一种新型充气快速布放围油栏的设计与试验研究

吴亮　孙寿伟　李超

摘要：指出了围油栏是水面溢油处理的主要设备之一。通过对普通围油栏进行气室结构改造实验，实现了快速投放以及气室漏损条件下的气密功能。试验发现：普通围油栏及的布放总时间为14min37s，而快速布放围油栏布放时间仅为07min45s；在初始压力为5 kPa时，若中间气室完全放气，则两气室通道在水压状态下可以密封住，压力保持在2.5 kPa，72 h后仍可维持在1.5 kPa，两端气室形状保持不变。结果表明：与传统围油栏相比，所研发的新型充气式快速布放围油栏布放时间缩短了50%左右；而且单个气室漏损不影响围油栏的使用，使围油栏的快速布放及气室漏损条件下的工作效率有了较大的提高，具有较好的推广应用价值和环境、社会效益。

关键词：围油栏；充气；快速布放；气室；溢油

中图分类号：X55

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）18006203

1引言

在船舶溢油事故中，围油栏是一种防止水域油膜扩散、缩小溢油面积、便于清除油污及保护水域环境的有效设备＼[1，2＼]，在炼油厂、码头、海上油田、水生物养殖场及海滨浴场等场所都是必备设备。围油栏种类很多，可以分为固体浮子式PVC型、固体浮子式橡胶型、充气式橡胶型、快布放柔性固体浮子型、岸滩型、防火型围油栏等，其中应用最普遍的围油栏是固体浮子式围油栏和充气式围油栏＼[3＼]。充充气式围油栏由于便于存放和运输，近年来得到越来越广泛的应用。

常规充气式围油栏由接头板、配重链、张力带、充气阀、气室和本体等组件构成，其上部设有规范的气囊，气囊之间一般互不相通＼[4＼]。在使用前对气囊充气，再用于截拦溢油。由于需要对每个气囊进行单独充气，因此常规充气式围油栏使用前充气操作繁琐，耗时长，不利于充气式围油栏的快速投放。

针对充气式围油栏充气繁琐、耗用时间长的问题，本文针对常规充气式围油栏结构进行改造，并进行试验研究，以期设计一种新型的可以快速布放的充气式围油栏。

2快速布放充气式围油栏的设计思路

本文研究的新型充气快速布放围油栏设计思路，是将传统充气式围油栏的单独气囊结构设计成连通的气室结构，相邻气室以圆弧形气道相连，圆弧形气道可以保证一个气室破损布影响其余氣室的使用；并利用自带的二氧化碳气瓶对围油栏浮体进行自充气，使其实现自动快速充气，并达到快速布放目的（图1）。

基于以上设计思路，笔者试制了1.2 m充气式橡胶围油栏，技术参数见表1。

1.围油栏栏体；2.护板1；3.抽芯铆钉；4.圆环链C型；5.圆环链14×50；6.卸扣D型；7.卸扣T型；8.高压气瓶；9.连接绳

图1新型充气式快速布放围油栏基本结构

2.1围油栏栏体

栏体采用三胶两布结构，热硫化工艺制作橡胶栏体。表层橡胶要求耐油、耐寒海水、耐老化，中间层橡胶具有附着力强的特点，两布采用EP150聚酯布作为栏体受力骨架。气室、气道采用热硫化工艺一次成型。

2.2围油栏气室

围油栏气室充气后的长度为2900 mm，直径为φ350，气室间通过圆弧形气道相连。充气时，气道在高压气体的压力作用下打开，使气室间两两连通；充气后，因气瓶压力下降以及海水的挤压，使气道封闭，气室成为独立个体，保证一个气室破损布影响其余气室的使用。

2.3围油栏端头

采用ASTM标准滑接式端头。

2.4围油栏气阀

围油栏采用沙滩围油栏气阀，以降低研发成本。对气阀盖进行改造，阀盖上钻孔攻丝安装压缩空气用快速接头。

2.5高压气瓶

采用北京某公司的30 MPa铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶，采用单气瓶和双气瓶并联两种充气方式。气瓶出口配有压力表、减压阀和开关阀，减压阀常开设定，开关阀使用时开启。气瓶阀门装有护罩，防止受磕碰损坏。气阀出口装有软管，通过快速接头和围油栏相连。气瓶配有浮体，能够保证气瓶在水面上竖直漂浮。气阀浮体通过链条或尼龙绳固定在围油栏上（采用登山扣快速连接），其长度小于充气软管长度。围油栏气室直径Φ350 mm，长2900 mm，容积268 L，共3个气室，所需气体体积804 L（表2、表3）。

