鄒云飛, 張德文, 甘澍霆

(1. 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院, 北京 100088； 2. 南京碧頓環(huán)?？萍加邢薰? 南京 210061)

海上重大溢油回收、油水分離與儲運(yùn)集成工藝

鄒云飛1, 張德文1, 甘澍霆2

(1. 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院, 北京 100088； 2. 南京碧頓環(huán)?？萍加邢薰? 南京 210061)

溢油回收、油水分離和儲運(yùn)是海上重大溢油應(yīng)急處置的重要環(huán)節(jié)。以該環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，分析典型收油技術(shù)和油水分離技術(shù)的性能特點(diǎn)，研究作業(yè)環(huán)境對溢油回收的影響。結(jié)果表明：下行帶式收油機(jī)具有更好的抗風(fēng)浪能力、更高的回收效率及徹底性效率，更加適用于海上溢油的回收；具有高精度、廣普性、廣幅性和大通量等特點(diǎn)的溢油阻截分離與回收系統(tǒng)能更適應(yīng)容量大、含水量高的海上溢油?；诖耍岢龊Ｉ现卮笠缬突厥?、油水分離與儲運(yùn)集成工藝，可有效提高溢油處置的快速性和高效性。

溢油； 油水分離； 收油機(jī)； 回收效率； 浮動油囊

Abstract: Oil spill recovery, oil/water separation and storage/transportation are important parts of the large marine oil spill response. The performance characteristics of typical oil spill recovery technologies and oily water separation technologies are analyzed. The effects of the operating environment on oil spill recovery are also studied. The analysis indicates that the down conveyor belt skimmer features strong anti-wind ability, high recovery efficiency and oil recovery rate and, therefore, is suitable for the marine oil spill recovery. Meantime, the oil spill blocking-separation- recovery system, featuring high accuracy, adaptability, wide coverage and large flux, is suitable for the oil and water mixture with the characteristics of large capacity and high water content. According to the analyses, the integration technology for the oil spill recovery, oily water separation and storage/transportation is proposed so as to improve the rapidity and efficiency of oil spill treatment.

Keywords: oil spill; oily water separation; skimmer; recovery efficiency; floating bladder

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，各行業(yè)對石油的需求量不斷增加。[1]我國2014年的石油進(jìn)口量達(dá)到3.1億t，預(yù)計(jì)到2020年將超過6億t，其中海上運(yùn)輸量在3.25億t以上。[2]

隨著我國對石油資源的需求量持續(xù)增長、自行研制的第一艘深海鉆井船“TIGER”號[3]成功下水和“海洋石油981”號深水鉆井平臺[4]成功運(yùn)行，我國深水海域石油的鉆探開采、水上運(yùn)輸和沿岸加工存儲呈快速發(fā)展態(tài)勢，當(dāng)前我國海域已分布有250余座石油鉆井平臺。然而，受船舶事故、石油開采及存儲設(shè)備故障和老化等因素影響，水上溢油事故頻繁發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過去的40 a中，全球每年發(fā)生的溢油事故多達(dá)240余起[5]，大量原油或成品油泄漏至海洋環(huán)境中，對海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和海洋資源的可持續(xù)性開發(fā)帶來了極大的威脅。大連“7.16”溢油事件、墨西哥灣石油泄漏事件、康菲漏油事件及青島“11.22”輸油管道爆炸事件等的發(fā)生使得海洋溢油問題被廣泛關(guān)注。如何高效、快速地對溢油進(jìn)行應(yīng)急處置已成為當(dāng)前各國關(guān)注的重要課題。[6]

溢油回收是溢油應(yīng)急處置中最重要的部分，既是解決海洋環(huán)境污染、原油泄漏問題的有效方法之一，同時(shí)也是原油泄漏回收、重復(fù)利用的必要途徑。[7]對此，重點(diǎn)比較和分析國內(nèi)外典型收油技術(shù)和油水分離技術(shù)，分析海況對溢油回收的影響，在此基礎(chǔ)上探討現(xiàn)有溢油回收速度慢、效率低的問題并給出解決方案。

1 收油技術(shù)比較與分析

按工作原理分類，目前國內(nèi)外應(yīng)用于大型海上溢油污染事故的收油機(jī)主要分為帶式收油機(jī)(又分為上行帶式和下行帶式)、堰式收油機(jī)、盤式/鼓式收油機(jī)和刷式收油機(jī)等。[8]比較典型的產(chǎn)品有英國Vikoma公司的盤式收油機(jī)、美國Slickbar公司的動態(tài)斜面式(DIP)收油機(jī)(即下行帶式收油機(jī))、芬蘭Lamor公司的刷式收油機(jī)、挪威Framo公司和丹麥Desmi公司的堰式收油機(jī)及青島光明的下行帶式收油機(jī)等。

