海冰存在条件下溢油应急难度分析及研究方向

陈宇

摘 要：从对冰区溢油的监测预测、船舶航行、溢油围控、回收处理等方面的难度进行分析，结合国内外针对冰区溢油

应急响应现状，从技术的角度提出了未来的研究方向建议，为提高国内针对冰区的溢油应急响应能力，促进

溢油应急响应技术的发展起到积极推动的作用。

关键词：海冰溢油应急 研究方向

冰区溢油应急难度分析

溢油如果发生在有冰的海域，通常具有以下特点：溢油与冰紧密结合。溢油有可能处在浮冰之上，冰缝隙间，冰盖以下，或者渗透到海冰内部等。不同的溢油发生情况，往往会导致不同的冰油位置，也会对应不同的溢油应急响应方式。冰和低温会减慢溢油的扩散和风化速度。低温导致溢油的粘度增加，降低溢油的扩散速度和漂移速度，海冰也会阻挡溢油的漂移和分散，因此在冰区溢油中油膜的厚度也相对较厚；溢油风化的速度也往往由于低温而减慢，减少了溢油的乳化程度。较慢的扩散和风化速度，为溢油应急响应提供了更多的响应时间。不断冻结的冰可能将溢油冻在海冰内部。在这种情况下往往只有等到融冰时才能释放出溢油，这延长了彻底治理冰区溢油的时间，治理难度增大。冰区溢油的特点决定了冰区溢油应急响应的难度，现对具体难度分析如下：

1、冰区溢油预测、监测困难

及时发现溢油的位置是减少溢油污染造成损失的关键，但冰的存在给溢油的监测、预测增加了难度。国际上开展过20多年的研究，提出了冰中、冰下、冰水混合等条件下多种探测溢油的方法，主要包括光学、声波、雷达、脉冲、微波、核磁、油气嗅探、溢油跟踪等。但至今还这些方法还没有成熟应用，更不能彻底解决冰区溢油预测、监测的问题。其主要难度体现在：①对于溢油在海冰以下的情况，开阔水域溢油监测监视技术无法使用，人为的肉眼观察也往往由于雪的覆盖而更加困难。特别是渤海近岸的海冰，固定冰加少量的堆积冰或重叠冰给冰下溢油的监测带来了更大的困难。②对于油在冰的缝隙间的情况，现在的溢油卫星监测技术、雷达监测技术等往往难于区分冰和油，因此监测困难；由于冰与油的性质不同，受海洋水动力学的影响也不尽相同，因此运动轨迹也不一样，这就给溢油漂移轨迹的预测增加了难度；对于海上为浮冰的情况，由于渤海浮冰有薄有厚，形状各异，大小不一，溢油在海流的作用下，遇到冰块边缘后，有可能滞留在冰的缝隙之中与浮冰一起漂浮，也有可能会有一些相对的运动，因此很难准确监测溢油位置。

2、清油船舶在冰区航行艰难

当发生冰区溢油事故之后，设备的调运与物资的补给对应急响应非常关键。但在像辽东湾这样冰情较严重的区域，近海处的冰情可分为沿岸冻结区、滩涂堆积区、流冰区等不同种类。船舶补给和船舶清理溢油在这些区域存在一定的困难。渤海湾、莱州湾在冰情较重时也会出现类似的情况，具体对船舶的航行影响如下：

沿岸冻结区：海冰冻结成大片的厚度在90cm以上的冰原，该冰原一般不会水平的运动，但会随着潮汐垂直运动；岸边水深较浅，即便在高潮时，水深也在1.5m左右。这样的冰情使船舶很难到达该区域。

滩涂堆积区：该区域分布有众多具有完整内部结构的“冰丘”，其露在海面以上部分由于长时间处在低温的环境下，因此具有很大的强度，这就给船舶（包括破冰船）在该区域的航行带来十分大的风险。

流冰区：流冰区由于潮汐、海风、海流等的变化，往往会频繁变化漂移方向，因此在该区域航行的船舶很难保持既定的航向，操作比较困难，往往会被迫频繁的改变航线和航速。

3、冰区溢油的处理难度

渤海冰区溢油处理的难度要远远高于开阔水域，主要体现在溢油的围控、回收、油冰分离、操作困难等方面，下面以机械处理技术、消油剂技术和生物修复技术为例加以说明：

常用的机械处理溢油技术经常遇到如下困难：①在海冰密度较大时，溢油处理设备往往存在着难于布放的问题，利用设备收油则更是没有可能；②海冰会对溢油回收船舶和溢油应急设备造成冲击，可能造成设备的损坏；③渤海海冰并不像北美海域和北欧海域的海冰那样厚重，难于支撑人员和设备直接在冰面上进行溢油回收的操作，尤其是大型设备，这给溢油的回收造成了困难；④溢油吸附在海冰上，也可能滞留在冰缝中，与碎冰混杂在一起，给溢油的回收带来了困难；⑤低温会造成溢油粘度的升高，甚至凝固成固体，很多回收设备在这种情况下已经失效，造成回收困难；⑥一些设备在回收冰区溢油时，会一同回收上大量的碎冰和水，而在船上油-冰-水的分离较难；⑦在冰区作业，温度较低，人员操作难度增大，设备的运维也更加困难，设备在低温下的运转效率也会降低，安全风险变大，这些都给冰区溢油回收带来困难。

在冰区使用消油剂难度较大。消油剂的使用效果受多方面因素的影响，例如：溢油的油品特性、乳化程度、风化时间，外界温度、消油剂配比及喷洒方式等。一般消油剂对粘度在600至2900mPa·s之间的溢油适用，当粘度超过5000mPa·s时，消油剂将失去效力。因此温度较低时，溢油的粘度的增加会降低消油剂的使用范围。另外，低温也会导致消油剂的主要成分溶剂和表面活性剂的性能下降，致使消油剂在低温的情况下发挥不出其应有的效果，甚至完全失效。

