溢油回收、臨時(shí)儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)運(yùn)能力的數(shù)值關(guān)系研究

張春昌 靳衛(wèi)衛(wèi) 韓龍 宋莎莎

（1 大連海事大學(xué) 遼寧大連 116000 2 中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司 天津 300452 3 煙臺(tái)溢油應(yīng)急技術(shù)中心 山東煙臺(tái) 264000）

目前，世界上很少?lài)?guó)家建立了溢油回收能力、臨時(shí)儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)運(yùn)能力三者關(guān)系的定量要求，1996 年，美國(guó)海岸警備隊(duì)提出了基于日有效機(jī)械回收能力的溢油應(yīng)急綜合能力評(píng)估方法[1]。2010 年美國(guó)墨西哥灣“深水地平線(xiàn)”平臺(tái)溢油事故后，美國(guó)修改了基于機(jī)械回收能力和消油劑清除能力的溢油應(yīng)急綜合能力評(píng)估方法，但未就三者關(guān)系作出定量的要求[2]。中國(guó)在交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《船舶溢油應(yīng)急能力評(píng)估導(dǎo)則》[3]中提出溢油應(yīng)急綜合能力計(jì)算方法，但也未提定量的算法。孫建新等人[4]針對(duì)一艘專(zhuān)業(yè)溢油應(yīng)急船自身具備的溢油處置能力提出了回收能力和臨時(shí)儲(chǔ)存能力的定量方法，但未考慮轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

1 溢油回收、臨時(shí)儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)運(yùn)能力定義

溢油回收能力是指通過(guò)機(jī)械設(shè)備或吸收吸附材料等物理方法將水上溢油回收的能力，其中，以收油機(jī)為主的機(jī)械回收能力是決定溢油回收能力的關(guān)鍵。臨時(shí)儲(chǔ)存能力是指臨時(shí)存放收油機(jī)或吸油氈等回收到的油污水和含油垃圾的容器或場(chǎng)所具備的接收能力，主要包括專(zhuān)業(yè)溢油應(yīng)急船上的油污水艙以及其它用于儲(chǔ)油和轉(zhuǎn)運(yùn)油污水的輔助船、儲(chǔ)油囊等。轉(zhuǎn)運(yùn)能力是指通過(guò)船舶、車(chē)輛或其它裝置將臨時(shí)容器或場(chǎng)所的油污水和油垃圾過(guò)駁、轉(zhuǎn)移運(yùn)輸?shù)桨痘邮仗幚碓O(shè)施進(jìn)行處理的能力。

2 溢油回收能力與臨時(shí)儲(chǔ)存能力的數(shù)值關(guān)系

溢油回收作業(yè)中，充足的臨時(shí)儲(chǔ)存是保證回收作業(yè)是否可持續(xù)進(jìn)行的前提，目前的研究成果中主要存在以下問(wèn)題：

2.1 在計(jì)算臨時(shí)儲(chǔ)存能力時(shí)，僅考慮了收油機(jī)的回收量，沒(méi)有考慮吸油氈等方式回收油垃圾、岸線(xiàn)清污產(chǎn)生的油垃圾以及應(yīng)急裝備清洗產(chǎn)生的油垃圾等的臨時(shí)儲(chǔ)存要求。

2.2 在計(jì)算臨時(shí)儲(chǔ)存能力時(shí)，未考慮經(jīng)過(guò)船上臨時(shí)油水分離將水排出后減少的儲(chǔ)存量和轉(zhuǎn)運(yùn)量。

2.3 在計(jì)算臨時(shí)儲(chǔ)存能力時(shí)，未考慮在遠(yuǎn)距離、大規(guī)模應(yīng)急行動(dòng)中需要將油污水和油垃圾轉(zhuǎn)移到第二個(gè)臨時(shí)儲(chǔ)存場(chǎng)所的問(wèn)題[5]。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)能力與回收能力、臨時(shí)儲(chǔ)存能力的數(shù)值關(guān)系

目前，僅在理論研究中有對(duì)突發(fā)事件物資供應(yīng)調(diào)度定量研究，但這些研究主要是基于陸上突發(fā)事件，沒(méi)有結(jié)合水上溢油事故的特點(diǎn)專(zhuān)門(mén)研究轉(zhuǎn)運(yùn)能力的定量關(guān)系。在設(shè)計(jì)水上溢油應(yīng)急轉(zhuǎn)運(yùn)能力的定量計(jì)算公式時(shí)，應(yīng)當(dāng)主要考慮以下因素：

