發(fā)布時(shí)間：2019-11-28所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 海上船舶運(yùn)輸是全球各地區(qū)之間主要的石油運(yùn)輸方式，一旦發(fā)生重大溢油污染事故將會(huì)給環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。石油開采、管道輸送、儲(chǔ)油罐泄漏等也會(huì)給周圍河流、地下水等造成巨大污染。建立一套完善的溢油應(yīng)急技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用先進(jìn)適用的溢油監(jiān)視、監(jiān)測(cè)
摘 要 海上船舶運(yùn)輸是全球各地區(qū)之間主要的石油運(yùn)輸方式，一旦發(fā)生重大溢油污染事故將會(huì)給環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。石油開采、管道輸送、儲(chǔ)油罐泄漏等也會(huì)給周圍河流、地下水等造成巨大污染。建立一套完善的溢油應(yīng)急技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用先進(jìn)適用的溢油監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和處置技術(shù)，能夠有效防治水體污染帶來的問題，最大程度地減小溢油事故造成的危害。通過對(duì)比研究國內(nèi)外溢油應(yīng)急監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)，以及應(yīng)急處置相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀，分析我國目前溢油應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)存在的不足，為今后我國溢油應(yīng)急技術(shù)的發(fā)展提出相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞 溢油;應(yīng)急監(jiān)視;應(yīng)急監(jiān)測(cè);應(yīng)急預(yù)測(cè);應(yīng)急處置
隨著人們對(duì)石油資源的大力開發(fā)，以及石油分布的地域性等特點(diǎn)，石油運(yùn)輸業(yè)務(wù)也隨之迅猛發(fā)展。船舶和管道作為常用的運(yùn)輸方式，有效保障了能源供應(yīng)，但泄漏事故時(shí)有發(fā)生，給周圍環(huán)境帶來了不同程度的污染，同時(shí)也給經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失[1] 。 20世紀(jì)60年代以來，全球萬噸以上的溢油污染事故幾乎年年發(fā)生。據(jù)國際海事組織(International， Maritime Organization，IMO)統(tǒng)計(jì)，每年由各種污染源排入海洋環(huán)境的石油總量至少有 3.2×106 t [2] 。近年來，管道泄漏事故引起的河流污染問題也給社會(huì)造成了較大的壓力。當(dāng)溢油大量流入海上、河流、湖泊及地下水時(shí)，給水體生態(tài)和漁業(yè)經(jīng)濟(jì)等帶來了嚴(yán)重破壞。因此，有必要建立一套完善的溢油應(yīng)急技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用先進(jìn)適用的溢油監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和處置技術(shù)，最大程度地減小溢油事故造成的危害[3] 。
1 溢油監(jiān)視技術(shù)
溢油監(jiān)視是利用各種遙感技術(shù)，通過信息傳輸和處理來判讀溢油信息的過程。遙感平臺(tái)和技術(shù)的選用、遙感圖像的數(shù)字處理工作是影響溢油監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，由于受到天氣等影響，遙感數(shù)據(jù)中存在大量干擾信號(hào)，原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖像處理，才能達(dá)到監(jiān)測(cè)的要求。目前常用的監(jiān)視技術(shù)包括航空遙感、衛(wèi)星遙感、雷達(dá)遙感、船舶遙感、浮標(biāo)跟蹤遙感和合成孔徑雷達(dá)監(jiān)視(SAR)等。其中，航空遙感和衛(wèi)星遙感應(yīng)用最為廣泛;合成孔徑雷達(dá)監(jiān)視效果最好，發(fā)展迅速。
