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首页 > 行业信息> 溢油回收设备的原理及选择
第一部分 收油机的原理及选择
 
    溢油回收是指在不改变溢油形态的情况下利用各种手段将油从水面分离出来,以清除水面溢油。溢油类型和溢油环境不同,回收溢油所采取的方法手段也不相同,可以用机械装置回收溢油,也可以用吸油材料回收溢油,还可以用其它简单的器材进行回收。回收溢油的机械装置有收油机、收油网、油水分离设备、机械抓斗和推土机等。吸油材料有吸油毡、吸油拖栏、稻草等。本章主要介绍几种典型的收油机、收油网和吸油材料。
   收油机也称撇油器,是指专门设计用来回收水面溢油/油水混合物而不改变其物理、化学特性的任何机械装置。收油机的基本工作原理是利用油和油水混合物的流动特性、油水的密度差及材料对油/油水混合物的吸附性,将油从水面上分离出来。目前投入使用的收油机在工作原理和结构上差异较大,分类比较复杂,现在大多按溢油回收的工作原理进行分类,现行使用的收油机主要有水动力式(DIP)、堰式、真空式、粘附式、及其它类型机械装置。
    收油机主要由收集装置、传输系统和动力站三部分组成。收集装置使油水分离;传输系统包括泵浦或真空装置、软管和连接件,其作用是传送动力、泵出回收的液体;动力站给收油头和泵提供动力。
收油机的性能通常用溢油回收性能与收油设备可靠性能两个要素来描述。
1、溢油的回收性能:它表示的是收油机在各种特定的环境下收油时的各种性能参数。包括:
  (1)彻底性效率(TE):能够会收起来的油占全部经过水域的浮油百分比。
  (2)回收效率(ORE):纯的油占全部回收物(油+水)的百分比。
  (3)行进速度(节):在能够可靠的保持收油效率的前提下,收油机能够在溢油区向前推进的速度。 
  (4)收油的进度(ORR):在完全相同的条件下,将全部纯油回收起来的时间。 
    (ORR=与油接触的速度× TE × ORE)
  (5)对油种的敏感度:收油机在实际回收不同种类不同粘度的油时的不同表现。
  (6)对油层厚度的敏感度:收油机的表现是否会因油层厚度的下降而降低。
  (7)对海浪的敏感度:收油机是否在收油时需要水面平静,它的彻底性效率和回收效率是否会因海浪的增加而下降。
  (8)对飘浮垃圾的敏感度:收油机在有漂浮垃圾的情况下,是否工作良好。
2、收油设备可靠性能:它表示的是设备结构的特点所具有的复杂程度带来对设备可靠性的影响。我们最关心现场操作过程中和经过长期储备后投入应急使用时的可靠性。 
  (1)设备的复杂程度:设备在设计上的复杂程度,这将影响到操作的简便度以及对维修保养的要求。 
  (2)现场维修的简易度:出现故障后是否能很快的修复并且继续工作。
  (3)操作的简易度:操作是否简单,是否需要大量的培训才能够良好的工作,对于没有培训的人,是否很快学会操作。 
  (4)投放的简易度:让收油机马上投入使用的简易程度。
  (5)维修保养的要求:对在正常操作时或长期存放过程中,对收油机进行保养的要求。
    收油机工作时要受以上因素的影响,大多数很难实现理想的收油进度与回收效率。对于收油效率,由于收油机本身性能以及环境条件(风、波浪温度等)的限制,回收油中含有大量的水,有时水达80%以上;在海况恶劣、油膜过薄、水面垃圾过多等情况下,有的收油机有可能失效。所以对收油机的选择,一定要结合不同的使用环境情况,根据收油机适应区域,适应油类情况来结合收油机的特点进行选择。(参照表1-3和表1-4)
 
第一节    水动力式收油机

一、 综述:

水动力式(动态斜面式DIP)收油机主要由螺杆式抽油泵、可拆卸的动态斜面传动带、船舶悬挂支撑系统、防油可充气式或固体浮筒、前伸V型导油臂、管系、动力站及自动控制系统组成。
动态斜面式收油机工作原理是利用斜向下转动的皮带产生的水动力,引导溢油随着带子转动方向向下移动,溢油通过皮带的牵引在后部上浮积聚到集油井内并被泵到储油装置,如图1-1所示。这种收油机既可单独使用也可安装在船上组合使用。
动态斜面式收油机具有下列特点:
回收效率高,可达到99%。
彻底性效率高,可达到80%--99%。
能够在行进中回收溢油,最高速度可达5节。
收油进度快。
适用溢油粘度范围宽,可回收各种粘度的溢油。
对海浪、潮流不敏感,在大浪、强水流以及围油栏失效时,可正常工作。
适用于不同厚度的油层,可以回收油膜。
受漂浮垃圾的影响小,可同时回收垃圾。
适用区域广,可靠性高,操作维修简单
设备简单(只有一套动力系统),可开靠性好,零部件可靠耐用,维修简单保养方便。
 
