一种新型低温海上气体运输漂浮管道及使用方法与流程

本发明属于气体运输管道设备，具体涉及一种新型低温海上气体运输漂浮管道及使用方法。

背景技术：

1、近几年来海洋石油、天然气开发迅猛发展，一些新型的海洋采油、采气终端，例如浮式生产储油和卸油单元(fpso)典型地用于开采位于水下的石油储藏，fpso可以从已经在水下钻出的许多油井中汲取油。采出油再被泵送之后，原油临时存储在fpso中。然后将该原油传输到穿梭油轮上，以便传送到期望的位置，例如炼油厂。然而，将天然气从fpso传输到海上的穿梭运输轮是一项要求极高的工作，因为在容器之间有持续的相对运动。在不利的天气条件，例如高浪、大风以及海上有暴风雨期间，该工作就变得更加困难了。目前，漂浮式的输气管被广泛用于在水面上的物体之间输送天然气。

2、现有的气体运输漂浮管道一般单纯依靠海水浮力漂浮在海水液面之上，对于气体的低温运输而言，需要管道具备良好的绝热能力，然而，管道漂浮在海面上势必会具有暴露在空气中的部分，这导致太阳光可以直射在管道外部的保护材料上加快绝热材料的氧化；而且，海上出现极端天气，例如海啸等，海面上翻滚的巨浪会对漂浮管造成不可控制的伤害导致管道出现破裂泄漏；还有就是，漂浮管会受海水流动影响出现位置的偏移，导致漂浮管的输出端不易寻找，影响天然气的转运。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新型低温海上气体运输漂浮管道及使用方法，以解决上述技术问题中的至少一个。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种新型低温海上气体运输漂浮管道，包括依靠海水浮力漂浮在海水液面之上的管道本体，所述管道本体下方连接有配重控制机构；

4、所述配重控制机构上设有纠偏机构，所述管道本体具有满足设计标准的排布位置，当所述管道本体在任意方向上出现偏移后，所述纠偏机构通过对管道本体施加推力以使管道本体复位至满足设计标准的排布位置；

5、所述纠偏机构内设有控制器以及定位器，所述定位器用于检测所在区段的管道本体是否偏离满足设计标准的排布位置，当定位器监测所在区段的管道本体偏离满足设计标准的排布位置时，所述定位器通过电信号传输至控制器，控制器通过控制纠偏机构对管道本体施加推力以使其自偏离位置复位至满足设计标准的排布位置。

6、优选地，所述配重控制机构上端两侧对称设有两组发电机，所述发电机具有动力输入转子，所述动力输入转子端部设有传动轮，所述管道本体侧壁固定连接有传动带，所述传动带依次穿过两组传动轮后与管道本体侧壁固定。

7、优选地，所述配重控制机构包括壳体，所述壳体内设有电池仓，所述电池仓内设有用于储存发电机输出电能的蓄电池。

8、优选地，所述壳体内设有空腔，所述空腔设有水泵，所述水泵具有贯穿壳体延伸至壳体外部的导管。

9、优选地，所述壳体内设有压力传感器以及温度传感器，所述压力传感器用于检测管道本体所处深度的海水压强，所述温度传感器用于检测管道本体所述深度的海水温度，所述压力传感器以及温度传感器均与控制器通过电信号连接。

10、优选地，所述纠偏机构包括设置在壳体外部的若干组第一螺旋桨以及若干组第二螺旋桨，所述第一螺旋桨沿管道本体长度方向对称排布在壳体的两侧，所述第二螺旋桨沿水平面内与管道本体长度方向垂直的方向对称排布在壳体的两侧，所述控制器通过电信号控制第一螺旋桨、第二螺旋桨正反转。

11、优选地，还包括浮漂板，所述浮漂板与管道本体之间固定连接有牵引绳。

12、优选地，所述牵引绳上设有绕线轮，所述绕线轮外接有伺服电机，所述绕线轮顺时针转动缠绕牵引绳，所述绕线轮逆时针转动释放牵引绳。

13、一种海上漂浮管道的使用方法，具体步骤如下：

14、s1、对新型低温海上气体运输漂浮管道设计标准的排布位置，并设满足设计标准的排布位置沿管道本体长度方向为x、水平面内与长度方向垂直的方向为y、竖直面内与长度方向垂直的方向为z；

