海上泄漏石油收集及油水分离装置

1、海上泄漏石油收集及油水分离装置设计者：李博仑、卢旺、孙文举、赵春明指导教师：高旭东、刘亚敏（河北工程大学 水电学院，河北 邯郸，056001）作品内容简介本作品涉及一种集油膜围拦、泄漏石油收集及油水物理分离等功能于一身的自动化海上 泄漏石油处理装置。装置主要由油膜围栏系统、泄漏石油收集系统、油水分离系统、动力系 统和控制系统组成。在海上石油泄漏事故发生后，本装置由运输船运全事发地点，并放置在 石油扩散的方向，装置通过控制系统到达特定位置，多个装置并排排列连接成一整条围栅， 通过载体浮箱上的推进装置使整条围栅向油膜推进，逐渐减小油膜面积。同时可升降吸油头 开始吸油，离心油水分离装置与吸附油水分离

2、装置开始工作。本装置可以对海上泄漏的石油 进行围拦，有效地防止油污扩散并缩小油膜面积，以减小泄漏石油的污染面积；本装置成排 排列并相互独立的可升降吸油头可以高效地收集石油并尽量少得吸进水；油水分离采用离心 油水分离和吸附油水分离双重分离方式，使油水得到初步分离的同时，防止了二次污染。本 装置立足于海洋生态环境的保护，有利于现代工业发展需求与生态环境保护需求的协调。关键词：石油收集，油水分离，高效研究背景目前针对海面上漂浮的油污的处理方法主要有焚烧、喷洒界面活性剂、利用吸附性强物 质吸附净化、人工捞油、运用大型围油栏、与船只结合的处理设备等。上世纪70年代由荷兰政府开发的“清扫臂”系统，曾参与了

3、两次泄漏原油的清理，并 获得了极大成功，其中包括1996年炒得沸沸扬扬的威尔士海岸“海皇后”（Sea Empress）油 井的泄漏，以及2002年“声望号”油轮在西班牙海岸的石油泄漏事故。“清扫臂”系统包括 一个缓慢移动的撇油器，在海水表面工作，将海水表面的油、水混合物吸起，送至专门储存 的容器。在容器里，水和油被分离，水被放回海中，石油则被运往更安全的地方。2003年大连东方专利代理有限责任公司的孙玉清研制了一种水面油污收集器，是一种水 面油污收集所用的油泵装置。主要应用在围栏式水面油污清除装置中，由围栏装置旁边的收 缩驱动装置把围栏装置逐渐卷起，把一定范围的油污围堵住，然后缩减围堵面积，使

4、油面增 高，再把油污吸起，经输油管把油污送走。2011年开发商Global Response Group正生产出第一批机器人Aero的原型。回收泄漏石 油的空降机器系统“Aeros”是一支能隔离石油并利用类似离心分离机那样的油水分离器提炼 收集石油的空降的机器人部队。每位机器人能在一分钟内净化3000加仑（约11吨）水。设计原理2.1设计思路本海上泄漏石油收集及油水分离装置主要由载体浮箱、石油围栏系统、石油收集系统、 油水初步分离系统、动力系统和控制系统组成。载体浮箱为一个载体主浮箱和两个载体副浮 箱。载体主浮箱中主要装有前排吸油头、吸油泵、离心油水分离装置、吸附油水分离装置、 围栅充放气装置

5、、推进装置和控制系统，载体副浮箱主要装有前排吸油头、围栅收放装置和 推进装置。石油围栏系统由连接载体主浮箱与载体副浮箱的充气围栅，位于载体副浮箱的围 栅收放装置和位于载体主副箱的围栅充放气装置组成。充气围栅用于围拦石油，围栅收放装 置用于展开和收起围栅，围栅充放气装置用于在围栅展开和收起时对围栅进行充气和放气。 石油收集系统由位于载体主浮箱与载体副浮箱前壁的成排相对独立的吸油头，输油管和吸油 泵组成。吸油头可随海面起伏而升降，使吸油口尽量浸没在油层中，以尽量少得吸进水；输 油管用于连接各个吸油头与吸油泵；吸油泵为吸油提供动力。油水初步分离系统采用物理分 离的方法，油水分离装置为离心油水分离装置

