防止內(nèi)河掛槳漁船油滲漏的技術(shù)改進(jìn)

李勝勇，張祝利，吳姍姍，潘 磊

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

中國(guó)是漁業(yè)大國(guó)，內(nèi)陸漁船數(shù)量較大，截至2018年底，內(nèi)陸捕撈機(jī)動(dòng)漁船21.87萬(wàn)艘，且大多為主尺度分布在7～15 m的小型漁船，其中動(dòng)力為44.1 kW以下的為21.56萬(wàn)艘，占98%以上[1]，且因掛槳機(jī)具有機(jī)動(dòng)性高、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，因而普遍應(yīng)用于內(nèi)陸漁船上[2- 3]。以江蘇省為例，截至2019年2月，全省內(nèi)河漁船共54 777艘，按照推進(jìn)方式分為座艙機(jī)式和掛槳式，其中柴油掛槳漁船數(shù)量超過(guò)53 000艘，占比達(dá)96.7%，且每艘柴油掛槳漁船推進(jìn)裝置數(shù)量在1～4套不等，個(gè)別漁船為了增加動(dòng)力甚至安裝了6套掛槳。由于漁民普遍使用了價(jià)格低廉的單缸柴油機(jī)及配套掛槳，這些設(shè)備因加工精度較差、質(zhì)量水平不高，使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生一定量的潤(rùn)滑油和燃料油的泄漏。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，江蘇省柴油掛槳漁船的推進(jìn)裝置數(shù)量超過(guò)10萬(wàn)套，抽樣調(diào)查每臺(tái)掛槳機(jī)每年約產(chǎn)生5 kg的潤(rùn)滑油或柴油泄漏，可見(jiàn)掛槳漁船油污染總量十分巨大。

含油污水對(duì)水體的危害非常嚴(yán)重，內(nèi)河水域受到含油污水污染后，油膜和油塊對(duì)水生物的卵及幼苗有很大的吸附作用，并致其死亡；浮在表面的油膜使水中生物生長(zhǎng)受到影響，導(dǎo)致水質(zhì)惡化變臭；油污中的有毒物質(zhì)積累于水產(chǎn)品中，致使人類重要的食物來(lái)源攜帶了諸如四苯并芘等致癌物質(zhì)，對(duì)人類的健康帶來(lái)極大隱患[4]；含油污水通過(guò)農(nóng)田灌溉進(jìn)入土壤后，則油污會(huì)沉積在作物的表面，導(dǎo)致土壤的代謝速度變慢，影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，甚至還會(huì)導(dǎo)致其死亡[5]。因此，迫切需要推進(jìn)內(nèi)河漁船油污染防控工作的有效實(shí)施。

1 滲漏油的原因

掛槳是一種采用柴油機(jī)置于船尾甲板上，傳動(dòng)系統(tǒng)和螺旋槳連成一體掛在船尾的小型推進(jìn)裝置[6]。漁船掛槳裝置目前沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和船用標(biāo)準(zhǔn)，是依據(jù)農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)制造的[7]。由于掛槳機(jī)大都是個(gè)體戶作坊式制造加工，工藝落后，加工精度和規(guī)范性難以保證。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這些小工廠出產(chǎn)的掛槳機(jī)，通常半年以上就會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)齒輪箱潤(rùn)滑油或柴油機(jī)燃料油的泄漏現(xiàn)象[8]。漏油包括柴油和潤(rùn)滑油的泄漏，柴油機(jī)的漏油有涉及多種零部件[13- 14]，原因非常復(fù)雜，尤其是使用較長(zhǎng)時(shí)間以后，漏油現(xiàn)象幾乎不可避免。產(chǎn)生油漏的主要原因有兩點(diǎn)：

(1)掛槳齒輪箱透氣口的設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致滑油泄漏。掛槳機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由齒輪箱、下箱體和連接兩者的軸管組成[7]，齒輪箱上方均設(shè)置了加注潤(rùn)滑油的透氣口，當(dāng)掛槳運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的齒輪旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)滑油，齒輪箱內(nèi)部溫度和壓力升高，傳動(dòng)過(guò)程中箱體內(nèi)的滑油飛濺，加上目前的上箱體蓋板上的透氣口兼做加油口，沒(méi)有防溢流的措施，容易導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)滑油體積膨脹產(chǎn)生溢油[16]，當(dāng)掛槳漁船變速或者換向的時(shí)候溢油現(xiàn)象更為明顯。

