環(huán)保船收油進(jìn)口處漂浮垃圾處理裝置設(shè)計(jì)方案研究

張 樂(lè)，蘇 煜，唐 倩，吳 威，馮 璽

(中國(guó)船級(jí)社實(shí)業(yè)公司 天津分公司，天津 300457)

專(zhuān)業(yè)溢油應(yīng)急船舶是處理水上大規(guī)模溢油事故的關(guān)鍵設(shè)備。采用內(nèi)嵌式溢油回收系統(tǒng)裝置的環(huán)保船，側(cè)面配備的內(nèi)嵌收油機(jī)系統(tǒng)與船體形成一個(gè)整體，是當(dāng)今國(guó)際溢油環(huán)保行業(yè)中較為先進(jìn)的溢油回收船舶。工作時(shí)，通過(guò)圍油欄聚集的溢油經(jīng)導(dǎo)流，沿船舶側(cè)面設(shè)置的進(jìn)油艙門(mén)進(jìn)入收油艙，通過(guò)艙內(nèi)的內(nèi)嵌收油機(jī)實(shí)現(xiàn)溢油回收，而隨溢油導(dǎo)入的水流則通過(guò)前艙門(mén)導(dǎo)出[1]。采用該回收系統(tǒng)的海洋石油252輪和253輪，在2011年康菲油井區(qū)溢油事故中，發(fā)揮了重要作用。

在近幾年的海上溢油回收作業(yè)中，內(nèi)嵌式溢油回收系統(tǒng)的缺陷逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。海面垃圾和各種漂浮物嚴(yán)重影響了收油作業(yè)效率，設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)吸入海上漂浮物(泡沫塊、木塊、塑料袋及藻類(lèi)等)，當(dāng)這些漂浮物大量進(jìn)入吸入口內(nèi)時(shí)，容易將溢油回收毛刷循環(huán)帶卡阻，致使溢油回收裝置不能正常工作。船上雖然采取了很多臨時(shí)性措施，但是效果并不理想。一旦溢油回收毛刷循環(huán)帶被垃圾漂浮物卡死，就需要人員下到溢油回收設(shè)備的艙口內(nèi)，進(jìn)行人工清理。艙口內(nèi)部只能由1人進(jìn)行清理工作，處理時(shí)間長(zhǎng)，工作量大，且工作環(huán)境非常惡劣，危險(xiǎn)性大。

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改造，在進(jìn)口處加裝垃圾處理裝置非常必要。

1 漂浮垃圾處理解決方案比選

從技術(shù)成熟性考慮，選擇4種垃圾處理方案進(jìn)行比較。

1)在吸入口處安裝格柵，人工提籃打撈。在溢油回收口處提前放置1件格柵，將垃圾阻擋在吸入口前，然后由人員用專(zhuān)用提籃將格柵前的垃圾提上來(lái)。此種方式較為原始，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全很難保障。

2)抓耙式水上垃圾清理機(jī)。該清理機(jī)類(lèi)似于土方工程的抓斗機(jī)，不同的地方是不采用抓斗，而是采用抓耙。這種抓耙式垃圾清理機(jī)，需要工人在現(xiàn)場(chǎng)不停地操縱。從安全角度考慮，在海況不好的情況下，人員安全難以保障。從性能角度分析，它適合大塊物體的清除。對(duì)于體積小的漂浮物，也是無(wú)能為力，難以滿(mǎn)足要求。

3)鉸吸式水上垃圾清除機(jī)。裝置前端裝有螺旋鉸刀吸口，后面的出口由管道連接到垃圾籠的上方，當(dāng)鉸刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將漂浮的垃圾吸入并絞碎，同時(shí)通過(guò)管道送入垃圾籠中。這種設(shè)備適合直接進(jìn)行垃圾處理，不利于油水分離，而且該設(shè)備在舷側(cè)口處的設(shè)計(jì)安裝難度非常大。

4)格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)。格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)采用倒齒型鉤爪疊加后，由鏈條連接組成格柵傳輸帶，其格柵允許溢油流過(guò)的縫隙是由鉤爪間定位管的長(zhǎng)短來(lái)定。這種結(jié)構(gòu)既可以使水流過(guò)，又可以將垃圾擋在外面并清除掉。這種裝置在小型水利發(fā)電站已經(jīng)廣泛應(yīng)用，對(duì)于水流明渠中的垃圾、漂浮物，水藻等有著非常好的清除作用，成為小型水力發(fā)電站的必配設(shè)備。

從安全和適用方面考慮，我們選取了格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)。但由于船舶甲板兩側(cè)的空間狹窄，而格柵傳輸帶體積及高度比較大，平時(shí)不使用時(shí)需要折疊在甲板兩側(cè)。因此需要設(shè)計(jì)一整套液壓折疊收放機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)伸展和折疊的功能，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)一套輕巧的傳輸帶，將收上來(lái)的垃圾輸送到甲板中間的垃圾箱中，實(shí)現(xiàn)其垃圾自動(dòng)回收。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

2.1 工作原理

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)的前部深入水中，并擋在溢油水吸入口前，由于溢油回收裝置軸流泵的吸入及船舶航行造成的水流雙重作用，溢油水流經(jīng)倒鉤組成的格柵，垃圾被阻擋在格柵之外，此時(shí)格柵倒鉤傳輸帶在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，格柵倒鉤便掛住垃圾，跟隨傳輸帶向上行走，行至頂端，待傳輸帶向下翻轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)落至下一傳輸帶上，送至垃圾箱中。由于倒鉤傳輸帶的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，垃圾被不停的鉤上，并輸送至垃圾箱中。在回收溢油作業(yè)中，垃圾清除機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，起到了持續(xù)清除垃圾的作用。同時(shí)溢油水流又可以暢通無(wú)阻地被軸流泵吸入進(jìn)口，確保溢油回收正常作業(yè)。