6、和吸附油水分离装置。离心油水分离为第一次 分离，利用油水密度差，通过离心作用使之初步分离；吸附油水分离为第二次分离，利用吸 油棉做成的吸油带进行吸附，可从含油量较低的油水混合物中提取油。动力系统包括电源、 吸油泵、推进装置电机、充放气装置气泵、吸附油水分离装置辊轮驱动电机和充气围栅收放 装置辊轮驱动电机，主要为各个装置的工作提供动力。控制系统包括GPS定位系统和无线控 制系统，用于控制装置的位置与运动状态，使装置准确到达指定位置并完成石油围拦和缩小 油膜面积等工作。2.2结构设计本海上泄漏石油收集及油水分离装置是一种用于对海上泄漏的石油进行围拦、收集及油 水的物理分离的工具，主要由载体浮箱、石

7、油收集装置、油水分离装置、油膜围拦装置、推 进装置、控制系统组成。图1装置结构图如图一，本海上泄漏石油收集及油水分离装置有一个主载体浮箱和两个副载体浮箱，主 浮箱与副浮箱之间由充气围栅连接。主浮箱10000mm，宽6000mm，高4500mm。吸油头舱 长10000mm，宽1000mm，高3300mm；吸油头舱用于安装吸油头和连接各个吸油头的输油 管。油水分离I舱长6000mm，宽3000mm，高3300mm；油水分离I舱用于放置吸油泵、离 心油水分离装置和吸附油水分离装置前半段。设备舱长10000mm，宽2000mm，高3300mm； 用于安装控制装置、围栅充放气装置、推进装置和电源。油水分

8、离II舱长3000mm，宽2700mm， 高3300mm；油水分离11舱与储油舱相连，用于储存吸附油水分离装置分离出的石油。储油 舱长10000mm，宽6000mm，高1200mm；储油舱位于载体主浮箱的底层，用于储存经过油 水分离后的油。副箱长4000mm，宽2500mm，高2300mm；吸油头舱长4000mm，宽1000mm， 高2300mm；吸油头舱用于安装吸油头和连接各个吸油头的输油管。推进装置电机舱长 4000mm，宽500mm，高2300mm；推进装置电机舱用于安放驱动装置的电机。充气围栅放 置舱长4000mm，宽3000mm，高2300mm；充气围栅放置舱用于放置充气围栅收放装置

9、和收 起来后的充气围栅。图2装置连接后的状态如图二，装置之间可通过副浮箱上的电磁铁相互连接，形成可围拦油膜并缩小油污污染 面积的围栅。图3吸油头如图三，吸油头安有用于平衡自重的下方主浮体和用于起浮的 上方副浮体，可使吸油头随海面起伏而升降，吸油口高于海面时，由 于重力，吸油头会向下降，当吸油口低于海面时，由于海水对副浮体 的浮力，使吸油头上升，以使吸油口尽量浸没在油层中。主浮体长一 500mm，宽 300mm，高 500mm；吸油口长 900mm，宽 50mm；副浮 体长500mm，宽300mm，高500mm。吸油头外挡板与吸油头内挡板 用于定位吸油头，使之运动时精确度更高。输油软管用于连接各

10、个吸 油头，使吸油头与吸油泵的进油口相通。图4离心油水分离桶图5吸附油水分离装置如图四，离心油水分离桶吸油泵为齿轮自吸式油泵，用来为吸油 装置提供动力。离心油水分离装置的螺旋管的横截面直径为300mm， 螺旋直径为3000mm，螺旋管高为1000mm。离心油水分离装置是通过 离心作用利用油水密度差来使油水分离。螺旋管下部的外壁上开有排 水孔，大部分液体通过排水孔排出，进行第二次分离，少部分含油量 较高的液体通过螺绕管末端的出油口排入储油舱。如图五，吸附油水分离装置由8个传动辊轮和1个挤压辊轮组成，传动辊轮中与挤压辊 轮相对的为主动辊轮，其余7个传动辊轮为从动辊轮。辊轮直径310mm，长3000

