一种基于海洋碳封存的鱼雷锚及其安装方法技术

本发明专利技术属于深海锚泊技术领域，涉及一种基于海洋碳封存的鱼雷锚及其安装方法。所述的基于海洋碳封存的鱼雷锚，包括锚尖、下部锚杆、上部锚管、圆孔、锚翼、锚板眼、工作锚管链、柔性导管、锚管节、锚管孔、锚链连接环和二氧化碳排放平台；本发明专利技术利用二氧化碳和碱性溶液矿化鱼雷锚周围土体达到二氧化碳封存和提高鱼雷锚承载力及扩大适用土体范围。本发明专利技术操作简单、节约打孔和埋管等作业成本，更适合深海作业。工作锚管链即可以连接鱼雷锚和CO2排放平台，又可以传输CO2和碱性溶液。CO2可以与土体中水形成二氧化碳水合物，实现CO2水合物封存，也可以与Ca(OH)2和Mg(OH)2反应生成碳酸盐沉淀，达到CO2矿化封存。矿化封存。矿化封存。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海洋碳封存的鱼雷锚及其安装方法


[0001]本专利技术属于深海锚泊
，涉及一种基于海洋碳封存的鱼雷锚及其安装方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的迅猛发展，二氧化碳(CO2)排放量逐渐增加，不断威胁人类的生存环境。IPCC第六次评估报告《气候变化2021：自然科学基础》指出：自1850
‑
1900年以来，由于温室气体过量排放，致使全球地表平均温度已升高约 1℃。CO2作为温室气体的主要成分，其过量排放将带来全球变暖、冰川融化、海平面升高、降雨减少和物种灭绝等严重后果。因此，控制大气中CO2浓度已成为全人类迫在眉睫的问题。我国拥有1.8万公里的海岸线，管辖海域面积约300万平方千米，其蕴藏着丰富的能源和强大的生态调节能力。因此，海洋对减少碳排放和碳汇具有举足轻重的作用。
[0003]既有的海洋碳封存技术主要集中于二氧化碳水合物封存，在高压低温下的海水中，水分子将重新定位形成笼子状可捕获CO2气体，形成CO2水合物。液态CO2密度大于海水密度，在重力作用下沉积到海床低洼地带形成稳定的碳湖。深海矿化封存作业难度大成本高。因此，急需研发操作简单、经济高效的海洋碳矿化技术。
[0004]鱼雷锚是一种深海锚固基础，主要用于锚固深海浮式平台。其具有安装简单、造价低等优势。目前，鱼雷锚主要用于黏性土，较少用于砂土或钙质砂。因为其受安装深度、锚体与土体界面摩擦和钙质砂颗粒易碎性等因素制约，在砂土或钙质砂中承载力较低。鱼雷锚通过锚链或钢缆连接上部浮式平台。既有改进鱼雷锚的专利技术专利多在增大锚体与土体的接触面积和锚体的安装深度，而通过提高土体的强度增大承载力方面的创新尚有不足。因此，基于CO2矿化土体原理，研发一种考虑海洋碳封存的鱼雷锚及其安装方法。

