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管道研究

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浅谈河流围油栏布放技术

来源:《管道保护》杂志 作者:李景昌 时间:2018-7-21 阅读:

李景昌

中国石油管道公司管道处


摘要: 本文通过对各种围油栏的特性及河流布放技术的分析研究, 阐述了在河流中布放围油栏的相关技术, 为今后在管道漏油应急工作中布放围油栏提供科学依据和技术指导。


前言

河流附近的管道发生油品泄漏后, 极易流到河道中, 导致油品随着河水流动而加快扩散。河水通常是自来水及灌溉用水的水源。 因此, 泄漏油品如果得不到有效控制, 极易污染河流、 水源, 给周边生态带来极大影响。 快速在河流中布放围油栏, 将油品泄漏造成的影响减少到最低程度, 是管道应急抢险人员的首要任务。 河流中有效布放围油栏, 是一件非常困难的事。 应加强研究和总结河流布放围油栏的技术、 方法和经验。

围油栏的作用

围油栏是漂浮在水面上的屏障, 在水上油品控制、 回收时, 有三大作用:

1. 围控和聚集浮油。 防止溢油扩散, 将污染控制在较小的范围内; 同时聚集溢油, 增加油膜厚度便于收油机回收。

2. 引导、 改变浮油流向。 将浮油引导到易于收集的地段, 如岸边集油坑。

3. 保护敏感区域。 阻止溢油进入重要经济或生态敏感区域, 如港口、 取水口、 水产养殖区、自然保护区等。

围油栏的结构与分类

常见的围油栏分三大类: 防火围油栏、 篱笆式围油栏和窗帘式围油栏。

防火围油栏

防火围油栏用于水域控制溢油扩散和转移,特别是溢油控制燃烧处理、 拦截、 防止火势蔓延等作业中有着不可替代的作用。 它由浮体、 裙体、 快速接头三大部分组成, 浮体一般有不锈钢浮体和陶瓷泡沫浮体, 具有阻燃防火功能; 裙体部分采用高强度PVC布缝制而成, 具有阻挡溢油从围油栏下通过的作用; 快速接头部分使围油栏单体之间连接简捷、 迅速。 不锈钢浮体防火围油栏见图1, 陶瓷泡沫浮体防火围油栏结构见图2。

篱笆式围油栏

篱笆式围油栏的主体为扁平结构(柔性栏裙) , 由泡沫式浮子、 柔性栏裙、 镇重(让围油栏垂直在水中) 、 锚链和连接头等部分组成, 结构见图3。

篱笆式围油栏的柔性栏裙一般采用很厚的PVC制造, 可以耐垃圾冲击。 浮子内为泡沫塑料, 防止漏气, 可以在水中长时间布放而不需维护。 篱笆式围油栏主体为扁平结构, 抗风浪能力弱, 只适合平静(波浪小于0.3米) 水域使用。

窗帘式围油栏

窗帘式围油栏形状类似窗帘, 栏裙扁平而下垂。 浮子部分很大, 一般采用圆柱形, 抗风浪能力好, 适用范围广。 窗帘式围油栏有三大类: 固体浮子、 充气浮子和岸滩围油栏。

1. 固体浮子围油栏的干舷内置泡沫塑料, 运到现场后就可以快速布放。 储存和运输都需要较大空间, 见图4。

2. 充气式围油栏干舷采用密闭气室, 使用时需要充气, 布放时间较固体式围油栏长。 它可采用卷栏机储存, 节约储存空间。 充气式围油栏重量轻, 浮重比高, 具有良好的抗波浪性能, 适合风浪较大的水面。 最大缺点是容易漏气, 使用时需要准备背包式充气机, 补气备用, 见图5。

3. 岸滩围油栏是一种特殊围油栏, 它的干舷是充气式的。 它的栏裙由两个可充水的密闭水室组成, 使用时需要给水室充水。 岸滩围油栏主要用于有潮汐的水域, 避免溢油在潮起潮落的转换中逃逸。 岸滩围油栏充水后重量大, 难以移动,一般可和普通围油栏连接在一起使用。 落潮能裸露的区域使用岸滩围油栏, 其余区域使用普通围油栏, 见图6。

围油栏的固定

打桩固定

大的岩石、 树或者人造的建筑(桥墩) 是理想的围油栏岸边固定点, 其次是插入泥土中的钢管、 篱笆柱等。 使用钢管和篱笆柱时, 需要多个合用, 与围油栏的方向一致排列, 每个柱子之间使用绳子连接, 防止被围油栏拖出, 见图7。

抛锚固定

在河流中布放围油栏, 为了确保围油栏保持理想的角度, 需要使用锚来固定围油栏, 见图8。具体需要使用多少锚, 可以根据围油栏的长度、栏裙高度、 围油栏和水流之间的相对速度及锚的种类来计算。

