CN212016823U - 海面溢油快速分离回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海面溢油快速分离回收装置，包括支撑框架、造涡回收槽、造涡叶片、电机、潜水泵和一级涡旋分离器，支撑框架下部首尾两端均连接有浮筒，造涡回收槽固定在支撑框架上，造涡叶片位于造涡回收槽内，电机通过支撑框架竖直固定于造涡回收槽正上方中间位置，电机与位于其正下方的造涡叶片连接，造涡回收槽底部中心开孔，潜水泵竖直穿过开孔并固定在开孔处，潜水泵入液口位于造涡回收槽内液体形成兰金组合涡后的油层高度处，潜水泵出液口通过一级混合液管道连接一级涡旋分离器。本实用新型体积小，重量轻，运送安装方便，可很快拖运到漏油现场；相较于传统的直接抽取方法可以输送更高油相含率混合液到分离装置中，进一步提高分离效率。

Description

海面溢油快速分离回收装置

技术领域

本实用新型属于海面溢油回收技术领域，特别是涉及一种海面溢油快速分离回收装置。

背景技术

在世界经济回暖和持续增长的背景下，世界石油工业发展迎来了新的机遇，我国有着辽阔的海域，在渤海湾，南海等海域都有着丰富的石油资源尚待开采。但在原油的开采及集输的过程中，有可能会出现原油泄漏的状况。鉴于原油与海水的密度差以及二者的不相容性，泄漏的原油会以游离态漂浮在泄漏地点附近的海域，对海域周围的生态系统造成极为恶劣的影响，威胁工作人员的生命财产安全，同时泄漏的原油对于开采单位也是极大的浪费。针对海面已泄漏的原油进行回收工作，既可以保护环境，同时也能减少原油开采单位的经济损失。因此布置海上浮油回收装置，收集海面上的浮动原油进行预分离处理，有着十分重要的意义。

目前的溢油处理方法主要包含有物理方法，化学方法，生物方法等。其中，化学制剂方法通过播撒分散剂、集油剂或凝油剂等化学试剂对海面溢油进行处理，使用方便，不受天气和海况影响，但存在成本较高、“二次污染”等缺点。生物方法主要用于溢油的降解，尚未起到回收作用。现场燃烧费用低，但会污染海洋环境和大气，一般应用在远离海岸的公海。物理清除方法最为理想，可避免处置过程中产生附属物，包括围控、机械回收、吸油材料等处置方法，因而得到广泛的应用。

介于我国渤海海域及南海海域的广阔性，为了能够充分、及时的回收并分离溢出的原油，需要将浮油回收与分离系统布置在工程船上。但由于工程船上的空间和重量的限制，以及规范中对船上排海液体中含油量低于15ppm的要求，传统的位于海面溢油回收分离装置只能以较低的进量速度去分离油水混合物，处理效率较低，不能在浮油扩散前实现浮油的回收，以满足作业单位对于时间以及效率的需求。与此同时，考虑到以撬装模块的形式将不同设备整合，有着便于安装维修和更换，节省空间等优点，可实现溢油回收物快速减量化的目的，进一步提升现有的溢油应急能力。综上所述，我们亟需开发一种新型的海面溢油分离装置，使其可在海上溢油进入工程船上的处理设备进行分离前，先行通过搭建好的浮体装置，在海面上将浮油进行初步的处理，以便极大的提高了溢油分离回收的效率。