15、s2、当定位器监测所在区段的管道本体在x、y、z任意方向偏离满足设计标准的排布位置时，定位器通过电信号传输至控制器，控制器通过控制纠偏机构对管道本体施加推力以使其自偏离位置复位至满足设计标准的排布位置；

16、s3、当定位器以及管道本体受海水流动影响偏离管道本体满足设计标准的排布位置时，定位器将位置信号传输至控制器，控制器控制启动纠偏机构推动配重控制机构自偏离位置移动至满足设计标准的排布位置，进而使配重控制机构带动管道本体自偏离位置复位至满足设计标准的排布位置；

17、s4、所述配重控制机构可以对管道本体施加向下的拉力f，设管道本体的重力为g管、海水的浮力为f浮，所述配重控制机构通过控制拉力f以使管道本体具有上浮状态、平衡状态以及下潜状态，上浮状态满足f+g管＜f浮，平衡状态满足f+g管=f浮，下潜状态满足f+g管＞f浮；

18、s5、当管道本体所在区域出现例如海啸、地震等极端天气时，通过增加配重控制机构对管道本体向下的拉力f，使管道本体的重力g管与配重控制机构对管道本体的拉力f之和大于海水的浮力为f浮,即：f+g管＞f浮；

19、s6、当需要将管道本体与运输船上的运输储罐连接，进行气体的转运时，通过控制减小配重控制机构对管道本体施加向下的拉力f，使f+g管＜f浮，管道本体在海水的浮力作用在逐渐上升至海平面，运输船上的人员通过吊具将管道本体的端部吊装至运输船上与储罐的进料口连接，完成气体的输送。

20、优选地，非恶劣天气下，通过配重控制机构将管道本体牵引至海平面以下10-20m的深度。

21、由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

22、1.本技术，通过配重控制机构的设置可以为管道本体提供一个向下、且大小可以进行适应性改变的拉力，使管道本体可以在海水液面之下对应深度漂浮且相对静止，当管道本体所在区域出现例如海啸、地震等极端天气时，通过增加配重控制机构对管道本体向下的拉力f，使管道本体的重力g管与配重控制机构对管道本体的拉力f之和大于海水的浮力为f浮,即：f+g管＞f浮;配重控制机构牵引管道本体下潜至安全深度后通过控制配重控制机构对管道本体向下的拉力f与管道本体的重力g管之和与管道本体所处深度海水的浮力f浮相等，使管道本体在该深度达到新的平衡，避免上述极端天气下海面的巨浪或者波涛对管道本体造成破坏，大大提高了管道本体对抗极端天气的能力，提高了海上漂浮管道输气的安全性，降低管道本体的故障发生率。另一方面，非恶劣天气下，通过配重控制机构将管道本体牵引至海平面以下10-20m的深度，可以大大降低太阳光照对管道本体外层材料的照射，有效降低管道本体的氧化，大大降低了管道本体维修、养护成本。当需要将管道本体与运输船上的运输储罐连接，进行气体的转运时，通过控制减小配重控制机构对管道本体施加向下的拉力f，使f+g管＜f浮，管道本体在海水的浮力作用在逐渐上升至海平面，运输船上的人员通过吊具将管道本体的端部吊装至运输船上与储罐的进料口连接，完成气体的输送。

23、再从另一角度说明，通过配重控制机构将管道本体牵引至海平面以下10-20m的深度时，海水温度明显低于海面温度，温差大概在20-30℃，该深度下的海水温度更有利于管道本体内的气体的低温运输；与此同时，该深度下的海水压强作用于管道本体的外部，可以与管道本体内部气体压强进行抵消，防止管道本体出现爆炸事故，造成运输气体的泄漏。

