且危害巨大的事故。海上溢油往往会给当地海洋环境、生物多样性以及渔业造成了灾难性的影响。因此，快速有效地处理海上溢油对于降低溢油造成的水体污染，保障生态环境和生物多样性具有重要意义。就地燃烧法作为常见一种处理海上溢油方式，通过在泄漏源头将溢油燃烧掉，可以大幅减少溢油对水体的影响，降低传统清理岸线产生的废弃物数量以及海鸟和哺乳动物等接触油类的机会。另外，从处理效率上看，就地燃烧法的溢油清除率通常在90％以上，部分情况下甚至可以达到98％以上。因此，就地燃烧法作为一种快速、低成本的清除溢油方法，已在美国墨西哥湾“深水地平线”平台爆炸溢油事故处理中多次应用，并取得了较为理想的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种海上溢油燃烧模拟试验台，该模拟试验台包含无底油盘，使得燃料与水面接触，更加贴近海上真实场景；且该模拟试验台还包含循环水系统，控制水槽温度，使其不受燃料燃烧影响；该模拟试验台还包含燃料液面控制系统，可控制燃料在无底油盘内部燃烧状态和燃烧时间，进而获得稳态燃烧下的监测数据。
为了达到上述目的，本发明提供了一种海上溢油燃烧模拟试验台，其包括：
水面油池模拟系统，其包含水槽，及设于水槽中的至少一个无底油盘，该无底油盘底部与水槽连通，无底油盘内装有燃料漂浮在水面上；
循环水系统，其与所述水槽连通，用于控制所述水槽的循环水量进而控制其温度；
燃料液面控制系统，其通过管道连接件与所述无底油盘连通，控制所述无底油盘内的燃料液面高度；及，
数据采集系统，其包含监测设备，用于监测所述水面油池火模拟系统和所述燃料液面控制系统。
较佳地，所述燃料液面控制系统的数量由无底油盘的排列决定；
当只有一个无底油盘时，仅由一个燃料液面控制系统控制该无底油盘内的燃料液面高度；
当有若干个无底油盘时，根据该无底油盘的燃烧条件进行标记和分类，同一类无底油盘由一个燃料液面控制系统控制；所述燃烧条件包括无底油盘的直径、在油盘阵列中所处的位置，以及无底油盘的间距。
较佳地，根据该无底油盘的燃烧条件进行标记和分类包含如下规则：
当尺寸大小一致的若干个无底油盘排列在所述水槽中，各个无底油盘按照其等距相邻的无底油盘的数量进行标记和分类：若与该无底油盘的距离为X的相邻无底油盘个数为i个；满足X和i均相同的无底油盘标记为同一类无底油盘，同一类无底油盘的燃料液面高度保持一致，每一类无底油盘由一个燃料液面控制系统控制。
较佳地，所述监测设备包含热电偶、天平、摄像机中的至少一种；
所述热电偶用于监测所述无底油盘或所述水槽内的液体温度，或无底油盘内燃烧火焰上方的温度；
所述天平用于监测所述燃料液面控制系统的燃料质量损失速率；
所述摄像机用于监测所述燃料的燃烧状态，所述燃料的燃烧状态包含火焰高度、火点直径、火点间距、火点形状、环境条件中的至少一种。
较佳地，所述燃料液面控制系统包含依次管道连通的燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱。
较佳地，所述液面控制箱还包含设置在其出料口处的缓冲箱，所述缓冲箱设置于所述液面控制箱和所述燃料回收箱的连通路径之间，当所述液面控制箱的燃料超过预估燃料液面时先流入所述缓冲箱，再通入所述燃料回收箱，所述连接件与所述燃料回收箱相连的水平高度不高于所述预设燃料液面。
较佳地，所述燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱至上而下安装，所述监测设备包含设置于所述燃烧回收箱底部的天平，用于称量所述燃料液面控制系统的燃料重量，该天平的数量与所述燃料液面控制系统的数量一致。
较佳地，所述燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱采用有机玻璃，方便观察箱内燃料的燃料状态。
较佳地，所述水槽还包含水槽支架，用于调节水槽高度，使得所述水槽的液面高度和所述液面控制箱的高度保持一致。
