海冰存在條件下溢油應(yīng)急難度分析及研究方向

陳宇

摘 要：從對(duì)冰區(qū)溢油的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)、船舶航行、溢油圍控、回收處理等方面的難度進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外針對(duì)冰區(qū)溢油

應(yīng)急響應(yīng)現(xiàn)狀，從技術(shù)的角度提出了未來(lái)的研究方向建議，為提高國(guó)內(nèi)針對(duì)冰區(qū)的溢油應(yīng)急響應(yīng)能力，促進(jìn)

溢油應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展起到積極推動(dòng)的作用。

關(guān)鍵詞：海冰溢油應(yīng)急 研究方向

冰區(qū)溢油應(yīng)急難度分析

溢油如果發(fā)生在有冰的海域，通常具有以下特點(diǎn)：溢油與冰緊密結(jié)合。溢油有可能處在浮冰之上，冰縫隙間，冰蓋以下，或者滲透到海冰內(nèi)部等。不同的溢油發(fā)生情況，往往會(huì)導(dǎo)致不同的冰油位置，也會(huì)對(duì)應(yīng)不同的溢油應(yīng)急響應(yīng)方式。冰和低溫會(huì)減慢溢油的擴(kuò)散和風(fēng)化速度。低溫導(dǎo)致溢油的粘度增加，降低溢油的擴(kuò)散速度和漂移速度，海冰也會(huì)阻擋溢油的漂移和分散，因此在冰區(qū)溢油中油膜的厚度也相對(duì)較厚；溢油風(fēng)化的速度也往往由于低溫而減慢，減少了溢油的乳化程度。較慢的擴(kuò)散和風(fēng)化速度，為溢油應(yīng)急響應(yīng)提供了更多的響應(yīng)時(shí)間。不斷凍結(jié)的冰可能將溢油凍在海冰內(nèi)部。在這種情況下往往只有等到融冰時(shí)才能釋放出溢油，這延長(zhǎng)了徹底治理冰區(qū)溢油的時(shí)間，治理難度增大。冰區(qū)溢油的特點(diǎn)決定了冰區(qū)溢油應(yīng)急響應(yīng)的難度，現(xiàn)對(duì)具體難度分析如下：

1、冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)困難

及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢油的位置是減少溢油污染造成損失的關(guān)鍵，但冰的存在給溢油的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)增加了難度。國(guó)際上開(kāi)展過(guò)20多年的研究，提出了冰中、冰下、冰水混合等條件下多種探測(cè)溢油的方法，主要包括光學(xué)、聲波、雷達(dá)、脈沖、微波、核磁、油氣嗅探、溢油跟蹤等。但至今還這些方法還沒(méi)有成熟應(yīng)用，更不能徹底解決冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。其主要難度體現(xiàn)在：①對(duì)于溢油在海冰以下的情況，開(kāi)闊水域溢油監(jiān)測(cè)監(jiān)視技術(shù)無(wú)法使用，人為的肉眼觀察也往往由于雪的覆蓋而更加困難。特別是渤海近岸的海冰，固定冰加少量的堆積冰或重疊冰給冰下溢油的監(jiān)測(cè)帶來(lái)了更大的困難。②對(duì)于油在冰的縫隙間的情況，現(xiàn)在的溢油衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)、雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)等往往難于區(qū)分冰和油，因此監(jiān)測(cè)困難；由于冰與油的性質(zhì)不同，受海洋水動(dòng)力學(xué)的影響也不盡相同，因此運(yùn)動(dòng)軌跡也不一樣，這就給溢油漂移軌跡的預(yù)測(cè)增加了難度；對(duì)于海上為浮冰的情況，由于渤海浮冰有薄有厚，形狀各異，大小不一，溢油在海流的作用下，遇到冰塊邊緣后，有可能滯留在冰的縫隙之中與浮冰一起漂浮，也有可能會(huì)有一些相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，因此很難準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)溢油位置。

