一种具备污油存储及深度处理功能的软囊式围油堰的制作方法

本发明涉及主要应用于海上溢油应急处理技术领域，尤其是一种具备污油存储及深度处理功能的软囊式围油堰。

背景技术：

在海上石油开采及油品海上运输过程中随时面临着溢油污染的风险，现有的溢油处理主要采取围挡收油、化学处理、燃烧等方式。

实际应急处理中，往往要等待专业的溢油处理船到位后才能实施有效的处理。而基于目前的溢油处理船配置情况，溢油处理船到达事故区域要花费十几个甚至几十个小时才能到位，丧失了事故处理的黄金时间。

对于较大规模的溢油事故，即使溢油事故处理船到位，由于其实际容污舱的限制，很容易饱和，导致救援工作拖延。如溢油处理船满仓，返回陆地处理的话，救援处理工作甚至可能停滞。

在墨西哥湾溢油事故及渤海湾PL19-3溢油事故以后，各海上平台、油品船舶对溢油事故自主快速处理能力脆弱的矛盾更显突出。从安全、环保角度来看，急需一种高效、低成本的海上溢油处理工艺技术及产品，能实现平时紧凑式存储，事故发生时能快速投放，实现对事故区的有效控制。在有效围挡后，能及时采用可采用的收油方式，将污染物进行收集处理，在专业救援船只到位之前就能开展实质性处置。在溢油事故处理船到达后，也能为其提供较大的污染物存储空间，确保处理救治连续不间断。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种具备污油存储及深度处理功能的软囊式围油堰，对传统的机械式围油堰进行了功能扩展，将堰体部分设计为软式仓囊形式，在保留传统围油堰各项基本功能的同时，为实现各种含油污水的处理工艺在该领域的转化应用提供了基础。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种具备污油存储及深度处理功能的软囊式围油堰，采用耐油耐候材料制作的多腔体软式围油堰；主体分为顶部气胀式隔油堰，中部为多级式污油水存储及深度处理仓囊，底部为配重区。

优选的，其中顶部的气胀式隔油堰，使用时快速充气后，主体展开并立浮于水面以上，起到围挡防浪，避免浮油漫溢的作用；非工作期间为紧凑式折叠或卷储式储存，节约空间。

优选的，中部为多级串联仓囊结构，各级分别设计为有利于油水分离的软式内部结构，分别采用旋流、气浮、斜板、过滤等原理对污油水进行深度处理，处理达标后的污水可满足排海环保标准，从而大大提高该系统的实际处理污染物能力。该部分在非工作期间为紧凑式折叠或卷储式储存，节约空间；作业期间，因快速充气而展开设定的工作形态，对输入的污油水进行深度处理。该部分所有结构单元均为软体材料制备，具备高的收放体积比和较高效的油水分离作用，技术为专有首创。

优选的，在污油水处理结构中，采用软体材料设计的螺旋式的旋流器，能起到对高含油污水的初步油水分离效果，在来液进口可选择性附加浮选气，强化除油效果，分离出大部分污油、浮选气等从顶部排到指定污油接收单元，相对较清的污水从底部进入污水处理的下一级。该部分结构为软体材料制备，工作时因导入流体而膨胀成型，起到预期的分离效果，同时便于实现紧凑式储存。

优选的，在污油水处理前端，设计有曝气单元，该单元根据油水特性，采用独特的结构形式，起到集中曝气，斜板稳流、撇油效果。该单元结构均采用软体材料制备，便于实现紧凑式储存。

优选的，在污油水处理中段，在各个仓囊内，根据含油梯度的特点，采用软体材料制作有利于油水分离的斜板结构，实现理想的流场形态，强化油水分离效果。该单元结构均采用软体材料制备，便于实现紧凑式储存。

优选的，在污油水处理后段，设计有二级曝气结构，对已经撇除了绝大部分污油的水相进行深度除油处理，将更多的小液滴的悬浮油去除。该单元结构均采用软体材料制备，便于实现紧凑式储存。

优选的，在污油水处理的最后部分，设计有高效过滤结构，采用软体过滤材料，将最终污水的含油值降到排海标准以下。而过滤材料采用多个滤囊形式，布设在软隔离板上，污水从滤囊内部进入，清水从滤囊壁析出至清水仓，然后排海。由于网囊长度不受流体截面积限制，实际的过滤面积相对于开孔面积可以提高很多倍，以适应实际处理污油能力的需求。该单元结构均采用软体材料制备，便于实现紧凑式储存。该部分结构设计为单级快速连接形式，便于对饱和吸附的过滤单元快速更换或串联增级强化过滤，保证整个系统的总体处污效果和能力。

