海底工作站天然气水合物收集提纯装置.pdf

1、10申请公布号CN102230369A43申请公布日20111102CN102230369ACN102230369A21申请号201110138189722申请日20110526E21B43/01200601E21B43/34200601B01D21/2620060171申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号72发明人王磊王志超李晓天夏昊何蕴哲周泉沈长贵麻绍钧孙凤鸣王思航74专利代理机构上海交达专利事务所31201代理人王毓理54发明名称海底工作站天然气水合物收集提纯装置57摘要一种能源开采装置技术领域的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，包括收集沉降舱、分离提纯舱、控制

2、舱和保护外壳，其中收集沉降舱与分离提纯舱连接且收集沉降舱设置于分离提纯舱的下面，控制舱分别与收集沉降舱和分离提纯舱连接，保护外壳与收集沉降舱连接，收集沉降舱和控制舱均与开采装置连接。本发明能够提纯运输中的天然气水合物，避免了管路阻塞，减少了管路布置，降低了运输成本，提高效率，促进开采装置中的海底天然气水合物的利用。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页CN102230371A1/1页21一种海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征在于，包括收集沉降舱、分离提纯舱、控制舱和保护外壳，其中收集沉降舱与分离提纯舱连接且收集沉降舱设置于分离提纯

3、舱的下面，控制舱分别与收集沉降舱和分离提纯舱连接，保护外壳与收集沉降舱连接，收集沉降舱和控制舱均与开采装置连接。2根据权利要求1所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的收集沉降舱包括沉降舱体、沉降舱可调进水结构和沉降舱可调排沙结构，其中沉降舱可调进水结构和沉降舱可调排沙结构分别设置于沉降舱体的上部和下部连接，沉降舱可调进水结构与控制舱连接，沉降舱体分别与开采装置、分离提纯舱和保护外壳连接。3根据权利要求2所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的沉降舱体为圆形且沉降舱体的直径大于沉降舱体的输入管路的直径。4根据权利要求1所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置

4、，其特征是，所述的分离提纯舱包括提纯舱体、圆台凸起、螺旋桨、电机、输出管路、提纯舱可调进水结构和提纯舱可调排沙结构，其中提纯舱体与收集沉降舱连接，圆台凸起、螺旋桨和电机均设置于提纯舱体内部且圆台凸起和电机均与提纯舱体连接，电机与控制舱连接且设置于圆台凸起内部，螺旋桨与电机连接，提纯舱可调进水结构和提纯舱可调排沙结构分别与提纯舱体的上部和下部连接，输出管路与提纯舱体的顶部连接，提纯舱可调进水结构与控制舱连接。5根据权利要求4所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的提纯舱体为圆形结构。6根据权利要求4所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的圆台凸起为圆弧状空心梯

5、台结构。7根据权利要求4所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的螺旋桨由若干片合金浆片组成且设置于圆台凸起的上部。8根据权利要求1所述的海底工作站天然气水合物收集提纯装置，其特征是，所述的控制舱包括开采控制模块、泥沙监测模块、排沙模块和离心螺旋控制模块，其中开采控制模块分别与开采装置、泥沙监测模块和离心螺旋控制模块连接并输出控制指令，泥沙监测模块，排沙模块和离心螺旋控制模块均与收集沉降舱和分离提纯舱连接并采集工作状态信息后反馈至开采控制模块。权利要求书CN102230369ACN102230371A1/4页3海底工作站天然气水合物收集提纯装置技术领域0001本发明涉及的是一种

6、能源开采装置技术领域的装置，具体是一种海底工作站天然气水合物收集提纯装置。背景技术0002在能源开采装置领域，现行开采运输方法中直接将开采所得的天然水合物运输到海洋平台或地面处理站，再进行提纯分离制取等处理。这样存在一次性投入大，运行成本高，效率低的问题，增加了海底天然气水合物开采成本，不利于生产。而在海底天然气固体开采中，在天然气水合物固体小颗粒中不可避免地混入许多泥沙，进一步增大了运输成本，降低了生产效率。0003经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为CN200610069870X，名称为“井下气水分离水回注开采海底水合物的方法”的专利，该专利利用螺旋管路进行离心分离提纯，螺旋管路

7、大大增长了运输的管路，而且随着收集的进行，管路上不可避免会存在杂质粘粘，管路变细，设置阻塞，运输效率较低，此方法同样存在管路布置冗长，投入费用大的问题。发明内容0004本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种海底工作站天然气水合物收集提纯装置，该装置能够提纯运输中的天然气水合物，避免了管路阻塞，减少了管路布置，降低了运输成本，提高效率，促进开采装置中的海底天然气水合物的利用。0005本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括收集沉降舱、分离提纯舱、控制舱和保护外壳，其中收集沉降舱与分离提纯舱连接且收集沉降舱设置于分离提纯舱的下面，控制舱分别与收集沉降舱和分离提纯舱连接，保护外壳与收集沉降舱连