相對(duì)衛(wèi)星遙感平臺(tái)，航空遙感技術(shù)通過在飛機(jī)上裝配溢油監(jiān)視或監(jiān)測(cè)遙感平臺(tái)具有啟航快和機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，且距離海面的高度適宜可控，更容易獲得實(shí)時(shí)、清晰的溢油監(jiān)視或監(jiān)測(cè)圖像，應(yīng)用更為廣泛。美國通過在飛機(jī)上裝載合成孔徑雷達(dá)、紅外或紫外掃描儀和紅外攝像機(jī)等裝備對(duì)水面進(jìn)行溢油監(jiān)視。德國在飛機(jī)上裝載側(cè)視孔徑雷達(dá)來確定溢油位置，利用微波輻射計(jì)探測(cè)油膜厚度，利用激光熒光遙感器確定溢油種類。
我國溢油監(jiān)視技術(shù)應(yīng)用研究起步較晚，交通部海事局目前通過部署海監(jiān)飛機(jī)對(duì)海上溢油進(jìn)行監(jiān)視，但與國外相比，設(shè)備集成度低，監(jiān)視水平尚處于定性階段，數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)傳輸，信息處理能力弱，缺少適用于航空遙感的專用遙感器。在衛(wèi)星遙感方面，于2009年首次實(shí)現(xiàn)了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)海面溢油進(jìn)行常規(guī)監(jiān)視，通過對(duì) Landsat- TM、NOAAAVHRR、Terra/Aqua-MODIS 等衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的分析來識(shí)別海面溢油，可根據(jù)煤油、輕柴油、潤(rùn)滑油、重柴油和原油的最佳波段組合及其特征光譜曲線進(jìn)行監(jiān)視[4] ，但目前提取溢油信息的理論研究尚不成熟，衛(wèi)星接收分辨率還較低。在合成孔徑雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)方面，我國也進(jìn)行了相關(guān)研究，可實(shí)現(xiàn)溢油的識(shí)別、計(jì)算溢油面積，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，但成本較高，還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
2 溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)
溢油監(jiān)測(cè)主要包括溢油理化性能測(cè)定、溢油量的監(jiān)測(cè)、溢油污染范圍監(jiān)測(cè)以及溢油鑒別。其中溢油鑒別是確認(rèn)溢油源的關(guān)鍵技術(shù)，通過分析比較可疑溢油源和溢油樣的信息為溢油事故處理提供科學(xué)依據(jù)，但通常油品組成比較復(fù)雜，難以對(duì)比分析油品的所有信息，只能從所獲數(shù)據(jù)中提取最能代表油品特征的信息進(jìn)行分析，而油品暴露在空氣中，許多信息存在不穩(wěn)定性，也導(dǎo)致鑒別準(zhǔn)確性存在難度。油指紋法是目前溢油鑒別的主要技術(shù)，油指紋鑒別方法有氣相色譜法、氣相色譜及質(zhì)譜聯(lián)用法、高效液相色譜法、紅外光譜法和排阻色譜法等。其中，氣相色譜和氣相色譜及質(zhì)譜聯(lián)用法應(yīng)用最為廣泛。
美國、加拿大和日本等都先后建立起較完善的溢油鑒定體系和油指紋庫。美國海岸警備隊(duì)在 20 世紀(jì)70年代中期已開始油指紋分析的研究和應(yīng)用，建立了油品鑒別中心實(shí)驗(yàn)室，可實(shí)現(xiàn)溢油的有效鑒別。加拿大環(huán)保部應(yīng)急響應(yīng)中心建立了一套基于氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法的油指紋鑒別體系，探索了內(nèi)標(biāo)法定量分析100多種化合物的油指紋分析方法，建立了龐大的油指紋數(shù)據(jù)庫，可對(duì)風(fēng)化溢油進(jìn)行有效鑒別。日本采用帶有火焰離子化檢測(cè)器的氣相色譜、火焰光度檢測(cè)器的氣相色譜、紅外光譜及氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用法等，可對(duì)溢油進(jìn)行分析鑒別[5] 。
我國開展溢油鑒別技術(shù)研究相對(duì)較晚，國家海洋局于1996年制定了《海面溢油鑒別系統(tǒng)規(guī)范》，并于 2007 年作為國家標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施(GB/T 21247— 2007)。基于近年來發(fā)生的溢油污染事件，國家海洋局、煙臺(tái)溢油應(yīng)急技術(shù)中心等均在積極開展油指紋鑒別體系的研究，建立了包括部分渤海原油、陸地原油、成品油和一些國外油品的油指紋庫，在油指紋鑒別技術(shù)上也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
