小型電動雙級堰式收油機在內陸水域的應用

王文博（廣東海事局危管防污流動工作站，廣東 東莞 523000；廣州海事局，廣州510700）

一、背景

近年來，隨著社會的發(fā)展和生活水平的提高，人們對各種油類的需要與開發(fā)也越來越多。在各種油類的生產、運輸和使用過程中，溢油現象時有發(fā)生，且溢油大部分進入了水體，不僅造成了能源浪費，而且破壞了生態(tài)環(huán)境。

目前，水上溢油應急設備主要包括：應急卸載設備、溢油圍控設備、機械回收設備、污油儲運設備、溢油分散設備、溢油吸附設備等6大類。其中，機械回收設備即收油機的類型分為：轉盤筒式收油機、繩式收油機、帶式收油機、堰式收油機、抽吸式收油機、動態(tài)斜面式收油機、真空式收油機、旋渦式收油機及收油網。由于基本都是采用柴油機液壓動力站提供動力，就連最小型的堰式收油機也需要吊機和叉車配合，局限性地安裝在溢油回收船上使用，使用不方便且布放比較困難。只有溢油回收船能到達的海域和內陸主航道才能使用收油機回收溢油，但內陸江河涌溪湖庫塘等遮蔽水體溢油應急幾乎都無法使用收油機等效率較高的機械回收設備，只能靠人工使用吸油氈等效率較低的溢油吸附設備進行清污。為了解決該問題，我們嘗試采用電動潛水泵作為收油泵，制作出了一種能夠在內陸江河涌溪湖庫塘等遮蔽水體使用的輕便收油機—— 小型電動雙級堰式收油機。

二、工作原理

小型電動雙級堰式收油機由浮體、高度調節(jié)螺栓、集油槽、一級電動收油泵、二級電動收油泵、輸油管組成，由24V/220V電源供電，結構如下所示，圖1為主視圖，圖2為俯視圖。

圖1 主視圖

圖2 俯視圖

小型電動雙級堰式收油機的工作原理為溢油油污受比重影響漂浮在水面進行了一級油水分離，用堰邊高度調節(jié)螺栓2調節(jié)一級電動收油泵4的堰口（吸油口）高度，堰上緣置于油水界面以上的油層中，堰邊以上的油流入堰內，水被擋在堰外，啟動一級電動收油泵4將漂浮在水面的油污吸入到集油槽3內部，濃度較高的油污在集油槽3內受比重影響繼續(xù)分層進行二級分離，第二級電動收油泵5再將集油槽3內頂部濃度更高的油污回收上來，通過輸油管6回收至儲存裝置噸桶中暫存。至此，一種新型的小型電動雙級堰式收油機完成一個循環(huán)的工作，開始下一重復循環(huán)。

三、作業(yè)環(huán)境適應性能

（一）油品適應性

根據JT/T 1042-2016《堰式收油機》附錄A回收速率、回收效率試驗，A.1試驗條件，油品分為原油、中質燃油。考慮到內陸水體使用環(huán)境，不考慮原油，以黏度2 000×10-6m2/s的中質燃油做試驗。試驗環(huán)境溫度為20℃的平靜水面，傳輸泵以額定轉速運轉，中質燃油密度0.92~0.95×103 kg/m3，油膜厚度50 mm。試驗3次，每次試驗時間6 min，取3次的平均值，小型電動雙級堰式收油機在回收中質燃油時回收速率約10 m3/h，回收效率約92%，得出結論：小型電動雙級堰式收油機適用于回收中質燃油。

（二）油層厚度適應性

油層的厚度直接影響著溢油回收的效率及所采用的方法，一般油層較厚時收油機很容易回收溢油，且效率較高；而油層較薄時收油機的回收效率將大幅降低，甚至失效。油層的厚度通常分為?。?~10 mm）、中（10~20 mm）和厚（20 mm以上）。經過試驗，在沒有浪的條件下，我們使用黏度約為2 000×10-6m2/s的中質燃油做試驗，小型電動雙級堰式收油機在油層厚度大于0.1 mm即可使用，但回收效率較低，約為10%；當油層厚度達到1 mm時，回收速率約為40%；當油層厚度達到10 mm時，回收效率高達80%；當油膜厚度達到50 mm之后，回收效率穩(wěn)定在92%，不會再有顯著提高。

（三）波浪適應性

波浪適應性是指收油機適應不同波浪高度狀況的能力，即收油機在一定的波浪高度的條件下其回收性能保持穩(wěn)定。我們以風力等級作為浪高的參考，根據風力等級表，風級0~10對應浪高0~12.5 m，我們使用油層厚度為10 mm、黏度約為2 000×10-6m2/s的中質燃油做試驗。經過試驗，我們發(fā)現小型電動雙級堰式收油機在風力等級4級時，回收性能便大幅降低，回收速率為7 m3/h，回收效率為30%，而在風力等級3級時，回收速率達到9 m3/h，回收效率為50%，得出結論：小型電動雙級堰式收油機在風力等級為3級及以下時可正常使用。

