小型电动双级堰式收油机在内陆水域的应用

王文博（广东海事局危管防污流动工作站，广东 东莞 523000；广州海事局，广州510700）

一、背景

近年来，随着社会的发展和生活水平的提高，人们对各种油类的需要与开发也越来越多。在各种油类的生产、运输和使用过程中，溢油现象时有发生，且溢油大部分进入了水体，不仅造成了能源浪费，而且破坏了生态环境。

目前，水上溢油应急设备主要包括：应急卸载设备、溢油围控设备、机械回收设备、污油储运设备、溢油分散设备、溢油吸附设备等6大类。其中，机械回收设备即收油机的类型分为：转盘筒式收油机、绳式收油机、带式收油机、堰式收油机、抽吸式收油机、动态斜面式收油机、真空式收油机、旋涡式收油机及收油网。由于基本都是采用柴油机液压动力站提供动力，就连最小型的堰式收油机也需要吊机和叉车配合，局限性地安装在溢油回收船上使用，使用不方便且布放比较困难。只有溢油回收船能到达的海域和内陆主航道才能使用收油机回收溢油，但内陆江河涌溪湖库塘等遮蔽水体溢油应急几乎都无法使用收油机等效率较高的机械回收设备，只能靠人工使用吸油毡等效率较低的溢油吸附设备进行清污。为了解决该问题，我们尝试采用电动潜水泵作为收油泵，制作出了一种能够在内陆江河涌溪湖库塘等遮蔽水体使用的轻便收油机—— 小型电动双级堰式收油机。

二、工作原理

小型电动双级堰式收油机由浮体、高度调节螺栓、集油槽、一级电动收油泵、二级电动收油泵、输油管组成，由24V/220V电源供电，结构如下所示，图1为主视图，图2为俯视图。

图1 主视图

图2 俯视图

小型电动双级堰式收油机的工作原理为溢油油污受比重影响漂浮在水面进行了一级油水分离，用堰边高度调节螺栓2调节一级电动收油泵4的堰口（吸油口）高度，堰上缘置于油水界面以上的油层中，堰边以上的油流入堰内，水被挡在堰外，启动一级电动收油泵4将漂浮在水面的油污吸入到集油槽3内部，浓度较高的油污在集油槽3内受比重影响继续分层进行二级分离，第二级电动收油泵5再将集油槽3内顶部浓度更高的油污回收上来，通过输油管6回收至储存装置吨桶中暂存。至此，一种新型的小型电动双级堰式收油机完成一个循环的工作，开始下一重复循环。

三、作业环境适应性能

（一）油品适应性

根据JT/T 1042-2016《堰式收油机》附录A回收速率、回收效率试验，A.1试验条件，油品分为原油、中质燃油。考虑到内陆水体使用环境，不考虑原油，以黏度2 000×10-6m2/s的中质燃油做试验。试验环境温度为20℃的平静水面，传输泵以额定转速运转，中质燃油密度0.92~0.95×103 kg/m3，油膜厚度50 mm。试验3次，每次试验时间6 min，取3次的平均值，小型电动双级堰式收油机在回收中质燃油时回收速率约10 m3/h，回收效率约92%，得出结论：小型电动双级堰式收油机适用于回收中质燃油。

（二）油层厚度适应性

油层的厚度直接影响着溢油回收的效率及所采用的方法，一般油层较厚时收油机很容易回收溢油，且效率较高；而油层较薄时收油机的回收效率将大幅降低，甚至失效。油层的厚度通常分为薄（1~10 mm）、中（10~20 mm）和厚（20 mm以上）。经过试验，在没有浪的条件下，我们使用黏度约为2 000×10-6m2/s的中质燃油做试验，小型电动双级堰式收油机在油层厚度大于0.1 mm即可使用，但回收效率较低，约为10%；当油层厚度达到1 mm时，回收速率约为40%；当油层厚度达到10 mm时，回收效率高达80%；当油膜厚度达到50 mm之后，回收效率稳定在92%，不会再有显著提高。

（三）波浪适应性

波浪适应性是指收油机适应不同波浪高度状况的能力，即收油机在一定的波浪高度的条件下其回收性能保持稳定。我们以风力等级作为浪高的参考，根据风力等级表，风级0~10对应浪高0~12.5 m，我们使用油层厚度为10 mm、黏度约为2 000×10-6m2/s的中质燃油做试验。经过试验，我们发现小型电动双级堰式收油机在风力等级4级时，回收性能便大幅降低，回收速率为7 m3/h，回收效率为30%，而在风力等级3级时，回收速率达到9 m3/h，回收效率为50%，得出结论：小型电动双级堰式收油机在风力等级为3级及以下时可正常使用。