2.2 動(dòng)力源

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)與環(huán)保船溢油回收裝置液壓系統(tǒng)共用動(dòng)力源。這樣既可以不增大供電系統(tǒng)的負(fù)載，又有利于安全防火。其液壓機(jī)構(gòu)的工作時(shí)間是在收油臂工作定位之后，而且所需的液壓功率非常小，對(duì)原船液壓泵站不造成任何影響。

2.3 驅(qū)動(dòng)方式

驅(qū)動(dòng)方式主要為：①折疊臂及滑動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)；②格柵翻轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)；③倒鉤式格柵傳輸帶采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)；④擋水折板采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)；⑤便移式傳送帶機(jī)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

2.4 主要結(jié)構(gòu)

1)格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)的整體框架采用不銹鋼材質(zhì)，由液壓操控系統(tǒng)直接控制驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)內(nèi)置于框架一側(cè)。垃圾通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)便攜式傳送帶傳輸。在入水傳輸帶側(cè)面，有一格柵折板，用于隔擋傳輸帶與船舷側(cè)板的空隙。裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2)格柵和傳輸帶的打開(kāi)和收回工作由液壓翻轉(zhuǎn)折疊機(jī)構(gòu)完成。設(shè)備打開(kāi)時(shí)，立起—翻下入水—平移(與圍油欄貼緊)—打開(kāi)格柵擋板—傳輸帶工作。工作完畢后，進(jìn)行平移(離開(kāi)圍油欄)—收起—平移—翻起—放到安放架。

2.5 操控系統(tǒng)

垃圾清除機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)及翻轉(zhuǎn)折疊收臂機(jī)構(gòu)全部采用液壓控制系統(tǒng)，翻轉(zhuǎn)及疊臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為液壓順序連鎖動(dòng)作，使操作簡(jiǎn)便可靠。

3 操作說(shuō)明

3.1 設(shè)備放置過(guò)程

1)環(huán)保船駛?cè)胍缬秃Ｃ?，通過(guò)收油臂將圍油欄放出后，由操作人員操控液壓系統(tǒng)，靠液壓缸的作用將垃圾清除機(jī)從水平放置位置脫離放置托架，并且慢慢的豎起。

2)當(dāng)豎起動(dòng)作完成后，操作人員便可進(jìn)行垃圾清除機(jī)入水操作，入水動(dòng)作的速度可以通過(guò)液壓系統(tǒng)設(shè)定。

3)垃圾清除機(jī)入水動(dòng)作完成，再由液壓缸拖動(dòng)底座滑板向船尾方向移動(dòng)，使其靠上圍油欄。當(dāng)其到達(dá)預(yù)定位置后，側(cè)折板自動(dòng)打開(kāi)，以遮擋側(cè)面的垃圾。

以上動(dòng)作約在4～5 min完成，完成后垃圾清除機(jī)設(shè)備收起狀態(tài)示意圖如圖2所示。

圖2 格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)收起狀態(tài)示意圖

3.2 垃圾清除過(guò)程

放置步驟結(jié)束后，操作人員啟動(dòng)垃圾清除機(jī)工作液壓馬達(dá)，倒鉤垃圾傳輸帶行走，進(jìn)行垃圾清除。清除的垃圾落入輕便傳輸帶，被送入船上的垃圾箱中。

3.3 設(shè)備收起過(guò)程

首先收起側(cè)折板，然后拖動(dòng)液壓缸向船首方向平移(脫離圍油欄)，這2個(gè)動(dòng)作是連鎖動(dòng)作，自動(dòng)一次完成;收起垃圾清除機(jī)，將其豎起;再將垃圾清除機(jī)平放在甲板托架上，作業(yè)過(guò)程結(jié)束。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等方面具有自身的一些特點(diǎn)，體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1)技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于水電站灌渠垃圾處理，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行延伸開(kāi)發(fā)，對(duì)于缺少先例的大型環(huán)保作業(yè)船配備垃圾清除設(shè)備設(shè)計(jì)，可有效降低技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)。

2)裝置總質(zhì)量不超過(guò)2 t，并設(shè)計(jì)整體基座，對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不會(huì)造成明顯影響。裝置整體布局緊湊，對(duì)船舶現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)影響較小，降低了設(shè)備改造難度。

3)系統(tǒng)的動(dòng)作全部由液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化程度高。

4)系統(tǒng)日常運(yùn)行管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低。回收的垃圾集中在垃圾箱，便于清除。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成型的環(huán)保船溢油海面垃圾清理回收裝置，開(kāi)發(fā)海面垃圾回收裝置，除可用于溢油回收期間的垃圾處理之外，還可以用于非溢油期間海上普通漂浮垃圾及滸苔等漂浮物的清理，適用性較強(qiáng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。在沒(méi)有先例的前提下，為了盡量降低風(fēng)險(xiǎn)，選用已經(jīng)非常成熟并廣泛應(yīng)用的水電站灌渠垃圾處理裝置作為原型進(jìn)行延伸開(kāi)發(fā)，可有效提高海上溢油回收效率，產(chǎn)生顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具備良好的發(fā)展前景。