        图1-1 动态斜面式收油机工作原理             图1-2 DIP 600 收油机
 
 
二、动态斜面式(DIP)浮油回收技术的原理:

    动态斜面技术先进的利用了物理学原理来进行水面浮油的回收。利用该技术设计的收油机的主要优点是能够将浮油的回收和回收后的油水分离过程合二为一,从而直接从回收井向储油槽输送“纯油”,由此最大限度地利用了溢油现场(尤其是远离岸边的情况)宝贵的泵力资源和存贮空间,也为用户节省了大量的后期的油水分离的费用。这一优势在实际的现场操作中非常重要,有时候甚至是一次溢油回收行动成功与否的关键。
    如图1-1所示,当水面的浮油遇到运动的斜面时,该斜面运动的相对速度等于水流与收油机的合速度(所以通过调整斜面运动的速度,来提高收油机的速度,已达到提高收油进度的目的;在水流大的情况下,可以顺着水流追着溢油回收)。这样,由于斜面的牵引作用,浮油、运动的斜面以及相邻的水层都以相同的速度同时移动,因此油和水不会因搅拌作用而混合在一起(所以没有“油包水”现象的发生,回收效率高,回收物中油可达到99%)。油层被移动的水层向下牵引,当到达斜面的最底端时(因为收油的过程是在水下完成的,所以对波浪的敏感度低),由于油的比重较小而向上浮起,在收油井的顶部逐渐形成厚厚的油层(只有在这个过程中会发生非常轻微的油水混合现象),然后,这层厚厚的油层被自动控制的螺杆泵(可装有超声波控制系统)直接输送到贮油槽里。
    经过美国国家溢油应急反应系统测试中心(OHMSETT)广泛的实验,以及在全球实际溢油回收操作中的检验表明:在没有风浪的情况下,回收的油中的水分只占不到全部回收物的1%,即使在有风浪的情况下,在风浪的搅拌作用下,油水比仍然能高达90%以上。

三、环境对溢油回收的影响

(1) 海况
    影响溢油回收的最主要因素之一是收油操作现场的海况。在静水条件下,几乎所有的收油机都会表现良好。但在实际工作环境中,根本就没有总是完全平静的水面,所以这才是检验收油机性能的关键。
    对收油机而言,受波浪影响最大的两项性能指标是收油效率(ORE)和彻底性效率(TE)。随着波浪的变大,这两项数据都会降低。有些收油设备,比如堰式收油机,很小的波浪都会降低其收油效率;在浪大时,ORE会降至接近于0,使其毫无用处。但是,对DIP式收油机,因为它是在水下完成收油的,所以风浪对它的影响很少,回收效率(ORE)和彻底性效率(TE)自然会下降的非常缓慢,并一直保持在较高水平上。
关于波浪的另一个要考虑的问题是收油机的乘波性。我们不能把一个长度为1米的小型收油机用于远离岸边的公海中,因为假如收油机的乘波性能不稳定,根本就无法操作。如果收油机是固定在船上的,那么这艘船的乘波性就成为收油机运行的关键因素。检验得知,对于DIP方便型溢油回收系统(VOSS)或拖带型的DIP式收油机,只需考虑收油机的乘波性能即可,因为VOSS式溢油回收系统是完全独立于运输船工作的,而其本身即具备非常优异的乘波性能。
(2) 风
    风能够影响收油机的性能,更确切的说是因风而引起的风浪会影响收油机的回收效率彻底性效率。对大多数收油机而言,港湾内的小风浪反而比大的涌浪造成的影响严重。
风还会影响收油机的操作。因为当收油机的竖向截面面积很大时会产生帆的作用,而这会引起收油机操作方面的问题,一台轻易随风而动的收油机是收不到油的。
(3) 水流
    较大的水流能够使围油栏失效——不能够围住溢油,(水流速度不应大于0.7节,否则就会发生“水拖油”现象,使油从围油栏下面跑掉。)这样就使一些对油层厚度有要求的收油机,因为油层的扩散和漂移而失效。而DIP式收油机却不受水流的影响,因为它完全可以回收油膜,甚至还可追着油回收。