(2)目前配備的掛槳柴油機(jī)接油盤，未能有效防止漏油流入水體。按照內(nèi)河漁船檢驗(yàn)規(guī)則要求，須在柴油滑油底殼下方設(shè)置接油盤等收集設(shè)施。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前漁船配備的接油盤為長(zhǎng)方形鐵盤，鐵盤內(nèi)壁光滑，無(wú)吸油材料，且鐵盤邊緣高度過(guò)低，因而容易造成已經(jīng)收集入盤的油污水在船舶航行作業(yè)過(guò)程中因船體搖擺或雨水沖刷而流入河中污染水體。

2 技術(shù)改進(jìn)方案

2.1 齒輪箱透氣口蓋板加裝呼吸器

針對(duì)齒輪箱的上箱體透氣口蓋在實(shí)際使用過(guò)程中存在的滲漏油現(xiàn)象，主要技術(shù)改進(jìn)措施是將齒輪箱上帶有透氣口的平面蓋板改為帶有呼吸器的蓋板。圖1為原裝蓋板，圖2為改裝后的蓋板。技術(shù)改進(jìn)過(guò)的齒輪箱蓋板主要由蓋板、擋油蓋、鋼絲球和帽子組成。擋油蓋的底板和蓋板的垂直圓筒側(cè)壁開(kāi)有透氣孔。

圖1 原裝蓋板Fig.1 Original cover plate

圖2 改裝后蓋板Fig.2 Improved cover plate

呼吸器具有透氣、加注滑油、防止船舷外水進(jìn)入的功能，并且有利于齒輪箱在強(qiáng)負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間工作的狀態(tài)下泄壓，平衡齒輪箱的內(nèi)外壓強(qiáng)，可有效避免冒油或油霧溢出現(xiàn)象發(fā)生。為了預(yù)防萬(wàn)一仍有少量滑油溢出或者加油時(shí)的泄漏情況，在齒輪箱掛槳軸管上捆綁吸油氈并定期清洗或更換，吸收齒輪箱可能溢出的殘余滑油。

2.2 固定接油盤并配合吸油氈使用，防止柴油機(jī)滲漏油進(jìn)入河水

針對(duì)接油盤中殘油容易被盜和被雨水沖刷造成油污染等情況進(jìn)行如下改進(jìn)：一是接油盤采用固定式安裝，將鋼板與柴油機(jī)機(jī)座焊接一體，盤內(nèi)鋪設(shè)一層吸油氈，鋼板和吸油氈尺寸根據(jù)柴油機(jī)型號(hào)而定。二是在接油盤四周焊接高度約30 mm的圍板，在接油盤底部適當(dāng)位置開(kāi)流水孔，方便接油盤中的雨水和柴油機(jī)滴漏的冷卻水迅速排出，以防止接油盤盛滿溢出。三是定期清洗或更換吸油氈，吸油氈通常用于港口、河流的各類油泄漏的應(yīng)急處理[15- 17]，通常依靠其內(nèi)部吸附材料強(qiáng)大的毛細(xì)管吸收力及其對(duì)油品的親和性可產(chǎn)生對(duì)油品的吸附性[18- 19]。吸收過(guò)程只是物理吸收，不存在化學(xué)吸收現(xiàn)象[20- 22]，這樣便于后期進(jìn)行清洗后，可反復(fù)使用[23]。由于吸油氈的這些特性，我們考慮在接油盤及掛槳軸管上安裝吸油氈?？紤]到殘油和含油污水的及時(shí)吸收，需要吸油氈對(duì)殘油和含油污水吸收的速度要足夠迅速，而且當(dāng)有雨水或者河水淋到，或者濺到吸油氈上時(shí)，吸油氈短時(shí)間內(nèi)可以將水排出，并且不會(huì)使原來(lái)吸附的油發(fā)生溢出。

3 對(duì)技術(shù)改進(jìn)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)方案

針對(duì)以上技術(shù)改進(jìn)設(shè)置了兩個(gè)對(duì)比試驗(yàn)：

(1)吸油氈對(duì)比試驗(yàn)。為選取適合安裝于接油盤、掛槳軸管的吸油氈，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比不同材質(zhì)、不同硬度、不同厚度的吸油氈對(duì)油水混合物中油、水的吸收效果和速度，從中選出最適合的吸油氈類型。

(2)齒輪箱蓋板的技術(shù)改進(jìn)效果檢驗(yàn)試驗(yàn)。為觀察齒輪箱蓋板的技術(shù)改進(jìn)效果，隨機(jī)選取3艘掛槳漁船，使其在進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)前后分別進(jìn)行5 h系泊試驗(yàn)和20 min航行換向試驗(yàn)，將前后滑油泄漏的情況進(jìn)行對(duì)比。驗(yàn)證掛槳加裝呼吸器后降低滲漏油程度的有效性。