3 溢油預(yù)測(cè)技術(shù)
溢油預(yù)測(cè)是通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算溢油數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)溢油漂移和擴(kuò)散軌跡。溢油事故發(fā)生后，能在第一時(shí)間以及事故搶險(xiǎn)過程中預(yù)測(cè)泄漏油品歸宿及現(xiàn)存油量，對(duì)于事故控制有著極其重要的作用。另外，通過與溢油監(jiān)視、監(jiān)測(cè)技術(shù)聯(lián)合使用，可以為溢油應(yīng)急響應(yīng)決策提供信息支持，增加決策的科學(xué)性。由于溢油不僅受風(fēng)、流、水動(dòng)力等因素影響，而且和油品本身的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，因此尋求最優(yōu)的溢油擴(kuò)散模型和建立溢油擴(kuò)散預(yù)測(cè)系統(tǒng)是溢油預(yù)測(cè)的核心和難點(diǎn)。
國外針對(duì)溢油漂移擴(kuò)散模型的研究始于20世紀(jì)60年代初。Fay[6] 在1969年提出了溢油在靜水或恒流環(huán)境下擴(kuò)散的三階段模型，后續(xù)學(xué)者綜合考慮風(fēng)、流場(chǎng)等實(shí)際水環(huán)境影響后，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。 Johansen[7] 在1984年提出了油粒子模型，使溢油模型發(fā)展到一個(gè)新的高度，可較好描述在環(huán)境動(dòng)力作用下油膜的剪變過程和破碎過程，預(yù)報(bào)油膜邊緣的擴(kuò)展過程以及油膜形狀在風(fēng)向上的明顯拉伸現(xiàn)象，油粒子模型是當(dāng)前研究的主要方向。目前，許多國家根據(jù)溢油模型的研究成果已建立起自己的溢油預(yù)報(bào)系統(tǒng)，比較先進(jìn)的有美國的 OILMAP 及 SPEARS 系統(tǒng)、英國的OSIS系統(tǒng)、挪威的Oscar系統(tǒng)、比利時(shí)的MU-SUCK系統(tǒng)和荷蘭MS4系統(tǒng)等[8] 。
我國于 20 世紀(jì) 80 年代初基于 Fay 理論開始進(jìn)行溢油模型的研究，并研究了溢油的風(fēng)化影響、漂移過程、溶解乳化等方面的預(yù)測(cè)模型。國家海洋局海洋環(huán)境保護(hù)研究所與比利時(shí)北海數(shù)學(xué)模型管理署(1989—1991 年)合作開發(fā)了基于油粒子概念的二維溢油軟件包和三維溢油軟件包。遼河油田在二維溢油軟件包的基礎(chǔ)上開發(fā)出了“溢油動(dòng)態(tài)可視系統(tǒng) OE5YS”，該系統(tǒng)被納入遼河油田灘海開發(fā)區(qū)溢油應(yīng)急計(jì)劃中。目前，各個(gè)重要海域也逐漸建立溢油應(yīng)急預(yù)報(bào)信息系統(tǒng)，在溢油模型預(yù)測(cè)上的研究水平已基本與國際達(dá)到同步，已初步具備溢油應(yīng)急預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)條件，但是在數(shù)據(jù)采集、環(huán)境評(píng)估及溢油應(yīng)急預(yù)報(bào)的系統(tǒng)化、商業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距。
4 溢油處置技術(shù)
溢油處置技術(shù)主要包括物理方法、現(xiàn)場(chǎng)燃燒和化學(xué)制劑方法等。其中，物理清除方法最為理想，可避免處置過程中產(chǎn)生附屬物，包括圍控、機(jī)械回收、吸油材料等處置方法�，F(xiàn)場(chǎng)燃燒費(fèi)用低，但會(huì)污染海洋環(huán)境和大氣，一般應(yīng)用在遠(yuǎn)離海岸的公海�；瘜W(xué)制劑方法通過播撒分散劑或凝油劑，使用方便，不受天氣和海況影響，但存在成本較高、存在 “二次污染”等缺點(diǎn)。研究一套高效、輕便、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)能力強(qiáng)的溢油處置技術(shù)是目前國內(nèi)外溢油處置技術(shù)的發(fā)展方向。
4.1 圍控