（四）垃圾適應性

垃圾適應性是指收油機適應不同種類、數量垃圾的能力，即在具有一定數量垃圾的水面上還能正常工作的能力。小型電動雙級堰式收油機的集油堰上安裝了濾網，可以有效避免大量的水上漂浮垃圾進入收油機，但表面積較大的水面漂浮物則會影響收油機的正常使用，比如吸油氈。

四、回收性能測試

根據《堰式收油機》（中華人民共和國交通運輸行業(yè)標準JT/T 1042-2016）中回收速率、回收效率的試驗方法，我們對小型電動雙級堰式收油機進行了性能測試。

（一）試驗條件

回收速率的測定按以下工況進行：

1. 試驗環(huán)境溫度20℃的平靜水面；

2. 傳輸泵以額定轉速2 860 r/min運轉；

3. 試驗油黏度為2 000×10-6m2/s；

4. 油膜厚度50 mm。

（二）試驗步驟

1. 連接小型電動雙級堰式收油機，將收油頭放在試驗水池中；

2. 打開電源，將輸油管出口暫時放在試驗水池中，正常運行1 min后再將輸油管出口放入用來回收污油的儲存裝置，然后立即計時；

3. 運行一段時間t后停泵，t控制在約6 min，測量儲存裝置中的液體體積Q；

4. 將上述回收液體靜置12 h，達到油水分離，測量儲存裝置中所回收的油的體積Q’。

（三）試驗結果的計算

1. 回收速率計算公式如下：

式中：v為回收速率，單位為立方米每小時（m3/h）；

Q為儲存裝置中的液體體積，單位為立方米（m3）；

t為試驗時間，單位為小時（h）。

2. 回收效率計算公式如下：

式中：η為回收效率；Q’為回收油的體積，單位為立方米（m3）。3. 試驗共進行3次，試驗數據見表1：

回收效率取3次試驗計算出來的回收效率的平均值（91.83%+92.02%+92.00%）/3=91.95%，接近92%。與目前市面上常見的堰式收油機YSY30進行比較，其回收效率大約在40%，小型電動雙級堰式收油機的回收效率遠大于市面常見的堰式收油機。

回收速率最大值10.10 m3/h，最小值9.80 m3/h，相差0.3 m3/h，符合最大值與最小值的差不得超過20%的要求，故回收速率取3次試驗計算出的回收速率的平均值（9.80 m3/h +10.10 m3/h +10.00 m3/h）/3=9.97 m3/h，接近10 m3/h；

五、應用前景分析

（一）布放簡便

收油機的布放也直接影響到發(fā)生溢油事故時的響應時間，布放越簡單、適用環(huán)境就越多，反應也更快。目前市場上的堰式收油機大多采用液壓作為動力源驅動收油泵，以YSY30堰式收油機為例，重量高達1 210 kg，無論操作還是布放，較小型電動雙級堰式收油機更為不便。小型電動雙級堰式收油機重量僅約30 kg，一個人就可以搬動到位并開始回收溢油，一部普通的小車就可以將收油機運到任何地方回收溢油，所以設備的布放極其方便。

（二）結構簡單

收油機中含有的活動部件越多，設備就越復雜，運行中也更容易出現故障，同時也會影響日常的操作和維護。小型電動雙級堰式收油機的活動部件只有2臺收油泵和4個堰邊高度調節(jié)螺栓，結構非常簡單，在運行時即便出現故障也很容易置換備件。

（三）操作方便

在突發(fā)溢油事故時，收油機的操作越簡單，越能快速地響應，同時可以減輕對操作人員進行培訓的工作量，減少設備不當操作帶來的隱患。只需要將小型電動雙級堰式收油機放入水中，調節(jié)好4個堰邊高度調節(jié)螺栓，使圍油堰上緣置于油水界面以上的油層中，將輸油管接入用來回收溢油的噸桶之中，接通電源就可以正常運行了，操作非常簡單易學，稍加培訓就可學會。

（四）成本低

目前小型電動雙級堰式收油機采購成本遠低于普通堰式收油機，購買成本僅為市面常見普通堰式收油機的20%。同時，收油機在長期使用與保存中必然遇到維護和保養(yǎng)的問題，維護和保養(yǎng)越簡單，后期維護和保養(yǎng)的花費就更少。小型電動雙級堰式收油機只需要做好防銹工作就可以，不需要刻意維護和保養(yǎng)，后期費用極低。

綜上所述，小型電動雙級堰式收油機優(yōu)點突出，主要包括以下幾個方面：一是廣泛適用于內陸江河涌溪湖庫塘等內陸水域，填補了內陸水域溢油回收裝置的空白；二是創(chuàng)新性采用雙級回收和集油槽二級分離的方式，極大提高了回收效率；三是體積小，重量輕，操作簡單，布放方便，一個人即可搬運，一部車就可以將小型電動雙級堰式收油機運到任何地方回收油污；四是經濟投入少，后期維護保養(yǎng)費用低。