3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)能力應(yīng)當(dāng)區(qū)分水上運(yùn)輸、陸地運(yùn)輸和航空運(yùn)輸，且應(yīng)當(dāng)考慮多種形式聯(lián)運(yùn)，即車(chē)船或者船船的多次轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)能力大小決定了是否需要更大的臨時(shí)儲(chǔ)存能力。在海上運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮是否可在當(dāng)日往返，若不能當(dāng)日往返，則應(yīng)當(dāng)考慮增加海上的臨時(shí)儲(chǔ)存能力。

3.3 回收能力、臨時(shí)儲(chǔ)存能力、轉(zhuǎn)運(yùn)能力三者之間應(yīng)當(dāng)盡可能的接近，以保障整個(gè)收油作業(yè)的連續(xù)進(jìn)行，并最大程度上符合經(jīng)濟(jì)效益比。

4 計(jì)算公式

基于上述分析，提出回收能力、臨時(shí)儲(chǔ)存能力、轉(zhuǎn)運(yùn)能力三者的定量數(shù)值關(guān)系如下式：

其中，R實(shí)表示收油機(jī)實(shí)質(zhì)每天的回收能力，單位為立方米/小時(shí)（m3/h）；

R標(biāo)表示收油機(jī)標(biāo)稱(chēng)的回收能力，單位為立方米/小時(shí)（m3/h）；

α1表示收油機(jī)的實(shí)際回收油水混合物效率（百分比），可參照《船舶溢油應(yīng)急綜合能力評(píng)估導(dǎo)則》；

h1表示收油機(jī)一天工作的時(shí)間，單位為小時(shí)（h）。

表1 收油機(jī)實(shí)際收油速率占標(biāo)定收油速率經(jīng)驗(yàn)值

I 表示每天投入的吸收吸附材料數(shù)量，單位為噸（t）；

J 表示吸收吸附倍數(shù)；

K 表示油保持率（%）；

Φ1表示吸收吸附加權(quán)系數(shù)，一般取0.3，需要考慮因素包括溢油種類(lèi)和油膜厚度、吸收吸附材料的吸水率、回收方式和海況等情況；

R1表示使用機(jī)械工具（如鏟車(chē)等）進(jìn)行岸線(xiàn)清污時(shí)每m2產(chǎn)生的油垃圾量，取值為4.0 m3/m2；

A1表示每天可使用機(jī)械工具可清理岸線(xiàn)的面積，取決于用于岸線(xiàn)清污的人數(shù)、工具配備以及天氣影響等因素，單位為平方米（m2）；

R2表示使用手工方式進(jìn)行岸線(xiàn)清污時(shí)每平方米產(chǎn)生的油垃圾量，取值為1.4 m3/m2；

A2表示每天使用手工方法可清理岸線(xiàn)的面積，取決于用于岸線(xiàn)清污的人數(shù)、工具配備以及天氣影響等因素，單位為平方米（m2）；岸線(xiàn)清污產(chǎn)生的油垃圾量取決于所采取的清污方法、岸線(xiàn)類(lèi)型、油污染狀態(tài)等因素，建議采用《北極地區(qū)溢油應(yīng)急垃圾管理策略指南》[6]岸線(xiàn)清污產(chǎn)生的油垃圾量的經(jīng)驗(yàn)；

C1表示轉(zhuǎn)運(yùn)工具的容量，單位為立方米（m3）；

α 表示容器內(nèi)油污水或油垃圾的安全富余量一般取5%；

D 表示船上油水分離裝置的油水處理能力，單位為立方米/小時(shí)（m3/h）；

h1表示船上油水分離裝置的工作時(shí)間，單位為小時(shí)（h）；

p1表示回收的油污水中油的含量（%）；

p2表示經(jīng)油水裝置分離后油污水中油的含量（%）；實(shí)質(zhì)臨時(shí)儲(chǔ)存能力只考慮了油水分離能力，若存在著其他臨時(shí)處理方式，則應(yīng)當(dāng)按照上式方法計(jì)算出所有可用于儲(chǔ)存的裝置的實(shí)質(zhì)儲(chǔ)存能力；