溢油圍控技術(shù)主要采用圍油欄法。國外圍油欄的研究始于 20 世紀(jì) 30 年代，并在技術(shù)和裝備上不斷進(jìn)行優(yōu)化。技術(shù)方面，研究了圍油欄失效模擬、圍油欄效果波浪水文等內(nèi)容，并應(yīng)用于實(shí)踐。圍油欄裝備開發(fā)方面，日本開發(fā)了圓柱型的固體浮子式圍油欄;美國船舶公司開發(fā)了可鏈接型的固體浮子式圍油欄;英國維科馬公司研制有可充氣充水的圍油欄。近年來，基于圍油欄失效研究的成果，美國開發(fā)出了一種雙層構(gòu)造的充氣式圍油欄，具有密封性好、氣體不外泄、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)。另外，新型的聚氨酯圍油欄具有抗拉強(qiáng)度高、快速布放、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，是今后快速布放圍油欄的發(fā)展趨勢(shì)[9] 。
我國于20世紀(jì)80年代開始對(duì)圍油欄開展選型和改進(jìn)研究，基于圍油欄性能試驗(yàn)研究，于2001年制定了圍油欄的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JT/T 465—2001《圍油欄》。近年來有學(xué)者對(duì)圍油欄的水平均勻流作用、波流作用下圍油欄的有效深度，以及圍油欄的失效過程開展了研究，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為圍油欄的選型和開發(fā)提供了理論依據(jù)。另外國內(nèi)也研制了防火圍油欄，取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。但我國在圍油欄的模擬研究方面仍比較薄弱，需針對(duì)不同結(jié)構(gòu)圍油欄開展數(shù)值模擬研究，為改進(jìn)圍油欄技術(shù)提供理論依據(jù);同時(shí)針對(duì)圍油欄設(shè)備布置繁瑣、操作人工較多、操作人員需要專門培訓(xùn)等缺點(diǎn)，應(yīng)加速新型高效圍油欄裝備的研發(fā)。
4.2 機(jī)械回收
相對(duì)于人工回收和吸油材料回收，機(jī)械回收具有效率高、回收效果好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各類油品的泄漏處置。目前，常用的機(jī)械回收裝置從工作原理可分為堰式收油機(jī)、黏附式收油機(jī)、動(dòng)態(tài)斜面式收油機(jī)和抽吸式收油機(jī)等[10-11] 。國外積極研發(fā)溢油機(jī)械回收設(shè)備，形成了系列產(chǎn)品，其中的典型設(shè)備包括英國 Vikma 公司的盤式收油機(jī)、美國 SlickBar 公司的動(dòng)態(tài)斜面式(DIP)收油機(jī)、芬蘭 Lomar公司的刷式收油機(jī)、挪威Framo公司的堰式收油機(jī)、丹麥Ro-Clean公司的復(fù)合式收油機(jī)等。
我國從20世紀(jì)80年代開始對(duì)收油機(jī)進(jìn)行應(yīng)用研究。近年來開展了收油機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬以及收油效率等性能綜合評(píng)價(jià)方面的研究[12-13] 。為收油機(jī)的選型提供了科學(xué)依據(jù)，但目前國產(chǎn)收油機(jī)的回收效率、系統(tǒng)靈活性和自動(dòng)化程度仍較低，需繼續(xù)開展收油機(jī)性能優(yōu)化研究。
4.3 吸油材料
吸油材料的一個(gè)重要發(fā)展為人工合成吸油性樹脂，其具有吸油倍率高、油水分離性好、保油性能好、不易漏油等優(yōu)點(diǎn)。吸油樹脂在國外尤其是美國和日本研究起步較早，美國陶氏化學(xué)公司于1966年用烷基乙烯為單體生產(chǎn)出了一種非極性高吸油樹脂;日本三井石油化學(xué)公司于1973年以甲基丙烯酸烷基酯和烷基苯乙烯為單體，生產(chǎn)出一種極性高吸油樹脂。1990 年日本又研制出了一種中等極性高吸油樹脂[14-15] 。
對(duì)乳化劑種類、引發(fā)劑用量、交聯(lián)劑用量、單體組成等影響高性能樹脂合成的因素均有較深入的研究。目前，國內(nèi)外對(duì)吸油材料的研究主要集中在聚乙烯、聚氨酯泡沫。如何增強(qiáng)吸油材料的使用次數(shù)、吸油效果，以及對(duì)高黏度油的吸收能力，是研究的熱點(diǎn)問題。此外，可生物降解的吸油材料的研究日益受到關(guān)注，是今后發(fā)展的趨勢(shì)。
4.4 現(xiàn)場(chǎng)燃燒
美國和加拿大率先開展了航空點(diǎn)火燃燒和防火圍控燃燒技術(shù)的研究。20世紀(jì)90年代，美國3M 公司和挪威SINTEF公司開展了防火圍油欄圍控原油 燃 燒 的 研 究 ，并 成 功 應(yīng) 用 于 1989 年 的 Exxon Valdez號(hào)油輪泄漏事故。美國多次將現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法應(yīng)用于濕地、淺湖、內(nèi)河以及其他方法不適用的場(chǎng)合，結(jié)果證明在含水率、油層厚度等適合的情況下就地燃燒是一種有效的溢油處理方式.
