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中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 摘要 随着海洋石油开发的不断深入，海上石油运输业和石油开采业的发展迅速，海洋 溢油事故屡见不鲜，造成了严重的环境污染和经济损失。目前我国的溢油处理技术仍 然非常不成熟。本文综述了溢油处理技术中物理方法、化学方法、生物方法的常见溢 油处理技术方式的特定适应环境、影响因素及其优缺点，明确不同溢油处理方式的特 点，总结了溢油事故处理如何将几种方法相互配合才能有良好的处理效果。并结合调 研针对 溢油事故进行了分析和具体的溢油处理方案的编制。 关键词：关键词：海洋溢油；溢油原因；处理技术；案例分析 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） ABSTRACT Along with the development of marine oil exploitation, the rapid development of offshore oil transport and oil exploration industry, marine oil spills are common. The oil spill accidents cause serious environmental pollution and economic losses. At present, oil spill response technology of our country is still very immature. In this article the spilled oil processing technology in the physical methods, chemical methods, biological methods are reviewed. Their specific adaptation to the environment, affecting factors, advantages and disadvantages are compared, clearly different oil spill treatment characteristics are summarized. Several methods should be used in oil spill accident treatment in order to have a good processing effect. Also Chengdao oil spill accidents are analyzed and preparation of specific oil spill response programs are suggested in the paper. Keywords: marine oil spill；oil spill reason；processing technology；case analysis 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 目 录 第 1 章 绪 论.1 1.1 研究背景 1 1.2 国内外研究现状 1 1.2.1 国内海上溢油处理技术现状1 1.2.1 国外海上溢油处理技术现状3 1.3 本文主要研究内容 5 第 2 章 溢油产生的原因与危害.6 2.1 国内外重大海洋溢油事故 6 2.1.1 国外重大海洋溢油事故6 2.1.2 国内重大海洋事故7 2.2 海上溢油产生的原因 7 2.2.1 船舶溢油污染的原因分析8 2.2.2 海上油气田溢油污染原因分析8 2.3 海上溢油的危害 9 第 3 章 溢油处理技术.11 3.1 物理处理法 11 3.1.1 围油栏11 3.1.2 撇油器15 3.1.3 溢油回收船20 3.2 化学处理方法 26 3.2.1 现场燃烧26 3.2.2 化学制剂30 3.3 生物处理法 36 3.3.1 生物降解机理36 3.3.2 石油烃生物降解的影响因素38 3.3.3 生物降解溢油的优点39 3.3.4 小结39 3.4 溢油处理技术目前存在问题及发展趋势.40 3.4.1 存在问题小结40 3.4.2 发展趋势41 第 4 章 案例分析.42 4.1 事例背景 42 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 4.2 溢油区周围自然状况 42 4.2.1 气候42 4.2.2 海洋水文42 4.2.3 地貌特征及底质类型43 4.3 溢油污染情况 43 4.4 溢油处理方案设计 43 4.4.1 确定溢油处理方案采取的处理方针43 4.4.2 溢油处理方案44 第 5 章 结 论.50 致 谢.51 参考文献.52 绪论 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景 石油在未来相当长的一短时间内仍然将是全球最重要的基础能源。 