1、海上泄漏石油收集及油水分離裝置設(shè)計者：李博侖、盧旺、孫文舉、趙春明指導(dǎo)教師：高旭東、劉亞敏（河北工程大學 水電學院，河北 邯鄲，056001）作品內(nèi)容簡介本作品涉及一種集油膜圍攔、泄漏石油收集及油水物理分離等功能于一身的自動化海上 泄漏石油處理裝置。裝置主要由油膜圍欄系統(tǒng)、泄漏石油收集系統(tǒng)、油水分離系統(tǒng)、動力系 統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。在海上石油泄漏事故發(fā)生后，本裝置由運輸船運全事發(fā)地點，并放置在 石油擴散的方向，裝置通過控制系統(tǒng)到達特定位置，多個裝置并排排列連接成一整條圍柵， 通過載體浮箱上的推進裝置使整條圍柵向油膜推進，逐漸減小油膜面積。同時可升降吸油頭 開始吸油，離心油水分離裝置與吸附油水分離

2、裝置開始工作。本裝置可以對海上泄漏的石油 進行圍攔，有效地防止油污擴散并縮小油膜面積，以減小泄漏石油的污染面積；本裝置成排 排列并相互獨立的可升降吸油頭可以高效地收集石油并盡量少得吸進水；油水分離采用離心 油水分離和吸附油水分離雙重分離方式，使油水得到初步分離的同時，防止了二次污染。本 裝置立足于海洋生態(tài)環(huán)境的保護，有利于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需求與生態(tài)環(huán)境保護需求的協(xié)調(diào)。關(guān)鍵詞：石油收集，油水分離，高效研究背景目前針對海面上漂浮的油污的處理方法主要有焚燒、噴灑界面活性劑、利用吸附性強物 質(zhì)吸附凈化、人工撈油、運用大型圍油欄、與船只結(jié)合的處理設(shè)備等。上世紀70年代由荷蘭政府開發(fā)的“清掃臂”系統(tǒng)，曾參與了

3、兩次泄漏原油的清理，并 獲得了極大成功，其中包括1996年炒得沸沸揚揚的威爾士海岸“?；屎蟆保⊿ea Empress）油 井的泄漏，以及2002年“聲望號”油輪在西班牙海岸的石油泄漏事故?！扒鍜弑邸毕到y(tǒng)包括 一個緩慢移動的撇油器，在海水表面工作，將海水表面的油、水混合物吸起，送至專門儲存 的容器。在容器里，水和油被分離，水被放回海中，石油則被運往更安全的地方。2003年大連東方專利代理有限責任公司的孫玉清研制了一種水面油污收集器，是一種水 面油污收集所用的油泵裝置。主要應(yīng)用在圍欄式水面油污清除裝置中，由圍欄裝置旁邊的收 縮驅(qū)動裝置把圍欄裝置逐漸卷起，把一定范圍的油污圍堵住，然后縮減圍堵面積，使

4、油面增 高，再把油污吸起，經(jīng)輸油管把油污送走。2011年開發(fā)商Global Response Group正生產(chǎn)出第一批機器人Aero的原型?；厥招孤┦?油的空降機器系統(tǒng)“Aeros”是一支能隔離石油并利用類似離心分離機那樣的油水分離器提煉 收集石油的空降的機器人部隊。每位機器人能在一分鐘內(nèi)凈化3000加侖（約11噸）水。設(shè)計原理2.1設(shè)計思路本海上泄漏石油收集及油水分離裝置主要由載體浮箱、石油圍欄系統(tǒng)、石油收集系統(tǒng)、 油水初步分離系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。載體浮箱為一個載體主浮箱和兩個載體副浮 箱。載體主浮箱中主要裝有前排吸油頭、吸油泵、離心油水分離裝置、吸附油水分離裝置、 圍柵充放氣裝置

5、、推進裝置和控制系統(tǒng)，載體副浮箱主要裝有前排吸油頭、圍柵收放裝置和 推進裝置。石油圍欄系統(tǒng)由連接載體主浮箱與載體副浮箱的充氣圍柵，位于載體副浮箱的圍 柵收放裝置和位于載體主副箱的圍柵充放氣裝置組成。充氣圍柵用于圍攔石油，圍柵收放裝 置用于展開和收起圍柵，圍柵充放氣裝置用于在圍柵展開和收起時對圍柵進行充氣和放氣。 石油收集系統(tǒng)由位于載體主浮箱與載體副浮箱前壁的成排相對獨立的吸油頭，輸油管和吸油 泵組成。吸油頭可隨海面起伏而升降，使吸油口盡量浸沒在油層中，以盡量少得吸進水；輸 油管用于連接各個吸油頭與吸油泵；吸油泵為吸油提供動力。油水初步分離系統(tǒng)采用物理分 離的方法，油水分離裝置為離心油水分離裝置