发明内容

本实用新型主要针对解决近海边际油田原油在采集及运输过程中由于管道泄漏及其他原因造成原油泄漏并漂浮在泄漏地点附近的事故。目前来自深海的开采原油是我国工业的主要供应之一，随着海洋石油开发的快速发展，海洋中用于石油探勘开发的钻井平台和输油气管线也随之增多。但是，一系列不规范操作、偶然事故等因素造成海洋中油气井喷、平台倾覆、钻井设备倾覆、管道油气泄露等环境污染事故频繁发生，大量石油流入海洋给海洋生态安全带来了致命的威胁，造成巨大的经济和生态效益损失。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种海面溢油快速分离回收的装置。该装置可在岸上安装好后通过系泊缆系泊在工程船附近，再通过工程船拖曳运送到溢油地点即可工作，用于作为工程船上溢油回收设备的前分离处理装置，对于搭载的工程船要求较低。装置主体固定在框架上，利用浮筒来提供所需的浮力，便于其迁移与再利用。且该系统运行成本低、制造工期短；使用、安装、拆卸和移动都非常方便，而且造价和运行费用也很低廉。同时可以大幅度的提高浮油回收及分离的效率，降低系统设备分离原油的压力。可在渤海海域，黄海海域等多种海域中得到应用。

本实用新型是这样实现的，一种海面溢油快速分离回收装置，包括支撑框架、造涡回收槽、造涡叶片、电机、潜水泵和一级涡旋分离器，所述支撑框架下部的首尾两端均连接有浮筒，所述造涡回收槽固定在支撑框架上，所述造涡叶片位于造涡回收槽内，所述电机通过支撑框架竖直固定于造涡回收槽正上方中间位置，所述电机与位于其正下方的造涡叶片连接，所述造涡回收槽的底部中心开孔，所述潜水泵竖直穿过开孔并固定在开孔处，所述潜水泵的入液口位于造涡回收槽内液体形成兰金组合涡后的油层高度处，所述潜水泵出液口通过一级混合液管道连接一级涡旋分离器。

浮筒为装置提供必需的浮力，保证该装置浮在海面上，造涡回收槽的顶檐置于油层中，让海水刚好能灌满造涡回收槽并维持平衡，使油层液面与进液口形成漏斗状液面，油体靠重力作用充满造涡回收槽。通过电机带动造涡叶片转动，造涡回收槽内的液体在受到造涡叶片的作用下运动产生圆周切线方向的加速度，进而在造涡回收槽内形成旋涡。由于溢油与海水在密度上的差异，在离心力的作用下密度较大的海水会位于旋涡最外层，而溢油则集中在内层，混合液在造涡回收槽内呈现出分层流动的特性。潜水泵的入液口处高度控制在槽内漩涡的油层高度处，将分离后的油抽出并运送到一级涡旋分离器中进一步分离。并将初步分离浮油后的海水排回海中，减小工程船上分离设备入口的流量，降低工程船上的处理设备的工作压力，提高其工作效率。

在上述技术方案中，优选的，所述造涡回收槽的顶部四周设有顶檐，当整个装置浮在海面上时，所述造涡回收槽的顶檐与海平面平行。

在上述技术方案中，优选的，所述造涡回收槽的横截面为圆形，纵截面为倒梯形。

在上述技术方案中，优选的，所述造涡回收槽固定安装在支撑框架的首部，所述一级涡旋分离器固定安装在支撑框架的尾部。

在上述技术方案中，优选的，所述一级涡旋分离器包括分离段和除水段，所述分离段为直管，所述除水段由锥管和套设在锥管外侧的套管组成，所述直管的一端为进油口，所述直管的另一端和锥管的大径端相连，所述直管内在靠近其进油口处设置有导流片，所述锥管的壁面上沿切向方向开有均匀分布的小孔，所述锥管的小径端为出油口，所述套管上开设有出水口。

在上述技术方案中，进一步优选的，所述直管的内径与锥管的大径端内径相等。

在上述技术方案中，进一步优选的，所述出水口在套管上呈轴对称设置两个。

一级涡旋分离器内部可对油水混合液进行进一步的分离，其中出油口将分离出来的高油相含率混合液通过管道运输到工程船上，进行进一步的分离，两侧的出水口将低油相含率的混合液重新排回海里。各个出口的输送管道都与流量计、压力计相连接，以控制各个出口的排液比例。所有的流量计、压力机等仪表都固定在支撑框架上。

