全液压驱动内河水上溢油高效回收系统

 摘  要：介绍全液压驱动内河水上溢油高效回收系统的总体构想、主要技术性能参数、设计原则等，重点分析了溢油回收系统的收油机、动态斜面式撇油器、动力站、液压系统和电气系统等部件的关键技术，并简要说明溢油回收系统的作业工艺技术。

关键词：溢油、回收机、撇油器、液压、无线遥控

 1  引言

水上溢油应急反应技术主要有两种方式：一种是机械回收技术，另一种是采用化学方法，即采用分散剂等提高水面溢油的分解性能，以达到最终能够自行生物降解的方法。这两种方法各有利弊，其有效性与油的种类和气候条件等因素密切相关。其中机械回收方法可以分为动态回收和静态回收两种方法。对于动态回收方法而言，就是采用一套溢油收集系统，其收油机通过工作船侧拖、顶推，或置于双体船中间，随船一起穿过溢油区完成溢油回收；静态回收方法则利用一套与导污浮架相连的撇油器来回收溢油。采用静态溢油回收系统时，必须将撇油器放在溢油中间或是溢油相当厚的部位，同时要求溢油是在朝撇油器的方向流动，因而回收效率较低。

随着内河水运的快速发展，水上溢油发生的机率大大增加，建立健全溢油应急反应机制与装备迫在眉睫。溢油回收设备的开发与应用，一方面能够快速清理突发性水上溢油，避免溢油对水环境的污染，改善生态环境；另一方面溢油的有效回收利用，也可有效的节约宝贵的石油资源。

由交通运输部水运科学研究院研发的内河水上溢油高效回收系统，是适合内河水域特点的专用的水上溢油回收系统，它有以下优点：

(1)全液压驱动，工作平稳，同时满足防水、防火、防爆安全要求；

(2)适合回收各种粘度的溢油；

(3)适合回收任意厚度的溢油层；

(4)回收油中自由水含量很少；

(5)风浪对收油效率影响小；

(6)适合在水流中收油；

(7)可在不规则的狭窄河道中收油；

(8)可与围油栏配合回收大面积溢油。

2  总体设计

2.1  组成与工作原理

溢油回收系统由水上溢油回收装置（简称收油机）、动力站、电气控制柜、无线遥控器、液压和输油连接软管及卷管架、储油罐等（如图1所示），是一种机械式的动态的内河水上溢油回收系统。

图1  内河水上溢油回收系统原理图

收油机是水面溢油回收的主体。采用可开合的刚性双导油臂结构型式。两个导油臂前部和收油机尾部共有四个浮桶，保证收油机在水面上的工作浮性和稳性。动态斜面式撇油器放在两个后浮桶之间。双臂型收油机不工作时，两个导油臂可合拢，减少储存空间；工作时两个导油臂可张开，形成V字型导油结构，两导油臂夹角可在0～120°之间随意调整。

