海上溢油消油劑使用效果的鹽度影響試驗分析

錢國棟

(中海石油環保服務(天津)有限公司,天津 300457)

海上溢油消油劑使用效果的鹽度影響試驗分析

錢國棟

(中海石油環保服務(天津)有限公司,天津 300457)

摘要：依托海上溢油模擬試驗波浪水槽裝置，采用室內模擬試驗的手段，開展不同鹽度條件下消油劑對渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油的乳化效果評估。結果表明，鹽度是影響消油劑對原油乳化效果的重要因素，消油劑乳化效果也與原油類型密切相關。

關鍵詞：消油劑；鹽度；乳化率；體積中值粒徑；波浪槽

隨著海上輸運和海上油氣資源開發的進行，航運油船溢油、海上石油鉆井平臺泄漏、輸油管道破裂等造成的溢油事故頻發。消油劑作為一種有效的溢油應急處置手段，已經在國內外海上溢油事故中得到廣泛應用。國際范圍內，對海上溢油消油劑使用的關注點主要集中在消油劑乳化效果[1]和生物毒性[2-4]兩個方面。其中，消油劑對原油的乳化分散效果除了受原油類型和消油劑的影響，還與海域水體溫度、鹽度等環境條件有關[5-6]。有研究表明，海水鹽度的升高有助于降低消油劑化合物的溶解度，促進表面活性劑分子與油水界面的油相接觸，從而降低油水界面表面張力，提高消油劑乳化率[7]。國際上通常采用試驗室小型試驗、波浪槽模擬試驗和海試試驗的手段[8-10]，開展消油劑對原油乳化性能的研究。其中，波浪槽模擬試驗既具有可控性好、可重復性、費用合理等優點，又可以較好地反映真實海域海況，成為消油劑效果測定的重要手段。Lewis等學者[11]采用OHMSETT波浪槽考察了靜水環境中消油劑對原油作用的持久性，Trudel等學者[12]對Corexit 9500消油劑對原油乳化效果的粘度限制作用進行了研究。國內對消油劑使用效果評估的研究較少。趙云英等學者[13]采用波浪槽試驗裝置，考察了海環牌1號消油劑對遼河原油的乳化性能。但對于鹽度影響下消油劑對國產原油的乳化效果缺乏研究。

為此，依托海上溢油模擬試驗波浪水槽裝置，通過設置7種不同鹽度水平，進行消油劑對渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油的乳化效果評估分析。

1材料與方法

1.1波浪槽試驗裝置

“海上溢油模擬試驗波浪水槽”試驗裝置見圖1。

圖1　海上溢油模擬試驗波浪水槽裝置

波浪槽長7 m、寬0.5 m、深0.5 m。水槽兩端有造波和消波裝置，最大造波波高為0.15 m，造波頻率可調。

1.2試驗設計和步驟

試驗選擇3種渤海原油，分別為渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油。

試驗海水由現場海水和淡水配制而成，鹽度設置1、5、10、15、20、25和31共7個不同水平。波浪槽造波條件設置如下：波長為60 cm，波高為6 cm。劑油比設置為80%，溫度為室溫。

首先向波浪槽注入試驗海水，使水深達到0.35 m。量取300 mL原油樣品，采用注射器注入波浪槽水體表面。按照設定的劑油比在原油表面均勻噴灑消油劑。開動波浪槽造波系統，使原油和消油劑發生作用，試驗周期為20 min。在兩個圍油欄水平區域內不同位置，均勻設置5個水體采樣斷面，斷面間隔為0.4 m，每個斷面設置2個不同深度采樣點。試驗結束后采集150 mL水樣進行濃度分析。利用高速工業相機采集波浪槽水體中的油滴粒徑分布信息。

1.3分散油濃度分析方法

采集水樣的油濃度根據國家標準《GB 18188.1—2000 溢油分散劑 技術條件》規定的測試方法進行測定。主要步驟如下：將采集的乳化液樣品轉移至125 mL分液漏斗，加入二氯甲烷進行震蕩萃取。靜置30 min分層。用注射器抽取一定體積萃取液至比色皿中，采用可見分光光度計在650 nm波長下測定萃取液的吸光度，進而計算乳化液中的油濃度。

1.4油滴粒徑分布測試方法

油滴粒徑測試裝置包括高速工業相機及計算機。在波浪槽外側某一水平位置對水體中油滴粒徑分布進行拍照。根據微標尺確定的標尺比例，利用Image-Pro Plus軟件進行圖片分析，獲取水體中油滴粒徑分布數據。

1.5消油劑乳化率計算方法

消油劑乳化率是考察消油劑對原油乳化分散效果的重要指標。乳化率是指在消油劑作用下，分散在水體中油的質量與試驗用油總質量的比值。根據水體中油濃度的測定結果，采用以下公式計算消油劑乳化率：