H 表示各個(gè)不同運(yùn)輸方式的可工作時(shí)間，單位為小時(shí)（h），包括了轉(zhuǎn)駁、靠泊和行駛時(shí)間等。

D 表示轉(zhuǎn)運(yùn)工具距離油污水、垃圾等臨時(shí)儲(chǔ)存場(chǎng)所或點(diǎn)的距離，單位為公里（km）；

V1表示運(yùn)輸工具的速率，單位為公里/小時(shí)（km/h）,該速率應(yīng)當(dāng)考慮運(yùn)輸工具的備車(chē)時(shí)間，一般取陸上速度為50 km/h～60km/h、海上11 km/h ～15km/h（6-8 節(jié)）、空中150 km/h ～250km/h[7]；

V2 表示通過(guò)過(guò)駁的方式將油污水、垃圾等回收的污染物從臨時(shí)儲(chǔ)存場(chǎng)所轉(zhuǎn)移到運(yùn)輸工具上的過(guò)駁速率，單位為立方米/小時(shí)（m3/h）；

f(Xn)表示經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)運(yùn)的綜合轉(zhuǎn)運(yùn)能力，單位為立方米/天（m3/d）；

f(X1)表示一次轉(zhuǎn)運(yùn)能力，即從臨時(shí)儲(chǔ)存場(chǎng)所直接將油污水和垃圾運(yùn)送至處理場(chǎng)所，單位為立方米/天（m3/d）；

對(duì)于進(jìn)行多次轉(zhuǎn)運(yùn)的，應(yīng)當(dāng)首先計(jì)算出一次轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，再利用一次轉(zhuǎn)運(yùn)能力的計(jì)算方法，計(jì)算出其余各次的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，則其綜合轉(zhuǎn)運(yùn)能力為一次轉(zhuǎn)運(yùn)能力和其余各次轉(zhuǎn)運(yùn)能力的最小值之和，即為多次轉(zhuǎn)運(yùn)的綜合轉(zhuǎn)運(yùn)能力f(Xn)。

5 案例驗(yàn)證

以2013 年黃島“11.22”管線(xiàn)溢油入海事故為例，選取其中的兩艘專(zhuān)業(yè)溢油應(yīng)急處置船對(duì)上述算法進(jìn)行驗(yàn)證。具體參數(shù)如下：

船舶作業(yè)水域?yàn)榉情_(kāi)闊水域，離岸上儲(chǔ)存地約21 海里，一艘溢油應(yīng)急處置船上的收油機(jī)回收能力為200t/h，帶式收油機(jī)，回收的油污水中油的含量為50%，船上油污水艙容總計(jì)400m3，另一艘船上的收油機(jī)回收能力為100t/h，為刷式收油機(jī)，回收的油污水中油的含量為80%，船上油污水艙容為250m3，其中200t/h 的專(zhuān)業(yè)清污船上配備了油水分離裝置，油水分離裝置處理油污水的能力為50t/h，處理后油污水中油的含量可高達(dá)90%；每天投放吸油氈10t；岸線(xiàn)清污中，機(jī)械清污每天20m2，人工清污每天10m2。臨時(shí)儲(chǔ)存能力中除兩艘專(zhuān)業(yè)船的艙容外，還有大型儲(chǔ)油囊兩只，每只為50m3，分別配備在兩艘專(zhuān)業(yè)船上。在岸上有油污水儲(chǔ)存池一個(gè)，容積為500m3，還有簡(jiǎn)易存放垃圾的場(chǎng)所，可儲(chǔ)存約100m3的垃圾。船舶回收到的油污水需要轉(zhuǎn)運(yùn)到岸上儲(chǔ)存場(chǎng)所，再由罐裝車(chē)和卡車(chē)將其送至指定的處理場(chǎng)進(jìn)行處理。油罐車(chē)20 輛，每輛容積為10m3?？ㄜ?chē)15 輛，每輛容積為5m3。岸上儲(chǔ)存場(chǎng)所至油污水和垃圾處理場(chǎng)所為30km。

