固體浮子式橡膠圍油欄的產品特點及其技術局限性

周正 鄭魯 馬斌 寧波甬港拖輪有限公司

1.引言

橡膠圍油欄因具備強度高，耐磨損，綜合耐老化性能好，使用壽命長等優點而在我國溢油應急防污染事業當中得到了非常廣泛的使用，它的綜合性能顯著優于PVC圍油欄。在港口碼頭應用場合，固體浮子式橡膠圍油欄的使用壽命是PVC類圍油欄的數倍。橡膠圍油欄在上世紀80年代由國內石油企業自國外引進應用，國產橡膠圍油欄產品自上世紀90年代初開始發展，到目前國內已經有數家橡膠圍油欄生產廠家，產品在大連7.16、青島11.22等溢油事故當中以及2008年青島滸苔環境事件中發揮了重要和積極的作用。國產橡膠圍油欄在充分滿足國內溢油應急事業需要的同時，每年還有一定數量出口到國外。固體浮子式橡膠圍油欄在我國裝備數量巨大，幾乎成為國內各地溢油應急庫的標準配備之一。由于該產品在國家溢油應急事業中的重要地位，有必要對這個產品進行更全面和更深入的認識。

2.產品及生產工藝

固體浮子式橡膠圍油欄，經常采用的高度在800～1200毫米之間，使用聚苯乙烯預制浮子，浮體直徑300～400毫米左右，浮體兩端設計坡口，產品多不使用配重鐵鏈，采用表面鍍鋅處理的鑄鋼或鑄鐵塊作為配重，兩端多使用兩塊鍍鋅鋼板夾持，用螺栓固定，較少采用國家或國際標準圍油欄連接器。固體浮子式橡膠圍油欄使用平板硫化工藝（圖1）或者鼓式硫化工藝（圖2）進行硫化，兩種工藝的前序工序相同，都是用預浸漬過的錦綸/尼龍布布基表面涂敷結合橡膠和中間膠，鋪氣室硫化隔離紙和浮體插入口硫化隔離紙，外覆蓋膠層，形成生膠欄體。生膠欄體經過高溫高壓硫化就制成了橡膠圍油欄的欄體成品（圖3）。圍油欄的固體浮子不能在欄體硫化階段被置入欄體內，需要在欄體硫化后，將帶狀欄體氣室位置打開，從開口插入浮子，再采用二次硫化或冷粘工藝對欄體封口。冷粘所需的時間較長，工藝繁瑣，加工質量比較難保證，廠家多使用二次硫化工藝封口。封口工序需要去掉開口部位隔離紙，打磨內膠層，涂刷生膠料，閉合開口，再進入硫化機進行硫化。二次硫化工藝需大量使用人工，處理過程產生粉塵對人體健康和環境存在不利影響。部分固體浮子式橡膠圍油欄為增強氣室位置耐磨性，還在氣室表面沿圍油欄長度通過二次硫化工藝增加了兩道橡膠防磨條，制作過程工序更為繁雜，對比固體浮子PVC或PU材質的圍油欄，固體浮子式橡膠圍油欄的生產率低，工藝性較差，生產過程存在污染。

圖1 圍油欄平板硫化

圖2 圍油欄鼓式硫化

圖3 硫化完成欄體

3.產品發展演變及現狀

固體浮子式橡膠圍油欄由于適應了市場主體對價格和使用場合的要求，二十余年來受到了使用單位的極大歡迎，在國內市場已經占據了主流地位。市場對產品的要求決定著產品形態參數和性能，固體浮子式橡膠圍油欄自產生以來一直因應客戶需要在發展變化。

為避免圍油欄在風浪中發生絞纏問題以及纏繞破壞港口船只的螺旋槳或者圍油欄配重鏈勾掛物體等問題，大多數固體浮子式橡膠圍油欄的客戶要求取消配重鐵鏈，代之以底部的配重塊，進一步適應了港口圍油欄應用的需要，同時還進一步降低了成本。固體浮子式橡膠圍油欄主要靠人力布放和回收，使用者一般希望圍油欄更輕便，并促使廠家使用比較輕的布基和比較薄的橡膠層。早期橡膠圍油欄本體的厚度通常在4～5毫米左右，重量在每平方米5～6公斤左右，而當前橡膠圍油欄的厚度甚至低于3毫米，重量在每平方米3～4公斤左右甚至更低。自上世紀90年代以來，固體浮子式橡膠圍油欄基本是因應港口碼頭的預防布控需要產生和發展的，設計和形態以及性能存在片面性，類似取消鐵鏈等改變圍油欄基本原理結構的舉措，根本上是要影響圍油欄在其它場合比如外海溢油應急行動中的性能表現的。

