新型可壓縮吸油拖欄設(shè)計(jì)

(1.中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司，天津 300450；2.蘇州海立藍(lán)環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 蘇州 215010)

水域溢油事故一旦發(fā)生，溢油處置效率直接影響溢油回收的效果[1]?，F(xiàn)有應(yīng)急儲(chǔ)備物資中的聚丙烯類吸油拖欄空間占比大，導(dǎo)致運(yùn)輸成本幾乎占其價(jià)值的20%以上，且需要常年配備較大的倉(cāng)庫(kù)空間進(jìn)行儲(chǔ)存，這對(duì)倉(cāng)庫(kù)空間利用緊張的用戶，特別是海上采油平臺(tái)和船舶，增加了儲(chǔ)存成本。因此，降低吸油拖欄的體積占比已經(jīng)成為溢油應(yīng)急領(lǐng)域的迫切需求。而聚丙烯纖維由于自身的物理結(jié)晶特性決定了其可壓縮空間很小，要實(shí)現(xiàn)可壓縮的高效吸油拖欄，必須通過(guò)應(yīng)用新材料、設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)化制造工藝等途徑從根本上解決傳統(tǒng)基于聚丙烯纖維的吸油拖欄存在的占用空間大、溢油處置效率低等問(wèn)題。

1 總體結(jié)構(gòu)

新型可壓縮吸油拖欄的總體設(shè)計(jì)采用了多層結(jié)構(gòu)的方式，在滿足交通部運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)JT/T 864—2013《吸油拖欄》性能指標(biāo)要求的前提下[2]，盡可能獲得大的壓縮比。

新型可壓縮吸油拖欄單體采用了中空結(jié)構(gòu)的彈性浮體，在抽真空的條件下，浮體能形成一定的變形，可貢獻(xiàn)壓縮率；浮體外層采用了具有海綿狀外形特征的新型高效樹(shù)脂型吸油材料來(lái)包裹，該吸油材料既具有很好的吸油性能，又有極好的彈性空隙；吸油材料外層依次采用了阻水無(wú)紡布和保護(hù)網(wǎng)套，最外層采用了連接件和芯繩，見(jiàn)圖1。新型可壓縮吸油拖欄在溢油事故處置過(guò)程中可以由多個(gè)可壓縮吸油拖欄單體經(jīng)連接件連接組成。

圖1 新型可壓縮吸油拖欄單體截面示意

2 性能試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試方法

外觀檢查、吸油倍數(shù)、吸水率、沉浮性、抗拉強(qiáng)度的測(cè)試方法詳見(jiàn)交通部運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)JT/T 864—2013《吸油拖欄》；持油性的測(cè)試方法見(jiàn)JT/T 560—2004 《船用吸油氈》[3]。

2.2 吸油材料及吸油拖欄真空包裝測(cè)試方法

把制備的海綿狀吸油材料裝入PE塑料袋中，利用抽真空設(shè)備對(duì)該P(yáng)E塑料袋抽真空，待壓縮到設(shè)定體積后封閉袋口，用尺子測(cè)量材料壓縮后高度。該材料被壓縮封裝53、78、92 d后解除真空，用尺子測(cè)量隨著時(shí)間變化吸油材料厚度恢復(fù)情況。

分別選取1節(jié)(長(zhǎng)3 m)新型可壓縮吸油拖欄及傳統(tǒng)聚丙烯類吸油拖欄，測(cè)量?jī)煞N吸油拖欄的直徑，計(jì)算壓縮前的體積；把兩種吸油拖欄分別裝入PE塑料袋中，利用抽真空設(shè)備分別對(duì)兩個(gè)PE塑料袋抽真空，直到兩種吸油拖欄達(dá)到壓縮極限，然后測(cè)量?jī)煞N吸油拖欄壓縮后的直徑，計(jì)算壓縮后的體積。根據(jù)壓縮前、后的體積，計(jì)算可壓縮率。

2.3 海上拖帶試驗(yàn)方法

在50 m的新型可壓縮吸油拖欄兩端各連接25 m的纜繩，從拖帶船A甲板上布放進(jìn)入海水中，之后由拖帶船B撈起海水中吸油拖欄的一端纜繩，并將纜繩捆綁在拖帶船B船舷上，吸油拖欄邊布放邊拖帶，兩船的距離逐漸拉開(kāi)，接著將剩余在拖帶船A上的纜繩捆綁在船舷上。新型可壓縮吸油拖欄在兩船間距約90 m及航速1 kn和3 kn的條件下分別拖帶20 min，對(duì)吸油拖欄的布放和回收速度、吸油拖欄承受拖航拉力能力、吸油拖欄在拖帶中的漂浮能力、吸油拖欄的完整度等進(jìn)行觀測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 外觀和結(jié)構(gòu)

新型可壓縮吸油拖欄表面整潔、潔凈，未發(fā)現(xiàn)松散、破損、脫層、粘結(jié)塊現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)緊湊，布放和回收便捷，在使用中未出現(xiàn)撕裂或破損；經(jīng)測(cè)量計(jì)算，浮體橫斷面面積是新型可壓縮吸油拖欄橫斷面面積的16%，優(yōu)于JT/T 864—2013《吸油拖欄》中20%的要求。

3.2 吸油倍數(shù)

