國內(nèi)外溢油應(yīng)急技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

徐蔥蔥，孫云峰，徐彬彬，趙云峰，馬江濤

1.中國石油管道科技研究中心 （河北 廊坊 065000）

2.中國石油管道有限責任公司 （河北 廊坊 065000）

3.中國石油管道分公司 （河北 廊坊 065000）

隨著人們對石油資源的大力開發(fā)，以及石油分布的地域性等特點，石油運輸業(yè)務(wù)也隨之迅猛發(fā)展。船舶和管道作為常用的運輸方式，有效保障了能源供應(yīng)，但泄漏事故時有發(fā)生，給周圍環(huán)境帶來了不同程度的污染，同時也給經(jīng)濟帶來巨大損失[1]。20世紀60年代以來，全球萬噸以上的溢油污染事故幾乎年年發(fā)生。據(jù)國際海事組織（International，Maritime Organization，IMO）統(tǒng)計，每年由各種污染源排入海洋環(huán)境的石油總量至少有3.2×106t[2]。近年來，管道泄漏事故引起的河流污染問題也給社會造成了較大的壓力。當溢油大量流入海上、河流、湖泊及地下水時，給水體生態(tài)和漁業(yè)經(jīng)濟等帶來了嚴重破壞。因此，有必要建立一套完善的溢油應(yīng)急技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用先進適用的溢油監(jiān)視、監(jiān)測、預(yù)測和處置技術(shù)，最大程度地減小溢油事故造成的危害[3]。

1 溢油監(jiān)視技術(shù)

溢油監(jiān)視是利用各種遙感技術(shù)，通過信息傳輸和處理來判讀溢油信息的過程。遙感平臺和技術(shù)的選用、遙感圖像的數(shù)字處理工作是影響溢油監(jiān)測準確性的關(guān)鍵，由于受到天氣等影響，遙感數(shù)據(jù)中存在大量干擾信號，原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過計算機圖像處理，才能達到監(jiān)測的要求。目前常用的監(jiān)視技術(shù)包括航空遙感、衛(wèi)星遙感、雷達遙感、船舶遙感、浮標跟蹤遙感和合成孔徑雷達監(jiān)視（SAR）等。其中，航空遙感和衛(wèi)星遙感應(yīng)用最為廣泛；合成孔徑雷達監(jiān)視效果最好，發(fā)展迅速。

我國溢油監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用研究起步較晚，交通部海事局目前通過部署海監(jiān)飛機對海上溢油進行監(jiān)視，但與國外相比，設(shè)備集成度低，監(jiān)視水平尚處于定性階段，數(shù)據(jù)不能實時傳輸，信息處理能力弱，缺少適用于航空遙感的專用遙感器。在衛(wèi)星遙感方面，于2009年首次實現(xiàn)了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對海面溢油進行常規(guī)監(jiān)視，通過對Landsat-TM、NOAAAVHRR、Terra/Aqua-MODIS等衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的分析來識別海面溢油，可根據(jù)煤油、輕柴油、潤滑油、重柴油和原油的最佳波段組合及其特征光譜曲線進行監(jiān)視[4]，但目前提取溢油信息的理論研究尚不成熟，衛(wèi)星接收分辨率還較低。在合成孔徑雷達監(jiān)視技術(shù)方面，我國也進行了相關(guān)研究，可實現(xiàn)溢油的識別、計算溢油面積，以及實時監(jiān)測等功能，但成本較高，還沒有實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

2 溢油監(jiān)測技術(shù)

溢油監(jiān)測主要包括溢油理化性能測定、溢油量的監(jiān)測、溢油污染范圍監(jiān)測以及溢油鑒別。其中溢油鑒別是確認溢油源的關(guān)鍵技術(shù)，通過分析比較可疑溢油源和溢油樣的信息為溢油事故處理提供科學依據(jù)，但通常油品組成比較復(fù)雜，難以對比分析油品的所有信息，只能從所獲數(shù)據(jù)中提取最能代表油品特征的信息進行分析，而油品暴露在空氣中，許多信息存在不穩(wěn)定性，也導(dǎo)致鑒別準確性存在難度。油指紋法是目前溢油鑒別的主要技術(shù)，油指紋鑒別方法有氣相色譜法、氣相色譜及質(zhì)譜聯(lián)用法、高效液相色譜法、紅外光譜法和排阻色譜法等。其中，氣相色譜和氣相色譜及質(zhì)譜聯(lián)用法應(yīng)用最為廣泛。