6、和吸附油水分離裝置。離心油水分離為第一次 分離，利用油水密度差，通過離心作用使之初步分離；吸附油水分離為第二次分離，利用吸 油棉做成的吸油帶進行吸附，可從含油量較低的油水混合物中提取油。動力系統(tǒng)包括電源、 吸油泵、推進裝置電機、充放氣裝置氣泵、吸附油水分離裝置輥輪驅(qū)動電機和充氣圍柵收放 裝置輥輪驅(qū)動電機，主要為各個裝置的工作提供動力?？刂葡到y(tǒng)包括GPS定位系統(tǒng)和無線控 制系統(tǒng)，用于控制裝置的位置與運動狀態(tài)，使裝置準確到達指定位置并完成石油圍攔和縮小 油膜面積等工作。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計本海上泄漏石油收集及油水分離裝置是一種用于對海上泄漏的石油進行圍攔、收集及油 水的物理分離的工具，主要由載體浮箱、石

7、油收集裝置、油水分離裝置、油膜圍攔裝置、推 進裝置、控制系統(tǒng)組成。圖1裝置結(jié)構(gòu)圖如圖一，本海上泄漏石油收集及油水分離裝置有一個主載體浮箱和兩個副載體浮箱，主 浮箱與副浮箱之間由充氣圍柵連接。主浮箱10000mm，寬6000mm，高4500mm。吸油頭艙 長10000mm，寬1000mm，高3300mm；吸油頭艙用于安裝吸油頭和連接各個吸油頭的輸油 管。油水分離I艙長6000mm，寬3000mm，高3300mm；油水分離I艙用于放置吸油泵、離 心油水分離裝置和吸附油水分離裝置前半段。設(shè)備艙長10000mm，寬2000mm，高3300mm； 用于安裝控制裝置、圍柵充放氣裝置、推進裝置和電源。油水分

8、離II艙長3000mm，寬2700mm， 高3300mm；油水分離11艙與儲油艙相連，用于儲存吸附油水分離裝置分離出的石油。儲油 艙長10000mm，寬6000mm，高1200mm；儲油艙位于載體主浮箱的底層，用于儲存經(jīng)過油 水分離后的油。副箱長4000mm，寬2500mm，高2300mm；吸油頭艙長4000mm，寬1000mm， 高2300mm；吸油頭艙用于安裝吸油頭和連接各個吸油頭的輸油管。推進裝置電機艙長 4000mm，寬500mm，高2300mm；推進裝置電機艙用于安放驅(qū)動裝置的電機。充氣圍柵放 置艙長4000mm，寬3000mm，高2300mm；充氣圍柵放置艙用于放置充氣圍柵收放裝置

9、和收 起來后的充氣圍柵。圖2裝置連接后的狀態(tài)如圖二，裝置之間可通過副浮箱上的電磁鐵相互連接，形成可圍攔油膜并縮小油污污染 面積的圍柵。圖3吸油頭如圖三，吸油頭安有用于平衡自重的下方主浮體和用于起浮的 上方副浮體，可使吸油頭隨海面起伏而升降，吸油口高于海面時，由 于重力，吸油頭會向下降，當吸油口低于海面時，由于海水對副浮體 的浮力，使吸油頭上升，以使吸油口盡量浸沒在油層中。主浮體長一 500mm，寬 300mm，高 500mm；吸油口長 900mm，寬 50mm；副浮 體長500mm，寬300mm，高500mm。吸油頭外擋板與吸油頭內(nèi)擋板 用于定位吸油頭，使之運動時精確度更高。輸油軟管用于連接各

10、個吸 油頭，使吸油頭與吸油泵的進油口相通。圖4離心油水分離桶圖5吸附油水分離裝置如圖四，離心油水分離桶吸油泵為齒輪自吸式油泵，用來為吸油 裝置提供動力。離心油水分離裝置的螺旋管的橫截面直徑為300mm， 螺旋直徑為3000mm，螺旋管高為1000mm。離心油水分離裝置是通過 離心作用利用油水密度差來使油水分離。螺旋管下部的外壁上開有排 水孔，大部分液體通過排水孔排出，進行第二次分離，少部分含油量 較高的液體通過螺繞管末端的出油口排入儲油艙。如圖五，吸附油水分離裝置由8個傳動輥輪和1個擠壓輥輪組成，傳動輥輪中與擠壓輥 輪相對的為主動輥輪，其余7個傳動輥輪為從動輥輪。輥輪直徑310mm，長3000