下行帶式收油機(jī)利用先進(jìn)的水動力學(xué)原理進(jìn)行水面溢油的回收，與其他形式的收油機(jī)相比(見表1),具有能在行進(jìn)中回收溢油、抗風(fēng)浪能力好、回收效率及徹底性效率(一次性回收起來的油占收油機(jī)一次性接觸到的浮油的百分比)高、適用溢油黏度范圍寬、適用于不同厚度的油層和受漂浮垃圾的影響小等特點(diǎn)。因此，下行帶式收油機(jī)逐漸成為溢油回收的重要設(shè)備，成為溢油回收領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2 油水分離技術(shù)比較與分析

按作用機(jī)理分類，油水分離方法一般可分為物理化學(xué)法(如重力分離法、旋流分離法、過濾法、吸附法、膜分離法、混凝-氣浮法及混凝-沉降法等)、工業(yè)化學(xué)法(如電解絮凝法及濕式氧化法)和生物化學(xué)法。[9]各類油水分離技術(shù)性能對比見表2。

物理化學(xué)法中的重力分離法、旋流分離法、過濾法、吸附法和膜分離法因不添加化學(xué)藥劑而不產(chǎn)生二次污染，是處理水面溢油最理想的方法，但現(xiàn)今物理處理裝置普遍存在處理量和分離精度不能兼顧的問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大處理量、高分離精度溢油處理的時(shí)效性需求。

基于HKW型阻截油水分離膜的溢油阻截分離與回收系統(tǒng)為國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目研究成果，是一種新型阻截式油水分離膜技術(shù)[10-11]，具有高精度(可達(dá)到0.1～15 mg/L)、廣普性(處理浮油、分散油、乳化油及溶解油均可)、廣幅性(適用于0～100%的來水含油量，耐大油量沖擊)、大通量(可達(dá)3 000 L/(m2·h))、耐海水高腐蝕高鹽霧、長使用壽命和低更換率等性能，同時(shí)在處理過程中不添加藥劑，使用過程中不產(chǎn)生二次污染。

表2 各類油水分離技術(shù)性能對比

3 作業(yè)環(huán)境對溢油回收的影響

收油操作現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境(即海況條件)是影響溢油回收的最主要因素之一,主要包括波浪、風(fēng)力、水流流速及環(huán)境溫度等。

3.1波浪

在靜水環(huán)境下，所有收油機(jī)都具有良好的收油效果,然而實(shí)際海洋工作環(huán)境中不可能存在靜水環(huán)境。收油機(jī)受波浪影響最大的性能指標(biāo)為回收效率和徹底性效率，隨著波浪環(huán)境逐漸惡劣，這2項(xiàng)指標(biāo)的值將大幅降低。

3.2風(fēng)力

由風(fēng)引起的風(fēng)浪在一定程度上也會對收油機(jī)的回收效率和徹底性效率造成一定的影響。此外，風(fēng)還會影響收油機(jī)的布放和操作，當(dāng)收油機(jī)在海上作業(yè)時(shí)，其豎直截面會產(chǎn)生帆的作用，從而使收油機(jī)隨風(fēng)而動，嚴(yán)重影響其作業(yè)效果。

3.3水流流速

收油機(jī)作業(yè)一般均需圍油欄配合圍控溢油，但較大的水流流速會使圍油欄失效，溢油從其下部溢出，間接影響收油機(jī)的回收效率和徹底性效率。

3.4環(huán)境溫度

環(huán)境溫度的高低直接影響溢油的物理狀態(tài)，溫度越低，溢油高黏度和固態(tài)的狀態(tài)[12]越明顯，大部分收油機(jī)無法應(yīng)對該類溢油，對于黏附在冰面上的溢油更是無法回收，從而極大地影響收油機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

綜上所述，波浪、風(fēng)力、水流流速和環(huán)境溫度均直接或間接地影響著收油機(jī)的回收效率及徹底性效率等關(guān)鍵性能指標(biāo)。在波浪、風(fēng)力和水流流速較大及環(huán)境溫度較低時(shí)，收油機(jī)的回收效率較低，回收的油水混合物中水的含量大幅增加，溢油應(yīng)急的快速性和高效性受到極大的影響。

