简谈海上溢油堰式回收技术的原理与改进

　　随着海上石油开采和运输规模的不断扩大，溢油己经成为海洋环境污染的重大危险源，大量的原油及其炼制品在溢油事故发生时泄露到海洋环境中，会对当地的海洋生态环境带来灾难性的破坏，并造成巨大的经济损失及严重危害人体健康。为减轻溢油对海洋环境的损害，需要立即采取有效的技术手段对水面溢油污染进行应急治理。目前，溢油污染的应急治理方法主要有燃烧法、化学法、生物法、机械回收法等，其中溢油机械回收法由于既可以将水中溢油彻底清除，又能回收宝贵的石油资源，因此己成为世界范围内应用最为广泛的溢油应急治理方法。现在常用的溢油机械回收技术有多种，如堰式、水动力式、粘附式等。由于海上溢油数量巨大和水上作业困难，只有回收速度(单位时间内回收的纯油数量)和回收效率(单位时间内回收的油水混合物中纯油含量百分比)高、抗风浪能力强的溢油机械回收技术才能满足海上大规模溢油事故的应急处理要求，而目前的各种溢油回收技术均无法满足上述要求。堰式溢油回收技术的回收速度较高，但是其回收效率较低，本文将研究堰式回收技术的机理，确定其回收效率较低的原因，并提出对堰式回收技术的改进方法，以保证堰式回收技术能够实现对海上大规模溢油的快速高效回收。堰式溢油机械回收技术的工作原理
　　1.1堰过流原理分析
　　堰式回收技术是目前较为常用的海上溢油清除技术，利用堰的过流将水面漂浮的厚油层(150~ 400 mm)直接送入撇油器中完成回收，是高速回收溢油的首选技术。
　　1.2薄壁堰过流分析
　　现在大量应用的堰式撇油器采用的都是薄壁堰，在计算堰式撇油器的回收能力时，计算无侧收缩的矩形薄壁堰的过流量即可得出。
　　当油水混合物流过薄壁堰时，在水流下部有与空气相通的空间，造成了过流的不稳定，另外当堰顶水头较小时(H 0. 025 m)油水混合物的溢流会受到表面张力的作用，出流将不稳定，这也是现在各种堰式撇油器在回收薄油膜时性能低下的主要原因。通常为了实现薄油膜的回收，目前的堰式撇油器只能通过增加堰顶水头来提高回收能力，但是这样会导致回收效率的大幅降低，回收的油水混合物油少水多，甚至失去回收意义。此外，油水混合物在经过薄壁堰后由于不稳定经常发生严重的油水掺混现象，油的乳化倾向加剧，对于后继的油水分离操作十分不利。因此，目前应用的薄壁堰式回收技术亚待改进以适应高速高效的海上溢油机械回收要求。
　　2堰式溢油机械回收技术的改进
　　2. 1曲线型实用堰工作原理
　　为提高薄壁堰对于油水混合物的过流能力和过流稳定性，在一定的定型水头下，可将堰形剖面的轮廓设计成的曲线型实用堰。如果BT , TC段与同样条件下薄壁自由出流时的水流下缘相吻合，水流不受堰面的影响，堰面压强为大气压，这时油水的混合程度是最轻的。如果堰面突出于水流下缘，堰面将顶托水流，使堰面压强增大，过水能力降低。反之，若堰面低于水流下缘，溢流水流与堰面间形成负压，等于加大了作用水头，过水能力也将加大，但是过大负压会使水流不稳定。因此，为兼顾溢油回收过程中的回收速度和过流稳定性，堰式回收技术的最佳堰型应设计成与相应水头的薄壁堰过流水流下缘的形状相吻合，并通过试验来修改轮廓线，使堰顶附近的动水压强接近于零而不出现负值，通过上述方法得到的堰，其过流能力是正常条件下最大的，并且过堰水流的稳定性也优于薄壁堰流。
　　2. 2曲线型实用堰的堰型设计
　　通过对曲线型实用堰过流机理的分析，建立曲线型实用堰的剖面。曲线型实用堰的堰顶上游部分曲线采用三段圆弧(半径分别为R1、 R2、 R3)连接的曲线，与上游面平顺地连接，从而改善了堰面的压力条件，增大了过流能力。
　　3结论
　　本文通过对堰式溢油机械回收技术工作原理的分析，建立了基于堰过流理论的回收能力计算模型，确定了影响堰式回收技术性能的关键因素，从机理上解释了目前堰式回收技术大都采用的薄壁堰型存在的过流稳定性缺陷产生的原因，提出了对薄壁堰的改进方法，即应用曲线型实用堰代替薄壁堰作为回收堰，并给出了曲线型实用堰的设计方法。通过理论分析和仿真计算可以得出，将曲线型实用堰代替薄壁堰应用于堰式溢油机械回收技术，不但可以提高堰的过流量以改善回收能力，而且最重要的是可以提高堰的过流稳定性，减小油水掺混的程度，为提高堰式溢油机械回收技术的回收效率创造了有利条件，使堰式回收技术在海上溢油污染治理中具有了更广阔的应用前景。