本發(fā)明涉及一種模塊化復(fù)合材料集油罩、基于其的多場(chǎng)景溢油回收系統(tǒng)及方法，屬于海洋工程應(yīng)急裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)渤海等海域水下生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用，水下設(shè)施老化問(wèn)題日益凸顯。截至2021年，渤海海域超過(guò)70％的采油平臺(tái)及海底油氣管道的運(yùn)行年限已超過(guò)20年，面臨材料疲勞、腐蝕泄漏等潛在風(fēng)險(xiǎn)。盡管?chē)?guó)產(chǎn)化水下生產(chǎn)系統(tǒng)正在逐步推廣，但相應(yīng)的應(yīng)急技術(shù)尚未同步發(fā)展，這導(dǎo)致了溢油事故風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步增加。根據(jù)國(guó)家海洋災(zāi)害統(tǒng)計(jì)公報(bào)，近年來(lái)我國(guó)海洋溢油事故的年均增長(zhǎng)率已超過(guò)200％。一旦發(fā)生溢油事故，若未能及時(shí)控制水下溢油源，溢油將不斷擴(kuò)散，造成嚴(yán)重的海洋生態(tài)損害。

2、目前，針對(duì)水下溢油的應(yīng)急裝置存在以下局限性：①應(yīng)用場(chǎng)景單一，例如專(zhuān)利cn207935623?u一種油氣管道泄露油氣收集裝置及cn?201762696?u海底石油鉆井失控噴油后搶救裝置，僅適用于特定場(chǎng)景(如管道或井口)，無(wú)法覆蓋跨接管、plet等復(fù)雜溢油源。②兼容性與經(jīng)濟(jì)性不足，需要針對(duì)不同場(chǎng)景配備專(zhuān)用裝置，導(dǎo)致設(shè)備冗余、資產(chǎn)利用率低，且后期維護(hù)成本高昂。③適應(yīng)性差，傳統(tǒng)集油罩結(jié)構(gòu)固定，難以適應(yīng)水下復(fù)雜地形、動(dòng)態(tài)溢油流場(chǎng)及多尺寸泄漏口需求，應(yīng)急響應(yīng)效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種模塊化復(fù)合材料集油罩、基于其的多場(chǎng)景溢油回收系統(tǒng)及方法，旨在實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景覆蓋，兼容海底管線、采油樹(shù)、管匯、跨接管、plet等多種溢油場(chǎng)景；通過(guò)減少專(zhuān)用設(shè)備配置數(shù)量，提升資產(chǎn)利用率，降低維護(hù)復(fù)雜度與成本；此外，集油罩采用耐腐蝕、高比強(qiáng)度的復(fù)合材料，增強(qiáng)了裝置的水下環(huán)境適應(yīng)性及長(zhǎng)期服役可靠性。采用本發(fā)明溢油回收系統(tǒng)可顯著提升水下溢油應(yīng)急響應(yīng)能力，減少海洋污染損失，適用于我國(guó)渤海、南海等高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)海域的老化設(shè)施及新興國(guó)產(chǎn)化水下生產(chǎn)系統(tǒng)，具有重大社會(huì)效益與環(huán)保價(jià)值。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種模塊化復(fù)合材料集油罩，包括集油罩本體、可拆卸多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿及可替換式末端腳墊；

4、所述集油罩本體呈棱臺(tái)狀，并采用上下拼裝+左右拼裝的雙維度模塊化拼裝設(shè)計(jì)，將集油罩本體分成集油罩頂板、集油罩前后側(cè)板及集油罩左右側(cè)板，可降低制作成本，方便運(yùn)輸，節(jié)省儲(chǔ)存空間，且集油罩內(nèi)壁設(shè)置疏油涂層，外壁附加防生物附著涂層，使用壽命＞25年，相較于金屬提升長(zhǎng)期使用性能，滿(mǎn)足50-100m3/h的抽吸壓力；所述集油罩本體內(nèi)置電加熱絲和網(wǎng)格狀加強(qiáng)筋；

