海上稠油開采溢油應(yīng)急回收設(shè)備現(xiàn)狀及進(jìn)展

趙興 周蘇東 錢國棟 邢成路 吳亮 王憲鑫

摘要：文章基于海上溢油應(yīng)急回收設(shè)備現(xiàn)狀及稠油回收困難的問題，根據(jù)工作原理差異介紹多類型溢油回收設(shè)備，統(tǒng)計(jì)并分析現(xiàn)階段國家級(jí)、地方級(jí)及溢油應(yīng)急專業(yè)單位應(yīng)急設(shè)備庫的溢油回收設(shè)備配置;重點(diǎn)闡述現(xiàn)有溢油回收設(shè)備在稠油泄漏處置過程中存在的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏針對(duì)性、泵送傳輸能力不足以及輸油管線承壓能力不足等問題;介紹海外溢油應(yīng)急設(shè)備制造廠商為解決稠油回收困難問題而設(shè)計(jì)和改進(jìn)的新型收油機(jī)及泵送系統(tǒng)，為我國海上稠油回收設(shè)備研究提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：海上溢油;溢油應(yīng)急;稠油回收;溢油回收設(shè)備

中圖分類號(hào)：TE5;P75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2023）10-0120-04

0 引言

近年來，海上油田油氣開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)活動(dòng)日益增多，發(fā)生海上重大溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)隨之增加，海上溢油事故會(huì)對(duì)相關(guān)海域沿岸的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。截至2016年，在我國渤海海域已投入使用的采油平臺(tái)和已鋪設(shè)的海底油氣管道中，超過70%已服役超過15年，導(dǎo)致渤海海域發(fā)生海上溢油事故的風(fēng)險(xiǎn)加劇[1]。

稠油具有高黏度和高密度的特點(diǎn)，主要含有瀝青質(zhì)成分和較多的膠質(zhì)[2-3]。我國海上稠油集中分布在渤海，渤海已落實(shí)原油探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)42億t，其中地層原油黏度大于350 mPa·s的稠油約占15%[4]。面對(duì)渤海稠油開采過程中溢油風(fēng)險(xiǎn)日益加劇的現(xiàn)狀，針對(duì)海上稠油溢油事故應(yīng)急處置回收技術(shù)的研究十分迫切。

目前我國針對(duì)開放水域的溢油應(yīng)急處置技術(shù)[5-6]已開展多層次的研究，尤其在溢油漂移軌跡預(yù)測、溢油圍控與回收等技術(shù)領(lǐng)域取得關(guān)鍵性成果[7]。但從海上溢油事故實(shí)際應(yīng)急處置的表現(xiàn)來看，現(xiàn)階段國內(nèi)使用的溢油回收設(shè)備對(duì)稠油的回收效果并不理想。本研究總結(jié)國內(nèi)溢油應(yīng)急回收設(shè)備在稠油回收過程中存在的問題，并簡述國外稠油回收設(shè)備現(xiàn)狀及研究進(jìn)展。

1 溢油回收設(shè)備

溢油回收設(shè)備是指用于回收水面溢油的機(jī)械裝置，又稱為收油機(jī)或撇油器，主要由收油頭、傳輸系統(tǒng)和動(dòng)力站3個(gè)部分組成。按工作原理進(jìn)行分類，目前使用的收油機(jī)主要分為堰式收油機(jī)、真空式收油機(jī)和親油式收油機(jī)[8]，其中親油式收油機(jī)又可分為盤式收油機(jī)、鼓式收油機(jī)、繩式收油機(jī)、帶式收油機(jī)和刷式收油機(jī);此外，還包括機(jī)械抬升式收油機(jī)、渦流/離心式收油機(jī)、浸沒式收油機(jī)等其他類型。不同類型收油機(jī)對(duì)稠油的回收性能[8]如表1所示。

