李景昌

中國(guó)石油管道公司管道處

摘要： 本文通過(guò)對(duì)各種圍油欄的特性及河流布放技術(shù)的分析研究， 闡述了在河流中布放圍油欄的相關(guān)技術(shù)， 為今后在管道漏油應(yīng)急工作中布放圍油欄提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

前言

河流附近的管道發(fā)生油品泄漏后， 極易流到河道中， 導(dǎo)致油品隨著河水流動(dòng)而加快擴(kuò)散。河水通常是自來(lái)水及灌溉用水的水源。 因此， 泄漏油品如果得不到有效控制， 極易污染河流、 水源， 給周邊生態(tài)帶來(lái)極大影響。 快速在河流中布放圍油欄， 將油品泄漏造成的影響減少到最低程度， 是管道應(yīng)急搶險(xiǎn)人員的首要任務(wù)。 河流中有效布放圍油欄， 是一件非常困難的事。 應(yīng)加強(qiáng)研究和總結(jié)河流布放圍油欄的技術(shù)、 方法和經(jīng)驗(yàn)。

圍油欄的作用

圍油欄是漂浮在水面上的屏障， 在水上油品控制、 回收時(shí)， 有三大作用：

1. 圍控和聚集浮油。 防止溢油擴(kuò)散， 將污染控制在較小的范圍內(nèi)； 同時(shí)聚集溢油， 增加油膜厚度便于收油機(jī)回收。

2. 引導(dǎo)、 改變浮油流向。 將浮油引導(dǎo)到易于收集的地段， 如岸邊集油坑。

3. 保護(hù)敏感區(qū)域。 阻止溢油進(jìn)入重要經(jīng)濟(jì)或生態(tài)敏感區(qū)域， 如港口、 取水口、 水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等。

圍油欄的結(jié)構(gòu)與分類

常見(jiàn)的圍油欄分三大類： 防火圍油欄、 籬笆式圍油欄和窗簾式圍油欄。

防火圍油欄

防火圍油欄用于水域控制溢油擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，特別是溢油控制燃燒處理、 攔截、 防止火勢(shì)蔓延等作業(yè)中有著不可替代的作用。 它由浮體、 裙體、 快速接頭三大部分組成， 浮體一般有不銹鋼浮體和陶瓷泡沫浮體， 具有阻燃防火功能； 裙體部分采用高強(qiáng)度ＰＶＣ布縫制而成， 具有阻擋溢油從圍油欄下通過(guò)的作用； 快速接頭部分使圍油欄單體之間連接簡(jiǎn)捷、 迅速。 不銹鋼浮體防火圍油欄見(jiàn)圖1， 陶瓷泡沫浮體防火圍油欄結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

籬笆式圍油欄

籬笆式圍油欄的主體為扁平結(jié)構(gòu)（柔性欄裙） ， 由泡沫式浮子、 柔性欄裙、 鎮(zhèn)重（讓圍油欄垂直在水中） 、 錨鏈和連接頭等部分組成， 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

籬笆式圍油欄的柔性欄裙一般采用很厚的PVC制造， 可以耐垃圾沖擊。 浮子內(nèi)為泡沫塑料， 防止漏氣， 可以在水中長(zhǎng)時(shí)間布放而不需維護(hù)。 籬笆式圍油欄主體為扁平結(jié)構(gòu)， 抗風(fēng)浪能力弱， 只適合平靜（波浪小于0.3米） 水域使用。

窗簾式圍油欄

窗簾式圍油欄形狀類似窗簾， 欄裙扁平而下垂。 浮子部分很大， 一般采用圓柱形， 抗風(fēng)浪能力好， 適用范圍廣。 窗簾式圍油欄有三大類： 固體浮子、 充氣浮子和岸灘圍油欄。

1. 固體浮子圍油欄的干舷內(nèi)置泡沫塑料， 運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后就可以快速布放。 儲(chǔ)存和運(yùn)輸都需要較大空間， 見(jiàn)圖4。

2. 充氣式圍油欄干舷采用密閉氣室， 使用時(shí)需要充氣， 布放時(shí)間較固體式圍油欄長(zhǎng)。 它可采用卷欄機(jī)儲(chǔ)存， 節(jié)約儲(chǔ)存空間。 充氣式圍油欄重量輕， 浮重比高， 具有良好的抗波浪性能， 適合風(fēng)浪較大的水面。 最大缺點(diǎn)是容易漏氣， 使用時(shí)需要準(zhǔn)備背包式充氣機(jī)， 補(bǔ)氣備用， 見(jiàn)圖5。

3. 岸灘圍油欄是一種特殊圍油欄， 它的干舷是充氣式的。 它的欄裙由兩個(gè)可充水的密閉水室組成， 使用時(shí)需要給水室充水。 岸灘圍油欄主要用于有潮汐的水域， 避免溢油在潮起潮落的轉(zhuǎn)換中逃逸。 岸灘圍油欄充水后重量大， 難以移動(dòng)，一般可和普通圍油欄連接在一起使用。 落潮能裸露的區(qū)域使用岸灘圍油欄， 其余區(qū)域使用普通圍油欄， 見(jiàn)圖6。