优选的，底部为配重区，确保在正常作业期间各种工况均能保持堰体正常的姿态，避免倒伏溢油。配重材料选择成本低廉的无害填充物，降低成本。在配重方式上，在基础配重方案基础上，预留辅助配重调节结构，可根据具体工况适度调节堰体吃水深度，保持稳定姿态。

优选的，该围油堰可根据溢油区域的大小，在通用工作船的配合下，快速释放充气成型，对溢油区进行快速围挡，避免污染扩散。围挡完成后，采用适宜的收油装置对圈闭内的污油进行回收，收集的污油按该围油堰的使用说明，顺序导入到处理仓囊内，进行及时的收储和深度处理。饱和处理后，检测末端水相含油情况，达标后清水可直接排放到溢油圈闭内，从而形成连续的循环处理系统，能处理远远超过其总体仓容体积的污油水。该工艺处理后，绝大多数的污油留存在仓囊内，可以采用返回流程，导入溢油处理船或返回陆地处理等多种方式，在控制溢油污染的同时，能实现对无油的回收利用。本发明对辅助船舶要求较低，可大大减缓对专业溢油处理船的依赖，实现事故船舶、平台的第一时间自救。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用软体材料制作，结构可实现紧凑式储存，备用期间占地少，展开后有效处理容积巨大。在采用多套备用的情况下，能迅速提高容留、处理污染物的能力。

2、在采用软体材料的情况下，实现了旋流气浮撇油功能，能对高含油污水进行初期的高效油水分离。

3、在采用软体材料的情况下，实现了气浮选除油功能，对前端高含油污水和后端低含油污水均可实现各自的气浮选除油效果，对降低污水含油起到显著的作用。

4、在采用软体材料的情况下，实现了斜板除油功能，在主体部分连续多级的软式仓囊内，通过合理设置的软质斜板，在长距低速流动的流场内，对含油污水实现斜板并聚及沉降除油的作用，降低污水含油值。

5、在采用软体材料的情况下，实现了最后段的过滤功能，将最终污水的含油值和悬浮物降低到排海标准以下。具体的控制指标可以通过过滤材料及过滤形式加以实现。该级处理也是实现污水达标排海的保险性控制工艺。

本发明的具体作业过程中，主要功能性单元及需要外部设备（泵、气源等）均位于堰体首尾两端，在对溢油区围挡后，这两部分将集中在一起，便于利用工作船提供的公用工程支持，作业更为便利。

本发明不仅适用于各种规格的海上石油开采、勘探平台，也适用于各类油品、化工品运输船舶，在较小的投入情况下，实现功能强大的溢油控制、处理能力。对外部支援的需求仅为吸污泵、通用空压机等，普通工作船基本都能满足施工作业的需求，大大减少对专业溢油事故救援船的依赖，实现事故船舶、平台的第一时间自救。

附图说明

图1为本发明作业示意图；

图2为旋流撇油器原理示意图；

图3为污油存储仓示意图；

图4为一级气浮仓及（一级）斜板除油仓示意图；

图5为（n级）斜板除油仓及二级气浮仓示意图；

图6为细滤仓示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1至6所示的一种具备污油存储及深度处理功能的软囊式围油堰，主要有以下几部分组成：旋流撇油器11、污油存储仓12、一级曝气仓14、斜板除油仓（多级）15、二级曝气仓17、细滤仓16等部分构成。主体各单元（旋流撇油器11除外）外观及总体形态基本相同，主要由顶部的防浪围油堰18、中部各除油功能仓、底部配重区构成。

围油堰在非工作期间，采用紧凑式收储方式，在便于快速展开作业的前提下，尽量节约占用空间，即实现较大的缩展比例。

作业时，按相关施工规范，将堰体先围绕油污泄露点进行围档圈闭，即首尾完全连接，避免污油在连接处溢出。围油堰整体布置到位后，利用事故区协调到的通用工作船7提供的通用空压机6或船舶可以提供的其它低压气源，经调压稳定后对围油堰进行充气，使其快速膨胀至预期的工作形态，且整理立浮与时事故水域。充气操作分为两部分：顶部防浪围油堰18充气和主体各级仓室充气。对顶部防浪围油堰18的充气，能最短时间实现堰体成型，为后续的主体仓室充气提供缓冲时间，保证在初期更好的围油防扩散功能的实现。