在上述技术方案中，优选的，所述支撑框架上固定有用于吊装移动装置的吊耳。

在上述技术方案中，优选的，整个装置的尺寸在3m×1.5m×1.5m以内。

回收装置自身具有防爆/防海水/防腐蚀/三级海况等设备特性，以保证其在海面上的正常运作。

本实用新型是海面溢油快速分离回收装置，可在岸上安装好后再通过工程船拖曳运送到溢油地点即可工作，装置主体固定在支撑框架上，利用浮筒来提供所需的浮力，便于其迁移与使用。这种新型溢油回收分离装置运行成本低、制造工期短；使用、安装、拆卸和移动都非常方便，而且造价和运行费用也很低廉。同时可以大幅度的提高浮油回收及分离的效率，降低设备分离原油的压力。可在多种海域内中得到应用。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型的造涡回收槽顶檐置于油层中，油层液面与造涡回收槽进液口形成漏斗状液面，在造涡回收槽中通过用电机带动造涡叶片旋转形成旋涡，通过离心力作用将油层与水层高效分离，并通过调整潜水泵高度使其尽量抽取油层内的浮油；同时随着浮油被逐步抽取，容器内油位下降，海面表层油顺着容器顶檐和壁面继续流向进液口，继续进行泵抽取，从而形成循环。相较于传统的直接抽取方法可以输送更高油相含率的混合液到分离装置中，进一步的提高分离效率。

2、本实用新型的一级涡旋分离器体积小、重量轻、占地少、处理时间短、分离效率高、没有运动部件、易于操作维修。

3、本实用新型采用了紧凑型流程和高效型管道设备，缩短了通常溢油收集及回收的流程，使得整套流程系统、高效。

4、本实用新型整套装置的体积较小，重量较轻，占用的撬装面积、空间和重量较小，运送、安装方便，可以很快的通过工程船拖运到漏油现场。

5、本实用新型通过合理选材、增加腐蚀检测设施并加入合适腐蚀抑制剂的方法，提高平台工艺设备和海管的服务寿命和平台生产安全。可减轻设备腐蚀，延长其工艺设施服役期限和使用寿命，使得投资及维护成本较低。

6、本实用新型的位于海面浮筒上的溢油回收装置可直接在海平面上初步对溢油进行分离工作，属于就地的海平面上油水混合液体自循环，不受规范对排海含油污水含量要求的影响。从而降低到工程船上进行进一步分离的混合液体的质量，降低了工程船上回收物分离模块的工作压力，更有效的对海上浮油进行回收与分离。

附图说明

图1是本实用新型的海面溢油快速分离回收装置的立体图；

图2是本实用新型的海面溢油快速分离回收装置的主视图；

图3是本实用新型的海面溢油快速分离回收装置的俯视图；

图4是本实用新型的一级涡旋分离器的结构示意图；

图5是本实用新型的造涡回收槽中灌满油水混合液后的液面形状示意图；

图6是本实用新型的造涡回收槽中形成旋涡的示意图；

图7是本实用新型的造涡回收槽中形成漩涡的形状示意图。

图中：1、造涡回收槽；2、支撑框架；3、潜水泵；4、电机；5、造涡叶片；6、一级混合液管道；7、法兰；8、前吊耳；9、一级涡旋分离器；10、流量计；11、油相出口开关阀；12、水相出口开关阀一；13、水相出口开关阀二；14、出油口；15、左出水口；16、右出水口；17、后吊耳；18、前浮筒；19、后浮筒；20、进油口；21、导流片；22、分离段；23、除水段；24套管；25、锥管；26、小孔。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参阅图1～3，本实施例提供一种海面溢油快速分离回收装置，包括支撑框架2、造涡回收槽1、造涡叶片5、电机4、潜水泵3和一级涡旋分离器9，所述支撑框架2下部的首尾两端均连接有浮筒，具体的，支撑框架2在其首尾两端处连接有六个浮筒，其中首部左右两端固定有两个长浮筒18，尾部左右两端共固定有四个短浮筒19。所述造涡回收槽1固定在支撑框架2的首部，所述造涡叶片5位于造涡回收槽1内，所述电机4通过支撑框架2竖直固定于造涡回收槽1正上方中间位置，所述电机4与正下方的造涡叶片5连接，所述造涡回收槽1的底部中心开孔，所述潜水泵3竖直穿过开孔并固定在开孔处，所述潜水泵3的入液口位于造涡回收槽内液体形成兰金组合涡后的油层高度处，所述潜水泵3出液口通过一级混合液管道6连接一级涡旋分离器9，一级混合液管道6出口与一级涡旋分离器9入口通过法兰7连接，作业能力为300m³/h的潜水泵3能够满足大处理量的需要，从而在更短的时间内完成海面浮油的回收和分离。所述一级涡旋分离器9固定安装在支撑框架2的尾部。