目前美國、挪威和加拿大對(duì)現(xiàn)場(chǎng)燃燒開展了大量的實(shí)驗(yàn)，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)制定的ASTM F2152—2007《溢油就地燃燒標(biāo)準(zhǔn)指南：防火圍油欄》規(guī)定了防火圍油欄的性能要求與測(cè)試方法。ASTM F1788—2008《水上石油泄漏現(xiàn)場(chǎng)燃燒指南：環(huán)境和操作事項(xiàng)》規(guī)定了環(huán)境方面(空氣、水和生物)的注意事項(xiàng)和燃燒時(shí)的操作注意事項(xiàng)(安全性、監(jiān)測(cè)控制、風(fēng)和海況、燃燒效率和速度等)。ASTM F2230—2008《冰水環(huán)境溢油現(xiàn)場(chǎng)燃燒標(biāo)準(zhǔn)指南》提供了燃燒需要考慮的因素，不同冰情不同水體(海上、河流、湖泊)的燃燒方法。ASTM F2533—2007《海船或其他船舶中溢油現(xiàn)場(chǎng)燃燒標(biāo)準(zhǔn)指南》指出了船舶溢油燃燒受到的限制、燃燒操作注意事項(xiàng)。
國內(nèi)未對(duì)此項(xiàng)技術(shù)開展深入研究，僅在溢油應(yīng)急演習(xí)時(shí)開展過現(xiàn)場(chǎng)燃燒柴油的實(shí)驗(yàn)，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段，需進(jìn)一步研究此項(xiàng)技術(shù)對(duì)國內(nèi)溢油環(huán)境的適用性。
石油機(jī)械方向從業(yè)人員在評(píng)定職稱時(shí)需要發(fā)表論文，而對(duì)這些作者而言，如何選擇期刊并發(fā)表是大家比較困惑的事情，小編在此介紹：作者首先要明白自己的需求，單位對(duì)于期刊有沒有相應(yīng)的要求，確定期刊的級(jí)別，再結(jié)合自己的論文選擇合適的期刊，您也可以將您的論文發(fā)給我們的編輯老師，他們?yōu)槟遄煤笸扑]合適的期刊進(jìn)行投稿。
5 結(jié)論及建議
目前我國在溢油水體污染管理和技術(shù)方面與國外相比還存在差距，還有較大的提升空間。為此，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)溢油應(yīng)急技術(shù)的深化研究，加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，提高專業(yè)維搶修隊(duì)伍的溢油應(yīng)急處置能力，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和能源安全供給的要求。針對(duì)我國目前存在的問題，提出以下幾點(diǎn)建議：
1)建立一套系統(tǒng)完善的溢油應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)體系，優(yōu)化應(yīng)急監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和處置技術(shù)的綜合配套應(yīng)用，為溢油應(yīng)急響應(yīng)提供科學(xué)先進(jìn)的決策和技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏事故、精確分析溢油指標(biāo)、合理預(yù)測(cè)溢油漂移和擴(kuò)散，進(jìn)而采取有效溢油處置措施。
2)加強(qiáng)溢油應(yīng)急監(jiān)視技術(shù)研究，提高應(yīng)急監(jiān)視裝備水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成度高、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、信息處理能力強(qiáng)、溢油量化精度高等技術(shù)要求，從而更利于溢油事故的識(shí)別、評(píng)估和跟蹤。
3)擴(kuò)大溢油應(yīng)急監(jiān)視、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和處置系統(tǒng)的覆蓋范圍，針對(duì)各個(gè)重要海域、港口、內(nèi)陸河流等建立溢油應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)，滿足寬闊水域、狹窄水域等不同水域要求，提高溢油應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)效性。
4)加強(qiáng)溢油應(yīng)急處置新技術(shù)和新裝備的研究，在進(jìn)一步開發(fā)使用方便、全天候、無二次污染、效率高的溢油處置方法的同時(shí)，將成熟先進(jìn)的技術(shù)納入法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，完善相關(guān)規(guī)范。