四、收油进度(ORR)

    收油的进度(ORR)是指在完全相同的条件下,将全部溢油会收起来的时间。它与收油时收油机的性能如前进速度、彻底性效率等有关系,还取决于泄漏的情况,如油的类型、粘度、厚度和水文、天气等的情况。在相同的环境条件下它是检验收油机收油性能的最重要指标。因为ORR=V × TE × ORE,所以要提高收油进度(ORE),就要在保重收油效率(ORE)和彻底性效率(TE)高的基础上,提高收油机的前进速度(接触油的速度V)。
(1)回收效率(ORE)
    回收效率是性能优异的DIP式收油设备的首要优势,因为在DIP收油机回收油过程中,油与水没有混合,所以它能在收油操作中保持99%的回收效率。而许多收油设备尤其是堰式和抽吸式收油机,在实际工作中因为海况和水流的作用,收油效率很低,通常不到10~30%,在有浪或回收很薄的油膜时,堰式收油效率甚至会降低到1%。
高回收效率非常重要的原因在于:
   (1)回收成本大大降低:收到的水是没有用的,一旦水和油被一起收集起来,你就必须增加花费,进行油水分离处理,还要想办法处置没有用的水。
   (2)现场的存储空间有限:假定用来存放回收到的油的空间是有限的,那么哪怕是收集到很少的水都会占用本该用来储油的宝贵的存储空间。在大量泄漏的情况下,收油效率和贮油空间都是非常重要的,必须注意可用于或将用于存放回收物的有效空间的大小。
(2)彻底性效率(TE)
    彻底性效率是指收油机一次性回收到的油占所接触到的溢油的百分数。DIP式收油机在收油时不是象粘附式收油机一样在“粘油”,水面上总是会留下一层无法回收的油层(需要较厚的油层);而DIP式收油机是在引导油进入收油井,所以它的彻底性效率非常高,通常情况下可高达99%,在收油机或收油船经过的水面上甚至都没有油膜剩余。
(3)行进速度(接触油的速度V)
    很多的收油机对海浪的敏感度高,还需要围油栏的配合等原因只适合在静态下回收溢油。而DIP式收油机,可以通过调整斜面运动的速度,在不影响收油的情况下,来提高收油机前进的速度,最高可达5节。它是世界上在收油时前进速度最快的收油机。
回收过程中,当回收重油或高粘度的油时,要提高收油速度,以避免油堆积在收油机入口处。波浪增大时,为保持收油效率,也要降低收油进度,以减小波浪对收油机稳定性的影响。DIP式收油机或收油船的大小对回收性能同样有影响。相对于小型收油机而言,大型的收油船更适合在较大的浪里以较高的速度操作。DIP收油机宜保持1~2节(有的型号可达到5节)向前的相对速度,所以要将水流的作用考虑在内。例如在1节的水流中,收油机以1节的速度逆流行进就会得到2节的收油速度。当流速在3~5节甚至更快时,由于油在集油井中来不及浮起来,部分油污就会溢漏到收油机后面。所在这种情况下,逆流操作时,收油机要以1~3节的速度后退,而顺流操作时,要以5节的速度“追油”,这样才能保持2节的相对速度。
DIP式收油机具有高的回收效率(ORE)、高的彻底性效率(TE)和快速的行进速度(接触油的速度V),从而保重了最高的收油进度(ORR)

五、收油机的操作

(1)要领:
    DIP式收油机牵引带的转速度需要控制在大致与收油船行进的速度相等。这只是指相对速度而言。例如转速为1米/秒或2节的牵引带就完全适用于速度为1~3节的收油船。操作人员要避免带速过慢(<0.5m/s)或过快(>2m/s)是非常关键的。因为带速超出这个范围会导致收油效率降低10~20%。
(2)目标:
    (1)保证回收物中99:1的油水比;
    (2)保持最高的彻底性效率,减少在同一区域的重复操作;
    (3)保持彻底性效率最高时的行进速度;
(3)DIP式收油机的操作要点:
    (4)牵引带的速度要与水的流速或收油船行进速度相适应;
    (5)集油井充满油后再抽,要将油全部抽完为止;
    (6)保持抽油量小于或等于收油量;
    (7)DIP式收油机对油的粘度和厚度无特殊要求;
(4)牵引带的速度:
    在操作过程中,现场人员可以通过测量牵引带每转一周所用的时间来快速计算带速。DIP式收油机的牵引带上的一段涂有对比色的材料可作为参考点。
    比如JBF的DIP使402方便型溢油回收船的牵引带长6.5米,调整马达使牵引带每6~7秒转一周,这样它的带速就是大约2节或1米/秒。