动力站放置在工作船甲板上，由柴油机驱动液压泵站，为收油机提供动力。

溢油回收系统采用机电液一体化驱动控制技术，四大机构全液压驱动，远程无线遥控技术，使收油机工作时布放灵活，操作方便，满足溢油快速应急反应要求。

2.2  设计原则

（1）收油机是机械式动态溢油回收装置，工作时可由工作船侧拖或顶推作业，也可定位于水流中完成收油作业。

（2）收油机应适合于内河河流、库区等水域岸边不规则、河道狭窄、水深较浅、涡流多、流速快和漂浮物多的特点。

（3）收油机采用动态斜面式撇油器，可适应不同数量和不同品质溢油的回收要求。

（4）收油机自重轻，总体结构优化设计，各零部件布置合理，满足稳性和浮性要求。

（5）收油机所选用的材料、外购件、油漆具有很好的耐腐蚀性，且不易附着油污，便于油水污物的xx。

（6）收油机应满足溢油防爆、防火要求，使用安全可靠。

（7）收油机运输、吊装和收油布放应机动、灵活、方便。存放时占用空间要尽可能小，工作时扫油宽度要尽可能大。

（8）收油机与动力站之间的所有连接软管接插拆卸方便、快速，操作简便。

（9）溢油回收系统设计合理，在使用过程中应合理安排运输、吊装、清理、存放等工艺流程，避免对环境造成二次污染。

3  主要技术性能参数

本溢油回收系统主要技术性能参数如下。

溢油回收速率                            50m³/h

溢油回收效率                            95%

适应水深                                0.8m

适应浪高                                0.4m

导油臂{zd0}扫油宽度                      6m

导油臂{zd0}张角                          120°

溢油回收时航行速度                      0～3kn

装机容量                                32kW

动力来源                                自备柴油机

驱动方式                                全液压驱动

4  关键技术与装置分析

4.1  收油机

收油机是指浮在水面上的溢油回收工作装置（如图2所示），为双导油臂结构形式，包括撇油器、2个后浮桶、2个导油臂（兼做前浮桶）、液压绞车、液压缸开合机构、滑轮总成等。后浮桶为双体结构，中间固定有动态斜面式撇油器。两个导油臂与后浮桶前端铰接，在液压缸驱动下，两个导油臂可以做0～120°开合动作，使其满足不同水域的收油要求；导油臂的前端设有围油栏接头，可与围油栏连接，通过围油栏实现大面积溢油围控回收。通过液压绞车钢丝绳的收放，与滑轮总成配合，可控制收油机与工作船的相对位置关系。

收油机的后浮桶和两个导油臂均采用薄板焊接结构，满足气密性要求，箱体内充填发泡剂，形成收油机的浮体，通过严格的重心、浮心计算，使其满足稳性要求。

收油机有四个工作机构，即导油臂开合、液压绞车、撇油器收油带和输油泵。撇油器收油带和输油泵可无级调速，以满足不同数量和不同品质溢油的回收要求。

为适应内河水域漂浮物普遍较多的现状，在收油机撇油器的前部设置了一个垃圾隔离栅网，可有效阻挡水面漂浮物进入吸油泵，并可使撇油器进油口处水面尽可能平静，提高溢油回收效率。

收油机导油臂开合机构液压缸的设计采用了优化技术，通过合理布置三个铰点的位置关系，使液压缸在满足几何位置要求的前提下，降低受力，进而降低液压缸的规格型号。

图2  收油机总图

收油机前后不同位置对称设置4个吊耳，方便收油机的起吊和布放。另外在收油机的前后浮桶外侧不同位置，分别安装了5对橡胶防撞块，防止收油机在工作时与工作船舶碰撞，或运输时与其他器件的碰撞；同时在船舶顶推收油机作业时，后部的防撞块还可以用来保护收油机。

4.2  撇油器

水面溢油的回收，主要采用各种撇油器来实现，通过综合比较各种撇油器的工作性能，本系统确定采用动态斜面式撇油器。该撇油器是利用倾斜布置的可转动的收油带产生一定的牵引力，引导水面溢油层和水层顺着收油带转动方向向水下流动，溢油绕过收油带{zd2}端的改向滚筒后向上浮起，积聚到集油井的顶部，而且越聚越厚，然后由输油泵压送到船舶甲板上的储油罐里。

图3是动态斜面式撇油器工作原理简图。

图3  动态斜面式撇油器工作原理示意图

动态斜面式撇油器与目前广泛使用的堰式撇油器、盘式撇油器、绳式撇油器和刷式撇油器相比，具有收油效率和收油速率高的特点，可适应水域范围广、水流速大、波浪影响小及各种油层厚度和粘度的溢油等。该撇油器回收溢油纯度高，可有效节省工作船舶上宝贵的储油空间。

撇油器的输油泵出口和船舶甲板上的储油罐之间采用20m长波纹软管输油，波纹管与撇油器之间采用快速接头连接。

4.3  动力站

溢油回收系统采用自备动力站，无须任何外接动力，以适应溢油应急处置要求。

动力站是整个系统的动力源，包括柴油机、液压泵站及控制阀组、蓄电池等组成。动力站放在工作船甲板上，可大大降低收油机的自重，同时可以避免电气设备接近溢油可能导致的爆炸、燃烧等事故发生。

动力站采用空冷四冲程电起动395F柴油机。柴油机采用直喷式燃烧室，结构紧凑，起动方便，标定功率为32kW，适合于长时间连续工作。

4.4  液压系统

由于液压系统具有较大的功率-重量比和良好的防水性能，所以收油机的4个执行机构全部采用液压驱动方式。其中导油臂的开合机构采用两个液压缸驱动，液压绞车、撇油器收油带和输油泵各采用一个液压马达驱动。液压系统采用开式定量系统，为实现撇油器收油带和输油泵的调速要求，这两个回路采用了电磁比例换向阀控制；为满足两个导油臂的同步开合要求，其液压回路采用了分流/集流阀同步控制技术。