4.產品的技術特點及問題局限性

圍油欄在使用當中，圍油欄的鐵鏈起著增強圍油欄總體抗拉強度的作用也起著圍油欄水中布放時姿態建立及穩定和調節的作用。固體浮子式橡膠圍油欄取消鐵鏈，降低了圍油欄的整體抗拉強度和可靠性，圍油欄的橡膠帶部分理論抗拉強度雙層布部分在15KN/5公分～20KN/5公分，單層布部分（氣室位置）抗拉強度達到7.5KN～10KN/5公分，以1200毫米高度圍油欄為例，雖然圍油欄本體總和拉力理論上可以達到360～480KN，但在實際使用當中，沒有鐵鏈對圍油欄彈性變形的約束作用，外部拉力會全部作用在于圍油欄欄體上，圍油欄在長度方向上的拉應力會上升到一個較高的水平，當圍油欄表面本體和連接存在缺陷（應力集中點），結構受力不均，或者有外部有割刺作用時，圍油欄發生破壞的可能性會大大增加，實際破斷拉力可能會遠低于理論值，這種情況類似于當氣球吹大到一定程度后，對球面的輕微的觸碰就可能導致氣球爆破。對圍油欄功能影響更大的是，在有水流存在的場合，沒有鐵鏈對圍油欄起著姿態穩定和調節的作用，圍油欄更容易發生底排（圖4）、平倒（圖5）等失效情況。

圖4 圍油欄底排失效

圖5 圍油欄平倒失效

用戶希望固體浮子式圍油欄在使用中更輕便易用，廠家也愿意配合去用更輕薄的材料滿足用戶要求，靠減材減重的方式使圍油欄更輕便，更經濟，但是這樣做同時也帶來圍油欄強度低，薄膠層不耐磨損和老化的缺點。國家標準目前雖然沒有關于固體浮子式橡膠圍油欄膠層性能與厚度的細致規定，但如果一味追求低成本和使用便利，無節制地降低橡膠圍油欄產品的表層覆蓋膠厚度，降低布基規格，就可能對圍油欄可靠性和壽命造成不利影響。國內固體浮子式橡膠圍油欄使用壽命一般在5年以下，被使用單位定義為消耗品，而在國外橡膠圍油欄是作為可維護的長期設備使用，使用壽命可以達到10年甚至20年以上。

從保證溢油圍控效果講，所有圍油欄都需要在水中建立起正確的形態才能實現對浮油的有效圍控，要求圍油欄干舷長度略長于吃水部分長度才能建立正確的水中姿態，避免平倒或底排失效；從產品結構講，無論采用平板硫化還是鼓式硫化方式，生產出的圍油欄欄體都是一條平直的橡膠帶，固體浮子式圍油欄氣室內插入固體浮子以后，圍油欄的干舷部分會呈香腸狀的節段鼓起狀態，氣室長度發生收縮，單節圍油欄上浮子的數量越多、直徑越大，長度收縮量就越大。圍油欄吃水部分則仍然保持平面狀態長度保持不變，導致固體浮子式橡膠圍油欄形成上短下長，上緊下松的狀態，這和圍油欄必須具備的的原理性結構形態特點完全相反，是不利于溢油圍控的。如果圍油欄使用鐵鏈做配重尚可以通過調整鐵鏈的長度來匹配干舷部分的長度收縮，使圍油欄具備協調的干舷和吃水長度，但用戶港口船舶安全角度出發取消了鐵鏈，也就失去了這個調節功能。