根据国际能源署 的预测，2030 年全球石油消费量为 1.05 亿桶/天，较 2008 年的 0.85 亿桶/天增长 25%左右， 那么在未来 22 年间，全球石油产量均每年至少要保证 76.4 万桶/天的增量。 随着海洋石油开发的不断深入，采油量的不断上涨，加速了海上石油运输业和石油开 采业的发展，油轮的不断增多，海上石油勘探、开发及海底管线铺设的规模不断扩大，同 时海洋溢油污染事件，尤其是重、特大溢油污染事件的风险亦随之大大增加。 自 20 世纪 60 年代以来，全球万吨以上的溢油事件几乎每年都会发生，严重影响了海 洋环境。近几十年来，重大海洋溢油污染事件带来的灾难性后果让人触目惊心，其中有些 事故的发生归因于恶劣的天气和海况，有些则纯属人为操作失误，但其对环境的破坏都是 难以估量的。 20 世纪 70 年代以来，海洋溢油事件在我国既有发生。据不完全统计，19732006 年， 我国沿海船舶溢油事件共发生 2653 起，总溢油量更是达到了 37100 吨。2010 年 7 月 16 日，大连新港发生了举国震惊的特大输油管线爆炸事故。事故造成了大量原油外泄，污染 了港口周围大面积的海域，其中有些海域遭受到了严重污染，环境受到破坏，重创了当地 的渔业。此外，事故导致大连新港临时关闭，影响了船舶的正常装卸运营，给港口和航运 业也造成了巨大的经济损失。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内海上溢油处理技术现状 我国烟台、秦皇岛、天津海上溢油应急反应中心装备了一定数量的油清除设备和器材， 这些设备一般抗风浪性和溢油清除功能和效果有限（如秦皇岛海上溢油应急反应中心进口 的美国 SLICKBAR 公司动态斜面式专用收油船，见图 1-1） 。此外，壳牌公司在大亚湾兴 建的大型炼油项目配套建设了由我国自行生产的专用溢油应急船，船上带有围油栏、收油 机和油污水储存功能（图 1-2） 。 目前，我国沿海城市、油运公司和码头以及海上石油开采公司虽各自拥有一些溢油应 急设施设备，但应急清污能力较低，只能应对小型溢油，难以适应控制和清除大面积溢油 这一突发性海上环境安全事故的需要。 绪论 2 图图 1-1 动态斜面式专用收油船动态斜面式专用收油船 图图 1-2 我国自行生产的溢油应急船我国自行生产的溢油应急船 我国目前真正能够发挥收油作用的还是一些比较传统的基本清污手段，如吸油毡、吸 油索等，而现有轻型围油栏在风浪大、溢油面积大的时候难以围住溢油，收油机的现场回 收效率通常很差，仅能达到理论收油能力的 110%，与国际上 25%的平均实际回收效率相 比还有不小的差距。国内通常使用的充气式围油栏的释放速度为 14 秒/米，与国际先进水 平相比，释放速度相差 4 倍。 绪论 3 此外，尽管目前国内已经掌握了一些有效清除海上大面积溢油的技术，但尚缺少集成 化的、系统的快速清除海上油污技术。由于海上溢油情况千差万别，不可能一项清除技术 适用于所有情况，因此，当事故发生时往往难以形成高质量的溢油清除技术支持。 综合而言，海上溢油控制、处置、清除技术今后的发展趋势为： 从提高投资效益和收油效益两方面考虑，我国均应立足于自主研发收油机技术及其配 套技术装备，重点攻克能有效提高溢油遭遇率的专用收油船内置收油机技术和能够有效增 厚油膜厚度的围收集成收油技术。在研发溢油回收系统时，应攻克溢油品种和环境条件适 用范围宽的收油机技术、围收集成收油系统设备功能集成与快速连接技术、围油栏与溢油 回收工作船柔性密封连接技术，可增强系统操作安全可靠性和降低作业强度的技术等1。 1.2.1 国外海上溢油处理技术现状 当海上发生溢油事故险情，及时地将事故船舶中的货油或燃料油抽吸出来并过驳到安 全船只或浮动油囊之内，是一种有效的防范、减轻溢油事故损害发生的应急措施。美国和 新加坡等国的溢油应急反应系统均配备了能够进行水下沉船抽油作业的高性能抽油泵和配 套转运装备，包括不需要潜水员的深水抽油遥控技术等。此外，在溢油事故发生的最初阶 段将溢油加以拦截和围控，收集海面溢油或进行现场焚烧，也是预防和清除溢油污染损害 的首选方案。 美国、挪威、英国、丹麦、澳大利亚等国已开展了多年的油污清除技术及装备的研究， 取得了一些成功经验。例如：长期应用于远海溢油应急反应的美国双层构造充气式围油栏 密封性好，气体不外泄，持续时间长，具有良好的承波性，占用空间少（图 1-3） 。1990 年清污中，安装在“TV010”号船上的芬兰 LORS-5 型内置式收油机和“TV050” 、 “TV051”号船舶一起将全部泄漏溢油的 60%成功回收（图 1-4） 。 美国鉴于 1989 年阿拉斯加“埃克森瓦尔迪兹号”大面积溢油事故因缺乏多功能溢油 应急船而蒙受重大污染损害的经验教训，研制了多艘将主要清污技术有效集成的溢油回收 船配备于其境内的主要溢油风险海域，随时待命处理溢油。 当发生大面积溢油事故时，往往需要动用多种溢油清污技术装备，包括：根据海流和 风况条件多点、多层布设围油栏；采用撇油器和吸附材料回收溢油；出动多功能溢油回收 工作船；空中喷洒溢油分散剂等等。 目前国际上清除水面溢油的方法大致分为物理法、化学法和生物法三类。其中，以物 理法中的机械回收方法最为有益，不但保护了环境，还回收了资源，在能够正常发挥作用 的前提下，清除效率要显著高于人力回收和采用吸油材料吸附溢油。 