海洋高黏度浮油回收系統設計

時永軍，郝 武，王立鋒，王清泉

（中海石油環保服務（天津）有限公司，天津 300452）

我國石油資源短缺，嚴重依賴進口，雖然近幾年我國石油的對外依賴度有所下降，但2022年依然超過70%，進口量達到5.08 億t，其中81.2%的石油進口為海運[1]。隨著海運石油規模的擴大，船舶溢油事故增多。目前，我國已建立較為完善的海上船舶浮油應急體系，配置一批浮油清除設備，從而提高海上船舶浮油事故的應對能力，減輕船舶突發性污染事故對海洋環境的損害[2]。

環保船作為油田生產和海洋環境的衛兵，需要配備適應各種黏度溢油的回收裝置。然而，我國海上專用浮油回收船舶及收集清污設備的數量有限，其裝備能力亦難以有效應對大規模的溢油事故，目前配置的環保船大多更適用于回收中、低黏度的溢油，不適用于回收高黏度溢油，特別是瀝青質高黏度浮油，無法覆蓋或保護整個岸線和水域。海洋發生溢油事故后，受風、浪、流、光照、環境條件和生物活動等因素的影響，原油物理性質和化學性質會隨時間發生變化。其間，溢油會發生蒸發、溶解、乳化、吸附沉淀、光氧化和生物降解等，隨著時間的推移，海面溢油風化后，油品黏度將會增大。據調查，渤海油田的原油黏度普遍較高，尤其是冬季氣溫低，更增加其黏度。因此，有必要研制一套可回收高黏度浮油的溢油回收裝置，與環保船的動態斜面回收系統相互補充。

1 高黏度浮油回收系統的性能指標和技術要求

1.1 高黏度浮油回收系統的性能指標

海上高黏度浮油回收裝置安裝在環保船兩側船舷，能夠與船載圍油欄配合，高效完成浮油回收作業。高黏度浮油回收系統的最大油水混合物回收速率為20 m3/h，該裝置可在風速10 m/s、浪高1 m 的海況下安全作業，連續回收浮油。高黏度浮油回收系統安裝后能夠沿船寬方向滑動，能夠繞底座水平方向轉動，能夠以底座為中心，實現浮油傳送帶的布放及回收，主動匯集裝置能夠撥動水面浮油向浮油傳送帶集中。

1.2 高黏度浮油回收系統的技術要求

海上高黏度浮油回收系統設計滿足技術目標和基本功能要求，各結構部件及元器件選擇目前市場上的成熟主流產品。設計時，參考市場成熟穩定的產品，結構部件及各元器件按市場產品選型，然后進行理論驗證及試驗驗證。理論計算后，定制構件及元器件，產品定制后進行試驗驗證并定型，最終完成詳細設計。

2 高黏度浮油回收系統的結構組成

高黏度浮油回收系統的結構組成如表1所示，它主要由可移動底座、翻轉機構、浮油傳送帶、水面浮體、主動匯集裝置、回收箱、液壓控制系統等部件組成。高黏度浮油回收系統的機械部分主要由可移動底座、翻轉機構、浮油傳送帶、水面浮體、主動匯集裝置組成，是整套系統的主要裝置，也是實現高黏度浮油回收作業的主體。

表1 高黏度浮油回收系統的結構組成

3 高黏度浮油回收系統機械部分的設計

3.1 可移動底座的設計

高黏度浮油回收系統的可移動底座可分為固定結構和移動結構，固定結構安裝到船舶甲板位置[3]。移動結構可在固定結構的軌道內移動，能夠使整套系統在垂直船舷方向移動，可以保證整套系統在非工作狀態下不超出船舷范圍，且在工作狀態下能夠盡可能地靠向船舷外側。可移動底座設計為可快速拆卸形式，基本參數如表2所示，船舶甲板僅需要與底座平板焊接固定，不影響船舶正常作業，待需要進行高黏度浮油回收作業時，將設備吊裝到固定底座平板，使用螺栓固定即可完成設備安裝。安裝狀態下，可移動底座長為1.5 m，寬為1.5 m，高為0.43 m；固定底座平板長為1.5 m，寬為1.5 m，高為50 mm（含保護螺栓尺寸）。

