一種新型充氣快速布放圍油欄的設計與試驗研究

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備之一。通過對普通圍油欄進行氣室結構改造實驗，實現了快速投放以及氣室漏損條件下的氣密功能。試驗發現：普通圍油欄及的布放總時間為14min37s，而快速布放圍油欄布放時間僅為07min45s；在初始壓力為5 kPa時，若中間氣室完全放氣，則兩氣室通道在水壓狀態下可以密封住，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。結果表明：與傳統圍油欄相比，所研發的新型充氣式快速布放圍油欄布放時間縮短了50%左右；而且單個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，具有較好的推廣應用價值和環境、社會效益。

關鍵詞：圍油欄；充氣；快速布放；氣室；溢油

中圖分類號：X55

文獻標識碼：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散、縮小溢油面積、便于清除油污及保護水域環境的有效設備＼[1，2＼]，在煉油廠、碼頭、海上油田、水生物養殖場及海濱浴場等場所都是必備設備。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輸，近年來得到越來越廣泛的應用。

常規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成，其上部設有規范的氣囊，氣囊之間一般互不相通＼[4＼]。在使用前對氣囊充氣，再用于截攔溢油。由于需要對每個氣囊進行單獨充氣，因此常規充氣式圍油欄使用前充氣操作繁瑣，耗時長，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、耗用時間長的問題，本文針對常規充氣式圍油欄結構進行改造，并進行試驗研究，以期設計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計思路

本文研究的新型充氣快速布放圍油欄設計思路，是將傳統充氣式圍油欄的單獨氣囊結構設計成連通的氣室結構，相鄰氣室以圓弧形氣道相連，圓弧形氣道可以保證一個氣室破損布影響其余氣室的使用；并利用自帶的二氧化碳氣瓶對圍油欄浮體進行自充氣，使其實現自動快速充氣，并達到快速布放目的（圖1）。

基于以上設計思路，筆者試制了1.2 m充氣式橡膠圍油欄，技術參數見表1。

1.圍油欄欄體；2.護板1；3.抽芯鉚釘；4.圓環鏈C型；5.圓環鏈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構

2.1圍油欄欄體

欄體采用三膠兩布結構，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的特點，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，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，氣室成為獨立個體，保證一個氣室破損布影響其余氣室的使用。

2.3圍油欄端頭

采用ASTM標準滑接式端頭。

2.4圍油欄氣閥

圍油欄采用沙灘圍油欄氣閥，以降低研發成本。對氣閥蓋進行改造，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鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶，采用單氣瓶和雙氣瓶并聯兩種充氣方式。氣瓶出口配有壓力表、減壓閥和開關閥，減壓閥常開設定，開關閥使用時開啟。氣瓶閥門裝有護罩，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研究

本文對設計研發的快速布放充氣式圍油欄進行了海洋環境溢油圍控試驗。試驗方法及結果如下。

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計與試驗研究

環境與安全

3.1試驗方法

依據《圍油欄》（JT/T465/T-2001）圍油欄性能現場評估附錄F及ASTM中F2084《可控環境下圍油欄性能參數的收集》評估方法進行海上試驗或者模擬試驗池進行試驗。本項試驗依據目前國內試驗條件的影響進行海上開闊水域試驗。

3.1.1圍油欄的布放與回收時長測定

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

3.1.2水壓氣室破壞性試驗

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試驗結果

3.2.1圍油欄布放時間對比

快速布放圍油欄與普通圍油欄的布放與回收實驗結果見圖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間為14min37s，而快速布放圍油欄布放時間僅為07min45s，用時約為普通圍油欄的50%。與布放實驗結果類似，快速布放圍油欄的回收時間（6min05s）亦約為普通圍油欄的50%（12min28s）。實驗結果表明，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。

3.2.2水環境密閉性試驗

由圖3可知，在初始壓力為5 kPa時，若中間氣室完全放氣，則兩氣室通道在水壓狀態下可以密封住，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到快速充氣的同時，當在水域工作中其中一個艙室破損，其余氣室仍然可以較長時間保持一定壓力，維持工作形狀。

4結論

項目以傳統多點充氣圍油欄為平臺，整合水下氣室密封技術、帶壓充氣技術、高輕度硫化等技術，同時研發配套的圍油欄快速布放及回收卷欄機單元，最終形成市場化的快速充氣圍油欄裝備平臺。研究結果表明，該技術具有安全穩定、節能環保、操作便捷，兼有應急處理功能等特點，適用于我國作業水域污染物快速圍控的需求具有較強的推廣應用價值和環境、社會效益。

參考文獻：

[1]

張銀東，李文華，侯解民，等.圍油欄充氣閥的改進設計＼[J＼].機械設計與研究，2006（4）：116～118.

＼[2＼]魏芳，許穎. 圍油欄形狀優化的數值模擬＼[J＼].水動力學研究與進展A輯，2011（6）：697～703.

＼[3＼]張勤，孫永明. 海上溢油圍油欄研究現狀＼[J＼].綠色科技，2015（4）：284～285，289.

＼[4＼]曹瑩. 圍油欄現狀與數值模擬研究綜述＼[J＼].科技創新與應用，2014（11）：34～35.

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