绪论 4 图图 1-3 双层充气围油栏双层充气围油栏 图图 1-4 “TV010”号清污船在收油号清污船在收油 现行使用的机械回收装置主要有粘附式、堰式、动态斜面式、抽吸式及其它类型的收 油机。 目前世界上比较典型的收油机产品有，英国 Vikma 公司的盘式收油机、美国 SlickBar 绪论 5 公司的动态斜面式（DIP）收油机、芬兰 Lomar 公司的刷式收油机、挪威 Framo 公司的堰 式收油机、丹麦 Ro-Clean 公司的复合式收油机等等2。 1.3 本文主要研究内容 本文旨在综合国内外海洋溢油处理技术方面的文献，总结现在海洋溢油中应用到的各 个处理技术的作用原理，适用范围，处理溢油的优缺点，通过对这些技术的探讨，对溢油 处理方案的编制有良好的建议。主要研究内容如下： （1）对海洋溢油事故的大量发生产生的原因进行比较具体的总结和分析。再次，根 据文献和实例认识海洋溢油产生的对自然环境和对经济等方面的破坏。 （2）海洋溢油处理技术主要有物理方法、化学方法和生物方法。根据文献等方面从 围油栏、撇油器和吸油材料等物理方法，燃烧、化学制剂等化学方法，生物方法等方面对 其作用原理、使用条件、溢油处理优缺点、发展趋势等方面就行归类总结。 （3）综合案例数据以及对溢油处理技术的分析，制定溢油处理方案。 溢油产生的原因与危害 6 第 2 章 溢油产生的原因与危害 随着海洋石油的大规模开发，海洋溢油污染事件屡见不鲜，严重影响了海洋环境，影 响人民的正常生活，阻碍经济的正常发展。因此，认识海洋溢油污染的现状，了解海洋溢 油污染的成因是非常必要的。 2.1 国内外重大海洋溢油事故 近年来发生了许多海洋溢油事故。2001 年 3 月，一艘油船在德国西北海域与一货轮 相撞,在在波罗的海海面漏出 1000 吨石油，造成附近海域大面积污染，野生动物大量死亡； 2004 年 12 月 7 目， “现代促进”与“地中海伊伦娜”两艘集装箱船相撞，造成后者燃油 舱破损，导致 1200 多吨船舶燃油溢出，清污费用超过一亿元；2007 年 12 月 7 日， “河北 精神”号在韩国海域与万吨级拖轮相撞，导致油轮左侧 3 个储油箱破裂，1.081 万吨原油 流入海中；2010 年 4 月 20 日，位于墨西哥湾的“深海地平线”钻油平台爆炸沉没，事故 初期污染了大约 4000 多平方公里的海面，而且污染面积随着时间的流逝而成倍增长，救 灾的费用超过 10 亿美金；在国内，船舶溢油事故也屡见不鲜，造成的后果则难以估量。 1999 年 3 月 24 日， “东海 209”货轮与“闽燃供 2 号”油轮在珠海发生碰撞，溢油 589.7 吨，珠海、 深圳、中山、金星门、淇澳岛等 300 多平方公里海域及 55 公里岸线遭到污染； 2004 年 12 月 7 日晚，两艘外籍集装箱船在珠江口水域相撞，一艘集装箱船燃油舱破裂， 450 吨重油飘向大海，在海上形成了一条 9 海里的油带，给珠江口水域的生态环境造成巨 大的损害，并且严重影响到当地的生活和工业用水；2009 年 9 月 15 日，集装箱船“圣狄 轮”受台风“巨爵”影响漂至珠海高栏岛长咀搁浅，导致燃油柜破裂数百吨燃油泄漏如海， 给高栏岛飞沙滩、三浪湾、西枕湾一带海域和岸线带来巨大危害3。 一起又一起的船舶溢油事故，给我们赖以生存和发展的海洋甚至内河环境带来了巨大 的灾难，据报道，近 50 年以来因石油类污染已导致 1000 多种海生生物灭绝，海洋生物已 减少近 40。以下回顾几起国内外的重大溢油事故。 2.1.1 国外重大海洋溢油事故4 2.1.1.1 “Torrey Canyon”号油轮事故号油轮事故 “Torrey Canyon”号为利比里亚籍油轮，其在 1967 年发生的事故为世界第一次大规 模海上溢油事故。事故原因是船长未听取相关告诫，擅自将航线改变，从而使油轮以 15.8 节的速度撞上礁石，致使 30000 吨原油泄漏。事故发生后，尽管相关部门进行了全力抢救， 但是恶劣的天气致使抢救工作全面失败。最后不得不动用空军轰炸油轮，并进行现场燃烧。 溢油产生的原因与危害 7 溢油在强风下不断改变飘逸方向，影响了法国和英国部分地区，也包括了英吉利海峡 内的加尔塞岛，遭遇污染的海岸线长达 242 海里。此次事故重创了这些地区的水产及旅游 业，同时亦有的清除耗费了大量的财力和人力，直接经济损失高达 1050 英镑。 2.1.1.2 瑙鲁兹海上油田事故瑙鲁兹海上油田事故 伊朗瑙鲁兹海上油田在两伊战争中多次经历战火，泄漏了大量原油。1983 年 2 月 10 日，一艘油轮与瑙鲁兹油田钻井平台相撞，造成油井以每天 1500 桶的速度漏油。在接下 来的一个月，发生事故的钻井平台又遭到伊拉克直升机的袭击，引发火灾。伊朗用了半年 时间才扑灭燃烧的油井。伊拉克直升机还对附近一个钻井平台发动过袭击，造成原油泄漏， 直至 1985 年 5 月才扑灭。这几起事故共造成瑙鲁兹油田 8000 万加仑(约合 26 万吨)的原油 泄漏4。 2.1.1.3“瓦尔迪兹瓦尔迪兹”号触礁事故号触礁事故 1989 年 3 月 23 日，美国埃克森公司的超级油轮“瓦尔迪兹”号的船长饮酒后出现指 挥失误，油轮在通过阿拉斯加州的威廉王子湾时，与水下礁石相撞，船体裂开。超过 5 万 吨原油流入海水中。沿海 1300 公里区域受到污染，当地鲑鱼和鲱鱼近乎灭绝，迄今仍未 恢复，数十家企业破产或濒临倒闭，这曾是美国历史上最严重的原油泄漏事故和海洋污染 事故。