5、所述集油罩頂板頂部為預(yù)埋金屬板的玻璃鋼結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有化學(xué)藥劑(例如甲醇)注入管線接口、電潛泵快速連接接口及加熱管線接口；所述電潛泵快速連接接口匹配電潛泵，并與集油罩內(nèi)腔連通，連通處設(shè)防堵塞復(fù)合材料濾網(wǎng)，可以濾除大量漂浮物，避免堵塞泵體；所述化學(xué)藥劑注入管線接口的功能在于向集油罩內(nèi)注入化學(xué)藥劑，防止低溫環(huán)境下結(jié)晶水合物堵塞管道，緊急情況下可通過(guò)遠(yuǎn)程指令注入化學(xué)藥劑，溶解已生成的結(jié)晶水合物，保障系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行；所述加熱管線接口端部設(shè)置快速插拔式電接頭，可對(duì)集油罩內(nèi)部加熱，防止高黏度原油凝結(jié)，加熱管線接口使裝置適用于高凝點(diǎn)原油(凝點(diǎn)≥40℃)回收，粘度適應(yīng)性提升50％，突破傳統(tǒng)集油罩功能單一性限制。

6、所述集油罩前后側(cè)板上對(duì)稱(chēng)設(shè)有吊裝孔ⅰ及吊裝框架連接法蘭，且吊裝孔ⅰ內(nèi)置嵌入式導(dǎo)軌；其中，吊裝孔ⅰ適配標(biāo)準(zhǔn)集裝箱吊具，支持海陸空多模式快速吊裝，導(dǎo)軌式吊裝孔ⅰ規(guī)避了集油過(guò)程中原油通過(guò)孔洞外溢的風(fēng)險(xiǎn)；吊裝框架連接法蘭連接吊裝框架，用于水下穩(wěn)定電潛泵；

7、所述集油罩左右側(cè)板對(duì)稱(chēng)設(shè)有樞軸式雙態(tài)閘板，在集油罩入水階段，操作者通過(guò)外置把手驅(qū)動(dòng)樞軸，使閘板旋轉(zhuǎn)與罩體透水孔形成90°～120°夾角，此時(shí)裝置進(jìn)入透水模態(tài)；水流可通過(guò)透水孔快速排出，有效平衡罩體內(nèi)外壓差，避免氣墊效應(yīng)導(dǎo)致的設(shè)備下沉阻滯；當(dāng)設(shè)備抵達(dá)預(yù)定作業(yè)深度后，反向旋轉(zhuǎn)把手至鎖定位置，閘板與罩體實(shí)現(xiàn)全貼合，裝置切換至密封模態(tài)；

8、所述多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿位于集油罩本體4條棱邊，由基礎(chǔ)套管和內(nèi)嵌滑桿組成，可根據(jù)不同漏油設(shè)備選擇合適的支腿長(zhǎng)度，可以騎跨在漏油設(shè)備上方；或者拆卸掉支腿，選擇懸掛吊裝的集油方式；

9、所述多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿下端通過(guò)法蘭盤(pán)連接可替換式末端腳墊。

10、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述集油罩本體面板厚度為20～30mm，其整體尺寸根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)需求確定，整體尺寸優(yōu)選10*10*4m。

11、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述集油罩本體內(nèi)置的電加熱絲線徑2～3mm，每米電阻為0.206ω/m～0.38ω/m，排布間隔25～30mm，功率約500～600w/m2，通電后可自由調(diào)整加熱溫度，為罩體提供熱源，防止高黏度原油凝結(jié)；集油罩殼體環(huán)向、豎向、放射狀遍布加強(qiáng)筋形成網(wǎng)格狀加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)筋厚度30～35mm，加強(qiáng)筋可提高整體的剛度。

12、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述集油罩頂板頂部預(yù)埋金屬板的玻璃鋼結(jié)構(gòu)為采用玻璃鋼鋪層后預(yù)埋金屬板，之后再進(jìn)行玻璃鋼鋪層形成。

13、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述電潛泵快速連接接口采用“工”字法蘭式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為316l不銹鋼，其下端環(huán)形基座通過(guò)超強(qiáng)螺栓與預(yù)埋金屬板的玻璃鋼剛性連接，上端環(huán)形基座內(nèi)嵌耐油橡膠密封圈，可匹配電潛泵標(biāo)準(zhǔn)接頭尺寸dn200，鎖緊力≥5kn，確?？估c抗扭強(qiáng)度，支持大流量油水混合物連續(xù)抽吸(流量范圍50-100m3/h)。

14、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述集油罩前后側(cè)板上的吊裝孔ⅰ孔徑150～180mm，吊裝孔ⅰ周邊通過(guò)加厚鋪層對(duì)其做加強(qiáng)處理，鋪層厚度達(dá)50-55mm，可承受300kn拉伸載荷。

15、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿基礎(chǔ)長(zhǎng)度2m，最大伸展至6m。

16、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述可替換式末端腳墊為尖錐型腳墊、平板擴(kuò)壓式腳墊或鋸齒抓地腳墊；