较佳地，沿水面的方向记为横向，垂直于水面的方向记为纵向；所述无底油盘为横向围绕密封的壁面组成，其纵向贯通，无底油盘的内部下端固定连接有若干层纵向排列的固定环，所述固定环在其圆心处设有固定连接的内环，所述管道连接件套设在该内环内，该管道连接件出料口连通所述无底油盘的内部，从而稳定固定于所述无底油盘的内部下端。本发明取得如下有益效果：
本发明提供一种海上溢油燃烧模拟试验台包含无底油盘，使得燃料与水面接触，更加贴近海上真实场景；且该模拟试验台还包含循环水系统，控制水槽温度，使其不受燃料燃烧影响；该模拟试验台还包含燃料液面控制系统，可控制燃料在无底油盘内部燃烧状态和燃烧时间，进而获得稳态燃烧下的监测数据；循环水系统结合燃料液面控制系统，可保证水油稳定性。本发明提供无底油盘按照其排列时相邻的无底油盘数量分类，模拟多火源情况下各温度分布的情景，且每一类无底油盘由一个燃料液面控制系统控制，使得本发明的海上溢油燃烧模拟试验台更加趋于真实。传统多火源试验将整套试验台置于电子天平上通过天平示数变化得到燃料质量损失速率，然而由于本发明实验台含有大量水域模拟海水，整体重量超过天平量程，本发明对油盘分类并使用多个燃料液面控制系统对其控制，将燃料液面控制系统置于电子天平上，更加方便精准地测定燃料质量损失速率。
附图说明
图1为本发明的海上溢油燃烧模拟试验台的结构示意图。
图2为本实施例的无底油盘的结构示意图。
图3为本实施例的燃料液面控制系统结构示意图。
图中标号：水槽1，水槽支架2，支撑杆3，无底油盘4、循环水系统5、燃料液面控制系统6，置物架7、燃料供应箱8、液面控制箱9、燃料回收箱10，橡胶管11，缓冲箱12，电子天平13，双层圆环14。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种海上溢油燃烧模拟试验台，可用于模拟小尺寸海上溢油燃烧实验，可揭示且不限于火点直径、火点间距等条件对海上溢油燃烧速率的影响，多火源的相互作用规律，并以更快速、更全面处理海上溢油为目标，为改进海上溢油现场燃烧技术提供理论参考。
实施例
本实施例提供了一种海上溢油燃烧模拟试验台，其包括：
水面油池模拟系统，其包含一个宽阔的水槽1，及设于水槽1中的若干个无底油盘4，该无底油盘4底部与水槽1连通，更贴近真实场景，无底油盘4内装有燃料漂浮在水面上；循环水系统5，其与所述水槽1连通，控制所述水槽1的水量进而控制其温度；燃料液面控制系统6，其包含依次连通的燃料供应箱8、液面控制箱9和燃料回收箱10；所述液面控制箱9通过连接件与所述无底油盘4连通，控制所述无底油盘4内的燃料液面高度；数据采集系统，其包含监测设备，用于监测所述水面油池火模拟系统和所述燃料液面控制系统6。
当只有一个无底油盘4时，仅由一个燃料液面控制系统6控制该无底油盘4内的燃料液面高度；当有若干个无底油盘4时，根据该无底油盘的燃烧条件进行标记和分类，同一类无底油盘4由一个燃料液面控制系统6控制；所述燃烧条件包括无底油盘4的直径、在油盘阵列中所处的位置，以及无底油盘4的间距。当无底油盘4尺寸大小一致时，所述燃料液面控制系统6的数量由无底油盘的排列决定。
当只有一个无底油盘4时，仅有一个燃料液面控制系统6控制该无底油盘4内的燃料液面高度。当有若干个尺寸大小一致的无底油盘4时，所述无底油盘4排列在所述水槽1上，各个无底油盘4按照其等距相邻的无底油盘4的数量进行标记和分类，等距相邻的无底油盘4的数量一致的无底油盘4为同一类，每一类无底油盘4的燃料液面高度保持一致，每一类无底油盘4由一个燃料液面控制系统6控制。“等距相邻”的无底油盘的数量指的是按照距离相等且相邻的无底油盘数量。