11、mm。吸油 带石油吸油棉做成的连续传送带，吸油带展开长度为19000mm，宽3000mm，厚100mm；吸 油带具有亲油性，可以从石油浓度较低的水中提取石油，使排出的水含油量更小；使用辊轮 驱动吸油带，使吸油带连续工作，大大提高工作效率。主传动滚轮和挤压辊轮各有一个减速 电机驱动，减速电机采用直流齿轮减速电机。3.创新特色I .收集方式上的创新本装置采用可升降吸油头，以吸油泵为动力进行吸油。吸油时，吸油头通过副浮体的调 节随着海面的起伏而升降，使吸油口尽量处于油层中，以尽量少得吸进水。使收集的石油浓 度更高，便于后面的油水分离。大大提高了清除油污的效率。II.油水分离方式的创新本装置采用离心油

12、水分离和吸附油水分离两种方式进行双重油水分离，使油水分离更彻 底；离心油水分离装置将油水混合物自身重力势能和吸油泵提供的动能转化为油水混合物的 动能，使石油和水在离心作用下分离，分离出的油浓度较小的油水混合物再通过吸附油水分 离装置分离；吸附油水分离装置采用吸油棉做的吸油带通过吸附作用将油水分离I舱中的油 吸附到吸油带上，通过辊轮转到油水分离II舱上方，将油挤入11舱中。采用物理分离的方式， 更环保，二次污染小。III.围拦方式的创新载体主浮箱与载体副浮箱之间连有可收放充气围栅。在工作时，围栅收放装置将围栅展 开，同时围栅充放气装置对围栅充气，使整个装置展开形成一段围栅，装置之间相连行成整 条

13、围栅；整条围栅围在泄漏石油扩散的方向，防止石油扩散，并且通过推进装置使围栅向前 推进，以减小油膜面积，并使污染面积减小。在工作后，装置之间分离，围栅充放气装置为 充气围栅放气，同时围栅收放装置收起围栅。采用可收放充气围栅使装置在工作时更灵活， 在非工作状态使装置体积更小，便于运输。4.应用前景(结语)近年来，全球海上石油泄漏事故频繁发生，造成海洋生态系统破坏、资源浪费等问题， 同时人类社会已经进入了能源短缺的时期。然而，现有的处理海上泄漏石油的方法成本高、 效率低、适用区域小、耗费人力物力大、二次污染严重。本装置集泄漏石油围拦、收集和油 水分离于一身，一机多用，可广泛用于海上油井漏油和石油运输

14、船漏油等事故的处理；采用 红外线传感器检测石油，自动控制系统控制整套装置的运动和工作，大大提高了自动化水平; 以机器劳动代替人工劳动，大大节省了人力，提高了工作效率；采用可升降吸油头吸油，采 用离心式油水分离装置和吸附式油水分离装置使最终回收到的石油浓度更高；采用可连接式 吸油箱，使本装置既可以在水面自由运动，又可以使多个装置连接形成更长围栅，工作时灵活 多变，适合不同情况的漏油处理，最大程度地控制并减小污染面积。相信，具备以上优点的 海上泄漏石油收集及油水分离装置，一定能够推广应用。参考文献申洪辰，王健行，程宇涛，魏源送，郑建伟，苏宇峰，高迎新;海上石油泄漏危害及其 应急处理J.环境工程，2011，29 (6):111-114濮文虹，周李鑫，杨帆，等.海上溢油防治技术的研究进展J.海洋科学，2005,29 (6)： 73-76刘广强，耿红，史光宝.水上溢油清除方法研究J.中国水运，2010 (2)： 32-33李国珍，肖华，董守平.