17、其中，所述尖錐型腳墊主體形狀為細(xì)長(zhǎng)圓錐體、圓柱基座及防拔出倒刺的復(fù)合結(jié)構(gòu)，錐體與基座焊接過(guò)渡；錐角30°～60°，尖端曲率半徑≤5mm，錐角30°內(nèi)部中空加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)并進(jìn)行放射狀分布；圓柱基座表面均布螺旋導(dǎo)泥槽，圓柱段末端環(huán)形布置3組倒刺；圓柱末端焊接有法蘭接口，通過(guò)螺栓與支腿法蘭連接；該結(jié)構(gòu)適配軟質(zhì)泥底，貫入過(guò)程：操作支腿下壓，錐體刺入泥層，導(dǎo)泥槽持續(xù)排出擾動(dòng)泥漿，倒刺嵌入周?chē)鄬雍笮纬蓹C(jī)械鎖固，圓柱段與泥體的側(cè)摩阻力提供附加支撐，顯著提升軟泥中的錨固效率，且倒刺結(jié)構(gòu)無(wú)需電力驅(qū)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)自鎖。撤收操作：吊機(jī)提升，倒刺劃破泥層束縛，實(shí)現(xiàn)拔出；優(yōu)選地，所述尖錐型腳墊總長(zhǎng)度為1.2m，錐尖段長(zhǎng)度0.8m；加強(qiáng)筋筋板厚度12mm，放射狀分布6條；圓柱段長(zhǎng)度0.4m，直徑φ150mm，螺旋導(dǎo)泥槽為梯形槽，其尺寸為上寬15mm，下寬8mm，槽深10mm，螺距80mm；圓柱段末端環(huán)形布置3組倒刺，高度25mm，傾角60°；

18、所述平板擴(kuò)壓式腳墊尺寸為800mm×625mm，底部增設(shè)防滑紋，防滑紋深度5mm，間距50mm，適配硬質(zhì)海底或管匯表面；

19、所述鋸齒抓地腳墊采用硬質(zhì)合金齒，齒高20mm，齒傾角45°±2°，周向均布8齒，用于巖石地形。

20、本發(fā)明中所述集油罩采用具備耐腐蝕性、輕質(zhì)且高強(qiáng)度的復(fù)合材料，從而提升了裝置的部署便捷性、水下環(huán)境適應(yīng)性以及長(zhǎng)期使用的可靠性。集油罩的設(shè)計(jì)包含了多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿和可更換的末端腳墊，使其能夠適應(yīng)各種不同場(chǎng)景和規(guī)格尺寸的漏油設(shè)備，兼容包括海底管線、采油樹(shù)、管匯、跨接管、plet等多種溢油場(chǎng)景。這種設(shè)計(jì)減少了專(zhuān)用設(shè)備的配置數(shù)量，提高了資產(chǎn)的使用效率，并降低了維護(hù)的復(fù)雜度與成本。此外，集油罩的本體內(nèi)部嵌入了電加熱絲，通過(guò)通電可靈活調(diào)節(jié)加熱溫度，有效防止高黏度原油的凝結(jié)現(xiàn)象，突破了傳統(tǒng)集油罩功能單一性的局限。最后，集油罩頂板配置了多種接口，如電潛泵快速連接接口、甲醇注入管線接口、加熱管線接口等，以滿(mǎn)足多樣化的作業(yè)需求，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備的功能性和實(shí)用性。

21、進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種基于上述模塊化復(fù)合材料集油罩的多場(chǎng)景溢油回收系統(tǒng)，包括回收船、動(dòng)力抽吸模塊及復(fù)合材料集油罩組件三大功能單元；

22、所述復(fù)合材料集油罩組件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括模塊化復(fù)合材料集油罩及頂部集成吊裝框架結(jié)構(gòu)；其中，所述吊裝框架下端采用高強(qiáng)度螺栓與集油罩本體表面通過(guò)吊裝框架連接法蘭實(shí)現(xiàn)剛性連接，吊裝框架上端設(shè)有吊裝孔ⅱ；

23、所述回收船上依次設(shè)有吊機(jī)、船載控制系統(tǒng)、入水橋接裝置、管纜張緊器、絞盤(pán)、三級(jí)油水分離器及污油/污水存儲(chǔ)罐組，回收船上的吊機(jī)與吊裝孔ⅱ連接實(shí)現(xiàn)集油罩整體吊裝；所述動(dòng)力抽吸模塊由電潛泵機(jī)組、鵝頸式導(dǎo)流管、限彎器組及耐壓軟管構(gòu)成；