美國、加拿大和日本等都先后建立起較完善的溢油鑒定體系和油指紋庫。美國海岸警備隊在20世紀70年代中期已開始油指紋分析的研究和應(yīng)用，建立了油品鑒別中心實驗室，可實現(xiàn)溢油的有效鑒別。加拿大環(huán)保部應(yīng)急響應(yīng)中心建立了一套基于氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法的油指紋鑒別體系，探索了內(nèi)標法定量分析100多種化合物的油指紋分析方法，建立了龐大的油指紋數(shù)據(jù)庫，可對風化溢油進行有效鑒別。日本采用帶有火焰離子化檢測器的氣相色譜、火焰光度檢測器的氣相色譜、紅外光譜及氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用法等，可對溢油進行分析鑒別[5]。

我國開展溢油鑒別技術(shù)研究相對較晚，國家海洋局于1996年制定了《海面溢油鑒別系統(tǒng)規(guī)范》，并于2007年作為國家標準頒布實施（GB/T 21247—2007）?；诮陙戆l(fā)生的溢油污染事件，國家海洋局、煙臺溢油應(yīng)急技術(shù)中心等均在積極開展油指紋鑒別體系的研究，建立了包括部分渤海原油、陸地原油、成品油和一些國外油品的油指紋庫，在油指紋鑒別技術(shù)上也取得了長足的進步。

3 溢油預(yù)測技術(shù)

溢油預(yù)測是通過計算機運算溢油數(shù)學模型預(yù)測溢油漂移和擴散軌跡。溢油事故發(fā)生后，能在第一時間以及事故搶險過程中預(yù)測泄漏油品歸宿及現(xiàn)存油量，對于事故控制有著極其重要的作用。另外，通過與溢油監(jiān)視、監(jiān)測技術(shù)聯(lián)合使用，可以為溢油應(yīng)急響應(yīng)決策提供信息支持，增加決策的科學性。由于溢油不僅受風、流、水動力等因素影響，而且和油品本身的化學性質(zhì)有關(guān)，因此尋求最優(yōu)的溢油擴散模型和建立溢油擴散預(yù)測系統(tǒng)是溢油預(yù)測的核心和難點。

國外針對溢油漂移擴散模型的研究始于20世紀60年代初。Fay[6]在1969年提出了溢油在靜水或恒流環(huán)境下擴散的三階段模型，后續(xù)學者綜合考慮風、流場等實際水環(huán)境影響后，對其進行了改進。Johansen[7]在1984年提出了油粒子模型，使溢油模型發(fā)展到一個新的高度，可較好描述在環(huán)境動力作用下油膜的剪變過程和破碎過程，預(yù)報油膜邊緣的擴展過程以及油膜形狀在風向上的明顯拉伸現(xiàn)象，油粒子模型是當前研究的主要方向。目前，許多國家根據(jù)溢油模型的研究成果已建立起自己的溢油預(yù)報系統(tǒng)，比較先進的有美國的OILMAP及SPEARS系統(tǒng)、英國的OSIS系統(tǒng)、挪威的Oscar系統(tǒng)、比利時的MU-SUCK系統(tǒng)和荷蘭MS4系統(tǒng)等[8]。

我國于20世紀80年代初基于Fay理論開始進行溢油模型的研究，并研究了溢油的風化影響、漂移過程、溶解乳化等方面的預(yù)測模型。國家海洋局海洋環(huán)境保護研究所與比利時北海數(shù)學模型管理署（1989—1991年）合作開發(fā)了基于油粒子概念的二維溢油軟件包和三維溢油軟件包。遼河油田在二維溢油軟件包的基礎(chǔ)上開發(fā)出了“溢油動態(tài)可視系統(tǒng)OE5YS”，該系統(tǒng)被納入遼河油田灘海開發(fā)區(qū)溢油應(yīng)急計劃中。目前，各個重要海域也逐漸建立溢油應(yīng)急預(yù)報信息系統(tǒng)，在溢油模型預(yù)測上的研究水平已基本與國際達到同步，已初步具備溢油應(yīng)急預(yù)報的基礎(chǔ)條件，但是在數(shù)據(jù)采集、環(huán)境評估及溢油應(yīng)急預(yù)報的系統(tǒng)化、商業(yè)化方面與發(fā)達國家相比還存在較大差距。

4 溢油處置技術(shù)

