海洋高黏度浮油回收系统设计

2024-01-18时永军王立锋王清泉

中国资源综合利用 2023年12期

时永军，郝武，王立锋，王清泉

（中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 300452）

我国石油资源短缺，严重依赖进口，虽然近几年我国石油的对外依赖度有所下降，但2022年依然超过70%，进口量达到5.08 亿t，其中81.2%的石油进口为海运[1]。随着海运石油规模的扩大，船舶溢油事故增多。目前，我国已建立较为完善的海上船舶浮油应急体系，配置一批浮油清除设备，从而提高海上船舶浮油事故的应对能力，减轻船舶突发性污染事故对海洋环境的损害[2]。

环保船作为油田生产和海洋环境的卫兵，需要配备适应各种黏度溢油的回收装置。然而，我国海上专用浮油回收船舶及收集清污设备的数量有限，其装备能力亦难以有效应对大规模的溢油事故，目前配置的环保船大多更适用于回收中、低黏度的溢油，不适用于回收高黏度溢油，特别是沥青质高黏度浮油，无法覆盖或保护整个岸线和水域。海洋发生溢油事故后，受风、浪、流、光照、环境条件和生物活动等因素的影响，原油物理性质和化学性质会随时间发生变化。其间，溢油会发生蒸发、溶解、乳化、吸附沉淀、光氧化和生物降解等，随着时间的推移，海面溢油风化后，油品黏度将会增大。据调查，渤海油田的原油黏度普遍较高，尤其是冬季气温低，更增加其黏度。因此，有必要研制一套可回收高黏度浮油的溢油回收装置，与环保船的动态斜面回收系统相互补充。

1 高黏度浮油回收系统的性能指标和技术要求

1.1 高黏度浮油回收系统的性能指标

海上高黏度浮油回收装置安装在环保船两侧船舷，能够与船载围油栏配合，高效完成浮油回收作业。高黏度浮油回收系统的最大油水混合物回收速率为20 m3/h，该装置可在风速10 m/s、浪高1 m 的海况下安全作业，连续回收浮油。高黏度浮油回收系统安装后能够沿船宽方向滑动，能够绕底座水平方向转动，能够以底座为中心，实现浮油传送带的布放及回收，主动汇集装置能够拨动水面浮油向浮油传送带集中。

1.2 高黏度浮油回收系统的技术要求

海上高黏度浮油回收系统设计满足技术目标和基本功能要求，各结构部件及元器件选择目前市场上的成熟主流产品。设计时，参考市场成熟稳定的产品，结构部件及各元器件按市场产品选型，然后进行理论验证及试验验证。理论计算后，定制构件及元器件，产品定制后进行试验验证并定型，最终完成详细设计。

2 高黏度浮油回收系统的结构组成

高黏度浮油回收系统的结构组成如表1所示，它主要由可移动底座、翻转机构、浮油传送带、水面浮体、主动汇集装置、回收箱、液压控制系统等部件组成。高黏度浮油回收系统的机械部分主要由可移动底座、翻转机构、浮油传送带、水面浮体、主动汇集装置组成，是整套系统的主要装置，也是实现高黏度浮油回收作业的主体。

表1 高黏度浮油回收系统的结构组成

3 高黏度浮油回收系统机械部分的设计

3.1 可移动底座的设计

高黏度浮油回收系统的可移动底座可分为固定结构和移动结构，固定结构安装到船舶甲板位置[3]。移动结构可在固定结构的轨道内移动，能够使整套系统在垂直船舷方向移动，可以保证整套系统在非工作状态下不超出船舷范围，且在工作状态下能够尽可能地靠向船舷外侧。可移动底座设计为可快速拆卸形式，基本参数如表2所示，船舶甲板仅需要与底座平板焊接固定，不影响船舶正常作业，待需要进行高黏度浮油回收作业时，将设备吊装到固定底座平板，使用螺栓固定即可完成设备安装。安装状态下，可移动底座长为1.5 m，宽为1.5 m，高为0.43 m；固定底座平板长为1.5 m，宽为1.5 m，高为50 mm（含保护螺栓尺寸）。

表2 可移动底座基本参数

可移动底座的收油头用于水下沉潜油的集中收集，水下载体为前端集油装置的其他部件系统提供搭载平台和航行动力，水下照明和水下摄像头可为水下作业提供视野和远程监控，水下供电单元提供前端集油装置水下作业的电力，导航系统可提供水下作业的前端集油装置水下状态和位置信息。

3.2 翻转机构的设计

高黏度浮油回收系统的翻转机构组成如表3所示，其连接可移动底座和浮油传送带，分为转动结构和升降结构，能够控制浮油传送带的转动角度和入水倾斜角度，从而实现浮油传送带的翻转布放和回收作业[4]。

表3 翻转机构组成

翻转机构的转动结构主要由回转支承与其安装结构组成，能够控制浮油传送带的转动角度。翻转机构的升降结构由2 条液压油缸和浮油传送带支撑底座组成，能够控制浮油传送带的入水倾斜角度。2 条液压油缸联动控制，在该路液压管路系统中增加液压蓄能器1 件，针对突然受到的外力进行压力卸载保护，防止液压油缸出现破坏性损伤。翻转机构的支撑底座作为偏心支点，与浮油传送带组成杠杆结构，液压油缸安装在近端，利用液压油缸较小的位移实现浮油传送带远端的较大位移，可减小液压油缸的长度，从而控制系统整体高度。翻转机构的液压油缸有2 件，活塞杆直径为80 mm，行程为800 mm，工作压力为16 MPa，推力为80 kN，拉力为72 kN。

浮油传送带由航海铝合金框架焊接组成，液压马达驱动专用网带旋转进行高黏度浮油回收。网带带有钩爪，可在回收高黏度浮油和海上垃圾时提供抓力，最大程度降低高黏度浮油和海上垃圾从浮油传送带逃逸。浮油传送带后部通过翻转机构和可移动底座固定在船体甲板上，可在不工作状态下完全回收到船舷范围内。浮油传送带长为9 m，宽为1 m，质量约为1 400 kg，框架主体使用铝合金制作。传送带带有刮板，可将黏附上浮油刮掉，并通过汇流槽集中流入垃圾筐的吨袋内统一回收。

3.3 水面浮体的设计

高黏度浮油回收系统的水面浮体使用橡胶充气式结构，最大可提供浮力2 000 kg。浮体作为浮油传送带的水面支撑，使用单点轴转动连接形式固定。水面的浮力体采用聚乙烯（PE）塑料浮筒。

3.4 主动汇集装置的设计

高黏度浮油回收系统的主动汇集装置安装在浮油传送带前部两侧，依靠主动汇集装置安装的带立板不锈钢马蹄链的转动形成水流或直接推动浮油向浮油传送带方向移动，增加系统的集油收油能力。主动集油装置前部安装有1 个滚轮，能够防止主动集油装置与船壳或其他水面漂浮物碰撞时造成损伤。高黏度浮油回收系统的主动集油装置主要由不锈钢马蹄链、铝合金框架、防撞滚轮、转动马达等组成，转动马达为不锈钢马蹄链转动提供动力，摆角马达控制主动集油装置摆动角度，根据浮油位置实时调整。