24、所述集油罩頂板上的化學(xué)藥劑注入管線接口及加熱管線接口分別通過(guò)藥劑輸送管線、防水電纜與藥劑輸送控制系統(tǒng)、船載控制系統(tǒng)連接，所述電潛泵組與電潛泵快速連接接口匹配，其抽吸口與集油罩內(nèi)腔流體連通，出口經(jīng)鵝頸式導(dǎo)流管、限彎器組導(dǎo)向后通過(guò)耐壓軟管依次連接入水橋接裝置、管纜張緊器、絞盤(pán)、三級(jí)油水分離器及污油/污水存儲(chǔ)罐組。

25、進(jìn)一步地，本發(fā)明所述溢油回收系統(tǒng)還包括水下機(jī)器人，用于實(shí)現(xiàn)±0.5m精度的漏油點(diǎn)對(duì)位。

26、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種基于上述回收系統(tǒng)的多場(chǎng)景溢油回收方法，包括：

27、(1)作業(yè)時(shí)通過(guò)回收船配備的液壓吊機(jī)垂直下放模塊化復(fù)合材料集油罩，吊裝框架與集油罩體側(cè)圍的法蘭盤(pán)通過(guò)預(yù)緊螺栓實(shí)現(xiàn)快速對(duì)接；

28、根據(jù)泄漏源即溢油設(shè)備的具體場(chǎng)景及工況，預(yù)判有無(wú)支腿，若需要支腿，并根據(jù)溢油場(chǎng)景在支腿上安裝合適的腳墊類(lèi)型；

29、(2)利用水下機(jī)器人視覺(jué)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)±0.5m精度的漏油點(diǎn)對(duì)位，啟動(dòng)可變流量泵吸系統(tǒng)，產(chǎn)生負(fù)壓抽吸集力，可根據(jù)原油泄露速度，實(shí)現(xiàn)變速抽吸；

30、(3)將集油罩頂板上的化學(xué)藥劑注入管線接口及加熱管線接口分別通過(guò)藥劑輸送管線、防水電纜與藥劑輸送控制系統(tǒng)、船載控制系統(tǒng)連接，控制化學(xué)藥劑加入及集油罩加熱；

31、(4)泄漏原油經(jīng)電潛泵管線匯集至鵝頸式導(dǎo)流管入口，通過(guò)限彎器組控制的耐壓軟管依次輸送至入水橋接裝置、管纜張緊器、絞盤(pán)、三級(jí)油水分離器及污油/污水存儲(chǔ)罐組；所述油水混合物經(jīng)入水橋的緩沖分流后，由具有壓力補(bǔ)償功能的管纜張緊器維持管路恒定張力，經(jīng)具備流量調(diào)節(jié)功能的絞盤(pán)精確控制流量后進(jìn)入三級(jí)油水分離器實(shí)現(xiàn)油水高效分離，最終凈化后的原油和廢水分別存入獨(dú)立設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)罐體。

32、本發(fā)明采用模塊化復(fù)合材料集油罩實(shí)現(xiàn)快速部署，通過(guò)吊裝框架及水下機(jī)器人控制波流位移，確保穩(wěn)定抽吸；支腿多級(jí)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度或懸吊收集溢油，可適應(yīng)不同場(chǎng)景、不同規(guī)格尺寸的漏油設(shè)備；三種地腳板可定向切換，適配不同地質(zhì)工況；結(jié)合三級(jí)動(dòng)態(tài)分離技術(shù)提升油水處理效率，整套系統(tǒng)可在500米以深海域?qū)崿F(xiàn)≥85％的溢油回收率。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

34、(1)本發(fā)明采用模塊化復(fù)合材料集油罩實(shí)現(xiàn)快速部署，復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕，增強(qiáng)了裝置的水下環(huán)境適應(yīng)性及長(zhǎng)期服役可靠性。

35、(2)集油罩裝置設(shè)計(jì)有多級(jí)伸縮式機(jī)械支腿及可替換式末端腳墊，可適應(yīng)不同場(chǎng)景、不同規(guī)格尺寸的漏油設(shè)備，增強(qiáng)水下環(huán)境適應(yīng)性。

36、(3)集油罩本體內(nèi)置電加熱絲，通電后可自由調(diào)整加熱溫度，防止高黏度原油凝結(jié)，突破傳統(tǒng)集油罩功能單一性限制。

37、(4)集油罩頂板設(shè)有多種接口，包括電潛泵快速連接接口、化學(xué)藥劑注入管線接口、加熱管線接口等，滿(mǎn)足多種作業(yè)需求，提升設(shè)備功能性和實(shí)用性。