姜大正　莫金飛　洪明　郭文軍（.交通運(yùn)輸部上海打撈局,上海00090；.大連理工大學(xué),遼寧大連6000）

?

“世越號”回收殘油中含油量的測量方法

姜大正1莫金飛1洪明2郭文軍1
（1.交通運(yùn)輸部上海打撈局,上海200090；2.大連理工大學(xué),遼寧大連116000）

摘要：為防止污染海洋環(huán)境，在“世越號”沉船打撈出水之前，必須首先將沉船中殘留的燃油、滑油等油污盡可能的清除。上海打撈局海上施工技術(shù)人員根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新方法，將液體取樣的原理使用到測量油水混合物中含油量的過程中，就地取材制作取樣工具，設(shè)備簡單易操作，測量結(jié)果可信度、準(zhǔn)確度較高。

關(guān)鍵詞：沉船事故；殘油回收；含油量；測量方法

1　工程背景

2014年4月16日，韓國渡輪“世越號”在全羅南道珍島郡近海發(fā)生沉船事故，造成304人遇難（包括失蹤者）、142人受傷，至今仍有9人下落不明，舉世震驚。

圖1　“世越號”沉船事故圖

沉船船長145米，寬22米，型深14米?？沾亓?113噸，載重量3794t，排水量9907噸。2015年4月22日，韓國政府通過了韓國海洋水產(chǎn)部提交的“世越號”船體打撈決議案，決定打撈沉船。5月22日至6月22日，韓國海洋水產(chǎn)部對“世越號”沉船打撈項(xiàng)目進(jìn)行國際公開招標(biāo)。

交通運(yùn)輸部上海打撈局作為中國海上專業(yè)救助打撈力量的主力軍，立志要為沉船打撈發(fā)揮中國救撈在世界的積極作用。上動員全局力量，統(tǒng)一部署，各部門積極參與“世越號”投標(biāo)標(biāo)書的制定。通過借鑒世界知名打撈公司案例經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，集思廣益、精心計(jì)算分析，組織局技術(shù)專家反復(fù)論證，有針對性地制定了沉船打撈方案。最終上海打撈局憑借人性化的整體打撈方案和相對合理的報(bào)價(jià)贏得了韓方的高度評價(jià)和認(rèn)可，經(jīng)過多次談判和技術(shù)澄清后，2015年8月4日，韓國海洋水產(chǎn)部與上海打撈局企業(yè)聯(lián)合體最終簽署了“世越號”打撈合同。

1.1殘油回收及含油量測量

為防止污染海洋環(huán)境，在“世越號”沉船打撈出水之前，必須首先將沉船中殘留的燃油、滑油等油污盡可能的清除。根據(jù)韓方的評估，9個能夠抽取的船底油艙共約171t殘油。潛水員將使用水下鉆孔設(shè)備在船體上進(jìn)行開孔，安裝抽油法蘭，使用抽油設(shè)備回收殘油；其中重油還需要利用蒸汽鍋爐加熱后，使用抽油泵將殘油回收至水面儲油艙。

沉船沉沒后，各油艙大多已進(jìn)水，同時由于油比水輕，殘油都是漂在上層，因此回收的殘油必定也是油水混合物。此次抽油中，除了完成指定的9個油艙內(nèi)的殘油回收，潛水員還發(fā)現(xiàn)，由于沉船油艙結(jié)構(gòu)破損，2個重油艙的大部分重油都已經(jīng)泄漏到沉船的上層兩個裝運(yùn)汽車的貨艙中，分布范圍極廣。因此潛水員只能采取地毯式的掃除方式，進(jìn)入貨艙，使用吸油管沿著肋骨依次清除殘油，這種方法抽出的必然也是油水混合物。從2015年9月8日-10月25日，潛水員依次從9個油艙和兩個存有泄漏油污的貨艙將殘油回收到打撈船——“大力號”的2號左舷壓載艙中，該艙艙容1000m3。根據(jù)測深和艙容表計(jì)算，共抽取油水混合物957m3，根據(jù)抽油管出油時的油水比例和時間，粗略估計(jì)其中含油約131m3，粗略估計(jì)其中重油約112m3。

根據(jù)抽油管出油的的油水比例和時間來估計(jì)油的含量非常粗略，無法準(zhǔn)確得知其中的確切含油量。根據(jù)韓國政府聘請的TMC Marine公司專家介紹，這也是一個在世界打撈領(lǐng)域內(nèi)面臨的一個共同的難題，至今都沒有有效的方法測量沉船打撈回收的油水混合物中的準(zhǔn)確含油量，尤其是其中含有大量粘稠的重油的情況下。在“世越號”抽油施工中，上海打撈局技術(shù)人員根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)并試用了一種測量油艙中重油和水混合物油水分界線的方法，再根據(jù)艙容表即可較準(zhǔn)確的計(jì)算其中的含油量。