技术实现思路

[0005]为了解决海洋碳封存和进一步提高鱼雷锚承载力。本专利技术提出一种基于海洋碳封存的高承载能力鱼雷锚及其安装方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于海洋碳封存的鱼雷锚，包括锚尖、下部锚杆、上部锚管、圆孔、锚翼、锚板眼、工作锚管链、锚管节、柔性导管、锚管孔和锚链连接环；
[0008]所述的锚尖、下部锚杆和上部锚管依次相连；所述的工作锚管链由不少于2 节锚管节和柔性导管组成；所述的锚管节两端设有锚链连接环，锚管节之间通过锚链连接环相连。柔性导管内置在锚管节中。鱼雷锚在安装前，工作锚管链可像传统柔性锚链一样悬停在锚一侧或下放至某一位置，不影响鱼雷锚的安装。
[0009]所述的上部锚管是中空钢管，侧壁梅花形布设圆孔。所述的下部锚杆内填充废沥青混凝土块、废钢配件、废金属增加配重，使鱼雷锚重心G
z
低于形心O
z
，在水中垂直下落。上部锚管与下部锚杆的长度同样根据鱼雷锚重心G
z
低于形心 O
z
进行设计。所述的偶数个锚翼
垂直等间距设置于上部锚管末端，锚翼下缘弧形根据剑鱼头部形状设计，弧线上任意两点间梯度与水平方向夹角大于45
°
。
[0010]所述的上部锚管的上顶面设有锚管孔，锚板眼垂直固定在上顶面上方，与锚管节的锚链连接环相连。柔性导管的一端与锚管孔相连。
[0011]所述的锚管节是钢材薄管，壁厚为0.01m～0.02m。所述的柔性导管为2～4 根，是PA、PE或PVC的钢丝软管，壁厚为0.005m～0.015m。
[0012]所述的锚翼厚度为0.1～0.2m，长度L
f
是上部锚管的1/3，长度L
f
如式1单位：m：
[0013]L
f
＝8.345w3‑
9.248w2+4.831w+0.004 (1)
[0014]式中，w为锚翼宽度尺寸，L
f
为锚翼长度尺寸。
[0015]所述的上部锚管是中空钢管，管壁厚0.015m～0.030m，直径为0.7m～1.5m, 侧壁梅花形布设圆孔，圆孔之间的间距大于1.5倍孔径。
[0016]所述的下部锚杆内填充废混凝土块、废钢铁增加配重，使鱼雷锚重心G
z
低于形心O
z
，在水中垂直下落，根据下式2和3计算单位：m。
[0017][0018][0019]式中，L
f
为锚翼长度尺寸，L
up
为上部锚管长度尺寸，L
un
为上部锚管长度尺寸,L
tip
为上部锚管长度尺寸,V
fin
为锚翼体积尺寸，V
up
为上部锚管体积尺寸，V
un
为下部锚管体积尺寸,V
tip
为锚尖体积尺寸，ρ
fill
为填充的密度，ρ
wall
为钢的密度。
[0020]CO2气体通过柔性导管输入上部锚管中，在压力作用下，由侧壁圆孔扩散到土体中。CO2可以与土体中的水形成二氧化碳水合物。
[0021]通入完CO2气体可以与CaOH2和MgOH2反应生成碳酸盐沉淀，从而实现 CO2封存。生成的碳酸盐通过填充土体孔隙和胶结土颗粒的方式增大土体强度，提高鱼雷锚承载力。
[0022]一种基于海洋碳封存的鱼雷锚的安装方法，包括以下步骤：
[0023]第一步：在安装船上，将分装运输的上部锚管和下部锚杆组装,完成锚体装配。连接安装锚链和工作锚管链。
[0024]第二步：将锚体和工作锚管链下放至预设下落高度。释放安装锚链，锚体仅依靠自身重力贯入土体预定深度。
[0025]第三步：锚体贯入到海床后，工作锚管链与CO2排放平台连接，柔性导管与CO2排放平台的排气或排液管对接。
[0026]第四步：首先将带有一定压力的CO2气体通过工作锚管链中的1～2根柔性导管送到上部锚管中。然后在压力作用下，CO2通过侧壁圆孔扩散到锚体周围的土体中，与土中水形成二氧化碳水合物封存。
[0027]第五步：如果仅进行碳封存，可将工作锚管链中1～4根柔性导管均用于输送CO2。鱼雷锚即可以锚固CO2排放平台，又可以传输CO2进行碳封存，节约成本。
[0028]第六步：CO2气体运输完，再通过另外的1～2根柔性导管，将碱性溶液压送到上部锚管中，碱性溶液继续在压力作用下通过侧壁圆孔进入到土体。CO2与 CaOH2和MgOH2反应生成碳酸盐沉淀。
[0029]第七步：当上部CO2排放平台需要移动并重复利用鱼雷锚时，可以通入过量CO2气体，CO2气体将与水和碳酸盐反应生成溶于水的碳酸氢盐，降低土体强度和界面摩擦，易于拔出锚体。
[0030]本专利技术优点在于：
[0031]锚管链采用柔性连接，内嵌排气管，可以随锚体一起安装到海床中，传统鱼雷锚只有锚固作用，本专利技术不仅可以实现锚固而且可以实现碳封存。本专利技术操作简单、节约打孔和埋管等作业成本，更适合深海作业。工作锚管链即可以连接鱼雷锚和CO2排放平台，又可以传输CO2和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海洋碳封存的鱼雷锚，其特征在于，包括锚尖(1)、下部锚杆(2)、上部锚管(3)、圆孔(4)、锚翼(5)、锚板眼(6)、工作锚管链(7)、锚管节(8)、柔性导管(9)、锚管孔(10)和锚链连接环(11)；所述的锚尖(1)、下部锚杆(2)和上部锚管(3)依次相连；所述的工作锚管链(7)由不少于2节锚管节(8)和柔性导管(9)组成；所述的锚管节(8)两端设有锚链连接环(11)，锚管节(8)之间通过锚链连接环(11)相连；柔性导管(9)内置在锚管节(8)中；鱼雷锚在安装前，工作锚管链(7)可像传统柔性锚链一样悬停在锚一侧或下放至某一位置，不影响鱼雷锚的安装；所述的上部锚管(3)是中空钢管，侧壁梅花形布设圆孔(4)；所述的偶数个锚翼(5)垂直等间距设置于上部锚管(3)末端；所述的上部锚管(3)的上顶面设有锚管孔(10)，锚板眼(6)垂直固定在上顶面，与锚管节(8)的锚链连接环(11)相连；柔性导管(9)的一端与锚管孔(10)相连；所述的锚翼(5)的长度L
f
是上部锚管(3)的1/3，长度L
f
满足式(1)，单位：m：L
f
＝8.345w3‑
9.248w2+4.831w+0.004
ꢀꢀꢀ
(1)式中，w为锚翼宽度尺寸，L
f
为锚翼长度尺寸；所述的下部锚杆(2)内填充废混凝土块、废钢铁增加配重，使鱼雷锚重心G
z
低于形心O
z
，在水中垂直下落，根据公式(2)和(3)计算，单位：m；在水中垂直下落，根据公式(2)和(3)计算，单位：m；式中，L
f
为锚翼长度尺寸，L
up
为上部锚管长度尺寸，L
un
为上部锚管长度尺寸,L
tip
为上部锚管长度尺寸,V
fin
为锚翼体积尺寸，V
up
为上部锚管体积尺寸，V
un
为下部锚管体积尺寸,V
tip
为锚尖体积尺寸，ρ
fill
为填充的密度，ρ
wall
为钢的密度。2.如权利要求1所述的一种基于海洋碳封存的鱼雷锚，其特征在于，所述的锚翼(5)下缘弧形根据剑鱼头部形状设计，弧线上任意两点间梯度与水平方向夹角大于45
...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑜璐，张建伟，杨庆，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：