式中：DE——乳化率，%；

Vwt——水體體積，L。

ρoil——油品初始密度，kg/m3；

Voil——試驗用油品體積，mL。

2結果與討論

2.1消油劑對渤西原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對渤西原油的乳化結果數據見表1。

表1　消油劑對渤西原油乳化效果

其中，鹽度值為試驗過程中配制得到的試驗海水鹽度，消油劑乳化效果采用乳化率和油滴體積中值粒徑作為表征指標。消油劑對原油的分散作用表現為促進表面油膜破碎成小油滴，形成一定的油滴粒徑分布。小粒徑油滴分布越多，說明消油劑乳化效果越好。對油滴粒徑分布的評價可以采用油滴體積中值粒徑d50表征。油滴體積中值粒徑d50表示油滴的累計體積分布達到油滴總體積50%時所對應的粒徑。大于此粒徑的油滴體積占總油滴體積的50%，小于此粒徑的油滴體積占總油滴體積的比例也為50%。

鹽度變化對消油劑對渤西原油乳化效果的影響見圖2。

圖2　渤西原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

結果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對渤西原油的乳化率均保持在10%以上。其中，在鹽度為14.40和29.10時，消油劑乳化率達到最高16.6%。但消油劑乳化率并沒有呈現出隨著鹽度升高而增大的現象。油滴體積中值粒徑結果在5.6～10.2 μm之間，說明消油劑對原油分散具有促進作用。可以認為，該消油劑對渤西原油作用來說，其作用效果基本不受水體鹽度變化的影響。

2.2消油劑對旅大10-1原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對旅大10-1原油的乳化結果數據見表2。鹽度變化對消油劑對旅大10-1原油乳化效果的影響見圖3。

表2　消油劑對旅大10-1原油乳化效果

圖3　旅大10-1原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

結果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對旅大10-1原油的乳化率在10%以下，并且乳化率隨著鹽度升高而呈緩慢增大的趨勢。在鹽度為30.40時，消油劑乳化率最高達到8.8%。油滴體積中值粒徑結果在6.4～11.1 μm之間，并沒有和鹽度變化呈現出明顯的相關關系。與渤西原油相比，消油劑對旅大10-1原油的乳化效果較差，表現為較低的乳化率和較高的油滴體積中值粒徑，分析可能是原油類型的不同導致了消油劑乳化效果的差異。

2.3消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化結果數據見表3。鹽度變化對消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果的影響見圖4。結果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化率也在10%以下，與旅大10-1原油相比，消油劑乳化率進一步降低。消油劑乳化率隨著鹽度升高同樣呈緩慢增大的趨勢。在鹽度為31.40時，消油劑乳化率最高達到7.1%。油滴體積中值粒徑結果在7.1～15.0 μm之間，并且隨著鹽度升高逐漸減小。說明消油劑對蓬萊19-3原油的乳化效果受到水體鹽度的影響，在海水環境中更加有利于消油劑作用的發揮。與渤西原油和旅大10-1原油相比，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化效果更差，分析可能是蓬萊19-3原油較高的粘度限制了消油劑的乳化分散能力。

表3　消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果

圖4　蓬萊19-3原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

3結論

1)基于海上溢油模擬試驗波浪水槽，可以實現在模擬海洋波浪條件下消油劑對原油的乳化。

2)在7種不同鹽度條件下，消油劑對旅大10-1和蓬萊10-3原油的乳化率在10%以下，且隨著鹽度升高逐漸增大。消油劑對蓬萊19-3原油油滴體積中值粒徑隨鹽度增加而逐漸減小。說明鹽度的升高有利于消油劑乳化作用的發揮。

3)在不同鹽度條件下，消油劑乳化效果與原油類型相關，消油劑對3種原油的乳化率影響大小順序依次為渤西原油、旅大10-1原油、蓬萊19-3原油。

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Experimental Analysis on the Effect of Salinity on Oil Spill Dispersant Effectiveness in the Sea

QIAN Guo-dong

(China Offshore Environmental Service (Tianjin) Co. Ltd., Tianjin 300457, China)

Abstract:Based on an offshore oil spill simulation wave tank, experiments are conducted for evaluating chemical dispersants efficacy on BX, LD10-1 and PL19-3 crude oils on different salinities. The results show that the salinity is an important factor affecting the oil spill dispersant efficacy, and the dispersant effectiveness is also related to the type of crude oils.

Key words:oil spill dispersant; salinity; effectiveness; volume median diameter; wave tank

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.030

收稿日期：2015-11-06

基金項目：中海油能源發展安全環保分公司科技項目(RLXMLZ-2014-02)

第一作者簡介：錢國棟(1985—)，男，博士，工程師 E-mail:qiangd@coes.org.cn

中圖分類號：U664.9

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)03-0131-04

修回日期：2015-12-11

研究方向:石油污染防治技術