在本实施例中，设有九个尺寸大小一致的无底油盘4，每三个无底油盘4排列成一排，所述九个无底油盘4排列成九宫格，漂浮在所述水槽1上，所述九个无底油盘4分为三类：第一类位于正中心的无底油盘4，其与其余八个无底油盘4相邻接触，记为第一无底油盘4，第一无底油盘4的燃油高度由第一燃料液面控制系统6控制；第二类位于九宫格四个角的无底油盘4，其直线距离相邻的无底油盘4个数为两个，记为第二无底油盘4，第二无底油盘4的燃油高度由第二燃料液面控制系统6控制；第三类位于九宫格四条边沿上的无底油盘4，其直线距离相邻的无底油盘4个数为三个，记为第三无底油盘4，第三无底油盘4的燃油高度由第三燃料液面控制系统6控制。在本实施例中，设有九个无底油盘4，三个燃料液面控制系统6控制，形成多火源(九个无底油盘4)燃烧模型，可用于研究多火源的相互作用规律。
在另一较优的实施例中，如图1所示，设有四个无底油盘4，每个无底油盘4与其余三个无底油盘4均等距相邻，该四个无底油盘4为同一类无底油盘4，该四个无底油盘4共同由一个燃料液面控制系统6控制。
在本实施例中，所述燃料的运输通道均采用橡胶管11运输，即所述连接件为橡胶管11。
进一步地，沿水面的方向记为横向，垂直于水面的方向记为纵向；所述无底油盘4为横向围绕密封的壁面组成，其纵向贯通，无底油盘4的内部下端固定连接有若干层纵向排列的固定环14，所述固定环14在其圆心处设有固定连接的内环，所述管道连接件套设在该内环内，该管道连接件11出料口连通所述无底油盘4的内部，从而稳定固定于所述无底油盘4的内部下端。在本实施例中，如图2所示，所述无底油盘4底部还设有双层圆环14(固定环)，每层圆环内部固定连接有小孔径内环，其套设在所述橡胶管11外部，用于将所述橡胶管11固定于所述无底油盘4底部，所述橡胶管11从液面底部向所述无底油盘4内输送燃料。
在本实施例中，如图3所示，所述燃料液面控制系统6的燃料供应箱8、液面控制箱9和燃料回收箱10由上至下安装，其分别安装于三层置物架7上；所述液面控制箱9在其出料口处还包含缓冲箱12，其设置于所述液面控制箱9和所述燃料回收箱10的燃料连通路径之间，在本实施例中，所述缓冲箱12贴于所述液面控制箱9设置，当所述液面控制箱9的燃料超过预估燃料液面时先流入所述缓冲箱12，再通入所述燃料回收箱10。所述液面控制箱9与无底油盘4之间连通的橡胶管11的水平高度，不高于所述预估燃料液面高度(所述缓冲箱12顶部的高度)，由此保证所述液面控制箱9与无底油盘4的燃油高度一致。
在本实施例中，所述水槽1还包含水槽支架2，其支撑所述水槽1，用于调节水槽1高度，可使得所述水槽1的液面高度和所述置物架7中液面控制箱9的高度保持一致，进一步使得无底油盘4内的燃料液面与所述液面控制箱9的高度保持一致。
在本实施例中，所述监测设备包含热电偶、天平13、摄像机。
所述热电偶用于监测所述无底油盘4或所述水槽1内的液体温度，可在所述水槽1的边缘设置支撑杆3，将所述热电偶悬挂在所述支撑杆3上，用于测试所述水槽1内的液体温度；在一个实施例中，所述水槽1为矩形，所述支撑杆3设置在矩形水槽1的四角。
所述天平13用于监测所述燃料液面控制系统6的燃料重量；在本实施例中，所述天平13为电子天平13，设于所述置物架7底部，每个燃料液面控制系统6设有一个天平13，对整个燃料液面控制系统6(包含置物架7、燃料供应箱8、液面控制箱9和燃料回收箱10、缓冲箱12以及橡胶管11的重量)称重，用于记录所述燃料液面控制系统6的燃料质量损失速率。
所述摄像机用于监测所述燃料的燃烧状态，所述燃料的燃烧状态包含火点直径、火点间距、火点形状、环境条件等。
在本实施例中，所述燃料供应箱8、液面控制箱9和燃料回收箱10采用有机玻璃，方便观察箱内燃料的燃料状态。