2　測量方法簡介

2.1已有油水界面測量方法

雖然在石油行業(yè)中，或許已有類似產(chǎn)品可以測量油水界面，例如，在油品貯藏領(lǐng)域用于檢測貯油罐中的油水分界面的油水界面儀，檢測到油水分界面后，可以實(shí)現(xiàn)自動切水，消除了由于人工切水所產(chǎn)生的跑油和由此而引起的著火爆炸事故的發(fā)生。其基本原理主要是利用電場、磁場物理量的變化間接的反映并代表介質(zhì)單位體積及介質(zhì)特性的變化；利用這一原理結(jié)合傳感探極結(jié)構(gòu)，實(shí)時獲取電場、磁場物理量的變化信息，并對這些信息進(jìn)行分析、計(jì)算，就能知道介質(zhì)單位體積和液位的變化。

圖2　油水界面儀原理圖

但以上儀器的主要應(yīng)用是石油生產(chǎn)和油氣儲存等領(lǐng)域，一方面設(shè)備較為精密復(fù)雜，不適合海上打撈作業(yè)操作使用；另一方面此類儀器大多是對于如柴油，汽油等輕質(zhì)、粘稠度低的油類才有較好的效果。在沉船打撈時，尤其是有重油回收的打撈工程中，由于重油的粘稠度非常高，一般的儀器儀表插入重油中，其表面馬上會被粘稠的重油覆蓋，即使是測量儀已經(jīng)下降到水層，儀器外表已經(jīng)粘上的重油層也會一直附著，從而大大影響儀器測量效果和準(zhǔn)確度。

2.2“世越號”打撈中重油與水分界面測量方法

“世越號”打撈中抽油工作結(jié)束后，共回收油水混合物957m3，根據(jù)抽油管出油時的油水比例和時間，粗略估計(jì)其中含油約131m3，估計(jì)其中重油約112m3。回收的殘油都存于施工船“大力號”的左舷2號壓載艙中，該艙容量1000m3。

但韓國方面業(yè)主一直想知道準(zhǔn)確的含油量，從而確定是否殘油已全部抽出。在我國的打撈經(jīng)驗(yàn)中，一直都是直接量取油水混合物總量，沒有類似準(zhǔn)確測含油量的方法。同時韓國業(yè)主聘請的國外知名打撈咨詢公司TMC Marine的打撈專家也對此毫無辦法。上海打撈局現(xiàn)場施工人員總結(jié)已有經(jīng)驗(yàn)，利用液體取

圖3　自制油水混合物取樣裝置

如圖所示，本次使用1.5英寸（直徑48mm）的不銹鋼管作為取樣容器，中間一根鋼筋穿過，以控制底部的進(jìn)油和關(guān)閉。由于重油粘稠度高，流動性差，因此推薦使用至少1.5寸的鋼管才能保證油水混合物正常的流入，推薦使用不銹鋼管以防止與海水接觸后的腐蝕。此次存儲回收殘油的壓載艙深度9.2米，因此取樣管長至少10米。

取樣管的底部使用鋼筋連接一塊直徑大于鋼管的圓墊片，同時上方裝有橡膠墊片，保證鎖緊后的密封性。取樣管頂部鋼筋采用了螺紋形式，下部墊放一塊直徑大于鋼管的鐵片，上部安裝螺母，使螺母可以在螺紋范圍內(nèi)上下調(diào)節(jié)位置，固定下部鐵片；同時鋼筋頂部焊接了T型把手，方便人員操作。

圖4　

2.3操作步驟

⑴首先使用船上的專業(yè)量油尺準(zhǔn)確測量艙內(nèi)目前液位總高度。

⑵將取樣裝置組裝好，將螺母擰到高位，使底部的密封裝置與鋼管底部有一定間隙，保證油水能夠順利進(jìn)入鋼管。

⑶將取樣裝置緩慢插入污油艙中，尤其是在進(jìn)入上部的油污層時，必須非常緩慢得下放，保證粘稠的重油能夠充分的進(jìn)入到取樣管中，這樣能夠保證取樣的準(zhǔn)確性。如果插入速度過快，取樣管下部很快進(jìn)入到水層，那么進(jìn)入鋼管的將大部分是水，油層進(jìn)入很少，導(dǎo)致測量產(chǎn)生極大的誤差。

⑷取樣器完全插入后，靜置一段時間，待艙內(nèi)的油水混合物充分進(jìn)入到取樣管中。

⑸鎖緊取樣器。向下擰動螺母，通過螺母下部的限位擋鐵和螺母的作用，使鋼筋帶動底部的密封裝置持續(xù)上升，直到完全擰緊，鋼筋再無法升高為止，表明下部密封裝置已完全鎖緊。