据估计，此次事故造成约 28 万只海鸟、2800 只海獭、300 只斑海豹、250 只白头 海雕以及 22 只虎鲸死亡。 2.1.2 国内重大海洋事故 2.1.2.1 “东方大使东方大使”号事故号事故 “东方大使”号为巴拿马籍油轮，1983 年 11 月，该油轮在青岛港黄岛油区装载完原 油出港中途触礁，3343 吨原油因船体受损溢出。溢油污染了胶州湾及附近 230 多千米的 海岸线，同时 15000 亩的水产养殖区和部分旅游区及浴场也受到了严重影响，其经济损失 达到上千万。 2.1.2.2 大连新港大连新港“716”输油管道爆炸事故输油管道爆炸事故 2010 年 7 月 16 日晚 18 时许，大连市大连新港附近中石油的一条输油管道发生爆炸 起火。事故导致金石滩被污染，随处可见油污带，受污染海域约 430 平方公里，其中重度 污染海域约为 12 平方公里，一般污染海域约为 52 平方公里。该事故对于大连湾的海水质 量、生态系统和海洋生物产生了很大的威胁，并严重影响了当地的渔业、旅游业和附近居 民的生活。 溢油产生的原因与危害 8 2.2 海上溢油产生的原因 所谓漏油，是由于石油的生产、提炼、 装卸、储存、运输、使用和处置等不当造成 石油的流失，从而对水生生物及其他生物造成损害，并且影响视觉和美学效果的现象。可 见，不只是海上油井在采油过程中会发生漏油现象，在陆地石油勘探和开发的过程中，以 及石油炼制及运储过程中由于意外事故或操作失误，也会造成石油从作业现场或储器里外 泄，溢油流向地面、水面、海滩或海面，造成不同程度的环境污染和生态灾难5。海洋溢 油污染可分为船舶溢油污染和海上油气田溢油污染两大类。 2.2.1 船舶溢油污染的原因分析 船舶溢油污染是指原油或其产品在船舶海上运输的过程中溢出所导致的污染，可占海 洋油类污染总量的 47%。该类污染的原因一般有以下两个方面。 2.2.1.1 操作性溢油操作性溢油 这类溢油是由船员不遵守相关规定任意排放废机油，以及包含大量油污的机舱舱底水、 压载水、洗舱水等废水造成的。 据国际海事组织估计，每年由各种污染源排入海洋环境的石油总量至少有 3.2106吨， 其中由于机舱油污水和燃油渣的排放每年就有 3106吨。 2.2.1.2 事故性溢油事故性溢油 这类溢油主要由事故造成的，事故分为两类，即传播发生碰撞、搁浅、触礁、着火爆 炸等海损事故和油类作业时的事故。 由于海损事故的不稳定性，一般无法避免，但是一些因素会影响事故发生的概率。对 于这些因素进行分析，其中包括船舶类型（无论是溢油事故的发生率还是溢油量的大小， 油轮都占主要部分） 、船舶吨位（主要是通过对船舶操作性能的影响） 、船舶年龄、船舶性 能（船舶性能越高，发生溢油事故的概率就越小） 、天气海况6。 除了上述主要因素，其他因素包括船员素质、航道条件、导航设备、船舶交通密度和 通信状况等都会对船舶溢油产生影响。据统计，约有 70%的油轮溢油事故归因为人为因素。 另一种事故性溢油在油类作业时产生，其可能发生装油溢油（多发生在开始、换舱、 扫线三个关键时刻） 、港内加油溢油和船内驳油溢油。 从相关数据的分析可以打出如下结论：事故性溢油是船舶造成海洋溢油污染的主要 原因；船舶重大溢油事故主要是由海损事故造成的；海损事故是对海洋环境危害最大 的船舶溢油污染源7。 溢油产生的原因与危害 9 2.2.2 海上油气田溢油污染原因分析 海上油气田溢油的风险存在于油气田开发过程中的各个环节，可能发生的事故包括井 喷、输油管破裂溢油、污油罐溢油和燃料油传输溢油等。以下分析海上石油开采过程中可 能会发生溢油的设施及原因。 2.2.2.1 钻井平台钻井平台 钻井过程中最主要的溢油风险就是井喷，当钻遇地下异常高压油、气层时，如果井底 压力小于地层压力，地层油气流体将进入井筒并推动钻井液外溢，即发生溢流。此时如果 对地下油、气压力的控制措施不当，不能及时发现和处理溢流，就会造成油、气、钻井液 迅速喷到地面，即发生井喷。井喷喷出物主要是原油、天然气、地层水和钻井时所使用的 钻井液。为避免井喷带来的灾难性后果，一般会采取如为钻井船和钻井平台配备管线内液 压防喷装置，在钻井过程中及时调整泥浆比重、平衡井下地层压力等预防性措施8。 通常井喷的事故概率很低。根据国内有关资料统计，石油勘探开发工程钻井过程中井 喷事故概率为 1.16左右。我国自 1966 年至 2001 年底先后在渤海、东海、南海东部和南 海西部海区已经钻井 1200 多口，仅在钻勘探井时发生过四次井喷，在生产井钻井中尚未 发生过井喷事故9。 2.2.2.2 采油平台采油平台 采油平台集生产性开采、处理和储存于一体，管线、阀门、储罐等装置众多，是海上 溢油危险点源最多的设施。为防治溢油，采油井(特别是高产井)都会安装井下安全阀和封 隔器，一旦发生事故，可自动关闭油井；同时安装各种监控设备，以便及时发现各种意外 情况。 在生产阶段可能引发平台溢油的主要因素是生产工艺设施泄漏从而引起的爆炸。生产 平台上引起油气泄漏的可能原因有：阀失效，管件失效(三通管、弯头、法兰、螺栓、螺 母、垫片等)，焊缝失效，腐蚀，材料失效(管子、管件、容器破裂)，操作错误，仪表和控 制失效等10。 2.2.2.3 海底管道海底管道 引起海底管道与立管事故发生的外部原因有海面失落重物的撞击、渔船拖网、挖泥、 铺管作业或抛锚、锚拖曳、锚链磨损管道、沉船以及自然灾害，内部原因有管道腐蚀、材 料与施工缺陷，此外还有人员误操作等原因。 