海上泄漏石油收集器結構設計

劉峻杭 周 龍 車 麗

（大連海事大學船舶電氣工程學院，遼寧 大連 116026）

海洋占地球表面積的70.8%，有龐大的生物資源和礦產資源，是生物生存的氣候調節(jié)器，巨大的水資源是天然的氣溫調節(jié)器,合理利用開發(fā)將極大的推動經濟發(fā)展。自20 世紀50 年代以來，隨著各國的生產力和科學技術發(fā)展，向海洋排放的污染物越來越多，對海洋的污染愈演愈烈，造成了不同程度的破壞。污染物主要是石油①及其產品、重金屬、酸堿、有機物、放射性核素、固體廢物等，其中石油及其產品對海洋危害巨大，是海洋生物和生態(tài)環(huán)境的頭號殺手。

以2010 年7 月16 日發(fā)生在大連灣輸油管爆炸事故為例，有1500 多噸的石油在短時間內泄漏到大連附近海域，造成了至少50 萬平方公里的海域被原油污染，對當地經濟、城市形象、漁業(yè)、附近居民都造成了惡劣影響。海上泄漏石油收集器針對短時間集中泄漏的石油進行處理，及時遏制石油對大海的污染。同時石油作為不可再生能源，是工業(yè)的“血液”，具有非常重要的戰(zhàn)略意義，尤其是在當今，自然資源逐漸枯竭，環(huán)境漸漸惡化，對于環(huán)境做出有效保護措施已經刻不容緩。海上泄漏石油收集器的開發(fā)利用，為保護海洋生態(tài)環(huán)境，減少二次污染，資源重復利用，為船舶清理航道等做出貢獻，對人與自然和諧相處和促進經濟發(fā)展具有重大意義，也為愛好海上泄漏石油收集器的開發(fā)設計者提供參考。

1 海上泄漏石油收集器特點

目前國際上通行的治理及回收石油的技術、方法主要可以分為物理處理法、化學處理法、生物處理法三種方法。海上泄露石油收集器處理油污染物的方法屬于物理處理法，相比于化學處理法和生物處理法，物理處理法有資源再利用、對生態(tài)環(huán)境影響小、無二次污染、易于操控、精準收集等優(yōu)點。

傳統(tǒng)物理方法人工打撈效率低，且工作環(huán)境惡劣。傳統(tǒng)的化學處理法雖然有處理方便、效果明顯的優(yōu)點，并且在實際情況下廣泛應用，但油分散劑的使用或者利用助燃劑燃燒對環(huán)境的污染較大，對生態(tài)環(huán)境產生二次污染，利用助燃劑燃燒還會污染空氣，影響靠海聚居人們的生活。生物處理法有無殘毒、成本低、反應迅速的優(yōu)點，但是對微生物的人工選擇、改良、培育的技術要求較高，不同微生物對于不同的環(huán)境的適應性不同，并且微生物降解石油烴要受很多因素的影響，降解速率和微生物的種類和數量以及介質的溫度有很大的關系，同時石油成分的比例和分散程度都要對應分析，所以生物處理法的使用受到多個因素限制，對于現實應用具有一定的局限性。

海上泄漏石油收集器對于泄漏石油的回收利用，變廢為寶，趨利避害，具有其它兩種方法沒有的優(yōu)點。同時能高效率收集海面油污，處理油污量大，操控方便，控制船舶精準收集水面石油，油水分離后油的純度高等特點，對解決實際問題具有現實意義。

2 收集原理

海上泄漏石油收集器基于對泄漏石油收集-處理-儲存的思想，將整個裝置分為3 個部分：吸收裝置、過濾裝置和凈化裝置。每個裝置基于船舶機艙現有設備，配合泵的改裝，將海面的石油吸收并傳輸到污水井中，再經過過濾裝置粗過濾后，分離出大部分水分，再送到凈化裝置凈化，使最終得到的石油能達到機器設備使用的標準，實現變廢為寶的愿景。

3 收集過程

海上泄漏石油具有面積廣、泄漏量大、易擴散的特點。吸收裝置首先將彌散在海面上的石油匯聚到靠近船舶的一個點上，在匯聚點的水面下方安裝螺桿泵，在螺桿泵的作用下，將油水一起吸收到污水井中，因為此時的油水混合物中水的占比較大，而且在低溫環(huán)境下，石油的黏度較低，導致油水在管道中的流速較低，配合油水分離器的加熱器使油水溫度上升，提高運行效率；到達污水井的油水經過油水分離器粗分離后，再輸送到分油機中離心凈化，除去其中的雜質和水分，得到的干凈油就可以用于機器消耗或者存儲起來，見圖1。

