一種新型充氣快速布放圍油欄的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

吳亮　孫壽偉　李超

摘要：指出了圍油欄是水面溢油處理的主要設(shè)備之一。通過對普通圍油欄進(jìn)行氣室結(jié)構(gòu)改造實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了快速投放以及氣室漏損條件下的氣密功能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：普通圍油欄及的布放總時(shí)間為14min37s，而快速布放圍油欄布放時(shí)間僅為07min45s；在初始壓力為5 kPa時(shí)，若中間氣室完全放氣，則兩氣室通道在水壓狀態(tài)下可以密封住，壓力保持在2.5 kPa，72 h后仍可維持在1.5 kPa，兩端氣室形狀保持不變。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)圍油欄相比，所研發(fā)的新型充氣式快速布放圍油欄布放時(shí)間縮短了50%左右；而且單個(gè)氣室漏損不影響圍油欄的使用，使圍油欄的快速布放及氣室漏損條件下的工作效率有了較大的提高，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值和環(huán)境、社會效益。

關(guān)鍵詞：圍油欄；充氣；快速布放；氣室；溢油

中圖分類號：X55

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）18006203

1引言

在船舶溢油事故中，圍油欄是一種防止水域油膜擴(kuò)散、縮小溢油面積、便于清除油污及保護(hù)水域環(huán)境的有效設(shè)備＼[1，2＼]，在煉油廠、碼頭、海上油田、水生物養(yǎng)殖場及海濱浴場等場所都是必備設(shè)備。圍油欄種類很多，可以分為固體浮子式PVC型、固體浮子式橡膠型、充氣式橡膠型、快布放柔性固體浮子型、岸灘型、防火型圍油欄等，其中應(yīng)用最普遍的圍油欄是固體浮子式圍油欄和充氣式圍油欄＼[3＼]。充充氣式圍油欄由于便于存放和運(yùn)輸，近年來得到越來越廣泛的應(yīng)用。

常規(guī)充氣式圍油欄由接頭板、配重鏈、張力帶、充氣閥、氣室和本體等組件構(gòu)成，其上部設(shè)有規(guī)范的氣囊，氣囊之間一般互不相通＼[4＼]。在使用前對氣囊充氣，再用于截?cái)r溢油。由于需要對每個(gè)氣囊進(jìn)行單獨(dú)充氣，因此常規(guī)充氣式圍油欄使用前充氣操作繁瑣，耗時(shí)長，不利于充氣式圍油欄的快速投放。

針對充氣式圍油欄充氣繁瑣、耗用時(shí)間長的問題，本文針對常規(guī)充氣式圍油欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，并進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期設(shè)計(jì)一種新型的可以快速布放的充氣式圍油欄。

2快速布放充氣式圍油欄的設(shè)計(jì)思路

本文研究的新型充氣快速布放圍油欄設(shè)計(jì)思路，是將傳統(tǒng)充氣式圍油欄的單獨(dú)氣囊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成連通的氣室結(jié)構(gòu)，相鄰氣室以圓弧形氣道相連，圓弧形氣道可以保證一個(gè)氣室破損布影響其余氣室的使用；并利用自帶的二氧化碳?xì)馄繉蜋诟◇w進(jìn)行自充氣，使其實(shí)現(xiàn)自動快速充氣，并達(dá)到快速布放目的（圖1）。

基于以上設(shè)計(jì)思路，筆者試制了1.2 m充氣式橡膠圍油欄，技術(shù)參數(shù)見表1。

1.圍油欄欄體；2.護(hù)板1；3.抽芯鉚釘；4.圓環(huán)鏈C型；5.圓環(huán)鏈14×50；6.卸扣D型；7.卸扣T型；8.高壓氣瓶；9.連接繩

圖1新型充氣式快速布放圍油欄基本結(jié)構(gòu)

2.1圍油欄欄體

欄體采用三膠兩布結(jié)構(gòu)，熱硫化工藝制作橡膠欄體。表層橡膠要求耐油、耐寒海水、耐老化，中間層橡膠具有附著力強(qiáng)的特點(diǎn)，兩布采用EP150聚酯布作為欄體受力骨架。氣室、氣道采用熱硫化工藝一次成型。

2.2圍油欄氣室

圍油欄氣室充氣后的長度為2900 mm，直徑為φ350，氣室間通過圓弧形氣道相連。充氣時(shí)，氣道在高壓氣體的壓力作用下打開，使氣室間兩兩連通；充氣后，因氣瓶壓力下降以及海水的擠壓，使氣道封閉，氣室成為獨(dú)立個(gè)體，保證一個(gè)氣室破損布影響其余氣室的使用。