固定绳的选择

理想的围油栏固定绳在拉力变化时长度不会改变。 在激流中布放围油栏时, 选择合适的固定绳非常重要。 聚丙烯绳会浮在水面, 这样不容易受河床底部障碍物影响, 却容易挂着水面的垃圾; 合成纤维绳比金属绳容易操作; 只有在不需调整位置的时候, 才使用金属绳。 凯夫拉尔纤维(Kevlar) 绳和斯百克(Spectra, 一种超高分子量聚乙烯纤维) 绳也可以使用, 但是需要在容易磨损的地方安装保护套。 围油栏布放的环境不同, 需根据具体情况选择最合适的固定绳, 也要根据围油栏受力情况选择固定绳, 使绳子抗拉能力达到需要的抗拉能力的2-4倍, 常见的绳子抗拉能力见表1。

围油栏的受力分析和适用范围

为更好布放围油栏, 我们还要更充分了解围油栏的水中受力情况和适用范围。

围油栏的水中受力情况

围油栏在河流中的受力的计算公式如下:

F = 100 x S x V2

F-围油栏受力;

S-水中围油栏的面积;

V-水流速度。

例如: 100米长围油栏, 栏裙长0.46米, 水流速度为1节(1节=0.514米/秒) 。 此情况下, 围油栏受力为:

F = 100 x S x V2 = 100x100x0.46x0.5142 =1215公斤力。

从上面计算公式可以看出, 水流对围油栏的冲击拉力很大, 我们应合理使用围油栏。 不同水流速度下, 每米围油栏受力情况见表2。

围油栏的适用范围

试验表明, 所有的围油栏无论栏裙长短, 也不管浮子高低, 当围油栏和水流之间的垂直相对速度大于0.75节时, 溢油开始从围油栏底部逃逸见图9。

因此, 在使用各种围油栏时, 一定要确保围油栏和水流之间的垂直相对速度小于0.75节。

围油栏的布放

水流速度小于0.75节时围油栏的布放当水流速度小于0.75节, 可使用围油栏直接将河流拦截, 考虑围油栏的长度和收油机设置位置, 也可以设置围油栏与河流流向成一定角度。水流速度大于0.75节且小于3节时围油栏的布放在水流速度大于0.75节且小于3节的水域,可以通过使围油栏和水流方向成一定角度(不垂直) , 来降低围油栏和水流的垂直相对速度, 使得水流和围油栏的垂直相对速度小于0.75节, 从而防止溢油从围油栏底部逃逸。 围油栏和水流之间的角度和水流速度有关, 见图10。

水流速度大于3节时围油栏的布放当水流速度大于3节时, 虽然我们可以通过使围油栏和水流方向成较大的角度, 来降低水流对围油栏的冲击力, 但围油栏仍然承受巨大的拉力。 此时需要采取围油栏阶梯式布放, 减少拉力。 即: 使用多组短围油栏来引导溢油, 使之流到可以回收的区域进行回收, 布放结构见图11。

采用阶梯式布放围油栏时, 围油栏和水流的角度要小, 而且围油栏的位置不能改变, 否则会导致溢油逃逸。 阶梯式布放围油栏时, 围油栏之间要保持足够的距离, 确保从第一层围油栏逃逸的溢油从水中浮起, 再遇到下一层围油栏。围油栏布放注意事项

1. 在围油栏内侧布放吸油拖栏, 可以吸收薄油膜, 减少围油栏清洗工作。

2. 如果有风, 需要在溢油点上下位置都布放围油栏; 如果修筑无排泄功能的拦油坝, 要注意水面上升, 溢油流向上游。

3. 当溢油点的波浪大于0.61米时, 建议使用引导式围油栏策略, 将溢油引导到方便收集的位置。

4. 河流的流速一般来说, 离河床距离越大,流速越大; 河中心一般水最深, 流速也最大, 靠岸的地方水浅, 流速小。

5. 岸边有植物时, 需要沿着河道布放围油栏, 将溢油和岸边植物隔离, 防止溢油污染岸边植物。 根据现场条件选择最合适的围油栏布放。

6. 将溢油封锁式布放围油栏和导流式布放围油栏配合使用, 效果会更好。

7. 围油栏的布放位置一般选择在: 桥梁、 大坝、 水闸、 河流转弯处、 漂浮物集中处等。

8. 所有螺丝钩环销要有链条或线连着, 防止丢失。

9. 晚上使用围油栏时, 尽量安装围油栏标记灯。

结束语

当管道发生油品泄漏进入河流时, 一定要正确布放围油栏。 对于水流速度小于0.75节的河流可以采用垂直水流方向布放围油栏拦油; 对于水流速度大于0.75节且小于3节的河流, 可以通过使围油栏和水流方向成一定角度(不垂直) , 来降低围油栏和水流的垂直相对速度, 将油品导到岸边进行收油; 对于水流速度大于3节的河流, 需要使围油栏和水流方向成较大的角度, 并使用多组短的围油栏来引导溢油, 使之流到可以回收的区域进行回收。 总之, 正确布放围油栏对水上油品有效控制和快速回收起到至关重要的作用。

参考文献:

美国EPA溢油应急计划

美国Coast Guard河流溢油应急计划

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