2.3 海上溢油的危害 虽然海洋对石油污染有自净能力,但不是无限的。石油进入海洋后造成的污染对海洋 环境和海洋生物资源的危害是相当严重的。通常，升石油完全氧化需要消耗万升海水中溶 溢油产生的原因与危害 10 解氧，因此，一起大规模溢油污染事故能引起大面积海域严重缺氧，使大量鱼虾、海鸟死 亡，或使经济鱼、虾、贝类产生油臭味，降低海产品的食用价值浮油被海浪冲到海岸，沾 污海滩，造成海滩荒芜，破坏海产养殖和盐田生产，污染、毁坏滨海旅游区若清理不及时， 还易发生爆炸和火灾,酿成更严重的经济损失和人员伤亡，这些都是海上溢油影响的直接 后果。而其长期影响导致的潜在危害则更加严重海上油膜会大大降低海水与大气的氧气交 换，从而降低海洋生产力,破坏海洋的生态平衡石油中的毒性芳香烃化合物极易进入水中 并且停留很长时间，并在生物体中长期积累，最终必将危害人体健康滥油沉降到海底后， 会危及底栖生物和甲壳类动物的正常发育而且沉降到海底的石油经微生物分解后，密度减 小，会重新浮到海面。因此，一次大的溢油事故造成的影响会延续十几年甚至更长时间11。 综合来看，海洋溢油污染的危害有如下两方面：一，对于人类健康和公共安全的危害； 二，对环境的危害，包括对鸟类及其他动物的危害，对浮游生物的影响，对鱼类的危害， 对海洋哺乳动物的危害已有对岸线滩涂的危害12。 图图 2-1 被石油污染的鸟类被石油污染的鸟类 由此可见,对于海上溢油给人类带来的危害决不能掉以心。要保护好海洋环境,除了加 强海洋石油开发活动和海上运输的管理,减少意外溢油事故的发生外,同时要加强对海上溢 油的监测,提高对海上溢油事件的应急反应能力和溢油治理能力。 溢油处理技术 11 第 3 章 溢油处理技术 3.1 物理处理法 目前处理溢油的物理方法主要有围栏法、硬刷撇油器法、吸油材料法、活性炭吸 附过滤法、激光处理法等。这些物理方法主要应对大规模、大范围的海面石油泄漏事 故，通过物理措施将原油吸收、捕捉后再进行分离、回收。但对于汽油、煤油、柴油 等轻质油，由于其密度小，粘度小，在海面扩散速度快等特点，各种物理方法往往难 以奏效。 3.1.1 围油栏 围油栏是处理溢油事故中一种常用的设备，急流溢油中科学正确使用围油栏对急 流溢油的拦截、围控、回收将是行之有效的。 3.1.1.1 围油栏的结构围油栏的结构 围油栏一般为 PVC（聚氯乙烯）材料制作的带状物，也可用其他诸如橡胶、泡沫 塑料、稻草、木材、金属等材料制作。一般主要由浮体、裙体、张力带和配重等部分 组成(图 3-1)。浮体主要起浮力作用，使围油栏浮在水面上；裙体在水下形成一道屏障， 防止溢油从下面流走；张力带指一些能够承受施加在围油栏上的水平拉力的长带构件， 主要用来承受风、波浪、潮流和拖曳产生的拉力；配重指一些能够使围油栏下垂，并 改善围油栏性能的压载物，一般垂直于裙体之下，起保护垂直平衡作用。用于布放的 围油栏，必须具备一定的抗风、流和浪能力，另外，其裙体还必须具备一定的抗拉强 度。一般来说，围油栏的性能需要通过测试来确定，确定方法主要有两种：直接将 围油栏置于实际海况中，测量其能够拦截溢油的风速、波高和流速的最大标准。在 实验室中对围油栏分别进行抗风、抗浪、抗流的测试，根据结果推算其性能13。 溢油处理技术 12 图图 3-1 围油栏结构示意图围油栏结构示意图 3.1.1.2 围油栏的类型围油栏的类型 目前使用的围油栏分为三种类型：帘式围油栏、篱式围油栏和岸滩式围油栏。 （1）帘式围油栏 帘式围油栏主要在海面平静和海岸状况良好的情况下使用，分为充气式围油栏和 固体浮子式围油栏。 充气式围油栏的浮体为充气式，一般为 PVC 材料制作。按充气方式其又可进一步 分为压力充气式和自充气式；按照气室结构，充气式围油栏又可分为单气室和多气室 （一个气室的长度为 24 米） 。从实际情况来看，多气室围油栏漂浮能力更强，在其中 一个气室破损的情况下，整体围油栏不会因此而下沉，因而应用更广泛。充气式围油 栏布放速度慢，放气后储存体积小，表面平整，容易清洁，其中长气室充气围油栏充 气简单、快捷，但对刺伤、划伤敏感，随波性差14。 图 3-2 为某种已通过专利申请的新型多气室充气式围油栏。 图图 3-2 独立气道式多气室围油栏示意图独立气道式多气室围油栏示意图 该围油栏由段云平设计，是一种独立气道式多气室围油栏，组成部件如下：充 气浮筒；外套；拉链；加强；螺栓；活扣；气阀；内胆；钢缆； 气管；拉头。 11 该新型多气室围油栏具有以下优点： 1）分段组装，安装容易，使用方便。 2）由于各气室互不相通，各自独立，一个部位破损漏气不会影响其他气室和整个 围油栏的使用。修理方便，只需更换某个破损内胆即可。 溢油处理技术 13 3）在内胆外设有内套和外套保护，可以承受较大的压力，因此可以容纳较大的充 其量。 4）该多气室围油栏除了可以围控溢油，还可以拦截海藻、红潮和水上漂浮物等， 用途较为广泛15。 固体浮子式围油栏的浮体外壳一般由 PVC 材料或橡胶、钢制材料等制成（图 3-3） ， 内部由柱状或粒状的泡沫填充。与充气式相比，固体浮子式布放速度更快，对刺扎不 敏感，但占用的空间较大，且回收工作强度大。 固体浮子式围油栏中，浮体为耐热钢材质材料制成的，也成防火围油栏。