基于多功能溢油回收船的线面式溢油回收技术研究

弯昭锋，彭宏恺，廖飞云

(1.武汉海事局，武汉430014;2.长江海事局，武汉430016)

1 武汉辖区油品运输及作业现状

1.1 武汉局辖区油类种类及吞吐量分析

武汉海事局辖区长约224 km，2012年辖区到港作业危险品船舶4 901艘次，危险品吞吐量392.95万t，其中油类为345.7万t。辖区主要运输油类包括柴油、汽油、燃料油、石脑油、沥青、食用油等。其中柴油运量最大，达179万t，占运输总量的52%，其次为汽油，占25%。不同油类占运输总量的比例见图1。

图1 2012年辖区作业油类比例

1.2 武汉局辖区油类运输发展趋势

由武汉及周边100 km范围内的黄石、鄂州、孝感、黄冈、咸宁、仙桃、天门、潜江9市共同构成的武汉城市圈的国土面积5.8万km2，总人口为3 097万人，占全省人口的52.5%［1］，快速的经济发展意味着巨大的油类需求市场。武汉新港作为“长江中游航运中心”，其辐射范围将不只限于武汉城市圈。据统计，长江中部地区成品油消费增长在以每年超过10%的速度增加，导致了这一区域巨大的油类缺口，预计“十二五”末这一区域的成品油缺口将达2 000万t，未来外部供应将继续保持现有格局.陆路供应量将继续保持50%左右.其余约50%仍将主要通过江苏沿江港口水路转运满足，因此，未来几年武汉局辖区依然存在较高的溢油风险。

2 多功能溢油回收船

为应对日益严峻的溢油风险形势，2012年10月9日，在长江海事局主持下，长江首艘多功能溢油回收船(“海特311”)建成并在武汉局辖区投入使用。

2.1 多功能溢油回收船简介

“海特311”多功能溢油回收船配备有动态斜面式回收机、消油剂喷洒装置、漂浮垃圾回收装置、吊机、围油栏集装箱(配200 m围油栏)等，船舶有泵舱、机舱、燃油舱、浮油回收舱等若干舱室，其中浮油回收舱容积为74 m3，可满足中小规模溢油事故的回收储存。

为便于溢油回收机的使用及设备的安放，保证船舶的稳性及可操作性，“海特311”采用双体船型，船长32.8 m，船宽9.6 m，左、右片体各宽3.2 m，肋间距500 mm;总吨位201、净吨113 t;型深2.8 m，设计吃水1.7 m;设计最大航速22 km/h，回收油工作航速1～4 kn;续航力800 km，自持力48 h。船舶采用360°全回转舵桨装置，主机额定功率261 kW×2台，配2台柴油发电机组，每台额定功率65 kW;船舶配电动燃油输送泵组、消防总用泵组、舱底总用泵组、压载泵组、回收油驳运泵组等多套泵组，具有完善的功能。“海特311”船舶结构见图2。

图2 “海特311”船体结构示意

2.2 动态斜面式(DIP)溢油回收机

溢油回收设备有多种形式，如盘式、堰式等。在长江中回收油，由于江水的流动，往往难以聚集成厚的油层，且江水会从上游带来大量的漂浮垃圾，这些垃圾会非常容易地堵塞住堰式收油机的入口或卡住转盘式收油机的盘。与其它溢油回收设备相比，DIP式溢油回收设备可较好解决江河中水流急、杂质多的问题，更适合江河中溢油的回收，故“海特311”多功能溢油回收船采用DIP式溢油回收机。

DIP溢油回收机工作原理见图3，其原理在于通过利用连续向斜下方运动的特制的宽带(动态斜面)所产生的水动力，将浮油及小片的漂浮垃圾牵引到回收井里。再用泵将聚集在回收井上部的油输送到贮油容器中，达到回收浮油的目的。经研究，DIP溢油回收机具有以下优点［2］。①可高效回收各种粘度的浮油(0～20 000 cst);②DIP式收油机可高效回收各种厚度的油层;③收油时可适应流速在0～5 kn的水流环境;④对一次性接触的油的回收率在流速4～5 kn的情况下达80%～93%⑥可同时回收漂浮的垃圾碎片。

图3 DIP溢油回收机工作原理示意

3 “线面式”溢油处理技术

3.1 围油栏结构特点

围油栏一般由浮子、裙体和配重等部件组成，见图4。浮子主要起浮力作用，它的大部分漂浮于海面。裙体在水下形成一道屏障，高度一般在300～700 mm，最高可达1 000～2 000 mm，其作用是防止转油栏前油层从围油栏底端流走。重物垂于裙体之下，主要起保持平稳作用。由于转油栏拦油时不可避免受到自然界风、浪、流的影响，因此为防止栏前油层流失，它必须具有一定的抗风、抗流和抗浪能力(或称为围油栏滞油性能)，此外裙体还必须具有一定的抗拉强度。

图4 围油栏的一般结构

3.2 溢油处理技术

3.2.1 溢油处理技术现状简介

目前国内外采用的溢油回收方法主要有“点式”、“线式”及“面式”3种方式［3］。第一种“点式”是在溢油事故发生后及时应用围油栏将溢油围控，阻止其进一步的扩散和漂移，然后将撇油器放入围油栏形成的围控区域内进行溢油回收。第二种“线式”是在溢油事故发生后，由于事故地点的水流及岸线等原因而没能及时将溢油围控，溢油已经扩散和漂移时，一般会在水面上形成一条很长的油带，很难采用围油栏进行封闭围控。因此回收扩散开的溢油时，常用的方法是从船上通过固定杆斜向外伸出一小段围油栏，在收油船沿着油带运动时，围油栏将水上漂浮的溢油导流到撇油器处实现回收。第三种面式是通过对围油栏的操作使其在水面上形成一个大小可控的封闭围控面积，通过缩减围控面积来加厚围控区域内的油膜，使撇油器可以一直在适宜的油膜厚度下工作。