2.3圍油欄端頭

采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)滑接式端頭。

2.4圍油欄氣閥

圍油欄采用沙灘圍油欄氣閥，以降低研發(fā)成本。對氣閥蓋進(jìn)行改造，閥蓋上鉆孔攻絲安裝壓縮空氣用快速接頭。

2.5高壓氣瓶

采用北京某公司的30 MPa鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復(fù)合氣瓶，采用單氣瓶和雙氣瓶并聯(lián)兩種充氣方式。氣瓶出口配有壓力表、減壓閥和開關(guān)閥，減壓閥常開設(shè)定，開關(guān)閥使用時(shí)開啟。氣瓶閥門裝有護(hù)罩，防止受磕碰損壞。氣閥出口裝有軟管，通過快速接頭和圍油欄相連。氣瓶配有浮體，能夠保證氣瓶在水面上豎直漂浮。氣閥浮體通過鏈條或尼龍繩固定在圍油欄上（采用登山扣快速連接），其長度小于充氣軟管長度。圍油欄氣室直徑Φ350 mm，長2900 mm，容積268 L，共3個(gè)氣室，所需氣體體積804 L（表2、表3）。

3快速布放充氣式圍油欄的試驗(yàn)研究

本文對設(shè)計(jì)研發(fā)的快速布放充氣式圍油欄進(jìn)行了海洋環(huán)境溢油圍控試驗(yàn)。試驗(yàn)方法及結(jié)果如下。

2017年9月綠色科技第18期

吳亮，等：一種新型充氣快速布放圍油欄的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

環(huán)境與安全

3.1試驗(yàn)方法

依據(jù)《圍油欄》（JT/T465/T-2001）圍油欄性能現(xiàn)場評估附錄F及ASTM中F2084《可控環(huán)境下圍油欄性能參數(shù)的收集》評估方法進(jìn)行海上試驗(yàn)或者模擬試驗(yàn)池進(jìn)行試驗(yàn)。本項(xiàng)試驗(yàn)依據(jù)目前國內(nèi)試驗(yàn)條件的影響進(jìn)行海上開闊水域試驗(yàn)。

3.1.1圍油欄的布放與回收時(shí)長測定

水上姿態(tài)：圍油欄完全布放后，靜止5 min觀察圍油欄水上姿態(tài)及氣閥的位置，分別記錄普通圍油欄及快速布放圍油欄布放時(shí)間與回收時(shí)間。

3.1.2水壓氣室破壞性試驗(yàn)

對快速布放圍油欄在常溫下充氣，壓力至5 kPa。通過氣閥完全放去中間氣室的氣，觀察兩邊氣室的形狀及記錄兩邊氣室的壓力。

3.2試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1圍油欄布放時(shí)間對比

快速布放圍油欄與普通圍油欄的布放與回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，同樣的操作條件下，普通圍油欄及的布放總時(shí)間為14min37s，而快速布放圍油欄布放時(shí)間僅為07min45s，用時(shí)約為普通圍油欄的50%。與布放實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似，快速布放圍油欄的回收時(shí)間（6min05s）亦約為普通圍油欄的50%（12min28s）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與普通圍油欄相比，新型快速布放圍油欄布放與回收速度都提高的將近50%，具有快速、高效的特點(diǎn)。

3.2.2水環(huán)境密閉性試驗(yàn)

由圖3可知，在初始壓力為5 kPa時(shí)，若中間氣室完全放氣，則兩氣室通道在水壓狀態(tài)下可以密封住，壓力保持在2.5 kPa，兩端氣室形狀保持不變。而靜止72 h后，兩氣室通道在水壓狀態(tài)下仍然可以密封住，但壓力降為1.5 kPa，兩端氣室形狀保持不變。這說明新型快速布放圍油欄可達(dá)到快速充氣的同時(shí)，當(dāng)在水域工作中其中一個(gè)艙室破損，其余氣室仍然可以較長時(shí)間保持一定壓力，維持工作形狀。

4結(jié)論

項(xiàng)目以傳統(tǒng)多點(diǎn)充氣圍油欄為平臺，整合水下氣室密封技術(shù)、帶壓充氣技術(shù)、高輕度硫化等技術(shù)，同時(shí)研發(fā)配套的圍油欄快速布放及回收卷欄機(jī)單元，最終形成市場化的快速充氣圍油欄裝備平臺。研究結(jié)果表明，該技術(shù)具有安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、操作便捷，兼有應(yīng)急處理功能等特點(diǎn)，適用于我國作業(yè)水域污染物快速圍控的需求具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值和環(huán)境、社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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張銀東，李文華，侯解民，等.圍油欄充氣閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)＼[J＼].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2006（4）：116～118.

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Design and Experimental Study on A New Type of Oil Fence With Ability of inflatability and Quick Application

Wu Liang， Sun Shouwei， Li Chao

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

Abstract： The oil fence is one of the main equipment for oil spill handling. In this article， the gas chamber structure of the traditional oil fence was transformed in order to achieve rapid application and airtight functionunder the conditions of leakage. It was found that the total application time was 14m37s for the traditional oil fence， the time of novel oil fence was only 07m45s. When the initial pressure was 5Kpa， if the middle chamber was completely deflated， the air channel in the novel oil fence can be sealed with 2.5 Kpa of air pressure. Even after 72h， the air pressure can still be maintained at 1.5 Kpa， with both ends of the gas chamber shape unchanged. The result showed that the total application time of the novel oil fence can be shortened 50% compared with the traditional oil fence and a single chamber leakage does not affect the use of oil fence. It was suggested that the working efficiency of this novel oil fence is greatly improved with strong application value and environmental and social benefits.

Key words： oil fence； inflatable； quick application； air chamber； oil spill