趙興 周蘇東 錢國棟 邢成路 吳亮 王憲鑫

摘要：文章基于海上溢油應急回收設備現(xiàn)狀及稠油回收困難的問題，根據(jù)工作原理差異介紹多類型溢油回收設備，統(tǒng)計并分析現(xiàn)階段國家級、地方級及溢油應急專業(yè)單位應急設備庫的溢油回收設備配置;重點闡述現(xiàn)有溢油回收設備在稠油泄漏處置過程中存在的結(jié)構(gòu)設計缺乏針對性、泵送傳輸能力不足以及輸油管線承壓能力不足等問題;介紹海外溢油應急設備制造廠商為解決稠油回收困難問題而設計和改進的新型收油機及泵送系統(tǒng)，為我國海上稠油回收設備研究提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：海上溢油;溢油應急;稠油回收;溢油回收設備

中圖分類號：TE5;P75 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2023）10-0120-04

0 引言

近年來，海上油田油氣開發(fā)、儲運活動日益增多，發(fā)生海上重大溢油事故的風險隨之增加，海上溢油事故會對相關(guān)海域沿岸的經(jīng)濟和環(huán)境造成嚴重損害。截至2016年，在我國渤海海域已投入使用的采油平臺和已鋪設的海底油氣管道中，超過70%已服役超過15年，導致渤海海域發(fā)生海上溢油事故的風險加劇[1]。

稠油具有高黏度和高密度的特點，主要含有瀝青質(zhì)成分和較多的膠質(zhì)[2-3]。我國海上稠油集中分布在渤海，渤海已落實原油探明地質(zhì)儲量達42億t，其中地層原油黏度大于350 mPa·s的稠油約占15%[4]。面對渤海稠油開采過程中溢油風險日益加劇的現(xiàn)狀，針對海上稠油溢油事故應急處置回收技術(shù)的研究十分迫切。

目前我國針對開放水域的溢油應急處置技術(shù)[5-6]已開展多層次的研究，尤其在溢油漂移軌跡預測、溢油圍控與回收等技術(shù)領域取得關(guān)鍵性成果[7]。但從海上溢油事故實際應急處置的表現(xiàn)來看，現(xiàn)階段國內(nèi)使用的溢油回收設備對稠油的回收效果并不理想。本研究總結(jié)國內(nèi)溢油應急回收設備在稠油回收過程中存在的問題，并簡述國外稠油回收設備現(xiàn)狀及研究進展。

1 溢油回收設備

溢油回收設備是指用于回收水面溢油的機械裝置，又稱為收油機或撇油器，主要由收油頭、傳輸系統(tǒng)和動力站3個部分組成。按工作原理進行分類，目前使用的收油機主要分為堰式收油機、真空式收油機和親油式收油機[8]，其中親油式收油機又可分為盤式收油機、鼓式收油機、繩式收油機、帶式收油機和刷式收油機;此外，還包括機械抬升式收油機、渦流/離心式收油機、浸沒式收油機等其他類型。不同類型收油機對稠油的回收性能[8]如表1所示。

2 我國溢油回收設備配置及存在的問題

2.1 溢油回收設備配置

綜合分析國家級和地方級溢油應急設備庫以及溢油應急專業(yè)公司設備庫或應急基地的溢油回收設備配置數(shù)據(jù)，目前我國的溢油回收設備以堰式收油機，刷式、盤式、鼓式親油式收油機以及真空式收油機為主，極少設備庫配置繩式、帶式親油式收油機以及機械抬升式收油機，幾乎沒有配置浸沒式收油機以及渦流/離心式收油機。

稠油回收效率以及設備出廠性能等參數(shù)（表1）通常是在平靜水面環(huán)境下、針對特定油品進行水池實驗或海面實驗得出的，只能作為參考指標，并不能真實反映收油機在實際溢油事故應急回收中的性能。此外，收油機的回收性能取決于天氣條件、自然海況以及浮油自身性質(zhì)（如油膜厚度、油品黏度和風化程度）等多重因素[9-10]。

2.2 存在的問題

在回收黏度較大的稠油時，刷式收油機的滾刷轉(zhuǎn)動不暢，刷毛黏附稠油的能力下降，即使黏附稠油，刮板也無法有效分離稠油與毛刷，導致滾刷繼續(xù)轉(zhuǎn)動甚至刷毛脫落。由于稠油流動性差，大多數(shù)盤式收油機缺乏油聚集能力，親油效果不理想，回收效率遠低于給定參數(shù)。與刷式收油機相比，鼓式收油機有更大和更光滑的表面，且刮板可分離黏附的少量稠油并實現(xiàn)回收;對于可流動的稠油，鼓式收油機也強于盤式收油機;但鼓式收油機對乳化油的回收效果不佳，輪鼓會空轉(zhuǎn)打滑。在回收因風化或乳化嚴重而幾乎失去黏附性的油膜或油渣時，鼓式、盤式、刷式親油式收油機的回收性能基本失效。