六、固定式回收操作

    当作为固定式收油机工作时,不同于行进中的操作,我们可以利用自然的水流将浮油引向收油机进行回收。收油机应安放在浮油的自然聚集处,可固定在码头、铁锚上,甚至由拖带的船来固定它的方位。
    DIP式收油机前端都装有广泛使用的C型围油栏连接环,可将围油栏直接连接到收油机上,从而将随水流飘来的油通通回收。围油栏与水流的夹角应保持小于或等于30度,其长度要视布放位置并考虑实际情况而定。用多段短围油栏的效果会比用一段长围栏要好。
    当浮油被引导至收油机前面入口时,它并不是先堆积成一层,而是立刻被向下引导流入DIP式收油机的集油井里。这与传统的收油机U型围油栏布放模式是不同的,传统的收油机U 型布放模式中,浮油在回收之前通常需要被堆积成较厚的一层,以便收油机进行回收操作。但是水流速度不应大于0.7节,否则就会发生“水拖油”现象,使油从围油栏下面跑掉。然而使用DIP式收油机,不会存在“水拖油”现象,因为与DIP收油机联接的围油栏,它的作用是引导油而不是围控油。
 
第二部分 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置(图4-11 水动力式(DIP)溢油回收船)。
    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、驳运装置和储存能力应相匹配,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。
    按船舶建造规范,溢油回收船分为航行于近海水域、港口水域和遮蔽水域三类。
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,按照溢油回收装置将溢油回收船分为水动力(DIP)式溢油回收船、抽吸式溢油回收船、粘附式溢油回收船和堰式溢油回收船。

1、水动力式(DIP)溢油回收船

    水动力式溢油回收船是利用旋转的动态斜面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,并被泵送到储存舱的船舶。根据旋转的传送带的布放形式又可分为浸没式和漂浮式。工作原理类似于前面讲的动态斜面式收油机。它还可以附加布放和拖带围油栏、喷洒分散剂、消防救生等应急指挥功能,还可以携带其它类型的收油机进行工作。

动态斜面(DIP)工作原理适宜建造大型的近海溢油回收船,现在世界上最大最先进的溢油回收船(Valdez Star 号),就是利用DIP技术设计的。DIP式溢油回收船对海况、油种适应性最强,也是溢油回收能力最高的回收船。在世界上大型的溢油反应中心中,DIP式溢油回收船是最普及的溢油回收船。



2、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类型。抽吸式溢油回收船的溢油回收装置工作原理类似于真空收油机,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粘度油。这种溢油回收船结构简单,造价低廉,适用于港口水域。

3、粘附式溢油回收船

    粘附式溢油回收船是一种利用亲油材料制成的绳、带和桶粘附溢油的原理进行回收溢油的。其工作原理如同前面所讲的绳式收油机、带式收油机、链刷式收油机和桶式收油机。这种回收船制造简单,船舶较小,适用于在港区水域回收一定粘度的溢油,也可以随母船到近海进行作业。

4、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混合物,然后进行油水分离的船舶。当船舶前进时,水面溢油通过可调堰板或扫油臂进入油水分离舱,利用油水比重差,油水自然分离,将舱底部的水排出回收油。
上述几种溢油回收船都可以配合围油栏进行作业,也可以独立工作,若要充分发挥溢油回收船的作用,还应注意下列事项:
   (1) 溢油现场的气象和海况。溢油回收船的回收效率和回收速率与气象和海况有关。回收船舶的航行能力也受到海况和气象条件的影响。应考虑回收船舶的航行区域和抗风等级。
   (2) 溢油回收船的回收装置不同,适用的溢油类型不同。应根据溢油的种类和规模来选择具有不同回收装置的回收船舶。如对高粘度、溢油规模大的溢油,应选择水动力式、带式等回收船舶。对低中粘度的溢油应选择水动力、堰式等回收船舶。
   (3) 在溢油回收作业时,应考虑回收船舶的应急反应能力。回收船的船速,是保证溢油应急的重要因素。
    溢油回收船舶能否发挥作用,关键取决于回收船舶的收油进度,在溢油大面积扩散前及时的回收;以及能否适应当时的海况和气象条件,跟踪溢油进行回收。
回收作业时,还应考虑溢油的储存能力。近海作业时,最好考虑子母船舶配合作业。