如表1所示，新型可壓縮吸油拖欄的吸油倍數(shù)為6，達(dá)到了JT/T 864—2013《吸油拖欄》中的性能指標(biāo)要求。新型可壓縮吸油拖欄的飽和吸油倍數(shù)為16，而傳統(tǒng)的聚丙烯類吸油拖欄的飽和吸油倍數(shù)為5～13?？梢?jiàn)，新型可壓縮吸油拖欄具有較高的吸油效率,其吸油性能得到有效提升，主要是采用了吸油倍數(shù)高的新型樹(shù)脂型吸油材料和親油阻水的無(wú)紡布等輕質(zhì)高效材料。

表1 新型可壓縮吸油拖欄吸油倍數(shù)及飽和吸油倍數(shù)

3.3 吸水率

如表2所示，新型可壓縮吸油拖欄的吸水率為44.1%，優(yōu)于JT/T 864—2013《吸油拖欄》中的性能指標(biāo)要求。新型樹(shù)脂型吸油材料具有很好的吸油性能，同時(shí)也有一定的吸水性能，因此親油阻水無(wú)紡布在降低新型可壓縮吸油拖欄的吸水率上起到了關(guān)鍵的作用。

表2 新型可壓縮吸油拖欄吸水率 %

3.4 持油性

持油性是吸油拖欄中吸油材料吸油后對(duì)油的保持率。如表3所示，新型可壓縮吸油拖欄的持油率為98.5%，優(yōu)于JT/T 864—2013《吸油拖欄》中的性能指標(biāo)要求。

表3 新型可壓縮吸油拖欄持油性 %

3.5 沉浮性

如表4所示，經(jīng)測(cè)試可知新型可壓縮吸油拖欄的外徑為0.20 m，干舷為0.055 m，其沉浮性為0.275，滿足JT/T 864—2013《吸油拖欄》中的性能指標(biāo)要求。新型可壓縮吸油拖欄采用輕質(zhì)中空浮體，為其提供了很好的浮力，具有良好的抗風(fēng)、抗流能力，吸油飽和后能夠不沉底。

表4 新型可壓縮吸油拖欄沉浮性

3.6 抗拉強(qiáng)度

新型可壓縮吸油拖欄的抗拉強(qiáng)度主要由芯繩及連接件承載。新型可壓縮吸油拖欄的芯繩采用的是耐曬、耐海水浸泡、抗拉強(qiáng)度高的纜繩，連接件采用的是不銹鋼的卸扣和連接扣，吸油拖欄的抗拉強(qiáng)度為12.51 kN，優(yōu)于JT/T 864—2013《吸油拖欄》中的性能指標(biāo)(10 kN)要求。

3.7 吸油材料及吸油拖欄真空包裝測(cè)試

試驗(yàn)選擇6層吸油材料(未壓縮前厚度為0.12 m)，分別抽真空壓縮至不同厚度，保持真空壓縮裝態(tài)，然后在53日、78日、92日后解除包裝，測(cè)量30 min的厚度。見(jiàn)表5。

表5 吸油材料在不同壓縮比情況下解除真空 后的厚度恢復(fù)情況統(tǒng)計(jì)(壓縮53 d) m

測(cè)試結(jié)果表明，在壓縮體積比為12∶5.5時(shí)，解除壓縮后30 min，體積能恢復(fù)到原始體積的92%，因此新型可壓縮吸油拖欄的最佳壓縮比為12∶5.5，其對(duì)應(yīng)的可壓縮率為54%。

如表6所示，新型可壓縮吸油拖欄的最大可壓縮率為57.75%，傳統(tǒng)聚丙烯類吸油拖欄的最大可壓縮率為12.11%，因此,新型可壓縮吸油拖欄可有效減少對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)空間的使用需求。

表6 新型可壓縮吸油拖欄及傳統(tǒng)聚丙烯類吸油拖欄的可壓縮率

3.8 海上拖帶試驗(yàn)

2018年11月21日，在廣東省湛江市寶滿集裝箱碼頭港口海域進(jìn)行了新型可壓縮吸油拖欄的海上拖帶試驗(yàn)。

新型可壓縮吸油拖欄在1 kn航速下，其抗拉強(qiáng)度、漂浮能力，完整度等指標(biāo)表現(xiàn)良好；在3 kn航速下，新型可壓縮吸油拖欄的抗拉強(qiáng)度和完整度良好，而拖帶過(guò)程中吸油拖欄U型底部受到激流和海浪影響，導(dǎo)致U型底部的部分吸油拖欄有時(shí)會(huì)被海水浸沒(méi)。50 m吸油拖欄的布放和回收過(guò)程分別用時(shí)約10 min。

4 結(jié)論

采用可壓縮高效吸油材料、中空彈性浮體和阻水無(wú)紡布等材料對(duì)傳統(tǒng)吸油拖欄的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，成功研制出可壓縮吸油拖欄，其飽和吸油倍數(shù)為16，吸水率為44.1%，持油率為98.5%，沉浮性為0.275，抗拉強(qiáng)度為12.51 kN，在抽真空條件下體積可壓縮50%以上，解壓縮30 min后可恢復(fù)至壓縮前體積的92%；該吸油拖欄在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可實(shí)現(xiàn)快速組裝、快速布放、穩(wěn)定拖帶、快速回收。因此，新型可壓縮吸油拖欄的研發(fā)與應(yīng)用可有效解決傳統(tǒng)吸油拖欄運(yùn)輸成本高、存儲(chǔ)占用空間大、溢油處置效率低等難題，可為水域溢油事故的高效、低成本處置提供科學(xué)實(shí)用的解決方案。