使用依靠重力作用的堰式收油機、依靠真空作用的真空式收油機或機械抬升式收油機回收風化嚴重的稠油效果較好，但存在含水量較高的問題，油水界面難以掌握，其中機械抬升式收油機還存在款式單一和數(shù)量不足的問題。稠油回收對設備泵送系統(tǒng)能力要求更高，目前我國配置收油機的泵送能力與輸油管線的承壓強度均不能滿足持續(xù)、高效回收稠油的需求。在泵送能力不足時，短時間的作業(yè)即可造成泵內(nèi)部密封墊片發(fā)生沖擊損壞，導致液壓油泄露。目前對稠油泵送效果較好的泵體有阿基米德螺桿泵和凸輪轉(zhuǎn)子泵。

固體海洋垃圾對溢油回收設備的影響也不容忽視，超過5cm 的固體垃圾就會堵塞旋轉(zhuǎn)的泵體，出現(xiàn)堵塞憋壓的現(xiàn)象，限制渦流式收油機和普通堰式收油機的回收效率。

3 國外稠油回收技術(shù)

通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，國外多家溢油應急設備制造廠商為解決稠油回收難題，已設計并制造具有針對性的溢油回收設備，如LAMOR 的BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB 鏟式收油機、DESMI的BeltSkimmer帶式收油機、Vikoma的StarDiscMaxi收油機都可用于高黏度油的回收。上述設備通過改進收油頭結(jié)構(gòu)、增強泵送系統(tǒng)及提高輸油管線承壓能力實現(xiàn)稠油回收，可為我國稠油回收設備研究提供技術(shù)思路參考。

（1）BrushSkimmerOilRecoveryBucketLRB鏟式收油機。該收油機非常適合在陸地、海上和北極環(huán)境條件下進行油井清理和溢油清理作業(yè)，其將刷輪收油機的高效溢油回收功能與挖掘機鏟斗的刮油和挖掘功能結(jié)合在一起，基于成熟的硬刷刷輪技術(shù)，可自動從海水或土壤中分離油、乳液和含油碎屑。此外，LRB 系統(tǒng)不受漂浮物的影響，回收油中的自由水含量小于2%。在海上作業(yè)中可使用鏟斗提升刷輪，從而鏟取和排空重油污泥和其他固體材料（如油渣、冰粒）。

（2）BeltSkimmer帶式收油機。帶上配有凸起“牙齒”的特殊附件，有助于吸進重油層，可回收流動性差的高黏度油。該收油機可在任何方向上操作，將稠油拉入并排放至收集斗中。其泵體的強大功能可通過環(huán)形注水進一步增強泵送系統(tǒng)，大大降低輸油軟管中的壓力損失，從而可泵送非常黏稠的油;注水法蘭可安裝在泵的入口或出口，可進行熱水或冷水注水。該收油機的優(yōu)點包括：提高稠油回收率;傳送帶可連接到收油機上，也可作為單獨的完整系統(tǒng);注水系統(tǒng)可用于降低輸油軟管背壓;推進器可用于遠程定位，具有遠程控制功能;新的DOP-250雙卸載泵可與收油機分離，便于轉(zhuǎn)移。

（3）StarDiscMaxi收油機。該收油機具有齒盤式圓盤組和反向運行能力，可處理漂浮的碎屑;較小的碎屑可通過圓盤收集在集油槽上方的格柵中，不會影響收油機的操作。堅固的鋁制結(jié)構(gòu)和擋板使其適用于最具挑戰(zhàn)性的條件，其搭載的容積泵可用于輸送最黏稠的油污，通過添加注水系統(tǒng)可進一步提高稠油回收率。該收油機的優(yōu)點包括：非常適合在開闊水域使用;可回收油品的黏度最高達100萬cSt，收油頭的回收能力高達100m3/h;具有2組堅固的齒盤式回收模塊（圖1）。

4 結(jié)語

我國渤海海域稠油儲量豐富，油氣開采活動頻繁，老舊生產(chǎn)設施占比較高，導致溢油風險日益增高，對于提升稠油溢油應急能力的需求迫切。本研究介紹溢油回收設備類型，分析國內(nèi)溢油回收設備的配置現(xiàn)狀;基于海上溢油事故的處置過程，國內(nèi)溢油回收設備對于稠油泄漏的應急處置能力還存在明顯不足，主要體現(xiàn)在缺乏針對性及創(chuàng)新性、泵送能力弱以及輸油管線強度低。根據(jù)國外稠油回收技術(shù)調(diào)研結(jié)果，國外設備廠商為解決稠油回收困難問題已研究并制造新型稠油回收裝備，包括鏟式、帶式、齒盤式等改進的稠油收油頭，帶有注水系統(tǒng)的新型回收泵以及配套的高強度輸送管線。國外稠油回收設備技術(shù)可為我國稠油回收設備研究提供技術(shù)思路參考，有助于我國溢油應急領域加快研發(fā)適用于稠油回收的特殊設備。

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