8、接，收集沉降舱和控制舱均与开采装置连接。0006所述的收集沉降舱包括沉降舱体、沉降舱可调进水结构和沉降舱可调排沙结构，其中沉降舱可调进水结构和沉降舱可调排沙结构分别设置于沉降舱体的上部和下部连接，沉降舱可调进水结构与控制舱连接，沉降舱体分别与开采装置、分离提纯舱和保护外壳连接。0007所述的沉降舱体通过输入管路与开采装置连接，沉降舱体为圆形且沉降舱体的直径大于沉降舱体的输入管路的直径。沉降舱体的弧度能够使排沙更充分。0008所述的分离提纯舱包括提纯舱体、圆台凸起、螺旋桨、电机、输出管路、提纯舱可调进水结构和提纯舱可调排沙结构，其中提纯舱体与收集沉降舱连接，圆台凸起、螺旋桨和电机均设置于提纯舱体

9、内部且圆台凸起和电机均与提纯舱体连接，电机与控制舱连接且设置于圆台凸起内部，螺旋桨与电机连接，提纯舱可调进水结构和提纯舱可调排沙结构分别与提纯舱体的上部和下部连接，输出管路与提纯舱体的顶部连接，提纯舱可调进水结构与控制舱连接。说明书CN102230369ACN102230371A2/4页40009所述的提纯舱体为圆形结构。0010所述的圆台凸起为圆弧状空心梯台结构，圆台凸起中的弧度能够使排沙更充分。圆台突起内部设置有作为动力装置的电机，使电机与液体分离。0011所述的螺旋桨由若干片合金浆片组成且设置于圆台凸起的上部。0012所述的控制舱包括开采控制模块、泥沙监测模块、排沙模块和离心螺旋控制模块

10、，其中开采控制模块分别与开采装置、泥沙监测模块和离心螺旋控制模块连接并输出控制指令，泥沙监测模块，排沙模块和离心螺旋控制模块均与收集沉降舱和分离提纯舱连接并采集工作状态信息后反馈至开采控制模块。0013开采控制模块控制开采装置，开采装置产生的天然气水合物的固水混合物在高压下汇集到收集沉降舱，由于收集沉降舱体积变大，混合物流速迅速降低，泥沙部分沉降到收集沉降舱的底部，沉降后的混合物进入分离提纯舱，电机在离心螺旋控制模块的控制下带动螺旋桨旋转，使分离提纯舱内的固液混合物不断旋转。由于泥沙和天然气水合物固体的密度不同，在离心力作用下，分离提纯舱中的泥沙等密度较大的杂质沉降到舱底。在有必要的情况下，几

11、个工作站能够沿输出管路进入下一级更大的工作站，或者分离提纯后的天然气水合物固液混合物沿输出管路进入海洋平台处理。0014当分离提纯舱和收集沉降舱堆积一部分泥沙时，当泥沙监测模块监测到泥沙过多或者开采装置转移时，排沙模块控制下开启沉降舱可调进水结构和提纯舱可调进水结构，沉降舱可调排沙结构和提纯舱可调排沙结构进行排出泥沙等杂质，高压海水由沉降舱可调进水结构和提纯舱可调进水结构进入收集沉降舱和分离提纯舱进行冲刷，同时沉降舱可调排沙结构和提纯舱可调排沙结构控制海水杂质混合物的排出。0015当一处矿藏开采完毕后，本发明能够整体移动到下一处矿藏，继续使用，节约了资金，提高了生产效率，降低了开采成本。001

12、6本发明采用工作站离心分离，使泥沙等杂质在海底工作站进行降速沉降和离心分离，同时采用定期或必要时候的高压水清洗排沙，相对于螺旋管路分离提纯，本发明避免了管路阻塞。工作站收集提纯后，在运输到海洋平台或地面，减少了管路布置，降低了运输成本。本发明为可移动工作站，能够重复利用，进一步降低了成本。附图说明0017图1为本发明结构示意图。0018图2为收集沉降舱的结构示意图。0019图3为分离提纯舱的结构示意图。0020图4为控制舱的结构示意图。0021图5为保护外壳结构示意图。具体实施方式0022以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和

13、具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。0023实施例说明书CN102230369ACN102230371A3/4页50024如图1和图5所示，本实施例包括收集沉降舱1、分离提纯舱2、控制舱3和保护外壳4，其中收集沉降舱1与分离提纯舱2连接且收集沉降舱1设置于分离提纯舱2的下面，控制舱3分别与收集沉降舱1和分离提纯舱2连接，保护外壳4与收集沉降舱1连接，收集沉降舱1和控制舱3均与开采装置连接。0025如图1和图2所示，所述的收集沉降舱1包括沉降舱体5、沉降舱可调进水结构6和沉降舱可调排沙结构7，其中沉降舱可调进水结构6和沉降舱可调排沙结构7分别与沉降舱体5的上部和下部连接，沉降舱