基于上述條件，對(duì)其能力進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如下：

每天收油機(jī)可回收的溢油數(shù)量為180t，每天吸附材料吸附回收油所產(chǎn)生的油垃圾數(shù)量為29.2t，每天岸線(xiàn)清污產(chǎn)生的油垃圾數(shù)量為94m3?；厥沼退旌衔锇疵棵?1t 取值，則每天具備的回收能力總和為303.2 m3，實(shí)質(zhì)具備的儲(chǔ)存能力之和為1349.2 m3。

轉(zhuǎn)運(yùn)能力分為一次轉(zhuǎn)運(yùn)和二次轉(zhuǎn)運(yùn)，按以下條件進(jìn)行計(jì)算：

一次轉(zhuǎn)運(yùn)：岸上清污只需從臨時(shí)儲(chǔ)存場(chǎng)所直接運(yùn)至垃圾處理場(chǎng)，為一次轉(zhuǎn)運(yùn)。假設(shè)15 輛卡車(chē)中，有12 輛是用于轉(zhuǎn)運(yùn)岸線(xiàn)清污產(chǎn)生的垃圾，其裝卸時(shí)間分別取0.5h，每天工作時(shí)間為8h，則其具備的一次轉(zhuǎn)運(yùn)能力為228m3/d。

二次轉(zhuǎn)運(yùn)中的第一次轉(zhuǎn)運(yùn)：假設(shè)安排了一艘小型油輪進(jìn)行海上轉(zhuǎn)運(yùn)，油輪容積為500m3，航速為7 節(jié)，油輪上帶有卸載裝置，100m3/h。油輪上有垃圾桶等設(shè)施，可以?xún)?chǔ)存約30t 的垃圾。由于海上完成一次運(yùn)輸包括前往時(shí)間、返回時(shí)間和兩次卸載作業(yè)，同時(shí)考慮到船舶靠泊和備車(chē)時(shí)間，按一天完成一次往返轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)進(jìn)行計(jì)算，則海上至陸地的轉(zhuǎn)運(yùn)能力：503.5m3/d。

二次轉(zhuǎn)運(yùn)中的第二次轉(zhuǎn)運(yùn)能力：包括含油污水和垃圾兩部分分別進(jìn)行計(jì)算，其中垃圾安排3 輛卡車(chē)運(yùn)送，含油污水用油罐車(chē)轉(zhuǎn)送，則其轉(zhuǎn)運(yùn)能力為817m3/d，由于二次轉(zhuǎn)運(yùn)中各個(gè)環(huán)節(jié)必須銜接和匹配取最小值，故二次轉(zhuǎn)運(yùn)的能力取小值為503.5m3/d，則其綜合轉(zhuǎn)運(yùn)能力為731.5m3/d。

經(jīng)上述計(jì)算可知，回收能力為303.2m3/d，臨時(shí)儲(chǔ)存能力為1254.2m3/d，轉(zhuǎn)運(yùn)能力為731.5m3/d，由于回收能力、臨時(shí)儲(chǔ)存能力和轉(zhuǎn)駁能力需要相互匹配，經(jīng)計(jì)算，可以看出該事故中臨時(shí)儲(chǔ)存能力和轉(zhuǎn)駁能力配置相對(duì)較高，可以滿(mǎn)足收油機(jī)回收的要求。

[1] U.S Coast Guard, the final rules for Tank Vessels and Marine Transportation-related facilities implementing a provision of the Oil Pollution Act of 1990 that required Vessel Response Plans(VRPs)and Facility Response Plans(FRPs).

[2]33 CFR 155 App B,section 5.4.

[3]中華人民共和國(guó)山東海事局.JT/T 877-2013，船舶溢油應(yīng)急能力評(píng)估導(dǎo)則[S].北京：人民交通出版社，2013.

[4]孫建新, 張春昌. 專(zhuān)業(yè)溢油應(yīng)急船溢油處置能力及其裝備探討[J].中國(guó)海事,2013,06:18-21.

[5]國(guó)際油輪船東聯(lián)合會(huì)（ITOPF）,油和垃圾處置指南.http://www.itopf.com/knowledge-resources/documents-guides/disposal/.

[6]Polaris Applied Sciences,Inc. Guidelines and strategies for oil spill waste management in arctic regions,April 2009,p:1.

[7]加拿大交通運(yùn)輸海上安全理事會(huì).TP 12401,應(yīng)急機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)[S].