环保船收油进口处漂浮垃圾处理装置设计方案研究

张 乐，苏 煜，唐 倩，吴 威，冯 玺

(中国船级社实业公司 天津分公司，天津 300457)

专业溢油应急船舶是处理水上大规模溢油事故的关键设备。采用内嵌式溢油回收系统装置的环保船，侧面配备的内嵌收油机系统与船体形成一个整体，是当今国际溢油环保行业中较为先进的溢油回收船舶。工作时，通过围油栏聚集的溢油经导流，沿船舶侧面设置的进油舱门进入收油舱，通过舱内的内嵌收油机实现溢油回收，而随溢油导入的水流则通过前舱门导出[1]。采用该回收系统的海洋石油252轮和253轮，在2011年康菲油井区溢油事故中，发挥了重要作用。

在近几年的海上溢油回收作业中，内嵌式溢油回收系统的缺陷逐渐显现出来。海面垃圾和各种漂浮物严重影响了收油作业效率，设备在作业过程中经常会吸入海上漂浮物(泡沫块、木块、塑料袋及藻类等)，当这些漂浮物大量进入吸入口内时，容易将溢油回收毛刷循环带卡阻，致使溢油回收装置不能正常工作。船上虽然采取了很多临时性措施，但是效果并不理想。一旦溢油回收毛刷循环带被垃圾漂浮物卡死，就需要人员下到溢油回收设备的舱口内，进行人工清理。舱口内部只能由1人进行清理工作，处理时间长，工作量大，且工作环境非常恶劣，危险性大。

针对上述问题，对现有设备进行优化升级改造，在进口处加装垃圾处理装置非常必要。

1 漂浮垃圾处理解决方案比选

从技术成熟性考虑，选择4种垃圾处理方案进行比较。

1)在吸入口处安装格栅，人工提篮打捞。在溢油回收口处提前放置1件格栅，将垃圾阻挡在吸入口前，然后由人员用专用提篮将格栅前的垃圾提上来。此种方式较为原始，人工劳动强度大，安全很难保障。

2)抓耙式水上垃圾清理机。该清理机类似于土方工程的抓斗机，不同的地方是不采用抓斗，而是采用抓耙。这种抓耙式垃圾清理机，需要工人在现场不停地操纵。从安全角度考虑，在海况不好的情况下，人员安全难以保障。从性能角度分析，它适合大块物体的清除。对于体积小的漂浮物，也是无能为力，难以满足要求。

3)铰吸式水上垃圾清除机。装置前端装有螺旋铰刀吸口，后面的出口由管道连接到垃圾笼的上方，当铰刀转动时，将漂浮的垃圾吸入并绞碎，同时通过管道送入垃圾笼中。这种设备适合直接进行垃圾处理，不利于油水分离，而且该设备在舷侧口处的设计安装难度非常大。

4)格栅倒钩传输带式垃圾清除机。格栅倒钩传输带式垃圾清除机采用倒齿型钩爪叠加后，由链条连接组成格栅传输带，其格栅允许溢油流过的缝隙是由钩爪间定位管的长短来定。这种结构既可以使水流过，又可以将垃圾挡在外面并清除掉。这种装置在小型水利发电站已经广泛应用，对于水流明渠中的垃圾、漂浮物，水藻等有着非常好的清除作用，成为小型水力发电站的必配设备。

从安全和适用方面考虑，我们选取了格栅倒钩传输带式垃圾清除机。但由于船舶甲板两侧的空间狭窄，而格栅传输带体积及高度比较大，平时不使用时需要折叠在甲板两侧。因此需要设计一整套液压折叠收放机构，实现伸展和折叠的功能，同时还需要设计一套轻巧的传输带，将收上来的垃圾输送到甲板中间的垃圾箱中，实现其垃圾自动回收。

2 详细设计方案

2.1 工作原理

格栅倒钩传输带式垃圾清除机的前部深入水中，并挡在溢油水吸入口前，由于溢油回收装置轴流泵的吸入及船舶航行造成的水流双重作用，溢油水流经倒钩组成的格栅，垃圾被阻挡在格栅之外，此时格栅倒钩传输带在液压马达的驱动下已经运转，格栅倒钩便挂住垃圾，跟随传输带向上行走，行至顶端，待传输带向下翻转时，自动落至下一传输带上，送至垃圾箱中。由于倒钩传输带的连续运转，垃圾被不停的钩上，并输送至垃圾箱中。在回收溢油作业中，垃圾清除机连续运转，起到了持续清除垃圾的作用。同时溢油水流又可以畅通无阻地被轴流泵吸入进口，确保溢油回收正常作业。