堰体整体成型后，在底部配重沙囊21的作用下，即使在一定程度的风浪作用下，堰体也能保持基本上立浮形态，这是确保后续除油功能实现的前提。配重沙囊21的总载重负荷要略低于理想值，在此情况下，可以利用预留的各调重预留孔19根据实际工况附加调重沙囊22，从而实现较为理想的平衡状态。

溢油处理时需要的外部资源主要有：通用工作船7、移动吸油装置2（现场可利用能协调到的小型船只操作）、吸油连接软管3、吸油隔膜泵4、通用空压机6及其它临时管路、阀门等。以上资源在各采油平台或油品运输船舶工作区较容易协调到位。

相关准备工作就绪后，启动吸油隔膜泵4，由临时船舶操作移动吸油装置对围油堰圈闭内的浮油进行有序收集，在吸油隔膜泵4的作用下，污油、大量的海水(或其它自然水)、部分空气的混合物被输送到第一级除油单元—旋流撇油器11，开始顺序进行各功能单元的油水分离操作。

第一级：旋流撇油工艺

含油混合物由污油入仓管8进入到旋流撇油器11内，由于流体经过吸油隔膜泵4的增压，已经具有一定的流速，通过对旋流撇油器10油相出口管路及旋流撇油器13水相出口管路阀门开度的调节，使流体以相对较为稳定的旋流态逐步减速流动。混合物中的轻质油相在浮力、夹带气泡携带、旋流离心力等的协同作用下，快速向顶部和就近的狭窄的通道壁定向移动，大部分的污油逐步浮升至旋流撇油器10油相出口附近，还有一部分被离心到附近的通道壁面，由于其材质为软体材料制备，具备一定的吸油作用，能使离心出的微小油滴滞留在壁面一定时间，在此期间更多的小油滴陆续聚集，能以更大概率的形成更大的油滴。根据油质的基本特性，在相对稳定的流场中，越大的油滴越有利于油水两相的分离。经过这一级的处理，对大部分的污油，尤其是对已成型的油滴能进行较为充分的分离，分离出的高浓度污油混合物经旋流撇油器10油相出口转至污油存储仓12待后续处理。已经初步脱油的污水经旋流撇油器13水相出口管路转至一级曝气仓14进一步处理。

需要补充说明的是，如果现场具备条件，也可以在污油入仓管8前导入一路压缩气，控制适宜的气液比，在以上除油功效的基础上，稳定、强化气浮除油效果，达到与旋流气浮相近似的高效除油。

第二级：一级气浮除油工艺

经过第一级初步除油的污水经旋流撇油器13水相出口管路进入到一级曝气仓14。由该仓仓壁及气浮仓内堰板25形成的相对狭小的空间内，由曝气管阀5导入的带压空气进入到微气泡造泡囊24内，压缩气经过微透气的造泡囊壁后被分散成细密的微小气泡，在与污水充分混合后，呈近似沸腾状上浮。在此过程中，未被分离的较小油滴更容易并聚成较大的油滴并在吸附其上的小气泡的携带作用下，快速上浮，从而达到较高的除油效率。

含高浓度浮选气的污水继续流动，在经过之后的撇油斜板组28的减速缓流及流场规型后，残余的携气油滴在之后相对较大空间的稳流流场中得以充分的上浮脱析，油渣逐步上浮，形成较好的除油梯度。撇油斜板对于已经上浮的油滴来讲，阻拦效果更为明显，能够较大程度的减少混流导致的浮油再返混，以及提高对浪涌干扰的适应能力。

已经析出的浮油将留存在该仓液面上层，随操作时间延长，油层将逐渐变厚。实现预期的除油作用。

考虑到来液含气，为保证各仓液面平衡，在相邻两仓顶部设计了气相防溢油平衡管29。平衡管呈“n”型，在仓内总液面没有到顶的情况下，可以避免或减缓仓间的溢油，保证下级处理效果的稳定。

