海上泄漏石油收集器结构设计

2021-11-27刘峻杭

科学技术创新 2021年31期

刘峻杭周龙车丽

（大连海事大学船舶电气工程学院，辽宁大连 116026）

海洋占地球表面积的70.8%，有庞大的生物资源和矿产资源，是生物生存的气候调节器，巨大的水资源是天然的气温调节器,合理利用开发将极大的推动经济发展。自20 世纪50 年代以来，随着各国的生产力和科学技术发展，向海洋排放的污染物越来越多，对海洋的污染愈演愈烈，造成了不同程度的破坏。污染物主要是石油①及其产品、重金属、酸碱、有机物、放射性核素、固体废物等，其中石油及其产品对海洋危害巨大，是海洋生物和生态环境的头号杀手。

以2010 年7 月16 日发生在大连湾输油管爆炸事故为例，有1500 多吨的石油在短时间内泄漏到大连附近海域，造成了至少50 万平方公里的海域被原油污染，对当地经济、城市形象、渔业、附近居民都造成了恶劣影响。海上泄漏石油收集器针对短时间集中泄漏的石油进行处理，及时遏制石油对大海的污染。同时石油作为不可再生能源，是工业的“血液”，具有非常重要的战略意义，尤其是在当今，自然资源逐渐枯竭，环境渐渐恶化，对于环境做出有效保护措施已经刻不容缓。海上泄漏石油收集器的开发利用，为保护海洋生态环境，减少二次污染，资源重复利用，为船舶清理航道等做出贡献，对人与自然和谐相处和促进经济发展具有重大意义，也为爱好海上泄漏石油收集器的开发设计者提供参考。

1 海上泄漏石油收集器特点

目前国际上通行的治理及回收石油的技术、方法主要可以分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三种方法。海上泄露石油收集器处理油污染物的方法属于物理处理法，相比于化学处理法和生物处理法，物理处理法有资源再利用、对生态环境影响小、无二次污染、易于操控、精准收集等优点。

传统物理方法人工打捞效率低，且工作环境恶劣。传统的化学处理法虽然有处理方便、效果明显的优点，并且在实际情况下广泛应用，但油分散剂的使用或者利用助燃剂燃烧对环境的污染较大，对生态环境产生二次污染，利用助燃剂燃烧还会污染空气，影响靠海聚居人们的生活。生物处理法有无残毒、成本低、反应迅速的优点，但是对微生物的人工选择、改良、培育的技术要求较高，不同微生物对于不同的环境的适应性不同，并且微生物降解石油烃要受很多因素的影响，降解速率和微生物的种类和数量以及介质的温度有很大的关系，同时石油成分的比例和分散程度都要对应分析，所以生物处理法的使用受到多个因素限制，对于现实应用具有一定的局限性。

海上泄漏石油收集器对于泄漏石油的回收利用，变废为宝，趋利避害，具有其它两种方法没有的优点。同时能高效率收集海面油污，处理油污量大，操控方便，控制船舶精准收集水面石油，油水分离后油的纯度高等特点，对解决实际问题具有现实意义。

2 收集原理

海上泄漏石油收集器基于对泄漏石油收集-处理-储存的思想，将整个装置分为3 个部分：吸收装置、过滤装置和净化装置。每个装置基于船舶机舱现有设备，配合泵的改装，将海面的石油吸收并传输到污水井中，再经过过滤装置粗过滤后，分离出大部分水分，再送到净化装置净化，使最终得到的石油能达到机器设备使用的标准，实现变废为宝的愿景。

3 收集过程

海上泄漏石油具有面积广、泄漏量大、易扩散的特点。吸收装置首先将弥散在海面上的石油汇聚到靠近船舶的一个点上，在汇聚点的水面下方安装螺杆泵，在螺杆泵的作用下，将油水一起吸收到污水井中，因为此时的油水混合物中水的占比较大，而且在低温环境下，石油的黏度较低，导致油水在管道中的流速较低，配合油水分离器的加热器使油水温度上升，提高运行效率；到达污水井的油水经过油水分离器粗分离后，再输送到分油机中离心净化，除去其中的杂质和水分，得到的干净油就可以用于机器消耗或者存储起来，见图1。

图1 油水收集过程图

4 结构设计

4.1 设计思路

吸收装置主要由位于船首两侧的挡片、与海面接触的连通器管路、单螺杆泵以及泵控电路系统组成；过滤装置由舱底水处理系统、油水分离器和相关管路组成；净化装置由分油机和相关耗油机械设备组成。

船舶在水面正常航行时，船首挡片处于收缩关闭状态，整个收集器装置处于关闭状态。当溢油事故发生的时候，由电机驱动船首两侧挡片向两边张开，船舶在前进的同时与海面石油相对作用使石油被汇聚，进而被收集器收集进机舱进行进一步处理。

4.2 收集器结构

4.2.1 收集器结构图。

船舶在海上收集油的过程中，配合缆绳围油，减少油污面积，提高油水中油的浓度比例，进而提高收集效率，见图2。

图2 油水吸收状态下的船舶俯视图

在挡板汇聚口的水下，连接连通器管道，在螺杆泵的作用下，水面上的油水被吸进连通器管道，输送到污水井等待处理。由于螺杆泵不能空转，为了防止船舶因颠簸、倾斜而导致油水吸入口离开水面与空气接触，设计成连通器式的管路结构可以避免螺杆泵空转。当连通器管道两端没水的时候，凹槽下剩下的液体可以短时间防止螺杆泵空转，见图3。

图3 正向船舶右舷截面图

4.2.2 螺杆泵。螺杆泵就是回转式容积泵，原理螺杆是回转来吸收和排出液体。具有由于具有流量均匀、工作平稳、噪音和振动轻、吸入性能好、流量范围大、对所输送液体的搅动少、水力损失低、零部件少、体积小、重量轻、维修量少、寿命长等系列优点，满足当前使用条件需求，适合作为油水吸入口的动力来源。

4.2.3 油水分离器。油水分离器起初步粗分离的作用，目的是除去油水中大部分水分。以德国产的TURBULO MPB2.5 型油水分离器为例，是一种重力分离与聚合分离原理的油水分离装置。被螺杆泵吸入到污水井的油水，通过污水泵进入到一级分离筒内加热，由于油和水的密度差，密度小的油就会浮到顶部，达到重力分离油水的目的。混杂在水里的小油滴，经过油水凝聚过滤器聚合成大颗粒的油滴，使浮力大于重力和粘附力而上升。当油容量变大达到分离筒顶部时，打开泄油阀把油排到油渣舱中。

含油密度较小的油水，经过三通阀进入到二级分离筒内，同理将油排入油渣舱，二级分离筒的水经油份检测仪检测后，在油分浓度不超过15ppm 时，打开排水三通阀排到舷外，不满足标准就送回到一级分离筒内再次重复分离，见图4。