4 海上重大溢油回收、油水分離與儲運(yùn)集成工藝

針對海上重大溢油事故，采用事故現(xiàn)場的溢油回收、油水分離、凈化水達(dá)標(biāo)排放及溢油臨時(shí)儲存與運(yùn)輸?shù)暮Ｉ现卮笠缬涂焖俑咝Щ厥?、油水分離與儲運(yùn)集成工藝(見圖1)，可有效提高海上重大溢油事故的綜合應(yīng)急處置能力。

海上重大溢油污染事故的應(yīng)急處置流程主要由溢油指揮決策、圍控、回收、油水分離、儲運(yùn)、評估及賠償?shù)拳h(huán)節(jié)組成。在該環(huán)節(jié)中，溢油回收、油水分離和儲運(yùn)的快速高效性直接影響著溢油事故的應(yīng)急處置能力。圖1中的集成工藝包含溢油污染事故的回收、油水分離和儲運(yùn)等3個(gè)環(huán)節(jié)，主要涉及下行帶式收油機(jī)、溢油阻截油水分離與回收系統(tǒng)和大容量浮動油囊。下行帶式收油機(jī)可側(cè)掛或頂推于工作船船體上，通過液壓管道和控制電纜與工作船甲板上的動力設(shè)備相連；收油機(jī)回收的油水混合物通過輸油管道輸送至工作船上的臨時(shí)儲油艙內(nèi)并在重力的作用下分離，油水分層，上層為高濃度油，下層為低濃度油水混合物；抽取上層高濃度油至高濃度油儲油艙內(nèi)，抽取艙底的低濃度油水混合物(其含油量<10%)至溢油阻截油水分離與回收系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過阻截除油油水分離流程，使含油量<15 mg/L的水直接外排，而分離后的高濃度油則儲存在高濃度油儲油艙(油艙未滿)或大容量浮動油囊(油艙已滿)內(nèi)；高濃度油儲油艙中的高濃度油也可輸送至大容量浮動油囊內(nèi)，當(dāng)油囊儲油已滿時(shí)，可調(diào)配油船進(jìn)行高濃度油的移駁和轉(zhuǎn)駁。

圖1 海上重大溢油回收、油水分離與儲運(yùn)集成工藝

具有油水分離流程的海上重大溢油事故處置工藝特別適用于作業(yè)環(huán)境和海況條件較為惡劣情況下的海上溢油應(yīng)急處置。在收油機(jī)實(shí)際收油過程中，由于海況條件較為惡劣，收油機(jī)回收的溢油(油水混合物)中含油量普遍較低，若直接將回收的溢油輸送至儲油艙或浮動油囊內(nèi)而不進(jìn)行油水分離，則會導(dǎo)致極大地浪費(fèi)溢油儲存空間并降低溢油處置的快速性和高效性。

5 結(jié)束語

本文重點(diǎn)分析典型收油技術(shù)和油水分離技術(shù)的性能特點(diǎn)，研究作業(yè)環(huán)境對溢油回收的影響。研究得出：下行帶式收油機(jī)具有更好的抗風(fēng)浪能力、更高的回收效率及徹底性效率，更加適用于海上溢油的回收；具有高精度、廣普性、廣幅性和大通量等特點(diǎn)的溢油阻截分離與回收系統(tǒng)更能適應(yīng)容量大、含水量高的海上溢油。本文綜合應(yīng)用下行帶式收油機(jī)、溢油阻截分離與回收系統(tǒng)和大容量浮動油囊等裝置，提出海上重大溢油回收、油水分離與儲運(yùn)集成工藝。該工藝特別適用于作業(yè)環(huán)境和海況條件較為惡劣情況下的海上溢油應(yīng)急處置，可有效提高溢油處置的快速性和高效性。

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IntegrationTechnologyforOilSpillRecovery,OilyWaterSeparationandStorage/Transportation

ZOUYunfei1，ZHANGDewen1，GANShuting2

(1. China Waterborne Transport Research Institute, Beijing 100088, China; 2. Nanjing Bidun Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanjing 210061, China)

X55;U698.7

A

2017-01-15

國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAC14B01)；國家發(fā)改委海洋工程裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(發(fā)改辦【2015】1409號)

鄒云飛(1980—)，男，江西贛州人，副研究員，主要從事海洋環(huán)境保護(hù)、溢油應(yīng)急處置技術(shù)及裝備設(shè)計(jì)與研究。 E-mail：zouyunfei@wti.ac.cn

1000-4653(2017)01-0110-04