由于固體浮子式橡膠圍油欄沒有鐵鏈的形態調整控制作用，盡管在靜水條件下固體浮子式橡膠圍油欄尚能依靠塊狀配重維持豎直漂浮形態，在水中圈隔水面溢油和垃圾，但在有強風吹動，浪涌，水流沖擊，船只拖帶圍掃，或幾種工況并存時，圍油欄吃水部分沒有鐵鏈約束，會被水流不同程度托起，呈現底排失效（圖四）和平倒失效（圖五）趨勢，溢油很容易隨水流逃逸，情況嚴重時會導致溢油大量逃逸圍控失效。在流動水當中使用無配重鏈的固體浮子圍油欄圍控溢油，單層布放圈圍很難獲得較好的圍控效果，需要布放數道圍油欄進行補充，耗時，耗工，消耗寶貴的現場應急資源。使用船只拖帶固體浮子式橡膠圍油欄進行圍掃作業時，隨水流速度的增加，固體浮子式圍油欄的性能缺陷會更加突出。

固體浮子式橡膠圍油欄采用的聚苯乙烯浮子是質地脆硬的發泡材料，在受壓時不會發生顯著變形，圍油欄受較大外部拉力時，浮子的廓線棱角會從內部對圍油欄局部產生強烈的頂壓作用，造成圍油欄干舷上的高應力水平區域，此時如果圍油欄氣室接觸碼頭上尖利的附著生物時，硬質浮子會產生砧板一樣的作用，促進圍油欄的磨損和割傷割裂，加快加劇圍油欄的損壞。除此以外，圍油欄結構上下松緊不一致，也導致圍油欄上下受力不均，增加了欄體局部應力，使圍油欄更易于被外部作用損壞。

固體式橡膠浮子式圍油欄在生產和使用環節均存在環境污染的因素，除生產端的原料制備和工序過程產生的粉塵污染外，廢舊圍油欄日后淘汰處理也是一個涉及環保的問題。橡膠浮子式圍油欄普遍使用的聚苯乙烯浮子，在圍油欄發生破損后，會產生出聚苯乙烯浮子碎塊散入環境當中，對環境造成白色污染。在國家當前倡導綠色經濟、倡導綠色航運、綠色港口的大背景下，環保產品自身的環保指標也需要得到重視。

5.結語

盡管固體浮子式橡膠圍油欄自90年代被開發以來，已經得到了非常廣泛的應用，但是，仍然需要看到這種產品存在不足，這些不足也是固體浮子式橡膠圍油欄并沒有在世界范圍內被普遍使用的原因之一。當前，國家沿海內河經濟活動特別是石油化工業活動日益頻繁活躍，水域環境一直受到嚴峻的溢油污染威脅，國家對溢油污染問題始終保持著高度重視，強調各地溢油應急能力的建設和裝備建設，固體浮子式橡膠圍油欄以其實用的優點，巨大的保有量，潛在產能和用戶群，在溢油應急行業裝備領域占據著一席之地，提升它的性能和使用效能有著重要的意義。讓固體浮子式圍油欄更好地發揮其作用，有賴于我們對固體浮子式圍油欄的優勢和局限性的充分透徹了解。在河流溢油圍控，海上拖帶圍掃這些水流動的場合，應正視固體浮子式橡膠圍油欄產品性能上的不足，在應急行動中應改用圍控性能和綜合性能更好更適合使用場景的充氣式圍油欄和外掛浮子的圍油柵，不能將固體浮子式橡膠圍油欄作為一種包打天下的產品，以遠海的溢油應急場景為例，圍控性能差，占據船甲板空間大的固體浮子橡膠圍油欄就不宜作為圍控設備的主力；同時，需要改進固體浮子式圍油欄的結構，工藝，原材料，提高其在動態水流中的圍控性能，提高其使用壽命和可靠性；在使用中不再過度追求其使用方便性以及使用經濟性，在滿足使用者主要關注和要求的同時，更應優化圍油欄的最基礎和最主要的性能-溢油圍控能力；改變“圍油欄是耗材”的觀念，通過改變圍油欄結構以及表層橡膠的配方，提高圍油欄耐磨損性能，提高圍油欄使用壽命，變耗材為高性能高可靠性的能長期使用的設備，將產品全壽命期內的投入產出比提升到到最高；響應環保和綠色經濟要求，重視圍油欄生產使用，以及淘汰后處理的全過程的環境友好性，停止使用聚苯乙烯作為浮體材料。通過不斷積累溢油應急和防控使用中的經驗，在此基礎上開展創新改進，解決產品生產和使用中的矛盾和局限性，將能使這一具有中國特色的產品發揮出更好更積極的作用，更好服務于國家的溢油應急事業。