2 我國溢油回收設(shè)備配置及存在的問題

2.1 溢油回收設(shè)備配置

綜合分析國家級(jí)和地方級(jí)溢油應(yīng)急設(shè)備庫以及溢油應(yīng)急專業(yè)公司設(shè)備庫或應(yīng)急基地的溢油回收設(shè)備配置數(shù)據(jù)，目前我國的溢油回收設(shè)備以堰式收油機(jī)，刷式、盤式、鼓式親油式收油機(jī)以及真空式收油機(jī)為主，極少設(shè)備庫配置繩式、帶式親油式收油機(jī)以及機(jī)械抬升式收油機(jī)，幾乎沒有配置浸沒式收油機(jī)以及渦流/離心式收油機(jī)。

稠油回收效率以及設(shè)備出廠性能等參數(shù)（表1）通常是在平靜水面環(huán)境下、針對(duì)特定油品進(jìn)行水池實(shí)驗(yàn)或海面實(shí)驗(yàn)得出的，只能作為參考指標(biāo)，并不能真實(shí)反映收油機(jī)在實(shí)際溢油事故應(yīng)急回收中的性能。此外，收油機(jī)的回收性能取決于天氣條件、自然海況以及浮油自身性質(zhì)（如油膜厚度、油品黏度和風(fēng)化程度）等多重因素[9-10]。

2.2 存在的問題

在回收黏度較大的稠油時(shí)，刷式收油機(jī)的滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)不暢，刷毛黏附稠油的能力下降，即使黏附稠油，刮板也無法有效分離稠油與毛刷，導(dǎo)致滾刷繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)甚至刷毛脫落。由于稠油流動(dòng)性差，大多數(shù)盤式收油機(jī)缺乏油聚集能力，親油效果不理想，回收效率遠(yuǎn)低于給定參數(shù)。與刷式收油機(jī)相比，鼓式收油機(jī)有更大和更光滑的表面，且刮板可分離黏附的少量稠油并實(shí)現(xiàn)回收;對(duì)于可流動(dòng)的稠油，鼓式收油機(jī)也強(qiáng)于盤式收油機(jī);但鼓式收油機(jī)對(duì)乳化油的回收效果不佳，輪鼓會(huì)空轉(zhuǎn)打滑。在回收因風(fēng)化或乳化嚴(yán)重而幾乎失去黏附性的油膜或油渣時(shí)，鼓式、盤式、刷式親油式收油機(jī)的回收性能基本失效。

使用依靠重力作用的堰式收油機(jī)、依靠真空作用的真空式收油機(jī)或機(jī)械抬升式收油機(jī)回收風(fēng)化嚴(yán)重的稠油效果較好，但存在含水量較高的問題，油水界面難以掌握，其中機(jī)械抬升式收油機(jī)還存在款式單一和數(shù)量不足的問題。稠油回收對(duì)設(shè)備泵送系統(tǒng)能力要求更高，目前我國配置收油機(jī)的泵送能力與輸油管線的承壓強(qiáng)度均不能滿足持續(xù)、高效回收稠油的需求。在泵送能力不足時(shí)，短時(shí)間的作業(yè)即可造成泵內(nèi)部密封墊片發(fā)生沖擊損壞，導(dǎo)致液壓油泄露。目前對(duì)稠油泵送效果較好的泵體有阿基米德螺桿泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵。

固體海洋垃圾對(duì)溢油回收設(shè)備的影響也不容忽視，超過5cm 的固體垃圾就會(huì)堵塞旋轉(zhuǎn)的泵體，出現(xiàn)堵塞憋壓的現(xiàn)象，限制渦流式收油機(jī)和普通堰式收油機(jī)的回收效率。

3 國外稠油回收技術(shù)

通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，國外多家溢油應(yīng)急設(shè)備制造廠商為解決稠油回收難題，已設(shè)計(jì)并制造具有針對(duì)性的溢油回收設(shè)備，如LAMOR 的BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB 鏟式收油機(jī)、DESMI的BeltSkimmer帶式收油機(jī)、Vikoma的StarDiscMaxi收油機(jī)都可用于高黏度油的回收。上述設(shè)備通過改進(jìn)收油頭結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)泵送系統(tǒng)及提高輸油管線承壓能力實(shí)現(xiàn)稠油回收，可為我國稠油回收設(shè)備研究提供技術(shù)思路參考。