3.2 設(shè)備和材料

設(shè)備和材料包括：溫度計(jì)、濕度計(jì)、氣壓計(jì)、風(fēng)速風(fēng)向儀、秒表、手電筒、燒杯、剪刀、0號(hào)柴油、水、漁船及吸油氈材料。

3.3 試驗(yàn)程序及要求

(1)吸油氈吸附試驗(yàn)。選不同材質(zhì)、厚度吸油氈，將其剪裁至相同大小并進(jìn)行編號(hào)，記錄各樣品的基本信息。吸油試驗(yàn)：向各樣品表面傾倒相同量的滑油，觀察其吸附情況，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象；吸水試驗(yàn)：向各樣品表面傾倒相同量的河水，觀察其吸附情況，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。油水混合試驗(yàn)：向各樣品表面傾倒比例分別為1∶1、1∶2的油污水，觀察其吸附情況，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。

(2)齒輪箱滲漏油試驗(yàn)。選取符合要求的漁船，記錄其基本信息；漁船系泊在碼頭，掛槳齒輪箱安裝原裝蓋板，發(fā)動(dòng)柴油機(jī)連續(xù)進(jìn)行5 h系泊試驗(yàn)后，進(jìn)行約20 min航行及換向試驗(yàn)，記錄齒輪箱透氣口的溢油情況；漁船系泊在碼頭，使用改造后的齒輪箱蓋板，發(fā)動(dòng)柴油機(jī)連續(xù)進(jìn)行5 h系泊試驗(yàn)后，進(jìn)行約20 min航行及換向試驗(yàn)，記錄齒輪箱透氣口的溢油情況。

3.4 試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)

試驗(yàn)地點(diǎn)在興化市旺龍船廠碼頭。2019年5月28日試驗(yàn)當(dāng)天的天氣參數(shù)：氣溫24 ℃，濕度22%， 氣壓1 018 hPa，風(fēng)向風(fēng)力東北風(fēng)1～2級(jí)。5月29日試驗(yàn)當(dāng)天天氣參數(shù)：氣溫21 ℃，氣壓1 011 hPa，風(fēng)向風(fēng)力東南風(fēng)1～2級(jí)。5月30日試驗(yàn)當(dāng)天天氣參數(shù)，氣溫22 ℃，濕度78%，氣壓1 011 hPa，風(fēng)向風(fēng)力東南風(fēng)3～4級(jí)。天氣條件滿足漁船安全航行的要求。

3.5 試驗(yàn)過(guò)程

(1)吸油氈吸附試驗(yàn)。選用5種不同材質(zhì)和規(guī)格的吸油氈，其信息見(jiàn)表1，制作成5 cm×5 cm面積大小相同的樣品，分別進(jìn)行一定量的油、水以及不同比例的油水混合物的吸附試驗(yàn)，觀察和對(duì)比各個(gè)樣品的吸附速度和效果。結(jié)果見(jiàn)表2，其中括弧里的時(shí)間為目測(cè)吸附過(guò)程結(jié)束的時(shí)間。

表1 吸油氈試驗(yàn)Tab.1 Testof oil- absorbent felt

表2 吸油氈吸附性能Tab.2 Adsorption performance of oil- absorbent felt

(2)齒輪箱滲漏油試驗(yàn)。選取3條掛槳漁船，其信息見(jiàn)表3，于2019年5月28日至30日，在齒輪箱蓋板改進(jìn)前后分別進(jìn)行5 h的系泊試驗(yàn)和約20 min的航行及換向?qū)Ρ仍囼?yàn)。觀察技術(shù)改進(jìn)前后，掛槳齒輪箱蓋板的透氣孔的漏油情況。具體結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

注：樣品3吸水完全的情況下，油緩慢吸收(約2 min完全吸收)