圖1 油水收集過程圖

4 結構設計

4.1 設計思路

吸收裝置主要由位于船首兩側的擋片、與海面接觸的連通器管路、單螺桿泵以及泵控電路系統(tǒng)組成；過濾裝置由艙底水處理系統(tǒng)、油水分離器和相關管路組成；凈化裝置由分油機和相關耗油機械設備組成。

船舶在水面正常航行時，船首擋片處于收縮關閉狀態(tài)，整個收集器裝置處于關閉狀態(tài)。當溢油事故發(fā)生的時候，由電機驅動船首兩側擋片向兩邊張開，船舶在前進的同時與海面石油相對作用使石油被匯聚，進而被收集器收集進機艙進行進一步處理。

4.2 收集器結構

4.2.1 收集器結構圖。

船舶在海上收集油的過程中，配合纜繩圍油，減少油污面積，提高油水中油的濃度比例，進而提高收集效率，見圖2。

圖2 油水吸收狀態(tài)下的船舶俯視圖

在擋板匯聚口的水下，連接連通器管道，在螺桿泵的作用下，水面上的油水被吸進連通器管道，輸送到污水井等待處理。由于螺桿泵不能空轉，為了防止船舶因顛簸、傾斜而導致油水吸入口離開水面與空氣接觸，設計成連通器式的管路結構可以避免螺桿泵空轉。當連通器管道兩端沒水的時候，凹槽下剩下的液體可以短時間防止螺桿泵空轉，見圖3。

圖3 正向船舶右舷截面圖

4.2.2 螺桿泵。螺桿泵就是回轉式容積泵，原理螺桿是回轉來吸收和排出液體。具有由于具有流量均勻、工作平穩(wěn)、噪音和振動輕、吸入性能好、流量范圍大、對所輸送液體的攪動少、水力損失低、零部件少、體積小、重量輕、維修量少、壽命長等系列優(yōu)點，滿足當前使用條件需求，適合作為油水吸入口的動力來源。

4.2.3 油水分離器。油水分離器起初步粗分離的作用，目的是除去油水中大部分水分。以德國產的TURBULO MPB2.5 型油水分離器為例，是一種重力分離與聚合分離原理的油水分離裝置。被螺桿泵吸入到污水井的油水，通過污水泵進入到一級分離筒內加熱，由于油和水的密度差，密度小的油就會浮到頂部，達到重力分離油水的目的?；祀s在水里的小油滴，經過油水凝聚過濾器聚合成大顆粒的油滴，使浮力大于重力和粘附力而上升。當油容量變大達到分離筒頂部時，打開泄油閥把油排到油渣艙中。

含油密度較小的油水，經過三通閥進入到二級分離筒內，同理將油排入油渣艙，二級分離筒的水經油份檢測儀檢測后，在油分濃度不超過15ppm 時，打開排水三通閥排到舷外，不滿足標準就送回到一級分離筒內再次重復分離，見圖4。

圖4 二級油水分離器粗分離原理圖

4.2.4 分油機。經過油水分離器處理的油還才存在許多雜質，不能直接供給給機械使用，還需要經過分油機的凈化才能到使用標準。

以EPC-50 離心式分油機為例，基于雜質、水、油不同的密度差的工作原理，對輸入的油水進行旋轉離心分離。由于油中同正常油艙中的油相比含水量較多，在實際凈化時需要控制分油機的重力環(huán)，調節(jié)油水分界面內移，達到強濾水的目的。在石油泄漏事故初期流量較大的時候，需要注意將分油機并聯(lián)以提高處理量。

5 結論

在實際工程運用中，需要具體改進的部分如下：

5.1 連通器管路在船舶構架設計的初期，需要將連通器管路布置出來，設計時注意不能離船首側推器太近，以免擋片伸縮影響側推使用，油水吸入口應布置在側推器的前方。

5.2 擋片的長短厚度需要根據船舶大小來設計，太長會導致阻力增加，擋片有折斷風險；太短則圍油效果不好，影響石油收集效率。

5.3 不同管路之間的連接，可以通過各種閥門的通斷實現。

5.4 污水井的過濾器和油水過濾器的凝聚過濾器要及時用輕油清洗，聚合濾芯也需要及時更換，以提高石油的收集效率。

5.5 無論是油水分離器還是分油機，一定是先啟動供油泵，再啟動加熱器，最后啟動機械。

本文就目前海上泄漏石油處理方法的不足之處，基于船舶已有的機械設備，對其船舶設計結構加以改進。在短時間內沒有外援的情況下，就現有條件解決突發(fā)情況下的海上石油泄漏，實現保護海洋環(huán)境的愿景。

注釋

①本文提到的石油代表燃油等一切石油的衍生油和石油。