14、可调进水结构6与控制舱3连接，沉降舱体5分别与开采装置、分离提纯舱2和保护外壳4连接。0026所述的沉降舱可调进水结构6包括进水管路20，进水控制阀21和进水泵22，其中进水管路20的两端分别与沉降舱的上部和大海连接。进水控制阀21和进水泵22均设置于进水管路20上。0027所述的沉降舱可调排沙结构7包括排沙管路23，排沙控制阀24和排沙泵25，其中排沙管路的两端分别与沉降舱的下部和外界连接。排沙控制阀24和排沙泵25均设置于排沙管路23上。0028所述的沉降舱体5通过输入管路19与开采装置连接，沉降舱体5为圆形且沉降舱体5的直径大于沉降舱体5的输入管路19的直径。沉降舱体5的弧度能够使排沙更

15、充分。0029如图1和图3所示，所述的分离提纯舱2包括提纯舱体8、圆台凸起9、螺旋桨10、电机11、输出管路12、提纯舱可调进水结构13和提纯舱可调排沙结构14，其中提纯舱体8与收集沉降舱1连接，圆台凸起9、螺旋桨10和电机11均设置于提纯舱体8内部且圆台凸起9和电机11均与提纯舱体8连接，电机11与控制舱3连接且设置于圆台凸起9外部，螺旋桨10与电机11连接，提纯舱可调进水结构13和提纯舱可调排沙结构14分别与提纯舱体8的上部和下部连接，输出管路12与提纯舱体8的顶部连接，提纯舱可调进水结构13与控制舱3连接。0030所述的提纯舱体8为圆形合金钢结构。0031所述的圆台凸起9为圆弧状空心梯台

16、结构，圆台凸起中的弧度能够使排沙更充分。圆台突起9内部设置有作为动力装置的电机11，使电机11与液体分离。0032所述的螺旋桨10由若干片合金浆片组成且设置于圆台凸起9的上部。0033如图1和图4所示，所述的控制舱3包括开采控制模块15、泥沙监测模块16、排沙模块17和离心螺旋控制模块18，其中开采控制模块15与开采装置连接，离心螺旋控制模块18与分离提纯舱2连接并输出控制指令，排沙模块17分别与提纯舱可调进水结构13和沉降舱可调进水结构6连接，泥沙监测模块16分别与开采控制模块15、收集沉降舱1和分离提纯舱2下部的泥沙检测装置21连接并采集工作状态信息后反馈至开采控制模块，离心螺旋控制模块1

17、8与开采控制模块15和分离提纯舱2的圆台凸起9内部的电机11连接。0034如图1、图2、图3和图4所示，开采控制模块15控制开采装置，开采装置产生的天然气水合物的固水混合物在高压下通过输入管路19汇集到收集沉降舱1，由于收集沉降舱1体积变大，混合物流速迅速降低，泥沙部分沉降到收集沉降舱1的底部，沉降后的混合物进入分离提纯舱2，电机11在离心螺旋控制模块18的控制下带动螺旋桨10旋转，使分离提纯舱2内的固液混合物不断旋转。由于泥沙和天然气水合物固体的密度不同，在离心力作用下，分离提纯舱2中的泥沙等密度较大的杂质进一步沉降到舱底。在有必要的情况说明书CN102230369ACN102230371A

18、4/4页6下，几个工作站能够沿输出管路12进入下一级更大的工作站，或者分离提纯后的天然气水合物固液混合物沿输出管路12进入海洋平台处理。0035当分离提纯舱2和收集沉降舱1堆积一部分泥沙时，当泥沙监测模块16监测到泥沙过多或者开采装置转移时，排沙模块17控制下开启沉降舱可调进水结构6和提纯舱可调进水结构13，沉降舱可调排沙结构7和提纯舱可调排沙结构14进行排出泥沙等杂质，高压海水由沉降舱可调进水结构6和提纯舱可调进水结构13进入收集沉降舱1和分离提纯舱2进行冲刷，同时沉降舱可调排沙结构7和提纯舱可调排沙结构14控制海水杂质混合物的排出。0036当一处矿藏开采完毕后，本装置能够整体移动到下一处矿藏，继续使用，节约了资金，提高了生产效率，降低了开采成本。说明书CN102230369ACN102230371A1/3页7图1图2说明书附图CN102230369ACN102230371A2/3页8图3图4说明书附图CN102230369ACN102230371A3/3页9图5说明书附图CN102230369A