该围油 栏的水下裙体一般由两层涂覆的耐油、耐老化的阻燃橡胶的高强度织物热组合而成， 顶部的不锈钢丝绳、腰部的高强度加强带，以及底部的拉力配重链可构成牢固的抗拉 体系。该围油栏一般为焚烧技术配合使用，由于其防火特性，该围油栏特别适用于油 港、油码头、石油钻井平台等高防火等级敏感区域，以及用于将溢油拖带到适合的地 点燃烧处理。 图 3-3 为某种已通过专利申请的高强度防火围油栏。 图图 3-3 某高强度防火围油栏的结构示意图某高强度防火围油栏的结构示意图 如图 3-3 所示，该高强度防火围油栏由王万财和赵俊颖设计，其组成如下：快 速连接器；连接螺栓；快速连接插销；不锈钢浮体外壳；裙体连接螺栓； 裙体；圆柱状连接插销；不锈钢柔性隔段；内部耐高温泡沫浮子；压载链； 不锈钢拉力钢缆；不锈钢裙体压板；快速连接器。 11 12 13 该高强度防火围油栏具有如下优点： 1) 采用不能燃烧的不锈钢柔性隔段。 2) 不锈钢浮体外壳内有耐高温泡沫浮子，耐温可达 100，具有不可燃烧性。 溢油处理技术 14 3）采用的连接方式是双铰链式连接，具有牢靠、快捷、方便、不燃烧的优点，使 防火围油栏能够对拆，可与普通围油栏串联配合使用。 4) 水下裙体为二层涂覆耐油、耐老化优质阻燃橡胶的高强度织物热合而成，具有 较高强度和耐老化性。 5) 围油栏顶部的不锈钢丝、腰部高强度加强带和底部拉力配重链组成牢固的抗拉 体系，采用包链式、整体结构简洁明快16。 （2）篱式围油栏 篱式围油栏主要用于流速较大的海区，包布材料一般采用橡胶、PVC 或聚氨酯等 材料。其浮体为固体并以篱笆形式进行排列，裙体材料多为玻璃纤维网络或其他刚性 材料。浮体与浮体之间利用柔性隔段连接，使围油栏的浮动更加灵活。围油栏的张力 带通常采用带子或钢丝绳，并置于围油栏内层。围油栏的配重一般为钢丝绳、钢制链 条和铸铁块等。 根据浮体的布置形式和张力带等结构特点，篱式围油栏可分为中心浮体式、外置 浮体式和外加强带式三种： 1）中心浮体式围油栏具有一组中心浮体群，即浮体在围油栏中心线两侧且对称， 浮体群通常由固体泡沫盘组成，这种浮体盘相对减少了围油栏的储存体积。 2）外置浮体式围油栏的浮体一般设置在围油栏的一侧，也可以设置在围油栏的双 侧。 3）外加强带式围油栏也分为两种：一种是把加强带配置在面向潮流方向的一侧， 即单侧加强带式围油栏；另一种是把加强带配置在两侧，并用钢丝绳将加强带固定在 围油栏的顶部和底部，即双侧加强带式围油栏14。 篱式围油栏抗潮流性能好，适用于较封闭的河域和河流的长期布放。中心浮体式 围油栏与水接触面积小，摇摆性能差，容易出现翻滚。外置浮体式围油栏与水接触面 积大，增强了抗翻滚性能，但外置浮体在水中强度较弱。外加强带式围油栏虽然抗潮 流性能好，但布放复杂，回收时加强带易缠绕，而且单侧加强带式围油栏只能在单向 潮流水域使用。总的来说，篱式围油栏制造简单，成本也较低，但缺点是储存体积大。 （3）岸滩式围油栏 岸滩式围油栏具有在浅水区不易翻倒的优点，特别适合布放在岸滩附近。其材料 多为聚氨酯，由三个独立官腔组成“品”状，一根官腔位于上部，另外两根管腔位于 下部。上管腔充气，为浮体；下管腔充水，为裙体，提供足够的重量使围油栏与地面 或岸滩保持密封状态。该围油栏构造独特，干舷是上管腔的高度；吃水为下官腔充水 后的垂直高度，约占围油栏总高度的一半；张力带为本身的结构材料；而配重为底部 两个管腔中的水。 溢油处理技术 15 适合布放在潮间带或水陆交接处。布放这类围油栏时，一般需要先选好地点，然 后给下部的管腔和上部的管腔分别注水和充气，注水量需要掌握好，过多会影响其与 地面的密封效果。 这种围油栏具有如下特点:使用范围狭窄，适合布放在潮间带和水路交界处； 布放条件受限，一般布放在地势平坦处，以保证其密封效果；可与其他类型的围油 栏对接使用；由于构造独特，外表脆弱，易被刺伤和划破。 一般来说，优质的围油栏应具有以下特性：易展开和回收；具有高浮沉比率； 良好的静力学和动力学稳定性；良好的流体力学特性；密实且不阻塞；易水 洗；接台部件可抗紫外线和抗水解；抗磨损、抗穿刺和抗油。围油栏需要既能防 止溢油在水平方向上的扩散，又能防止原油凝结成焦油球，在海面垂直方向上的扩散。 3.1.1.3 围油栏的布放围油栏的布放 为了能够理想的防止已有扩散，根据已有兴致和已有还去水文气象条件及周围环 境状况确定围油栏的布放也是相当重要的。围油栏的布放方法有如下五种。 （1）包围法 适用于溢油初期或者单位时间溢出量不多，以及风和潮流都较小的情况下使用， 用来包围溢油源。根据溢油回收工作的需要，应设作业船，油回收船的进出口。 （2）等待法 适用于溢出量大、围油栏不足或者风和潮流影响大、包围溢油困难的情况下使用。 (3) 闭锁法 该方法在港域狭窄的水道、运河等发生溢油时使用。 (4) 诱导法 适用于溢出量大，风和潮流影响大、溢油现场用围油栏围油不可能的时候，或者 为了保护海岸及水产资源，可利用围油栏将溢油诱导至能够警醒回收作业或者污染较 小的海面。 (5) 移动法 在深水的海面或风、潮流大的情况下，以及在使用锚不可能或者溢油在海面漂浮 的范围已经很广泛的情况下使用。该方法需要两艘作业船配合工作。 上述五种方法属于基本的布放方法。实际布放时需要围油栏作业队伍做到及时有 效。围油栏的布放可根据具体情况灵活应用，可以多种方法同时进行，但要考虑到自 然条件的变化，有计划的展开17。 