所述造涡回收槽1的顶部四周设有顶檐，当整个装置浮在海面上时，所述造涡回收槽的顶檐与海平面平行，方便溢油随海浪作用进入造涡回收槽中。

所述造涡回收槽1的横截面为圆形，纵截面为倒梯形，使得造涡回收槽的液体更易形成兰金组合涡。

请参阅图4，所述一级涡旋分离器9包括分离段22和除水段23，所述分离段22为直管，所述除水段23由锥管25和套设在锥管外侧的套管24组成，所述直管的一端为进油口20，所述直管的另一端和锥管25的大径端相连，所述直管的内径与锥管的大径端内径相等，所述直管内在靠近其进油口20处设置有导流片21，所述锥管25的壁面上沿切向方向开有均匀分布的小孔26，所述锥管25的小径端为出油口14，所述套管24上开设有出水口。所述出水口在套管上呈轴对称设置两个。两个出水口和出油口的输送管道都与流量计、压力计、开关阀相连接(本实施例的左出水口15的输送管道上示出了水相出口开关阀二13，右出水口16的输送管道上示出了水相出口开关阀一12，出油口14的输送管道上示出了油相出口开关阀11和流量计10)，以控制各个出口的排液比例。所有的流量计、压力计、开关阀等都固定在支撑框架上。

所述支撑框架2上固定有用于吊装移动装置的吊耳，便于通过起重设备将装置吊装布置在海平面上。整个装置的尺寸限制在3m×1.5m×1.5m以内，焊接在支撑框架上以提供所需的支撑。

造涡回收槽1上表面近似与海平面平行，溢油随海浪作用进入造涡回收槽中，使油层液面与进液口形成漏斗状液面，具体如图5所示。造涡回收槽1中通过电机4带动造涡叶片5转动造涡将油水分离。之后通过调整潜水泵3的垂向高度，使其入液口尽量控制在分离后的油层处，利用该作业能力为300m³/h的潜水泵将混合液抽入到一级涡旋分离器9中，利用油水的密度差异将其进一步分离。分离后的混合液经输送管道输送到工程船上，使得进入到工程船上溢油回收模块的油水混合液体含油率更高，从而极大提升了下一模块的工作效率。

初步分离浮油后的海水可在浮筒上就近排回到海中，考虑到该装置并没有安装在工程船上，因而不受规范关于排海液体中含油量要低于15ppm的要求，操作更为灵活、自如。同时在300m³/h的潜水泵流量下抽取而来的油水混合物在该过程中有200m³/h流量的液体被初步分离浮油后重新排回海中，真正进入到工程船上进行更进一步分离的油水混合物的流量只有100m³/h。从而大大降低了工程船上回收物分离装置的工作压力。

