[发明专利]一种绿色节能非成岩水合物二次破碎装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及海底天然气水合物开采的技术领域，更具体地讲，涉及绿色节能非成岩水合物二次破碎装置及方法。

背景技术

近年来天然气水合物得到诸多国家的深入研究，探索高效开采海洋天然气水合物的开采方法，已成为当前世界研究热点。我国南海天然气水合物资源储存丰富。但其中约85％天然气水合物以弱胶结形式(非成岩)赋存于深海海底浅层沉积物中。

目前针对成岩天然气水合物的开采方法有注入法、降压法、注化学剂法以及上述几种方法的联合应用等。但目前已在南海进行了两次试采取样，从取样结果看，我国天然气水合物具有埋藏浅、胶结性差的特点。针对这种海底浅层弱胶结的天然气水合物，有专家提出固态流化开采的概念：在不改变天然气水合物温度的条件下，直接利用机械采掘的方法将水合物破碎成细小颗粒，然后与海水混合输送至海面，最后利用海表的热海水促使天然气水合物颗粒分解生成天然气。

但是，在固态流化开采过程中，为使得后续管输过程更顺利地进行，开采出的非成岩水合物需进行采掘后的二次或多次破碎过程，以达到合适的粒径比。因该过程在海底进行，绿色、节能是破碎工程中十分重要的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在天然气水合物固态流化开采方法中，能够最大化利用能量且最小化对海底生态稳定产生负面影响的绿色节能二次破碎方法和装置。

本发明的一方面提供了绿色节能非成岩水合物二次破碎装置，所述二次破碎装置包括破碎管道、海水注入单元、动力单元、破碎单元和监测控制单元，其中，

所述海水注入单元包括热海水输入管和设置在热海水输入管的入口处的电磁阀，所述热海水输入管从破碎管道的中部伸入破碎管道中并且所述热海水输入管包括与破碎管道垂直设置的垂直管段和与破碎管道同轴设置的平行管段，所述热海水输入管的出口与破碎管道的出口位于破碎管道的同一侧；

所述动力单元设置在破碎管道中并且包括旋转轴、水动力子单元和电动力子单元，所述旋转轴伸入所述热海水输入管中并与所述热海水输入管的平行管段同轴设置，所述水动力子单元包括套装在所述旋转轴一端的若干组水动力涡轮并且所述若干组水动力涡轮位于所述热海水输入管的平行管段中，所述电动力子单元包括电机并且所述电机能够驱动旋转轴的旋转；

所述破碎单元设置在破碎管道中并且靠近破碎管道的入口设置，所述破碎单元包括若干组切削刀头，其中，每组切削刀头包括套装在所述旋转轴的另一端的动刀片和固定在所述破碎管道内壁面上的静刀片；

所述监测控制单元包括计算机信息处理系统以及与所述计算机信息处理系统电连接的粒度监测子单元、温度监测子单元、流量监测子单元和扭矩转速监测子单元。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述热海水输入管和旋转轴均通过支撑结构固定在破碎管道中，所述若干组水动力涡轮通过所述支撑结构和设置在热海水输入管与旋转轴之间的轴承实现支撑与传动。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述水动力子单元提供破碎非成岩水合物的主要动力；当水动力子单元的动力不足时，电动力子单元提供破碎非成岩水合物的主要动力且水动力子单元提供非成岩水合物的辅助动力。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述破碎单元至少包括三组切削刀头，并且所述三组切削刀头的动刀片和静刀片交错布置。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述粒度监测子单元包括设置在所述破碎管道的入口处的第一粒度监测仪和设置在所述破碎管道的出口处的第二粒度检测仪。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述温度监测子单元包括设置在热海水输入管的入口处的第一温度监测仪、设置在热海水输入管的出口处的第二温度监测仪和设置在破碎管道的出口处的第三温度监测仪。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述流量监测子单元包括设置在热海水输入管的入口处的第一流量监测仪、设置在热海水输入管的出口处的第二流量监测仪和设置在破碎管道的出口处的第三流量监测仪。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述扭矩转速监测子单元包括设置在所述旋转轴与热海水输入管的交接处的扭矩传感器和转速传感器。

根据本发明绿色节能非成岩水合物二次破碎装置的一个实施例，所述破碎装置中的各组件均采用适合流体流动的流线化结构并且进行防冲蚀表面处理。