综上所述，本发明提供了一种海上溢油燃烧模拟试验台，其包含水面油池模拟系统、循环水系统5及数据采集系统。水面油池模拟系统包含无底油盘4，使得燃料与水面接触，相比现有的有底油盘，更加贴近海上真实场景；且该模拟试验台还包含循环水系统5，控制水槽1温度，使其不受燃料燃烧影响；该模拟试验台还包含燃料液面控制系统6，可控制燃料在无底油盘4内部燃烧状态和燃烧时间，进而获得稳态燃烧下的监测数据；循环水系统5结合燃料液面控制系统6，可保证水油稳定性。本发明提供无底油盘4按照其排列时相邻的无底油盘4数量分类，模拟多火源情况下各温度分布的情景，且每一类无底油盘4由一个燃料液面控制系统6控制，使得本发明的海上溢油燃烧模拟试验台更加趋于真实。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，其包括：
水面油池模拟系统，其包含水槽，及设于水槽中的至少一个无底油盘，该无底油盘底部与水槽连通，无底油盘内装有燃料漂浮在水面上；沿水面的方向记为横向，垂直于水面的方向记为纵向；所述无底油盘为横向围绕密封的壁面组成，其纵向贯通，无底油盘的内部下端固定连接有若干层纵向排列的固定环，所述固定环在其圆心处设有固定连接的内环；
循环水系统，其与所述水槽连通，用于控制所述水槽的循环水量进而控制其温度；
燃料液面控制系统，其通过管道连接件与所述无底油盘连通，所述管道连接件套设在所述内环内，所述管道连接件出料口连通所述无底油盘的内部，从而稳定固定于所述无底油盘的内部下端，控制所述无底油盘内的燃料液面高度；及，
数据采集系统，其包含监测设备，用于监测所述水面油池模拟系统和所述燃料液面控制系统。
2.如权利要求1所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述燃料液面控制系统的数量由无底油盘的排列决定；
当只有一个无底油盘时，仅由一个燃料液面控制系统控制该无底油盘内的燃料液面高度；
当有若干个无底油盘时，根据无底油盘的燃烧条件进行标记和分类，同一类无底油盘由一个燃料液面控制系统控制；所述燃烧条件包括无底油盘的直径、在油盘阵列中所处的位置，以及无底油盘的间距。
3.如权利要求1所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述监测设备包含热电偶、天平、摄像机中的至少一种；
所述热电偶用于监测所述无底油盘或所述水槽内的液体温度，或无底油盘内燃烧火焰上方的温度；
所述天平用于监测所述燃料液面控制系统的燃料质量损失速率；
所述摄像机用于监测所述燃料的燃烧状态，所述燃料的燃烧状态包含火焰高度、火点直径、火点间距、火点形状、环境条件中的至少一种。
4.如权利要求1所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述燃料液面控制系统包含依次管道连通的燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱。
5.如权利要求4所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述液面控制箱还包含设置在其出料口处的缓冲箱，所述缓冲箱设置于所述液面控制箱和所述燃料回收箱的连通路径之间，当所述液面控制箱的燃料超过预估燃料液面时先流入所述缓冲箱，再通入所述燃料回收箱，所述连接件与所述燃料回收箱相连的水平高度不高于所述预估燃料液面。
6.如权利要求4所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱至上而下安装，所述监测设备包含设置于所述燃料回收箱底部的天平，用于称量所述燃料液面控制系统的燃料重量，该天平的数量与所述燃料液面控制系统的数量一致。
7.如权利要求4所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述燃料供应箱、液面控制箱和燃料回收箱采用有机玻璃，方便观察箱内燃料的燃料状态。
8.如权利要求4所述的海上溢油燃烧模拟试验台，其特征在于，所述水槽还包含水槽支架，用于调节水槽高度，使得所述水槽的液面高度和所述液面控制箱的高度保持一致。
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