11、mm。吸油 帶石油吸油棉做成的連續(xù)傳送帶，吸油帶展開長度為19000mm，寬3000mm，厚100mm；吸 油帶具有親油性，可以從石油濃度較低的水中提取石油，使排出的水含油量更??；使用輥輪 驅(qū)動吸油帶，使吸油帶連續(xù)工作，大大提高工作效率。主傳動滾輪和擠壓輥輪各有一個減速 電機驅(qū)動，減速電機采用直流齒輪減速電機。3.創(chuàng)新特色I .收集方式上的創(chuàng)新本裝置采用可升降吸油頭，以吸油泵為動力進行吸油。吸油時，吸油頭通過副浮體的調(diào) 節(jié)隨著海面的起伏而升降，使吸油口盡量處于油層中，以盡量少得吸進水。使收集的石油濃 度更高，便于后面的油水分離。大大提高了清除油污的效率。II.油水分離方式的創(chuàng)新本裝置采用離心油

12、水分離和吸附油水分離兩種方式進行雙重油水分離，使油水分離更徹 底；離心油水分離裝置將油水混合物自身重力勢能和吸油泵提供的動能轉(zhuǎn)化為油水混合物的 動能，使石油和水在離心作用下分離，分離出的油濃度較小的油水混合物再通過吸附油水分 離裝置分離；吸附油水分離裝置采用吸油棉做的吸油帶通過吸附作用將油水分離I艙中的油 吸附到吸油帶上，通過輥輪轉(zhuǎn)到油水分離II艙上方，將油擠入11艙中。采用物理分離的方式， 更環(huán)保，二次污染小。III.圍攔方式的創(chuàng)新載體主浮箱與載體副浮箱之間連有可收放充氣圍柵。在工作時，圍柵收放裝置將圍柵展 開，同時圍柵充放氣裝置對圍柵充氣，使整個裝置展開形成一段圍柵，裝置之間相連行成整 條

13、圍柵；整條圍柵圍在泄漏石油擴散的方向，防止石油擴散，并且通過推進裝置使圍柵向前 推進，以減小油膜面積，并使污染面積減小。在工作后，裝置之間分離，圍柵充放氣裝置為 充氣圍柵放氣，同時圍柵收放裝置收起圍柵。采用可收放充氣圍柵使裝置在工作時更靈活， 在非工作狀態(tài)使裝置體積更小，便于運輸。4.應(yīng)用前景(結(jié)語)近年來，全球海上石油泄漏事故頻繁發(fā)生，造成海洋生態(tài)系統(tǒng)破壞、資源浪費等問題， 同時人類社會已經(jīng)進入了能源短缺的時期。然而，現(xiàn)有的處理海上泄漏石油的方法成本高、 效率低、適用區(qū)域小、耗費人力物力大、二次污染嚴重。本裝置集泄漏石油圍攔、收集和油 水分離于一身，一機多用，可廣泛用于海上油井漏油和石油運輸

14、船漏油等事故的處理；采用 紅外線傳感器檢測石油，自動控制系統(tǒng)控制整套裝置的運動和工作，大大提高了自動化水平; 以機器勞動代替人工勞動，大大節(jié)省了人力，提高了工作效率；采用可升降吸油頭吸油，采 用離心式油水分離裝置和吸附式油水分離裝置使最終回收到的石油濃度更高；采用可連接式 吸油箱，使本裝置既可以在水面自由運動，又可以使多個裝置連接形成更長圍柵，工作時靈活 多變，適合不同情況的漏油處理，最大程度地控制并減小污染面積。相信，具備以上優(yōu)點的 海上泄漏石油收集及油水分離裝置，一定能夠推廣應(yīng)用。參考文獻申洪辰，王健行，程宇濤，魏源送，鄭建偉，蘇宇峰，高迎新;海上石油泄漏危害及其 應(yīng)急處理J.環(huán)境工程，2011，29 (6):111-114濮文虹，周李鑫，楊帆，等.海上溢油防治技術(shù)的研究進展J.海洋科學，2005,29 (6)： 73-76劉廣強，耿紅，史光寶.水上溢油清除方法研究J.中國水運，2010 (2)： 32-33李國珍，肖華，董守平.