当造涡叶片5旋转时，由于离心作用，相邻叶片中的混合液快速地往外缘方向运动，传递转输能量。液压被快速叠加，便形成了高压或高力，使其速度得到增加，直至在造涡回收槽中形成稳定的强旋流场。密度较小的油相集中在造涡回收槽中心位置，而密度较大的海水则在造涡回收槽壁面周边形成环状，达到两相分离的目的，具体如图6所示。潜水泵与一级涡旋分离器平行放置，潜水泵泵体一半在造涡回收槽中，另一半通过开孔穿过造涡回收槽，通过支撑框架连接固定，抽取在离心力作用下分层的浮油，并运送到一级涡旋分离器中，进行进一步的分离。

浮油经潜水泵3抽取后通过预先架设好的一级混合液管道6进入到一级涡旋分离器9中将油水进一步分离。一级涡旋分离器(导流片型分离器)是一种根据离心分离的原理进行设计的分离装置，主要用来快速分离具有密度差的两相混合流体，其主要的优点是体积小、重量轻、占地少、处理时间短、分离效率高、没有运动部件、易于操作维修。来液由一级涡旋分离器进油口20进入，经由安装在管内的螺旋导流片21部件，在管内形成稳定的强旋流场，使得密度较小的油相在管轴心处形成核，密度较大的水相在管壁面周边形成环状，达到两相分离的目的。然后，按照此流动中两相的分布状态进入分离器的除水段23。当水环进入时，其将会从锥管25的小孔26上进入外侧的套管24内，进而由出水口流出一级涡旋分离器，同时，油核继续向前流动，由锥管出油口14流出，至此达到两相完全分离。分离后的高油相含率的混合液经出油口排出，通过输送管道运输到工程船上进行进一步的分离，两侧的出水口可将低油相含率的混合液重新排回海里，以降低工程船上设备的处理压力。

在电机带动造涡叶片转动下，造涡回收槽内部会产生兰金组合涡。旋涡内部的涡核区，水面的形状是回转抛物面，而外部环流区水面的凹陷与半径的平方呈反比，具体如图7所示。旋涡的轴向速度V_z为V_z＝2az,a>0，其中z为潜水泵的吸水口到自由表面高度。整个旋涡的速度环量表示为

周向速度为

压强沿涡心半径及高度z方向的分布为：

涡核区和环流区的压强差相等，均为

涡核区的压强比环流区的低。在涡束内部，半径约小，压强越低，沿径向存在较大的压强梯度，所以产生向涡核中心的抽吸作用。涡旋的强度受电机的功率所控制，涡旋越强，抽吸作用就越大，从而产生的离心力就越强。由于流进涡核内的流体起源于自由表面而不是整个流体，浮油自身因为密度原因往往都浮在混合液表面，因此流进涡核内的液体以溢油为主，使得混合液中的油相与水相分离的就越彻底。

本实用新型克服了一般溢油回收分离装置较为笨重的缺点，该装置可以随工程船随时移动，赶赴不同海域进行作业。与常规回收分离装置相比，其迁移与安装需要工程船的支持更少，耗时更短，因而使用该装置能够更好的控制原油开采的成本投入。

此外，还需要说明的是，本实用新型中的一些主要的生产设备，如一级涡旋分离器可以通过管道式分离设备来简化其结构和操作参数；又可调整其操作压力来缩短流程结构、节省公用消耗、充分利用现有空间；

本实用新型的具体工作过程如下：

(1)本装置利用起重装置通过吊装前吊耳8、后吊耳17将装置布置在海平面上。各装置主要固定在支撑框架2上，通过前浮筒18、后浮筒19提供必需的浮力，使装置飘浮在海面上。同时需要保证造涡回收槽1上表面与海平面平行，保证槽内始终充满溢油和海水的混合液。