⑹垂直取出取樣裝置。靜置片刻，檢查底部密封裝置是否有滲漏，如滲漏則需重新調(diào)整并取樣，如無滲漏，則可繼續(xù)進(jìn)行下一步。

⑺在鋼管下部放置一個干凈容器，緩慢擰松一些上部螺母，使下部密封橡膠處開始緩慢漏水到接收容器中。仔細(xì)觀察漏水情況，直到管內(nèi)的水已流凈，開始有油滲出，則表示水層到此為止，馬上擰緊關(guān)閉密封裝置。

⑻找一根同樣的1.5寸鋼管，將收集的水倒入鋼管中，測量鋼管中的水位高度，此高度即為油水混合物中水層的高度。

⑼用存油艙液位的總高度減去測出的水層高度，即可知道上層油層的厚度，再根據(jù)艙容表則可準(zhǔn)確查出油量。

2.4測量結(jié)果

本次存有油污的壓載艙總深度為9.2米，在取樣器測量之前，已由機(jī)艙專業(yè)人員使用量油尺測得艙內(nèi)液位高度為8.23米，經(jīng)過插值計(jì)算得出，艙內(nèi)共有油水混合物957m3。

取樣器測量結(jié)束后，從取樣器中分離出的水層高度經(jīng)過測量為7.17米，因此上層油層的厚度即為8.23-7.17=1.06米，經(jīng)差值后計(jì)算得出，上層1.06米的液體體積為122m3，也就是回收的油水混合物中的含油量。

表1　殘油存儲壓載艙艙容表

雖并無其他方法對比驗(yàn)證此次測量的含油量的準(zhǔn)確性，但經(jīng)過現(xiàn)場專家的認(rèn)定，此方法相比于根據(jù)流量和抽油時間的粗略估計(jì)方法更為精確，同時可信度和易用性也很高，測量結(jié)果有重要參考價(jià)值。

3　后續(xù)改進(jìn)設(shè)想

由于船上條件限制，此次使用的裝置雖然測量結(jié)果可信度較高，但畢竟較為簡陋同時也存在一定誤差。例如取樣器回收時，難免有少許水的泄漏；另外水層和油層的分界判斷也僅靠肉眼和手動操作，存在一定誤差。在后續(xù)的使用中，可以進(jìn)行改進(jìn)，減少誤差和操作便利性。

主要思路是，尋找一種不沾油的透明材料代替鋼管。取樣結(jié)束整體將取樣裝置取出后，可以直接在透明的取樣管壁上看到油水分界面。由于重油粘稠度和流動性非常差，在取樣管經(jīng)過上部油層的過程中，重油極易將從下至上的所有管壁都污染，很可能導(dǎo)致無法分別油水分離層。目前市場上有一種納米涂層材料或許可滿足此要求，但對重油的有效性仍需考察和檢驗(yàn)。

同時如能在取樣管壁上標(biāo)記液位高度值，即可方便地讀出液位高度和油水分界面的高度。

另外，對于下部的密封裝置的密封性和上部鎖緊裝置的易用性也可以進(jìn)行相應(yīng)改造，使操作更加方便。

4　總結(jié)

在打撈工程中，如何測量回收的油水混合物中準(zhǔn)確的含油量是一個世界性的難題。目前仍沒有非常精確有效的方法進(jìn)行測量。石油行業(yè)中使用的利用電場、磁場等原理的儀器對于含有粘稠的重油的油水混合物的測量精度有待檢驗(yàn)，同時由于設(shè)備復(fù)雜，海上操作難度較大。

上海打撈局海上施工技術(shù)人員根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新方法，將液體取樣的原理使用到測量油水混合物中含油量的過程中，就地取材制作取樣工具，設(shè)備簡單易操作，測量結(jié)果可信度、準(zhǔn)確度較高，得到了現(xiàn)場專家的認(rèn)可。

如經(jīng)過合理的改造和升級后，該裝置可以有更好的易用性和測量準(zhǔn)確度，為未來打撈中準(zhǔn)確測量油水混合物，尤其是重油和水的混合物中含油量的測量找到了方法，解決了世界性的難題，值得在類似工程中大力推廣。

參考文獻(xiàn):

[1]陳進(jìn),王澤杰,李橋.基于近紅外光譜吸收原理的油水界面檢測系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表, 2015, 42(10).

[2]王進(jìn)旗,趙勇,劉銳.基于近紅外光譜吸收的高精度原油低含水測量方法[J].壓電與聲光, 2006, 28(5):514-516.

[3]陳祥光,薛錦誠.儲罐原油含水率在線測量及動態(tài)油量計(jì)量技術(shù)的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào), 2000, 21(6):569-573.

[4]武洪濤.電容式油水界面檢測儀[J].石油儀器, 1996(2):24-26.

[5]楊博.一種新型的原油含水率在線監(jiān)測裝置研究及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工. 2014(24):21-23.

中圖分類號：U698.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006—7973（2016）02-0041-03