溢油處置技術(shù)主要包括物理方法、現(xiàn)場燃燒和化學制劑方法等。其中，物理清除方法最為理想，可避免處置過程中產(chǎn)生附屬物，包括圍控、機械回收、吸油材料等處置方法?，F(xiàn)場燃燒費用低，但會污染海洋環(huán)境和大氣，一般應(yīng)用在遠離海岸的公海?；瘜W制劑方法通過播撒分散劑或凝油劑，使用方便，不受天氣和海況影響，但存在成本較高、存在“二次污染”等缺點。研究一套高效、輕便、經(jīng)濟、適應(yīng)能力強的溢油處置技術(shù)是目前國內(nèi)外溢油處置技術(shù)的發(fā)展方向。

總之，零工經(jīng)濟的出現(xiàn)和發(fā)展，對勞務(wù)市場、就業(yè)市場是積極補充。數(shù)字顯示，2017年我國參與共享經(jīng)濟活動的人數(shù)超過7億，比上年增加1億人左右，參與提供服務(wù)者人數(shù)約為7000萬人，比上年增加1000萬人。面對這一龐大的新興就業(yè)群體，他們的權(quán)益保障不能“歸零”，這就需要相關(guān)部門重視起來，通過完善政策等，為每一位勞動者筑牢權(quán)益保障基石。

4.1 圍控

溢油圍控技術(shù)主要采用圍油欄法。國外圍油欄的研究始于20世紀30年代，并在技術(shù)和裝備上不斷進行優(yōu)化。技術(shù)方面，研究了圍油欄失效模擬、圍油欄效果波浪水文等內(nèi)容，并應(yīng)用于實踐。圍油欄裝備開發(fā)方面，日本開發(fā)了圓柱型的固體浮子式圍油欄；美國船舶公司開發(fā)了可鏈接型的固體浮子式圍油欄；英國維科馬公司研制有可充氣充水的圍油欄。近年來，基于圍油欄失效研究的成果，美國開發(fā)出了一種雙層構(gòu)造的充氣式圍油欄，具有密封性好、氣體不外泄、持續(xù)時間長、占用空間少等優(yōu)點。另外，新型的聚氨酯圍油欄具有抗拉強度高、快速布放、重量輕等優(yōu)點，是今后快速布放圍油欄的發(fā)展趨勢[9]。

我國于20世紀80年代開始對圍油欄開展選型和改進研究，基于圍油欄性能試驗研究，于2001年制定了圍油欄的行業(yè)標準JT/T 465—2001《圍油欄》。近年來有學者對圍油欄的水平均勻流作用、波流作用下圍油欄的有效深度，以及圍油欄的失效過程開展了研究，填補了國內(nèi)空白，為圍油欄的選型和開發(fā)提供了理論依據(jù)。另外國內(nèi)也研制了防火圍油欄，取得了較好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。但我國在圍油欄的模擬研究方面仍比較薄弱，需針對不同結(jié)構(gòu)圍油欄開展數(shù)值模擬研究，為改進圍油欄技術(shù)提供理論依據(jù)；同時針對圍油欄設(shè)備布置繁瑣、操作人工較多、操作人員需要專門培訓(xùn)等缺點，應(yīng)加速新型高效圍油欄裝備的研發(fā)。

4.2 機械回收

相對于人工回收和吸油材料回收，機械回收具有效率高、回收效果好等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各類油品的泄漏處置。目前，常用的機械回收裝置從工作原理可分為堰式收油機、黏附式收油機、動態(tài)斜面式收油機和抽吸式收油機等[10-11]。國外積極研發(fā)溢油機械回收設(shè)備，形成了系列產(chǎn)品，其中的典型設(shè)備包括英國Vikma公司的盤式收油機、美國SlickBar公司的動態(tài)斜面式（DIP）收油機、芬蘭Lomar公司的刷式收油機、挪威Framo公司的堰式收油機、丹麥Ro-Clean公司的復(fù)合式收油機等。

我國從20世紀80年代開始對收油機進行應(yīng)用研究。近年來開展了收油機的原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬以及收油效率等性能綜合評價方面的研究[12-13]。為收油機的選型提供了科學依據(jù)，但目前國產(chǎn)收油機的回收效率、系統(tǒng)靈活性和自動化程度仍較低，需繼續(xù)開展收油機性能優(yōu)化研究。

4.3 吸油材料

吸油材料的一個重要發(fā)展為人工合成吸油性樹脂，其具有吸油倍率高、油水分離性好、保油性能好、不易漏油等優(yōu)點。吸油樹脂在國外尤其是美國和日本研究起步較早，美國陶氏化學公司于1966年用烷基乙烯為單體生產(chǎn)出了一種非極性高吸油樹脂；日本三井石油化學公司于1973年以甲基丙烯酸烷基酯和烷基苯乙烯為單體，生產(chǎn)出一種極性高吸油樹脂。1990年日本又研制出了一種中等極性高吸油樹脂[14-15]。