表2 可移動底座基本參數

可移動底座的收油頭用于水下沉潛油的集中收集，水下載體為前端集油裝置的其他部件系統提供搭載平臺和航行動力，水下照明和水下攝像頭可為水下作業提供視野和遠程監控，水下供電單元提供前端集油裝置水下作業的電力，導航系統可提供水下作業的前端集油裝置水下狀態和位置信息。

3.2 翻轉機構的設計

高黏度浮油回收系統的翻轉機構組成如表3所示，其連接可移動底座和浮油傳送帶，分為轉動結構和升降結構，能夠控制浮油傳送帶的轉動角度和入水傾斜角度，從而實現浮油傳送帶的翻轉布放和回收作業[4]。

表3 翻轉機構組成

翻轉機構的轉動結構主要由回轉支承與其安裝結構組成，能夠控制浮油傳送帶的轉動角度。翻轉機構的升降結構由2 條液壓油缸和浮油傳送帶支撐底座組成，能夠控制浮油傳送帶的入水傾斜角度。2 條液壓油缸聯動控制，在該路液壓管路系統中增加液壓蓄能器1 件，針對突然受到的外力進行壓力卸載保護，防止液壓油缸出現破壞性損傷。翻轉機構的支撐底座作為偏心支點，與浮油傳送帶組成杠桿結構，液壓油缸安裝在近端，利用液壓油缸較小的位移實現浮油傳送帶遠端的較大位移，可減小液壓油缸的長度，從而控制系統整體高度。翻轉機構的液壓油缸有2 件，活塞桿直徑為80 mm，行程為800 mm，工作壓力為16 MPa，推力為80 kN，拉力為72 kN。

浮油傳送帶由航海鋁合金框架焊接組成，液壓馬達驅動專用網帶旋轉進行高黏度浮油回收。網帶帶有鉤爪，可在回收高黏度浮油和海上垃圾時提供抓力，最大程度降低高黏度浮油和海上垃圾從浮油傳送帶逃逸。浮油傳送帶后部通過翻轉機構和可移動底座固定在船體甲板上，可在不工作狀態下完全回收到船舷范圍內。浮油傳送帶長為9 m，寬為1 m，質量約為1 400 kg，框架主體使用鋁合金制作。傳送帶帶有刮板，可將黏附上浮油刮掉，并通過匯流槽集中流入垃圾筐的噸袋內統一回收。

3.3 水面浮體的設計

高黏度浮油回收系統的水面浮體使用橡膠充氣式結構，最大可提供浮力2 000 kg。浮體作為浮油傳送帶的水面支撐，使用單點軸轉動連接形式固定。水面的浮力體采用聚乙烯（PE）塑料浮筒。

3.4 主動匯集裝置的設計

高黏度浮油回收系統的主動匯集裝置安裝在浮油傳送帶前部兩側，依靠主動匯集裝置安裝的帶立板不銹鋼馬蹄鏈的轉動形成水流或直接推動浮油向浮油傳送帶方向移動，增加系統的集油收油能力。主動集油裝置前部安裝有1 個滾輪，能夠防止主動集油裝置與船殼或其他水面漂浮物碰撞時造成損傷。高黏度浮油回收系統的主動集油裝置主要由不銹鋼馬蹄鏈、鋁合金框架、防撞滾輪、轉動馬達等組成，轉動馬達為不銹鋼馬蹄鏈轉動提供動力，擺角馬達控制主動集油裝置擺動角度，根據浮油位置實時調整。

4 高黏度浮油回收系統的液壓部分設計

高黏度浮油回收系統的液壓裝置可利用船上液壓站提供動力，通過增加控制閥組，完成各個指定動作。高黏度浮油回收系統的液壓操控閥組使用2 條液壓進油和回油主管路，閥塊與系統液壓管路總計9 條循環回路，與閥塊直接連接使用。

5 結語

隨著我國海洋石油勘探開發規模的不斷擴大和海洋環境保護意識的不斷提高，更多更先進的浮油回收技術和裝備將投入到我國海洋應急反應力量中。經設計驗證，高黏度浮油回收裝置可以作為環保船能力的補充，該系統可以保護我國海域環境，為我國海洋石油開發業和航運業的健康發展作出貢獻。