2.2 动力源

格栅倒钩传输带式垃圾清除机与环保船溢油回收装置液压系统共用动力源。这样既可以不增大供电系统的负载，又有利于安全防火。其液压机构的工作时间是在收油臂工作定位之后，而且所需的液压功率非常小，对原船液压泵站不造成任何影响。

2.3 驱动方式

驱动方式主要为：①折叠臂及滑动机构采用液压油缸驱动；②格栅翻转采用摆动油缸驱动；③倒钩式格栅传输带采用液压马达驱动；④挡水折板采用液压油缸驱动；⑤便移式传送带机采用液压马达驱动。

2.4 主要结构

1)格栅倒钩传输带式垃圾清除机的整体框架采用不锈钢材质，由液压操控系统直接控制驱动，驱动马达内置于框架一侧。垃圾通过液压驱动便携式传送带传输。在入水传输带侧面，有一格栅折板，用于隔挡传输带与船舷侧板的空隙。装置结构示意图如图1所示。

图1 格栅倒钩传输带式垃圾清除机结构示意图

2)格栅和传输带的打开和收回工作由液压翻转折叠机构完成。设备打开时，立起—翻下入水—平移(与围油栏贴紧)—打开格栅挡板—传输带工作。工作完毕后，进行平移(离开围油栏)—收起—平移—翻起—放到安放架。

2.5 操控系统

垃圾清除机驱动的动力系统及翻转折叠收臂机构全部采用液压控制系统，翻转及叠臂机构设计为液压顺序连锁动作，使操作简便可靠。

3 操作说明

3.1 设备放置过程

1)环保船驶入溢油海面，通过收油臂将围油栏放出后，由操作人员操控液压系统，靠液压缸的作用将垃圾清除机从水平放置位置脱离放置托架，并且慢慢的竖起。

2)当竖起动作完成后，操作人员便可进行垃圾清除机入水操作，入水动作的速度可以通过液压系统设定。

3)垃圾清除机入水动作完成，再由液压缸拖动底座滑板向船尾方向移动，使其靠上围油栏。当其到达预定位置后，侧折板自动打开，以遮挡侧面的垃圾。

以上动作约在4～5 min完成，完成后垃圾清除机设备收起状态示意图如图2所示。

图2 格栅倒钩传输带式垃圾清除机收起状态示意图

3.2 垃圾清除过程

放置步骤结束后，操作人员启动垃圾清除机工作液压马达，倒钩垃圾传输带行走，进行垃圾清除。清除的垃圾落入轻便传输带，被送入船上的垃圾箱中。

3.3 设备收起过程

首先收起侧折板，然后拖动液压缸向船首方向平移(脱离围油栏)，这2个动作是连锁动作，自动一次完成;收起垃圾清除机，将其竖起;再将垃圾清除机平放在甲板托架上，作业过程结束。

4 系统特点

格栅倒钩传输带式垃圾清除机在结构设计和运行管理等方面具有自身的一些特点，体现在以下4个方面。

1)技术成熟，广泛应用于水电站灌渠垃圾处理，以此为基础进行延伸开发，对于缺少先例的大型环保作业船配备垃圾清除设备设计，可有效降低技术上的风险。

2)装置总质量不超过2 t，并设计整体基座，对船体结构强度不会造成明显影响。装置整体布局紧凑，对船舶现有设备结构影响较小，降低了设备改造难度。

3)系统的动作全部由液压控制系统实现，自动化程度高。

4)系统日常运行管理方便，运行费用低。回收的垃圾集中在垃圾箱，便于清除。

5 结束语

目前国内还没有成型的环保船溢油海面垃圾清理回收装置，开发海面垃圾回收装置，除可用于溢油回收期间的垃圾处理之外，还可以用于非溢油期间海上普通漂浮垃圾及浒苔等漂浮物的清理，适用性较强，具有很高的实用价值。在没有先例的前提下，为了尽量降低风险，选用已经非常成熟并广泛应用的水电站灌渠垃圾处理装置作为原型进行延伸开发，可有效提高海上溢油回收效率，产生显著的社会效益和经济效益，具备良好的发展前景。