2、清油船舶在冰區(qū)航行艱難

當(dāng)發(fā)生冰區(qū)溢油事故之后，設(shè)備的調(diào)運(yùn)與物資的補(bǔ)給對(duì)應(yīng)急響應(yīng)非常關(guān)鍵。但在像遼東灣這樣冰情較嚴(yán)重的區(qū)域，近海處的冰情可分為沿岸凍結(jié)區(qū)、灘涂堆積區(qū)、流冰區(qū)等不同種類。船舶補(bǔ)給和船舶清理溢油在這些區(qū)域存在一定的困難。渤海灣、萊州灣在冰情較重時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的情況，具體對(duì)船舶的航行影響如下：

沿岸凍結(jié)區(qū)：海冰凍結(jié)成大片的厚度在90cm以上的冰原，該冰原一般不會(huì)水平的運(yùn)動(dòng)，但會(huì)隨著潮汐垂直運(yùn)動(dòng)；岸邊水深較淺，即便在高潮時(shí)，水深也在1.5m左右。這樣的冰情使船舶很難到達(dá)該區(qū)域。

灘涂堆積區(qū)：該區(qū)域分布有眾多具有完整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“冰丘”，其露在海面以上部分由于長(zhǎng)時(shí)間處在低溫的環(huán)境下，因此具有很大的強(qiáng)度，這就給船舶（包括破冰船）在該區(qū)域的航行帶來(lái)十分大的風(fēng)險(xiǎn)。

流冰區(qū)：流冰區(qū)由于潮汐、海風(fēng)、海流等的變化，往往會(huì)頻繁變化漂移方向，因此在該區(qū)域航行的船舶很難保持既定的航向，操作比較困難，往往會(huì)被迫頻繁的改變航線和航速。

3、冰區(qū)溢油的處理難度

渤海冰區(qū)溢油處理的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開(kāi)闊水域，主要體現(xiàn)在溢油的圍控、回收、油冰分離、操作困難等方面，下面以機(jī)械處理技術(shù)、消油劑技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)為例加以說(shuō)明：

常用的機(jī)械處理溢油技術(shù)經(jīng)常遇到如下困難：①在海冰密度較大時(shí)，溢油處理設(shè)備往往存在著難于布放的問(wèn)題，利用設(shè)備收油則更是沒(méi)有可能；②海冰會(huì)對(duì)溢油回收船舶和溢油應(yīng)急設(shè)備造成沖擊，可能造成設(shè)備的損壞；③渤海海冰并不像北美海域和北歐海域的海冰那樣厚重，難于支撐人員和設(shè)備直接在冰面上進(jìn)行溢油回收的操作，尤其是大型設(shè)備，這給溢油的回收造成了困難；④溢油吸附在海冰上，也可能滯留在冰縫中，與碎冰混雜在一起，給溢油的回收帶來(lái)了困難；⑤低溫會(huì)造成溢油粘度的升高，甚至凝固成固體，很多回收設(shè)備在這種情況下已經(jīng)失效，造成回收困難；⑥一些設(shè)備在回收冰區(qū)溢油時(shí)，會(huì)一同回收上大量的碎冰和水，而在船上油-冰-水的分離較難；⑦在冰區(qū)作業(yè)，溫度較低，人員操作難度增大，設(shè)備的運(yùn)維也更加困難，設(shè)備在低溫下的運(yùn)轉(zhuǎn)效率也會(huì)降低，安全風(fēng)險(xiǎn)變大，這些都給冰區(qū)溢油回收帶來(lái)困難。

在冰區(qū)使用消油劑難度較大。消油劑的使用效果受多方面因素的影響，例如：溢油的油品特性、乳化程度、風(fēng)化時(shí)間，外界溫度、消油劑配比及噴灑方式等。一般消油劑對(duì)粘度在600至2900mPa·s之間的溢油適用，當(dāng)粘度超過(guò)5000mPa·s時(shí)，消油劑將失去效力。因此溫度較低時(shí)，溢油的粘度的增加會(huì)降低消油劑的使用范圍。另外，低溫也會(huì)導(dǎo)致消油劑的主要成分溶劑和表面活性劑的性能下降，致使消油劑在低溫的情況下發(fā)揮不出其應(yīng)有的效果，甚至完全失效。