（四）垃圾适应性

垃圾适应性是指收油机适应不同种类、数量垃圾的能力，即在具有一定数量垃圾的水面上还能正常工作的能力。小型电动双级堰式收油机的集油堰上安装了滤网，可以有效避免大量的水上漂浮垃圾进入收油机，但表面积较大的水面漂浮物则会影响收油机的正常使用，比如吸油毡。

四、回收性能测试

根据《堰式收油机》（中华人民共和国交通运输行业标准JT/T 1042-2016）中回收速率、回收效率的试验方法，我们对小型电动双级堰式收油机进行了性能测试。

（一）试验条件

回收速率的测定按以下工况进行：

1. 试验环境温度20℃的平静水面；

2. 传输泵以额定转速2 860 r/min运转；

3. 试验油黏度为2 000×10-6m2/s；

4. 油膜厚度50 mm。

（二）试验步骤

1. 连接小型电动双级堰式收油机，将收油头放在试验水池中；

2. 打开电源，将输油管出口暂时放在试验水池中，正常运行1 min后再将输油管出口放入用来回收污油的储存装置，然后立即计时；

3. 运行一段时间t后停泵，t控制在约6 min，测量储存装置中的液体体积Q；

4. 将上述回收液体静置12 h，达到油水分离，测量储存装置中所回收的油的体积Q’。

（三）试验结果的计算

1. 回收速率计算公式如下：

式中：v为回收速率，单位为立方米每小时（m3/h）；

Q为储存装置中的液体体积，单位为立方米（m3）；

t为试验时间，单位为小时（h）。

2. 回收效率计算公式如下：

式中：η为回收效率；Q’为回收油的体积，单位为立方米（m3）。3. 试验共进行3次，试验数据见表1：

回收效率取3次试验计算出来的回收效率的平均值（91.83%+92.02%+92.00%）/3=91.95%，接近92%。与目前市面上常见的堰式收油机YSY30进行比较，其回收效率大约在40%，小型电动双级堰式收油机的回收效率远大于市面常见的堰式收油机。

回收速率最大值10.10 m3/h，最小值9.80 m3/h，相差0.3 m3/h，符合最大值与最小值的差不得超过20%的要求，故回收速率取3次试验计算出的回收速率的平均值（9.80 m3/h +10.10 m3/h +10.00 m3/h）/3=9.97 m3/h，接近10 m3/h；

五、应用前景分析

（一）布放简便

收油机的布放也直接影响到发生溢油事故时的响应时间，布放越简单、适用环境就越多，反应也更快。目前市场上的堰式收油机大多采用液压作为动力源驱动收油泵，以YSY30堰式收油机为例，重量高达1 210 kg，无论操作还是布放，较小型电动双级堰式收油机更为不便。小型电动双级堰式收油机重量仅约30 kg，一个人就可以搬动到位并开始回收溢油，一部普通的小车就可以将收油机运到任何地方回收溢油，所以设备的布放极其方便。

（二）结构简单

收油机中含有的活动部件越多，设备就越复杂，运行中也更容易出现故障，同时也会影响日常的操作和维护。小型电动双级堰式收油机的活动部件只有2台收油泵和4个堰边高度调节螺栓，结构非常简单，在运行时即便出现故障也很容易置换备件。

（三）操作方便

在突发溢油事故时，收油机的操作越简单，越能快速地响应，同时可以减轻对操作人员进行培训的工作量，减少设备不当操作带来的隐患。只需要将小型电动双级堰式收油机放入水中，调节好4个堰边高度调节螺栓，使围油堰上缘置于油水界面以上的油层中，将输油管接入用来回收溢油的吨桶之中，接通电源就可以正常运行了，操作非常简单易学，稍加培训就可学会。

（四）成本低

目前小型电动双级堰式收油机采购成本远低于普通堰式收油机，购买成本仅为市面常见普通堰式收油机的20%。同时，收油机在长期使用与保存中必然遇到维护和保养的问题，维护和保养越简单，后期维护和保养的花费就更少。小型电动双级堰式收油机只需要做好防锈工作就可以，不需要刻意维护和保养，后期费用极低。

综上所述，小型电动双级堰式收油机优点突出，主要包括以下几个方面：一是广泛适用于内陆江河涌溪湖库塘等内陆水域，填补了内陆水域溢油回收装置的空白；二是创新性采用双级回收和集油槽二级分离的方式，极大提高了回收效率；三是体积小，重量轻，操作简单，布放方便，一个人即可搬运，一部车就可以将小型电动双级堰式收油机运到任何地方回收油污；四是经济投入少，后期维护保养费用低。