(2)本装置首先由电机4带动造涡叶片5转动，搅动油水混合液，从而在造涡回收槽1中产生兰金组合涡。涡流产生的主要原因是液体中的初始扰动，定常的旋涡之所以能够存在，在于涡量向外扩散时，在靠近自由表面处从外向内的径向流不断地把涡量从外带向涡核。当潜水泵3启动时抽出一段油体，沿与液体运动速度垂直的剖面上由于流体流动而产生压差。随着液体的抽出，由于角动量守恒，角速度必定增加，即产生明显的涡流。若在较大尺度上科里奥利力效应也会对旋涡的产生起到一定作用。旋涡分为涡核区与环流区两个区域，涡核区和环流区的压强差相等，涡核区的压强比环流区的压强低，沿旋涡径向存在较大的压强梯度，所以产生向涡核中心的抽吸作用。由于海水的密度比较大，因此主要集中在旋涡周边的环流区，而密度较小的浮油则主要集中在中心的涡核区。从而在造涡回收槽1中初步将油水分离。

(3)造涡回收槽1下表面开孔，让潜水泵3从造涡叶片5正下方穿过。潜水泵3侧面固定在支撑框架2上，通过调整固定位置保证潜水泵3的入液口处在造涡回收槽1内的油相位置，从而保证尽量将浮油抽取到设备中进行进一步分离回收。

(4)流量为300m³/h海上来液，其主要构成为油、水(少量气)混合液体(油相含率小于30％)，经潜水泵3抽取后进入一级混合液管道6入口，从而进入到一级涡旋分离器9中对来液分离回收。

(5)来液由一级涡旋分离器9进油口20进入，经由安装在管内的导流片21，在分离段22形成稳定的强旋流场，使油相在管道轴心处形成核，水相在壁面周边形成环状，达到油水分离的目的。并随之进入一级涡旋分离器9的除水段23。除水段由内置的锥管25和外部的套管24组成，锥管25的壁面上沿切向方向开有均匀分布的小孔26，套管24上开有一级涡旋分离器9的出水口。当水环进入时，其将会从锥管25的小孔26进入外部的套管24内，进而由左出水口15、右出水口16流出一级涡旋分离器9，同时，油核继续向前流动，由出油口14流出，并随后经输送管道进入到工程船上运载的回收物分离模块中进行进一步回收处理。

综上所述，整个处理过程是在流动中进行，本实用新型所采用的海面溢油快速分离回收装置可大幅度提高溢油回收速率，并最大限度的回收溢油。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种海面溢油快速分离回收装置，其特征在于：包括支撑框架、造涡回收槽、造涡叶片、电机、潜水泵和一级涡旋分离器，所述支撑框架下部的首尾两端均连接有浮筒，所述造涡回收槽固定在支撑框架上，所述造涡叶片位于造涡回收槽内，所述电机通过支撑框架竖直固定于造涡回收槽正上方中间位置，所述电机与位于其正下方的造涡叶片连接，所述造涡回收槽的底部中心开孔，所述潜水泵竖直穿过开孔并固定在开孔处，所述潜水泵的入液口位于造涡回收槽内液体形成兰金组合涡后的油层高度处，所述潜水泵出液口通过一级混合液管道连接一级涡旋分离器。

2.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述造涡回收槽的顶部四周设有顶檐，当整个装置浮在海面上时，所述造涡回收槽的顶檐与海平面平行。

3.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述造涡回收槽的横截面为圆形，纵截面为倒梯形。

4.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述造涡回收槽固定安装在支撑框架的首部，所述一级涡旋分离器固定安装在支撑框架的尾部。

5.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述一级涡旋分离器包括分离段和除水段，所述分离段为直管，所述除水段由锥管和套设在锥管外侧的套管组成，所述直管的一端为进油口，所述直管的另一端和锥管的大径端相连，所述直管内在靠近其进油口处设置有导流片，所述锥管的壁面上沿切向方向开有均匀分布的小孔，所述锥管的小径端为出油口，所述套管上开设有出水口。

6.根据权利要求5所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述直管的内径与锥管的大径端内径相等。

7.根据权利要求5所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述出水口在套管上呈轴对称设置两个。

8.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，所述支撑框架上固定有用于吊装移动装置的吊耳。

9.根据权利要求1所述的海面溢油快速分离回收装置，其特征在于，整个装置的尺寸在3m×1.5m×1.5m以内。

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