动力站与收油机上分别设置液压接头面板，两者之间通过20m液压软管连接，形成开环系统，8根液压软管两端采用不同规格的公或母快速接头，无须担心接错，便于快速准确地连接动力站和收油机。

4.5  电气系统

电气系统包括电气控制柜和无线遥控器等，是整个溢油回收系统的控制中枢。系统采用了远程无线遥控技术，对收油机四大机构的电磁液压换向阀实施控制，其有效控制范围为半径50m的任何方位，且不受障碍物的影响。系统以远程遥控器的发送端作为控制输入端，可在遥控器允许的范围内，自由调整遥控器发送端与接收端的距离，达到{zj0}的溢油回收控制效果。另外，安装在电气控制柜上的远程控制器的接收端设定为两路比例控制和四路开关量控制，并带有急停和防误操作的超时保护功能。

4.6  附件

4.6.1  卷管架

收油机与动力站、储油罐之间通过20m长的液压软管和输油软管相连。非工作状态，这些软管全部缠绕在卷管架上，方便运输、贮存和使用。

4.6.2  助力手推杆

动力站和卷管架顶部有吊耳，底部有叉车槽，可供起重机或叉车吊装、搬运。同时，动力站和卷管架底部四角各有2个行走轮和2个固定支腿，可用助力手推杆敲起支腿推动其行走。

4.6.3  储油罐

溢油回收系统配备专用储油罐。对于专门的溢油应急工作船，也可以用船上自备的储油舱。

5  溢油回收作业工艺分析

内河水上溢油发生的环境条件较为复杂，溢油回收作业时，要综合考虑各种因素，如水域宽窄、水流、岸边不规则、波浪、漂浮物、溢油品质、溢油数量、工作船和起重机配备等，选择合适的作业工艺方式。

5.1  储存、运输与吊装工艺

溢油回收系统属于应急反应设备，一般使用频率很低，大部分时间处于待命状态。而一旦发生溢油事故，则要求能够快速、灵活、可靠地投入使用。因此收油机的储存、运输、吊装和使用工艺必须满足这些要求。

收油机采用可开合的导油臂结构，在储存和运输时占用尽可能小的空间，而在溢油回收时又可以得到尽可能大的扫油宽度。整个溢油回收系统自重轻，尺寸紧凑，可采用汽车运输，或船舶运输；收油机可就近使用岸上各种起重机（如汽车起重机、港口起重机等）或工作船自带起重机吊入吊出水中，然后由工作船拖带到溢油现场。

5.2  收油工艺

溢油回收系统工作时需要与工作船配合作业，收油机布放工艺非常灵活，主要有以下几种收油方式（如图4所示）：

图4  收油机布放工艺示意图

a）收油机置于工作船的侧面，由收油机自带的液压绞车控制与工作船的位置关系，由工作船拖带作业。这种方式适合于小量水面未扩散溢油的回收。

b）收油机置于工作船的前面，由工作船向前顶推作业。这种方式适合于狭窄水域小量未扩散溢油的回收。

c）收油机放在水流中不动，溢油随水流一起进入收油机。为提高收油效果，收油臂可连接围油栏配合收油。这种方式适合于水流速度不大于收油机工作速度的情况，且需要收油囊等储油设备。

d）收油机的两个收油臂前端连接围油栏配合作业，两条围油栏由各自的工作船牵引，可实现大面积溢油的围控与回收处理，也可有效地防止了溢油的进一步扩散。这种方式要求三条工作船的航速必须密切配合。

e）与d类似，只是两个工作船牵引一整条围油栏前移，围油栏底部开有出油口，收油机正好可以收集来自围油栏出油口的溢油。这种方式对三条工作船的航速配合要求较低。

6  结束语

本溢油回收系统采用刚性可开合双导油臂结构形式和动态斜面式撇油器，全液压驱动，无线遥控，自备柴油机动力站，无需任何外接动力，布放工艺灵活，可以回收含水量极低的“纯油”，可适应各种粘度和各种油层厚度溢油的回收要求，且不受水面漂浮物的影响。

溢油回收系统采用模块化设计理念，各部件之间的连接软管、电缆均通过快速接头插拔，方便溢油现场应急使用要求。