（1）BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB鏟式收油機(jī)。該收油機(jī)非常適合在陸地、海上和北極環(huán)境條件下進(jìn)行油井清理和溢油清理作業(yè)，其將刷輪收油機(jī)的高效溢油回收功能與挖掘機(jī)鏟斗的刮油和挖掘功能結(jié)合在一起，基于成熟的硬刷刷輪技術(shù)，可自動(dòng)從海水或土壤中分離油、乳液和含油碎屑。此外，LRB 系統(tǒng)不受漂浮物的影響，回收油中的自由水含量小于2%。在海上作業(yè)中可使用鏟斗提升刷輪，從而鏟取和排空重油污泥和其他固體材料（如油渣、冰粒）。

（2）BeltSkimmer帶式收油機(jī)。帶上配有凸起“牙齒”的特殊附件，有助于吸進(jìn)重油層，可回收流動(dòng)性差的高黏度油。該收油機(jī)可在任何方向上操作，將稠油拉入并排放至收集斗中。其泵體的強(qiáng)大功能可通過環(huán)形注水進(jìn)一步增強(qiáng)泵送系統(tǒng)，大大降低輸油軟管中的壓力損失，從而可泵送非常黏稠的油;注水法蘭可安裝在泵的入口或出口，可進(jìn)行熱水或冷水注水。該收油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括：提高稠油回收率;傳送帶可連接到收油機(jī)上，也可作為單獨(dú)的完整系統(tǒng);注水系統(tǒng)可用于降低輸油軟管背壓;推進(jìn)器可用于遠(yuǎn)程定位，具有遠(yuǎn)程控制功能;新的DOP-250雙卸載泵可與收油機(jī)分離，便于轉(zhuǎn)移。

（3）StarDiscMaxi收油機(jī)。該收油機(jī)具有齒盤式圓盤組和反向運(yùn)行能力，可處理漂浮的碎屑;較小的碎屑可通過圓盤收集在集油槽上方的格柵中，不會(huì)影響收油機(jī)的操作。堅(jiān)固的鋁制結(jié)構(gòu)和擋板使其適用于最具挑戰(zhàn)性的條件，其搭載的容積泵可用于輸送最黏稠的油污，通過添加注水系統(tǒng)可進(jìn)一步提高稠油回收率。該收油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括：非常適合在開闊水域使用;可回收油品的黏度最高達(dá)100萬cSt，收油頭的回收能力高達(dá)100m3/h;具有2組堅(jiān)固的齒盤式回收模塊（圖1）。

4 結(jié)語

我國渤海海域稠油儲(chǔ)量豐富，油氣開采活動(dòng)頻繁，老舊生產(chǎn)設(shè)施占比較高，導(dǎo)致溢油風(fēng)險(xiǎn)日益增高，對(duì)于提升稠油溢油應(yīng)急能力的需求迫切。本研究介紹溢油回收設(shè)備類型，分析國內(nèi)溢油回收設(shè)備的配置現(xiàn)狀;基于海上溢油事故的處置過程，國內(nèi)溢油回收設(shè)備對(duì)于稠油泄漏的應(yīng)急處置能力還存在明顯不足，主要體現(xiàn)在缺乏針對(duì)性及創(chuàng)新性、泵送能力弱以及輸油管線強(qiáng)度低。根據(jù)國外稠油回收技術(shù)調(diào)研結(jié)果，國外設(shè)備廠商為解決稠油回收困難問題已研究并制造新型稠油回收裝備，包括鏟式、帶式、齒盤式等改進(jìn)的稠油收油頭，帶有注水系統(tǒng)的新型回收泵以及配套的高強(qiáng)度輸送管線。國外稠油回收設(shè)備技術(shù)可為我國稠油回收設(shè)備研究提供技術(shù)思路參考，有助于我國溢油應(yīng)急領(lǐng)域加快研發(fā)適用于稠油回收的特殊設(shè)備。

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