生物修復(fù)技術(shù)在冰區(qū)無(wú)法發(fā)揮作用。海岸線上的溢油污染可以利用生物修復(fù)的技術(shù)進(jìn)行清理，1989年艾克森瓦爾迪茲油輪泄漏事故后，應(yīng)用生物降解技術(shù)對(duì)海岸線的清理是第一次大規(guī)模應(yīng)用此技術(shù)。自此以后，生物降解技術(shù)的成功率一直是研究和應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題。早期的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海水溫度只有0-1℃時(shí)，生物降解石油碳?xì)浠衔锏乃俣仁呛苈模钱?dāng)溫度升至10-12℃，速度會(huì)快得多。站在應(yīng)用的立場(chǎng)上，在寒冷氣候下使用生物降解技術(shù)是很具挑戰(zhàn)性話題，這主要是因?yàn)樵诘蜏貤l件下一般的生物難于存活或者處于休眠狀態(tài)。雖然一些人在從北極的菌種中篩選嗜冷的石油烴降解菌，但距離應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)，因此生物修復(fù)技術(shù)在冰區(qū)溢油應(yīng)急處置中難于應(yīng)用。

冰區(qū)溢油應(yīng)急技術(shù)研究方向探討

1、發(fā)展冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)

現(xiàn)階段國(guó)外已經(jīng)針對(duì)冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了多年的研究，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展過(guò)一些初步的研究。但到目前為止，尚未找到一種可以解決冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)問(wèn)題的行之有效的技術(shù)。因此建議在以后的工作中，繼續(xù)開(kāi)展此方向的技術(shù)攻關(guān)，解決冰區(qū)溢油預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)的難題。

2、發(fā)展冰區(qū)溢油圍控技術(shù)

傳統(tǒng)的圍油欄在冰區(qū)圍油的可行性大大降低，主要是因?yàn)楸o布放圍油欄及拖帶圍油欄帶來(lái)相應(yīng)的困難，特別是平整冰或者冰密度較大的情況。另外，運(yùn)動(dòng)的海冰的沖擊力也容易破壞圍油欄，造成圍油失敗。國(guó)外的數(shù)次冰區(qū)溢油事故中，常規(guī)圍欄很難發(fā)揮作用。但在冰的密集度較小，船舶和圍油欄可以回避大塊浮冰的情況下，常規(guī)油圍欄才有應(yīng)用的可能性。但必須做好作業(yè)前的安全評(píng)估，充分考慮作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

防火圍油欄作為特種圍油欄的一種，可以用于冰區(qū)圍控溢油，但作業(yè)前的安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估依然必不可少。汽泡和射水屏障也有可能在冰區(qū)溢油的圍控中起到作用，據(jù)報(bào)道汽泡幕已經(jīng)在北極的條件下開(kāi)展試驗(yàn)，有著比較好的應(yīng)用效果。但國(guó)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)利用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行圍油、控油。在有冰的條件下發(fā)生溢油，冰的存在往往也可以降低油的流動(dòng)性和擴(kuò)散性，如能充分加以利用，則可以形成一道“天然”的圍油欄。

因此，在以后的工作中，建議：針對(duì)有一定抗冰能力的圍油欄，研究其布放、拖帶、回收技術(shù)；開(kāi)發(fā)氣泡、射水圍控溢油技術(shù)，探索使用方法；研究利用浮冰圍控溢油的技術(shù)。

3、發(fā)展冰區(qū)溢油回收技術(shù)

從環(huán)保的角度出發(fā)，機(jī)械回收通常認(rèn)為是最有利的海上溢油清理方法。目前國(guó)外針對(duì)冰區(qū)溢油所開(kāi)發(fā)的技術(shù)也大多針對(duì)機(jī)械回收。