24、另外需要说明的是，管道本体输出端口与相邻配重控制机构之间的距离应该满足与运输船储罐进料口连接的最小距离。避免配重控制机构对管道本体输出端的吊装造成影响。

25、2.作为本发明的一种优选实施方式，当定位器以及管道本体受海水流动影响偏离管道本体满足设计标准的排布位置时，定位器将位置信号传输至控制器，控制器控制启动纠偏机构推动配重控制机构自偏离位置移动至满足设计标准的排布位置，进而使配重控制机构带动管道本体自偏离位置复位至满足设计标准的排布位置。通过纠偏机构、定位器以及控制器的设置可以实现管道本体的位置调整，避免管道本体因海水流动造成的位置偏移，使管道本体始终处于满足设计标准的排布位置，便于运输船快速对管道本体输出端的进行定位。另一方面，通过纠偏机构可以有效防止海水流动造成的管道本体折弯，增加管道本体对抗海水流动的能力，提高管道本体的使用寿命，降低管道本体的投入使用过程中的维修、养护成本。

26、3.作为本发明的一种优选实施方式，当定位器检测到管道本体在x方向上出现位置的偏移时，控制器通过控制位于x方向排布的第一螺旋桨启动；以管道本体沿x方向正方向偏移为例，控制器控制第一螺旋桨正转，推动配重控制机构沿x方向负方向移动拉动管道本体沿x负方向移动，使管道本体自偏离方向移动至标准位置。同理，当管道本体沿x方向的负方向偏移时，控制机构控制第一螺旋桨翻转，即可使配重控制机构拉动管道本体沿x正方向自偏移位置移动至标准位置。

27、当定位器检测到管道本体在y方向上出现位置的偏移时，控制器通过控制位于y方向排布的第二螺旋桨启动；以管道本体沿y方向正方向偏移为例，控制器控制第二螺旋桨正转，推动配重控制机构沿y方向负方向移动拉动管道本体沿y负方向移动，使管道本体自偏离方向移动至标准位置。同理，当管道本体沿y方向的负方向偏移时，控制机构控制第二螺旋桨翻转，即可使配重控制机构拉动管道本体沿y正方向自偏移位置移动至标准位置。

28、4.作为本发明的一种优选实施方式，管道本体受海浪影响在一定范围内做往复摆动动作，由于配重控制机构位于管道本体下方，且配重控制机构的重力大于管道本体，使得海浪对管道本体和配重控制机构的影响不同，进而使管道本体与配重控制机构在海浪的作用下出现频繁的相对运动，在两者的相对运动下，管道本体通过传动带带动两组发电机的传动轮转动，传动轮通过发电机的动力输入转子将动能转化成电能，发电机产生的电能可以用作维持第一螺旋桨、第二螺旋桨、控制器、定位器等耗电设备的正常运行。通过发电机、传动轮以及传动带的设置可以利用海浪进行发电，解决了本技术中如何使耗电设备长时期保持正常运行的状态的技术问题。

29、通过蓄电池的设置可以储存发电机产生的电能，另一方面，蓄电池可以作为壳体内的配重体，增加壳体的质量。

30、5.作为本发明的一种优选实施方式，通过空腔以及水泵的设置可以调节壳体的质量，灵活调控壳体的上浮或者下潜。当需要壳体拉动管道本体下潜时，通过水泵向空腔内加注海水，使海水填充空腔即可；反之，当需要壳体上浮时，通过水泵将空腔中的海水排出，使空腔内的真空区域增大即可。

31、6.作为本发明的一种优选实施方式，通过压力传感器以及温度传感器可以实时监测管道本体所处海水深度的压强以及温度，并将检测数据通过电信号传输至控制器，再由控制器控制控制水泵的工作为空腔充水或者防水，进而控制管道本体升降，使管道本体始终处于温度、压强较为合适的海水深度。

32、7.作为本发明的一种优选实施方式，通过浮漂板的设置便于提示运输船上的工作人员管道本体的所处位置，浮漂板上设有反光条，以便于在夜晚寻找管道本体。

33、通过绕线轮的设置可以对牵引绳进行收线和放线，调节牵引绳的长度，其中伺服电机与控制器电性连接，在管道本体上浮或者下潜时，伺服电机启动进行收、放线，保证牵引绳对管道本体的牵引作用，保证浮漂板与管道本体之间的位置对应。