溢油处理技术 16 3.1.2 撇油器 溢油回收器是指在水面捕集浮油的机械装置。撇油器(oil Skimmer)是主要的收油装 置之一，其适用范围广，收油效果好，抗风等级高，适用于中等以上规模或大面积集 中回收溢油18。 3.1.2.1 撇油器分类撇油器分类 撇油器的作用原理为：利用油和油水混合物的流动特性、油水的密度差以及材料 对油/油水混合物的吸附性，将油从水面上分离出来。其一般组成有组成：撇油头、传 输系统、动力站。对其作用效果的主要影响因素有：撇油器的工作环境、回收的溢油 种类、油膜厚度、海况、水面垃圾。下表 3-1 简单介绍不同种类撇油器的原理以及特 点。 图图 3-4 堰式撇油器原理示意图堰式撇油器原理示意图 （a） (b) 溢油处理技术 17 图图 3-5 真空式撇油器真空式撇油器 溢油处理技术 18 表表 3-1 各种撇油器简介各种撇油器简介 名称定义组成原理优点缺点 堰式撇 油器 借助重力使油从水 面流入集油器内的 油泵进入储油容器 的装置 撇油器浮 体、集油 器、堰边 高度调整 装置、动 力系统、 传输系统。 利用溢油重力和流动性， 调整堰式撇油器的堰边刚 好低于油膜表面，让油通 过堰边流进集油器，通过 泵将集油器内的溢油泵送 到储油容器(图 3-4)。 尺寸小、 结构简单、 维护容易、 回收速率 高、适用 范围广。 堰边高度调整 困难，受波浪、 油膜厚度影响 大、对水面垃 圾敏感、受粘 度影响大、不 适用于回收高 粘度油。 真空式 撇油器 （图 3-5 ） 利用吸入泵或真空 泵在真空储油罐内 建立真空并通过撇 油头处的压力差回 收油水混合物的装 置。 撇油头、 软管、真 空泵、动 力站。 利用真空泵在撇油头产生 真空，将水面上或地面上 的溢油吸入真空储油罐内。 操纵装置 小、技术 要求简单， 维护容易， 造价低廉。 回收效率低、 真空罐车式的 回收效率低于 10%。 盘式撇 油器 （图 3- 6） 利用吸油材料制作 的盘片在油水混合 物中旋转，盘片旋 出时，吸附的溢油 被刮片刮入集油器， 并泵送到储油容器 的溢油回收设备。 盘片、刮 片、集油 器、输油 软管、动 力站和泵。 盘片种类： 平面圆盘、 外沿呈 T 形的圆盘。 亲油材料制作的盘片旋入 油膜，刮片将盘片吸附的 溢油刮入集油器内，通过 泵将回收的溢油泵入储油 装置。适用范围：港口、 近岸水域回收中、低粘度 的油。 对轻质油 具有良好 的适应性、 回收效率 高、对垃 圾适应性 好、维护 简单。 回收效率低 （10-60m3/L） 、 适应粘度范围 受限制（盘片 不吸附高粘度 的油） 、对海草 和波浪适应性 差。 绳式撇 油器 （图 3- 7） ，分 为卧式、 立式 用环型绳拖把吸附 水面溢油，通过辊 子挤压装置将绳拖 把吸附的溢油挤出 并存放在集油器内 的装置。 绳拖把、 挤压辊、 集油器、 动力站、 液压马达 绳式撇油器使用环型绳拖 把，挤压辊驱动绳拖把并 挤压粘附的溢油，集油器 收集挤压的溢油。 回收效率 高、覆盖 面积大、 维护容易、 造 价低 廉。 对海草适应差、 回收速率低、 适应粘度范围 受限、布放绳 拖把困难。 带式撇 油器 （图 3- 8a） ，分 为吸附 式带式 撇油器、 非吸附 式带式 撇油器 利用传送带回收水 面溢油的机械装置。 吸附式带 式撇油器 组成：吸 附带、刮 片（或压 辊） 、传动 装置和集 油器 向下传动，亲油带推动水 线下的浮油，被粘附的油 在系统顶部用挤压皮带或 刮板将油回收，没被粘附 的油集中在皮带后面的储 存区，被回收的油和集中 在皮带后面的油通过吸管 泵入储油槽。向上传动， 亲油带接触油膜，油膜和 浮体杂物粘附在带上被带 回收速率 高、回收 效率高、 适应区域 广、随波 性好。 结构复杂、体 积大、需有起 吊设备配合作 业、造价高。 溢油处理技术 19 走，油被辊轴挤压机挤压 进入油槽，杂物被刮入储 存箱(图 3-8b) 。 图图 3-6 盘式撇油器盘式撇油器 图图 3-7 绳式撇油器绳式撇油器 (a) (b) 图图 3-8 吸附式带式撇油器吸附式带式撇油器 溢油处理技术 20 3.1.2.2 撇油器的工作原理撇油器的工作原理 撇油器可以是自由漂浮的，安装在船舷旁的，建在船上的，置于围油栏顶点的，由 吊臂控制或手持的等。撇油器的工作原理有吸附亲油、机械传输、抽吸、倾斜板、 涡旋、过滤等。 （1）吸附亲油原理 该原理是利用油粘附在某些物质上的能力(如聚丙烯、 PVC 和铝便是很好的吸附 物质)让浮油吸附在一个运动的表面上，然后被带出水面，最后通过刮擦或挤压转移至 贮油槽或输油泵中。这种形式的撇油器可以是旋转的盘片、鼓或刷子，也可以是吸油 带、拖绳或硬毛刷。硬毛刷和齿形盘片还综合了机械传输原理19。 （2）机械传输原理 该原理包括任何以机械方式，如铲、刷、浆、螺杆等将浮油转移出来的操作，它 们都沿一个水平轴将油和水推进回收器中。这一原理总是和一个或多个其他原理综合 运用。对于其他各种撇油原理加上机械传输可以大大改善处理高度油和浮渣的能力， 并在一定程度上可以降低含水事。加机械传输法可以很好地解决由于天气恶劣和回收 油包水溢油头时的困难20。 （3）抽吸原理 抽吸原理的应用方式现在有两种:空气传输和水下抽吸。 a. 空气传输 这类撤油器通常运用真空油槽车或小型真空设备用吸管连接一个撇油头但是真 空抽吸只是对非常轻的油有效。