与海洋相比，长江溢油存在着水流方向固定、水流流速较大、沿江敏感区域分布密集等特点，因此在长江溢油应急处理中，传统的溢油回收处理技术存在着严重的缺陷:①“点式”处理技术的不足。撇油器在较大的围控区域内工作，由于江水流动的影响，致使工作区域内油膜厚度不均，呈现溢油源及围油栏处厚度大，中间厚度小的趋势，溢油回收船在油膜厚度大的区域运动不便，而在油膜厚度小的区域的收油效率低，当油膜厚度下降到1 mm以下后溢油船已经基本失效;②“线式”处理技术的不足。江中水流速度较大，布放围油栏时，水流的冲击力很大，当多船配合时，往往难以控制，且由于水流速度较大的原因，常常出现“水拖油”的溢油溢漏现象;③“面式”处理技术的不足。由于江水水流速度较大，往往难以将溢油围控在一个固定的范围内，故“面式”处理技术在江上往往难以实现。

3.2.2 “线面式”溢油回收技术简介

考虑传统溢油回收方法都存在不同程度的缺陷，难以胜任长江中大规模溢油的回收，因此，在工作实践及研究的基础上，结合国内外一些典型溢油事故回收处理方法，提出新的“线面式”大规模溢油回收技术。

“线面式”溢油回收技术关键体现在两个方面:首先是加强对围油栏的应用，将以前只是用来围控和导流溢油的围油栏进行功能扩展，利用江水流动的特点，变“船动”为“水动”，通过对围油栏的操作形成一个“漏斗状”的围控，使溢油回收船可以一直在适宜的油膜厚度下高效工作;其次是提高溢油回收设备的使用效率。传统溢油回收设备往往不能适应江面水流速度大、水中杂物多等特点，导致回收的混合物含水量过高，甚至会因为杂物堵塞而使溢油回收设备无法工作。“海特311”采用适用于江河的DIP式收油设备，很好地解决了江水流速大、杂质多的问题，从而提高江上溢油的回收效率。

3.2.3 “线面式”溢油回收技术的实现

线面式溢油回收技术的工作原理:首先从两岸各引一条围油栏至江中，两条围油栏之间形成一个“漏斗”状，将江面溢油引导到“漏斗”口，进行汇集以便回收;然后从溢油回收船前端伸出两条围油栏，呈V字形展开，在回收过程中，由于江水流动的原因，浮油带会随水向下游漂去，故位于下游的溢油回收船可处于静止状态。通过拖船和溢油回收船的协作，可形成如图5所示的“线面式”的溢油回收方式方法。

研究表明［4］，围油栏可有效拦截溢油的速度约为1.2 km/h。为使围油栏不至失效，溢油速度(可认为是江水流速)在垂直围油栏方向的分速度应小于1.2 km/h。因此，在回收溢油时应保证围油栏与江水流动方向的角度sinα≤1.2/v(α为围油栏与江水流动方向的夹角，见图5;v为江水流速，km/h)。

图5 “线面式”溢油回收技术示意

3.2.4 双体围油栏的使用

实践表明，在回收江面溢油时，由于水流、风、波浪以及恶劣的天气状况等因素的影响，往往会造成“水拖油”的溢油溢漏现象，以至于发生围油栏拦油失效的情况，不利于江面溢油的回收。而研究表明增加围油栏的栏深虽然能够提高围油栏的拦油效果，但是围油栏受水流及波浪的影响也会随之加大，使围油栏更容易发生形变，从而使得其有效栏深减小。鉴于单体围油栏在实践中存在的不足，有专家提出使用双体围油栏。

双体围油栏的作用机理见图6，其工作原理是［5］:在江流的作用下，第一道围油栏后会形成一道强烈的涡，逸过第一道围油栏的油会在涡的作用下短暂地停留在第一道围油栏和第二道围油栏之间;第二道围油栏可增强涡强度及拦油区域的稳定性，并且起到拦油作用，从而避免了油的流失。为增强围油栏拦油效果，可布设多道围油栏，直至达到理想的拦油效果，两道围油栏之间的距离是影响双体围油栏拦油性能的一个重要因素，研究表明，栏间距在ΔL=8～10D(D为围油栏高度)之间时，双体围油栏的拦油效果最佳。在应用中，可根据实际情况增加围油栏的层数，以提高对溢油的拦截效率。

图6 双体围油栏示意

4 结论

长江首艘多功能溢油回收船“海特311”的建成和投入使用，标志着长江内河溢油应急治理能力又上了一个新的台阶。在前人研究及实践的基础上，结合长江防污的特性及多功能溢油回收船的功能特点，创新提出“线面式”溢油应急技术，有效地解决了长江溢油应急技术面临的难题。

［1］刘 聪.武汉新港与区域经济发展关系研究［D］.武汉:武汉理工大学，2010.

［2］李国斌.江河溢油应急反应特点及DIP(动态斜面)式收油设备的重要作用［C］∥内河船舶防污染研讨会论文集，2001:89-95.

［3］张银东，李文华，侯解民，等.面式大规模溢油回收技术研究［J］.海洋环境科学，2007，26(3):286-289.

［4］张相如，庄源益，王 旭，等.膜法处理含油废水进展［J］.城市环境与城市生态，1997(1):59-60.

［5］魏 芳.围油栏在多种海况上拦油效果及形状优化的数值模拟［D］.大连:大连海事大学，2007.