生物修复技术在冰区无法发挥作用。海岸线上的溢油污染可以利用生物修复的技术进行清理，1989年艾克森瓦尔迪兹油轮泄漏事故后，应用生物降解技术对海岸线的清理是第一次大规模应用此技术。自此以后，生物降解技术的成功率一直是研究和应用领域的热门话题。早期的研究发现，当海水温度只有0-1℃时，生物降解石油碳氢化合物的速度是很慢的，但是当温度升至10-12℃，速度会快得多。站在应用的立场上，在寒冷气候下使用生物降解技术是很具挑战性话题，这主要是因为在低温条件下一般的生物难于存活或者处于休眠状态。虽然一些人在从北极的菌种中筛选嗜冷的石油烃降解菌，但距离应用还很遥远，因此生物修复技术在冰区溢油应急处置中难于应用。

冰区溢油应急技术研究方向探讨

1、发展冰区溢油预测、监测技术

现阶段国外已经针对冰区溢油预测、监测技术进行了多年的研究，国内也开展过一些初步的研究。但到目前为止，尚未找到一种可以解决冰区溢油预测、监测问题的行之有效的技术。因此建议在以后的工作中，继续开展此方向的技术攻关，解决冰区溢油预测、监测的难题。

2、发展冰区溢油围控技术

传统的围油栏在冰区围油的可行性大大降低，主要是因为冰给布放围油栏及拖带围油栏带来相应的困难，特别是平整冰或者冰密度较大的情况。另外，运动的海冰的冲击力也容易破坏围油栏，造成围油失败。国外的数次冰区溢油事故中，常规围栏很难发挥作用。但在冰的密集度较小，船舶和围油栏可以回避大块浮冰的情况下，常规油围栏才有应用的可能性。但必须做好作业前的安全评估，充分考虑作业风险。

防火围油栏作为特种围油栏的一种，可以用于冰区围控溢油，但作业前的安全和风险评估依然必不可少。汽泡和射水屏障也有可能在冰区溢油的围控中起到作用，据报道汽泡幕已经在北极的条件下开展试验，有着比较好的应用效果。但国内尚未发现利用此项技术进行围油、控油。在有冰的条件下发生溢油，冰的存在往往也可以降低油的流动性和扩散性，如能充分加以利用，则可以形成一道“天然”的围油栏。

因此，在以后的工作中，建议：针对有一定抗冰能力的围油栏，研究其布放、拖带、回收技术；开发气泡、射水围控溢油技术，探索使用方法；研究利用浮冰围控溢油的技术。

3、发展冰区溢油回收技术

从环保的角度出发，机械回收通常认为是最有利的海上溢油清理方法。目前国外针对冰区溢油所开发的技术也大多针对机械回收。

在冰区进行溢油回收，所面临的问题往往是冰和低温带来的困难，这在上文中已经阐述。因此，在以后的工作中，建议：①开发冰区溢油回收设备，充分考虑到冰对设备的冲击，增加设备的强度；②开发冰油分离装置，该装置可以在船上分离，也可以直接在水面上进行分离（如高压水枪等），这样有利于减少冰对溢油回收的影响；③重视固态原油回收设备及技术的开发，该技术的开发不仅对冰区溢油有益，也可以用于在开阔海域回收凝固溢油和被凝油剂凝固的溢油。

4、研制低温消油剂

常规的消油剂在低温的情况下往往失去效力，我国北方海域一年中多半时间处在低温（15℃以下）状况，因此低温消油剂在我国有着更广阔的应用空间。在加拿大、冰岛等寒冷地区，低温消油剂的研制发展迅速，但在我国还未见低温消油剂的研究报道，因此低温消油剂的研发在我国已经刻不容缓。

5、研究凝油剂的使用技术

在处理凝点低，粘度低的溢油时，为了便于回收，国外经常使用化学凝油剂凝集溢油后再予回收，以提高回收率。

凝油剂具有降低溢油毒性、减慢溢油扩散速度、便于围控等优点，但在实际应用中，对凝固后的溢油回收技术是使用凝油剂凝油回收的必要保障。国外回收高粘度溢油和固状油块的技术设备主要包括机械回收装置和网式回收装置。但国内针对高粘度固态原油普遍采用的方法还是原始的人工手动使用捞油网的方式进行处理，因此在发展凝油技术的同时，还应开发凝固溢油的回收设备，特别是网式收油装置和技术的开发。

6、研究现场焚烧技术

溢油的现场焚烧由于其清除溢油成本低、清除率高（据报道，若油膜控制适当，燃烧可达95%以上）、耗时少，是在短时间内清除大量溢油的有效手段，在美国等国家倍受青睐。在应对Exxon Valdez轮溢油事故时，美国采用了现场焚烧技术，得到了高达98%的溢油燃烧率。

但处于安全性和二次污染方面的考虑，笔者认为在渤海应慎重使用焚烧技术。而且在国内现场焚烧溢油的技术仍属空白，若没有一定的研究基础作为支撑，更应慎重使用，避免严重的后果和影响。但在某些情况下，溢油的现场焚烧却又是处理溢油的绝佳方法，特别是针对冰区溢油。因此建议应对溢油的现场焚烧技术进行研究，以备不时之需。研究应主要应针对以下几方面：①溢油现场焚烧应具备的条件；②溢油现场焚烧需要的装备、材料；③溢油现场焚烧的点火技术；④溢油现场焚烧的控制技术；⑤溢油现场焚烧后残余污染物的处理技术。

(作者单位：中海石油环保服务有限公司)