3快速布放充气式围油栏的试验研究

本文对设计研发的快速布放充气式围油栏进行了海洋环境溢油围控试验。试验方法及结果如下。

2017年9月绿色科技第18期

吴亮，等：一种新型充气快速布放围油栏的设计与试验研究

环境与安全

3.1试验方法

依据《围油栏》（JT/T465/T-2001）围油栏性能现场评估附录F及ASTM中F2084《可控环境下围油栏性能参数的收集》评估方法进行海上试验或者模拟试验池进行试验。本项试验依据目前国内试验条件的影响进行海上开阔水域试验。

3.1.1围油栏的布放与回收时长测定

水上姿态：围油栏完全布放后，静止5 min观察围油栏水上姿态及气阀的位置，分别记录普通围油栏及快速布放围油栏布放时间与回收时间。

3.1.2水压气室破坏性试验

对快速布放围油栏在常温下充气，压力至5 kPa。通过气阀完全放去中间气室的气，观察两边气室的形状及记录两边气室的压力。

3.2试验结果

3.2.1围油栏布放时间对比

快速布放围油栏与普通围油栏的布放与回收实验结果见图2。

由图2可知，同样的操作条件下，普通围油栏及的布放总时间为14min37s，而快速布放围油栏布放时间仅为07min45s，用时约为普通围油栏的50%。与布放实验结果类似，快速布放围油栏的回收时间（6min05s）亦约为普通围油栏的50%（12min28s）。实验结果表明，与普通围油栏相比，新型快速布放围油栏布放与回收速度都提高的将近50%，具有快速、高效的特点。

3.2.2水环境密闭性试验

由图3可知，在初始压力为5 kPa时，若中间气室完全放气，则两气室通道在水压状态下可以密封住，压力保持在2.5 kPa，两端气室形状保持不变。而静止72 h后，两气室通道在水压状态下仍然可以密封住，但压力降为1.5 kPa，两端气室形状保持不变。这说明新型快速布放围油栏可达到快速充气的同时，当在水域工作中其中一个舱室破损，其余气室仍然可以较长时间保持一定压力，维持工作形状。

4结论

项目以传统多点充气围油栏为平台，整合水下气室密封技术、带压充气技术、高轻度硫化等技术，同时研发配套的围油栏快速布放及回收卷栏机单元，最终形成市场化的快速充气围油栏装备平台。研究结果表明，该技术具有安全稳定、节能环保、操作便捷，兼有应急处理功能等特点，适用于我国作业水域污染物快速围控的需求具有较强的推广应用价值和环境、社会效益。

参考文献：

[1]

张银东，李文华，侯解民，等.圍油栏充气阀的改进设计＼[J＼].机械设计与研究，2006（4）：116～118.

＼[2＼]魏芳，许颖. 围油栏形状优化的数值模拟＼[J＼].水动力学研究与进展A辑，2011（6）：697～703.

＼[3＼]张勤，孙永明. 海上溢油围油栏研究现状＼[J＼].绿色科技，2015（4）：284～285，289.

＼[4＼]曹莹. 围油栏现状与数值模拟研究综述＼[J＼].科技创新与应用，2014（11）：34～35.

Design and Experimental Study on A New Type of Oil Fence With Ability of inflatability and Quick Application

Wu Liang， Sun Shouwei， Li Chao

（China Offshore Environmental Service （Tianjin） Ltd.， Tianjin 300457， China）

Abstract： The oil fence is one of the main equipment for oil spill handling. In this article， the gas chamber structure of the traditional oil fence was transformed in order to achieve rapid application and airtight functionunder the conditions of leakage. It was found that the total application time was 14m37s for the traditional oil fence， the time of novel oil fence was only 07m45s. When the initial pressure was 5Kpa， if the middle chamber was completely deflated， the air channel in the novel oil fence can be sealed with 2.5 Kpa of air pressure. Even after 72h， the air pressure can still be maintained at 1.5 Kpa， with both ends of the gas chamber shape unchanged. The result showed that the total application time of the novel oil fence can be shortened 50% compared with the traditional oil fence and a single chamber leakage does not affect the use of oil fence. It was suggested that the working efficiency of this novel oil fence is greatly improved with strong application value and environmental and social benefits.

Key words： oil fence； inflatable； quick application； air chamber； oil spill