表3 漁船試驗(yàn)Tab.3 Test of fishing vessel

表4 系泊試驗(yàn)Tab.4 Mooring test

表5 航行及換向?qū)Ρ仍囼?yàn)Tab.5 Contrast test of navigation and reversing

4 結(jié)果及分析

4.1 吸油氈油污吸附能力

在5種不同材質(zhì)、硬度及厚度的吸油氈中，硬質(zhì)羊毛化纖混紡材質(zhì)吸油氈的吸油能力較強(qiáng)且不吸水；軟質(zhì)羊毛化纖混紡材質(zhì)吸油氈的吸油、吸水能力均較強(qiáng)；軟質(zhì)PP1(聚丙烯)材質(zhì)吸油氈的吸油能力稍弱于羊毛化纖混紡材質(zhì)且不吸水；吸油氈吸油效率與厚度無(wú)明顯相關(guān)性。根據(jù)相似相容原理，PP1吸油氈對(duì)于烷烴類油品具有極強(qiáng)的親油疏水性[18]，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)PP1吸油氈上的0號(hào)柴油黏附不住，會(huì)順?biāo)蜗拢焕诨厥?。混紡吸油氈吸油效果最好，整個(gè)過(guò)程中黏附能力強(qiáng)，很少有油滴回情況。羊毛混紡吸油氈是具有多孔性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有一定的厚度，加大了油滴與材料的接觸面積，提高了油水分離效果[24- 25]。由于硬質(zhì)羊毛化纖混紡材質(zhì)吸油氈對(duì)油水混合物中油分的吸收性好，且不吸水，這種吸油氈安裝于接油盤上遇到混有滑油的柴油機(jī)冷卻水或者雨水后，油會(huì)被迅速吸收，而水會(huì)透過(guò)吸油氈經(jīng)流水孔排走，能有效防止殘油被沖刷后進(jìn)入河水，因此推薦用于安裝在于接油盤和傳動(dòng)系統(tǒng)的軸管上。

吸油氈的吸油效果與水溫也有關(guān)系，水溫越高，吸附效果越好[16]，此次試驗(yàn)都是在相同水溫下進(jìn)行，因此可排除水溫因素對(duì)吸油效果的影響。

4.2 齒輪箱滲漏油對(duì)比

在抽取的3艘漁船樣本中，掛機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、型號(hào)一致，在試驗(yàn)條件一致的情況下，使用原裝蓋板，在5 h系泊試驗(yàn)和約20 min的航行及換向試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)透氣口出現(xiàn)明顯的滑油滲漏現(xiàn)象；更換帶有呼吸器的蓋板后，同樣條件下再次進(jìn)行試驗(yàn)，未見(jiàn)透氣口滑油滲漏。由圖3可見(jiàn)，技術(shù)改進(jìn)前掛槳機(jī)啟動(dòng)時(shí)齒輪箱蓋板螺栓孔處有油漏出。由圖4可見(jiàn)，技術(shù)改進(jìn)后掛槳機(jī)啟動(dòng)時(shí)齒輪箱蓋板無(wú)漏油情況，改進(jìn)效果顯著。

柴油機(jī)掛槳齒輪箱設(shè)置呼吸器后，呼吸器上的透氣孔、擋油板、鋼絲球等將齒輪箱內(nèi)的滑油和油霧實(shí)現(xiàn)了有效阻擋，同時(shí)又保持了工作期間齒輪箱內(nèi)部與外部滑油壓力的平衡[26]。因此，整個(gè)測(cè)試過(guò)程沒(méi)有滑油或者明顯的油霧溢出現(xiàn)象。

圖3 實(shí)船改裝前蓋板Fig.3 Original cover plate on vessel

圖4 實(shí)船改裝后蓋板Fig.4 Improved cover plate on vessel

5 結(jié)論與建議

此次針對(duì)掛槳漁船的柴油機(jī)、接油盤和齒輪箱蓋板3個(gè)重要油污染漏油點(diǎn)的技術(shù)改進(jìn)效果顯著。通過(guò)合理加裝呼吸器已基本解決齒輪箱透氣口漏油的情況；羊毛化纖混紡材質(zhì)吸油氈對(duì)油分的吸收效果最佳，可以確保殘油和含油污水滴入接油盤后會(huì)被迅速吸收。上述技術(shù)改進(jìn)措施如推廣應(yīng)用于江蘇省乃至全國(guó)現(xiàn)有的掛槳漁船上，將有效降低河流湖泊的漁船油污染狀況，實(shí)現(xiàn)以小技術(shù)革新推動(dòng)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境建設(shè)的目的。進(jìn)行試驗(yàn)的掛槳型號(hào)較少，需進(jìn)一步在更多地區(qū)嘗試進(jìn)行更多型號(hào)掛槳，進(jìn)而在全國(guó)范圍內(nèi)推廣。

建議有關(guān)部門制定掛槳的水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高密封及防止透氣口漏油等方面的要求，并將掛槳漁船的接油盤內(nèi)安裝吸油氈納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于漁船的規(guī)范安裝和使用。