由于吸臂内的摩损损耗，当抽吸的最大压力为 8090kpa 时，对于粘度高的油品几乎是无效的。真空设备能回收溢油的原理在于吸油 的同时吸人空气。使管口及管内空气高速流动，高速空气从水面上将油带走然后转 移到回收槽中。 b. 水下抽吸 即水下孔吸式、堰式。外形似一只漏斗，底部安装排水泵，上部装有吸油泵，其 吸口深人浮油层中，漏斗固定于浮力箱上来进行浮力调节。工作时排水泵不断地从漏 斗内吸水。并从漏斗底部向外排出，使漏斗内的水位下降。海水和浮油连续不断地从 上部进入，使漏斗内的浮油层积厚，油泵则将浮油吸入并转送至回收槽中。 现在的堰式撇油器,其堰缘大都可以在水的作用下垂直方向上调整，或整个撇油器 可以是用空气压舱来上下（通过将水泵入、泵出一个浮体中) 21。但是通常大多数是通 过调节型的堰缘来完成的，可以随泵的速度而或高或低。堰撇油器可以是自由漂浮(固 定于浮体上)的，也可以是固定吊臂或手持的，或与其他的各种撇油器结台起来。 一种特殊结合是堰式围油栏，即在围油栏的顶点处安装堰、漏斗、输油泵。还有 两种设计是在围油栏上装两个或更多的堰。还有一些多功能的收油结合，以堰式撇油 溢油处理技术 21 器为基础，附上不同的盘片、硬毛刷或其他传输装置。 (4) 倾斜板原理 倾斜板式撇油器只是在油水面上向前运动，使板下的油进入收集槽，在这里浮油 会再次上浮。随着油层不断增高，内部的撇油堰可将油回收，再用泵转移到回收槽中。 (5) 涡旋原理 该原理是在撇油器的中心生成一个涡旋，运用一个大直径的离心泵或螺旋桨，通 过旋转并从回收腔底排出水。从而水和油就被“拉向”撇油器，同时产生了一个向心 作用，促使涡旋中心的油层不断变厚。中心的油用泵抽走，或通过中心一个简单的堰 回收。有一种生成涡旋的方式是通过圆形腔体向前运动迫使油和水以切线方向进入腔 体，从而产生旋转，水从底部流走，而油在中心不断积厚，最终被抽走。 (6) 过滤原理 上述带式撇油器同时也可以具有过滤功能。属于过滤撇油的还有网状转鼓，它是 由一个水平方向的金属网状鼓组成，沿着一个具有固定漏斗的圆管旋转。网状转鼓的 直径大小不一，可以大到和入口一样，也可以小到和水平管一样。它通过旋转将油和 浮渣带出水面，而水可以流过。漏斗刚好在水面上，所以浓缩的油就被刮进了漏斗， 不带水或带很少的水。漏斗内有一个螺杆将收集的油送进输油泵中。网状转鼓综合了 过滤和机械传输原理，还有一定程度上的吸附原理。 油器的种类很多，而且大都综合了多种撇油原理。不同撇油器的适用条件差异很 大，通常配合起来使用效果会更好。撇油器的标称回收速率是指在理想条件下的最大 回收速率。而现场条件绝大多数达不到这些条件，因此，实际的回收速率平均约达标 称的 25。Exxon Valdez 事件和美国 90 油污法颁布后，处理量大的撇油器和油泵 更受青睐。但是从实际的观点出发，即使是最佳的清扫形式，同时用一个 50100 m3h 的撇油器来收集就够了。真正需要很高处理量的情况极少发生，即使发生，通 过几个小一些的撇油器与其它的环节相配合也可到最佳效率。 3.1.3 溢油回收船 溢油回收船是专门设计用来回收水面溢油和油垃圾的船舶。溢油回收船主要包括 溢油回收装置、回收油储存舱、驳运装置、机械动力系统和垃圾回收设备等装备。 对溢油回收船功能的要求取决于使用海域和海域环境。溢油回收装置、驳运装置 和存储能力应相匹配，动力装置有快速反应能力，溢油回收作业时能够低速航行，并 具有一定的拖带能力。 按照船舶建造的规范，溢油回收船可分为航行于近海海域、港口水域和遮蔽水域 溢油处理技术 22 三类。 溢油回收船的性能和特点是由溢油回收装置的性能和特点决定的。因此，按照溢 油回收装置的性能和特点可将溢油回收船分为抽吸式、黏附式、水动力式和堰式四种 类型。 图图 3-9 海特海特 191191 3.1.3.1 抽吸式溢油回收船抽吸式溢油回收船 抽吸式溢油回收船是一种利用泵抽吸水面浮油的船舶，有浮体抽吸式和真空抽吸 式两种。抽吸式溢油回收船的溢油回收装置工作原理类似于真空撇油器，当船舶前进 时，通过船舶前面的导油臂将水面溢油引导向溢油回收舱，然后通过吸头将溢油泵入 储存舱。因此，其适用于平静水域，波浪大时回收效率明显下降，特别适用于回收油 层较厚的低黏度油。这种溢油回收船结构简单，造价低廉，适用于港口水域。 3.1.3.2 黏附式溢油回收船黏附式溢油回收船 黏附式溢油回收船是一种利用亲油材料制成的绳、带和桶黏附溢油的原理进行回 收溢油的船舶。其工作原理如同绳式撇油器、带式撇油器、链式撇油器和桶式撇油器。 这种回收船舶制造简单，船舶较小，适用于在港区水域回收各种类型的溢油，也可以 随母船到近海进行作业。 溢油处理技术 23 3.1.3.3 水动力式溢油回收船水动力式溢油回收船 水动力式溢油回收船是利用旋转的传送带产生的水动力引导溢油进入溢油回收舱， 借助油水比重差，溢油重新浮于水面，积聚一定厚度，被泵送到存储舱的传播。根据 旋转的传送带的布放形式又可分为浸没式和漂浮式。工作原理类似于动态斜面式撇油 器和非吸附式撇油器。这种工作原理适宜建造大型的近海回收船，并可以附加布放和 拖带围油栏、喷洒溢油分散剂、采取消防救生等应急指挥措施，还可以携带其他类型 的撇油器进行工作。 3.1.3.4 堰式溢油回收船堰式溢油回收船 堰式溢油回收船是利用堰板或扫油臂引入油水