第三级：斜板除油工艺

经过第二级气浮除油工艺处理后的污水经仓间水相联通口30进入到斜板除油仓，随着流体越进越多，在整个的填充过程中，污水基本处于低速流动状态，加上该工艺斜板除油仓级数很多，提供了较为充分的沉降分离时间。

为强化沉降除油的效果及减缓浪涌对流体的扰动，在各仓内设有能促进油水分离的撇油斜板组28，更为合理的利用这段停留时间。

根据海上溢油应急处理的要求，各仓内置的堰板、斜板均为软体材质，存放时基本不会增加太多围油堰整体厚度。在充气或充海水成型后，斜板、堰板随仓体充分膨胀成型而展开，发挥其应有的功效。这一点是具有独创性的。

根据围油堰产品总体需求规格，可以定制成各种长度的产品，在前后两段规格基本定型的情况下，主要通过改变斜板除油仓的级数来满足实际需求。在后续说明中，将依据来液流向，将该段斜板除油仓分别描述成（15-1）、（15-2）、…、（15-n）。所有斜板除油仓内部结构基本相同，便于工业化生产。为提高产品设计的灵活性，在该段可以每相隔若干单元设计有快速链接管阀结构。举例说明，每节斜板除油仓假定为4米长，每5节设计一处快速连接，即标准单元段长度为20米。在不考虑其它段长度的情况下，可以组配成以20米长度为梯度的系列产品，如20米、40米、60米、…200米等。

对于不可预期的溢油事故现场，可以通过统筹协调资源，根据事故区域待控制直径，制定合理的施工方案，选配适宜的总体围油堰长度，为现场事故处理提供更多的可操作空间。

第四级：二级气浮除油工艺

该段工艺与一级气浮除油工艺基本相似，主要的差别在于被处理的污水经过之前的各级处理，其含油量已经降低到较低的程度。此时仍未被析出的油品基本以溶解态、乳化态及细小液滴存在。继续进行常温沉降，效果已经很弱。为将这些残余的污油去除，达到排海的水中含油标准，需要进行二级气浮，采用更为细小的浮选气泡和适宜的气液比来进行深度的油水分离。

第五级：精细过滤除油工艺

在理想的情况下，之前的除油工艺应该已经可以将水中含油值降低到达到或接近排海标准范围。但为提高工艺的安全性及避免次生影响，特增加了细滤仓16。

在细滤仓16内由隔离层33将该仓分隔为两个相对独立的仓室：待滤室32和滤清室34。隔离层33为隔水材料，为增加过滤面积，提高污水处理能力，在隔离层33上以均匀阵列形式开孔，每个开孔缝制连接一个加长的锥形滤袋。

前端处理过的污水首先进入到待滤室32， 从精密滤袋34内部向外部滤清室35流动，污油滴和悬浮物等杂质被滤袋截留，保证滤清室35较高的水质。达到合规排放的目的。

该部分结构设计为单级快速连接形式，便于对饱和吸附的过滤单元快速更换或串联增级强化过滤，保证整个系统的总体处污效果和能力。

本发明在传统围油堰的基础上，将堰体主体部分设计为软式的压缩仓囊，在充气展开后，围油堰在实现基本的机械围挡的情况下，还额外提供了巨大的容污空间，创造了更宽松的操作条件。通过对围油堰仓囊内部结构的合理设计，在软体材料的基础上，实现各种含油污水处理工艺在该领域的创新式应用。污油水在经过该系统的高效油水分离作用及长距沉降作用下，能将处理后的污水含油降低到排海标准下，实现就地无害排海。即使其处理效果没有达到排海标准，最低限度也能为事故救援提供大容积的浮式储污仓，给事故最终处理提供巨大的缓冲空间。

如果该发明产品能够得以推广普及，在各平台、船舶进行标准化应急储备，就能有效的控制溢油事故的扩散，降低事故等级和污染程度，为安全环保生产保驾护航。

在本发明中，考虑到溢油区已经被整体围挡，不具备大规模外溢的情况下，即使以上处理的水质没有达到标准，也可以排放到圈闭内侧污染区，不会改变污染事故的程度，具有较高的可操作性。

在严格控制排放标准的情况下，如暂未达标，也可以在尾端通过保压排气阀37进行保压排气，关闭排放控制管阀36，保持前端连续收集污油水至高限液位。关闭所有油水相连接管阀，全程彻底封仓，所有污染物进入封存待处理状态，确保现场继续开展事故救援工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。