對乳化劑種類、引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量、單體組成等影響高性能樹脂合成的因素均有較深入的研究。目前，國內(nèi)外對吸油材料的研究主要集中在聚乙烯、聚氨酯泡沫。如何增強吸油材料的使用次數(shù)、吸油效果，以及對高黏度油的吸收能力，是研究的熱點問題。此外，可生物降解的吸油材料的研究日益受到關(guān)注，是今后發(fā)展的趨勢。

4.4 現(xiàn)場燃燒

美國和加拿大率先開展了航空點火燃燒和防火圍控燃燒技術(shù)的研究。20世紀90年代，美國3M公司和挪威SINTEF公司開展了防火圍油欄圍控原油燃燒的研究，并成功應(yīng)用于1989年的Exxon Valdez號油輪泄漏事故。美國多次將現(xiàn)場燃燒方法應(yīng)用于濕地、淺湖、內(nèi)河以及其他方法不適用的場合，結(jié)果證明在含水率、油層厚度等適合的情況下就地燃燒是一種有效的溢油處理方式.

目前美國、挪威和加拿大對現(xiàn)場燃燒開展了大量的實驗，并制定了相關(guān)標準。美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）制定的ASTM F2152—2007《溢油就地燃燒標準指南：防火圍油欄》規(guī)定了防火圍油欄的性能要求與測試方法。ASTM F1788—2008《水上石油泄漏現(xiàn)場燃燒指南：環(huán)境和操作事項》規(guī)定了環(huán)境方面（空氣、水和生物）的注意事項和燃燒時的操作注意事項（安全性、監(jiān)測控制、風和海況、燃燒效率和速度等）。ASTM F2230—2008《冰水環(huán)境溢油現(xiàn)場燃燒標準指南》提供了燃燒需要考慮的因素，不同冰情不同水體（海上、河流、湖泊）的燃燒方法。ASTM F2533—2007《海船或其他船舶中溢油現(xiàn)場燃燒標準指南》指出了船舶溢油燃燒受到的限制、燃燒操作注意事項。

國內(nèi)未對此項技術(shù)開展深入研究，僅在溢油應(yīng)急演習時開展過現(xiàn)場燃燒柴油的實驗，對此項技術(shù)的研究尚處于實驗階段，需進一步研究此項技術(shù)對國內(nèi)溢油環(huán)境的適用性。

5 結(jié)論及建議

目前我國在溢油水體污染管理和技術(shù)方面與國外相比還存在差距，還有較大的提升空間。為此，應(yīng)當進一步加強溢油應(yīng)急技術(shù)的深化研究，加快標準體系建設(shè)，提高專業(yè)維搶修隊伍的溢油應(yīng)急處置能力，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展和能源安全供給的要求。針對我國目前存在的問題，提出以下幾點建議：

1）建立一套系統(tǒng)完善的溢油應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)體系，優(yōu)化應(yīng)急監(jiān)視、監(jiān)測、預(yù)測和處置技術(shù)的綜合配套應(yīng)用，為溢油應(yīng)急響應(yīng)提供科學先進的決策和技術(shù)支持。實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)泄漏事故、精確分析溢油指標、合理預(yù)測溢油漂移和擴散，進而采取有效溢油處置措施。

2）加強溢油應(yīng)急監(jiān)視技術(shù)研究，提高應(yīng)急監(jiān)視裝備水平，實現(xiàn)設(shè)備集成度高、數(shù)據(jù)實時傳輸、信息處理能力強、溢油量化精度高等技術(shù)要求，從而更利于溢油事故的識別、評估和跟蹤。

3）擴大溢油應(yīng)急監(jiān)視、監(jiān)測、預(yù)測和處置系統(tǒng)的覆蓋范圍，針對各個重要海域、港口、內(nèi)陸河流等建立溢油應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，滿足寬闊水域、狹窄水域等不同水域要求，提高溢油應(yīng)急響應(yīng)的時效性。

4）加強溢油應(yīng)急處置新技術(shù)和新裝備的研究，在進一步開發(fā)使用方便、全天候、無二次污染、效率高的溢油處置方法的同時，將成熟先進的技術(shù)納入法律法規(guī)和標準規(guī)范，完善相關(guān)規(guī)范。