在冰區(qū)進(jìn)行溢油回收，所面臨的問(wèn)題往往是冰和低溫帶來(lái)的困難，這在上文中已經(jīng)闡述。因此，在以后的工作中，建議：①開(kāi)發(fā)冰區(qū)溢油回收設(shè)備，充分考慮到冰對(duì)設(shè)備的沖擊，增加設(shè)備的強(qiáng)度；②開(kāi)發(fā)冰油分離裝置，該裝置可以在船上分離，也可以直接在水面上進(jìn)行分離（如高壓水槍等），這樣有利于減少冰對(duì)溢油回收的影響；③重視固態(tài)原油回收設(shè)備及技術(shù)的開(kāi)發(fā)，該技術(shù)的開(kāi)發(fā)不僅對(duì)冰區(qū)溢油有益，也可以用于在開(kāi)闊海域回收凝固溢油和被凝油劑凝固的溢油。

4、研制低溫消油劑

常規(guī)的消油劑在低溫的情況下往往失去效力，我國(guó)北方海域一年中多半時(shí)間處在低溫（15℃以下）狀況，因此低溫消油劑在我國(guó)有著更廣闊的應(yīng)用空間。在加拿大、冰島等寒冷地區(qū)，低溫消油劑的研制發(fā)展迅速，但在我國(guó)還未見(jiàn)低溫消油劑的研究報(bào)道，因此低溫消油劑的研發(fā)在我國(guó)已經(jīng)刻不容緩。

5、研究凝油劑的使用技術(shù)

在處理凝點(diǎn)低，粘度低的溢油時(shí)，為了便于回收，國(guó)外經(jīng)常使用化學(xué)凝油劑凝集溢油后再予回收，以提高回收率。

凝油劑具有降低溢油毒性、減慢溢油擴(kuò)散速度、便于圍控等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)凝固后的溢油回收技術(shù)是使用凝油劑凝油回收的必要保障。國(guó)外回收高粘度溢油和固狀油塊的技術(shù)設(shè)備主要包括機(jī)械回收裝置和網(wǎng)式回收裝置。但國(guó)內(nèi)針對(duì)高粘度固態(tài)原油普遍采用的方法還是原始的人工手動(dòng)使用撈油網(wǎng)的方式進(jìn)行處理，因此在發(fā)展凝油技術(shù)的同時(shí)，還應(yīng)開(kāi)發(fā)凝固溢油的回收設(shè)備，特別是網(wǎng)式收油裝置和技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

6、研究現(xiàn)場(chǎng)焚燒技術(shù)

溢油的現(xiàn)場(chǎng)焚燒由于其清除溢油成本低、清除率高（據(jù)報(bào)道，若油膜控制適當(dāng)，燃燒可達(dá)95%以上）、耗時(shí)少，是在短時(shí)間內(nèi)清除大量溢油的有效手段，在美國(guó)等國(guó)家倍受青睞。在應(yīng)對(duì)Exxon Valdez輪溢油事故時(shí)，美國(guó)采用了現(xiàn)場(chǎng)焚燒技術(shù)，得到了高達(dá)98%的溢油燃燒率。

但處于安全性和二次污染方面的考慮，筆者認(rèn)為在渤海應(yīng)慎重使用焚燒技術(shù)。而且在國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)焚燒溢油的技術(shù)仍屬空白，若沒(méi)有一定的研究基礎(chǔ)作為支撐，更應(yīng)慎重使用，避免嚴(yán)重的后果和影響。但在某些情況下，溢油的現(xiàn)場(chǎng)焚燒卻又是處理溢油的絕佳方法，特別是針對(duì)冰區(qū)溢油。因此建議應(yīng)對(duì)溢油的現(xiàn)場(chǎng)焚燒技術(shù)進(jìn)行研究，以備不時(shí)之需。研究應(yīng)主要應(yīng)針對(duì)以下幾方面：①溢油現(xiàn)場(chǎng)焚燒應(yīng)具備的條件；②溢油現(xiàn)場(chǎng)焚燒需要的裝備、材料；③溢油現(xiàn)場(chǎng)焚燒的點(diǎn)火技術(shù)；④溢油現(xiàn)場(chǎng)焚燒的控制技術(shù)；⑤溢油現(xiàn)場(chǎng)焚燒后殘余污染物的處理技術(shù)。

(作者單位：中海石油環(huán)保服務(wù)有限公司)