圍油欄的固定

打樁固定

大的巖石、 樹(shù)或者人造的建筑（橋墩） 是理想的圍油欄岸邊固定點(diǎn)， 其次是插入泥土中的鋼管、 籬笆柱等。 使用鋼管和籬笆柱時(shí)， 需要多個(gè)合用， 與圍油欄的方向一致排列， 每個(gè)柱子之間使用繩子連接， 防止被圍油欄拖出， 見(jiàn)圖7。

拋錨固定

在河流中布放圍油欄， 為了確保圍油欄保持理想的角度， 需要使用錨來(lái)固定圍油欄， 見(jiàn)圖8。具體需要使用多少錨， 可以根據(jù)圍油欄的長(zhǎng)度、欄裙高度、 圍油欄和水流之間的相對(duì)速度及錨的種類來(lái)計(jì)算。

固定繩的選擇

理想的圍油欄固定繩在拉力變化時(shí)長(zhǎng)度不會(huì)改變。 在激流中布放圍油欄時(shí)， 選擇合適的固定繩非常重要。 聚丙烯繩會(huì)浮在水面， 這樣不容易受河床底部障礙物影響， 卻容易掛著水面的垃圾； 合成纖維繩比金屬繩容易操作； 只有在不需調(diào)整位置的時(shí)候， 才使用金屬繩。 凱夫拉爾纖維（Kevlar） 繩和斯百克（Spectra， 一種超高分子量聚乙烯纖維） 繩也可以使用， 但是需要在容易磨損的地方安裝保護(hù)套。 圍油欄布放的環(huán)境不同， 需根據(jù)具體情況選擇最合適的固定繩， 也要根據(jù)圍油欄受力情況選擇固定繩， 使繩子抗拉能力達(dá)到需要的抗拉能力的2-4倍， 常見(jiàn)的繩子抗拉能力見(jiàn)表1。

圍油欄的受力分析和適用范圍

為更好布放圍油欄， 我們還要更充分了解圍油欄的水中受力情況和適用范圍。

圍油欄的水中受力情況

圍油欄在河流中的受力的計(jì)算公式如下：

F = 100 x S x V2

F-圍油欄受力；

S-水中圍油欄的面積；

V-水流速度。

例如： 100米長(zhǎng)圍油欄， 欄裙長(zhǎng)0.46米， 水流速度為1節(jié)（1節(jié)=0.514米/秒） 。 此情況下， 圍油欄受力為：

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

從上面計(jì)算公式可以看出， 水流對(duì)圍油欄的沖擊拉力很大， 我們應(yīng)合理使用圍油欄。 不同水流速度下， 每米圍油欄受力情況見(jiàn)表2。

圍油欄的適用范圍

試驗(yàn)表明， 所有的圍油欄無(wú)論欄裙長(zhǎng)短， 也不管浮子高低， 當(dāng)圍油欄和水流之間的垂直相對(duì)速度大于0.75節(jié)時(shí)， 溢油開(kāi)始從圍油欄底部逃逸見(jiàn)圖9。

因此， 在使用各種圍油欄時(shí)， 一定要確保圍油欄和水流之間的垂直相對(duì)速度小于0.75節(jié)。

圍油欄的布放

水流速度小于0.75節(jié)時(shí)圍油欄的布放當(dāng)水流速度小于0.75節(jié)， 可使用圍油欄直接將河流攔截， 考慮圍油欄的長(zhǎng)度和收油機(jī)設(shè)置位置， 也可以設(shè)置圍油欄與河流流向成一定角度。水流速度大于0.75節(jié)且小于3節(jié)時(shí)圍油欄的布放在水流速度大于0.75節(jié)且小于3節(jié)的水域，可以通過(guò)使圍油欄和水流方向成一定角度（不垂直） ， 來(lái)降低圍油欄和水流的垂直相對(duì)速度， 使得水流和圍油欄的垂直相對(duì)速度小于0.75節(jié)， 從而防止溢油從圍油欄底部逃逸。 圍油欄和水流之間的角度和水流速度有關(guān)， 見(jiàn)圖10。

水流速度大于3節(jié)時(shí)圍油欄的布放當(dāng)水流速度大于3節(jié)時(shí)， 雖然我們可以通過(guò)使圍油欄和水流方向成較大的角度， 來(lái)降低水流對(duì)圍油欄的沖擊力， 但圍油欄仍然承受巨大的拉力。 此時(shí)需要采取圍油欄階梯式布放， 減少拉力。 即： 使用多組短圍油欄來(lái)引導(dǎo)溢油， 使之流到可以回收的區(qū)域進(jìn)行回收， 布放結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11。

采用階梯式布放圍油欄時(shí)， 圍油欄和水流的角度要小， 而且圍油欄的位置不能改變， 否則會(huì)導(dǎo)致溢油逃逸。 階梯式布放圍油欄時(shí)， 圍油欄之間要保持足夠的距離， 確保從第一層圍油欄逃逸的溢油從水中浮起， 再遇到下一層圍油欄。圍油欄布放注意事項(xiàng)

1. 在圍油欄內(nèi)側(cè)布放吸油拖欄， 可以吸收薄油膜， 減少圍油欄清洗工作。

2. 如果有風(fēng)， 需要在溢油點(diǎn)上下位置都布放圍油欄； 如果修筑無(wú)排泄功能的攔油壩， 要注意水面上升， 溢油流向上游。

3. 當(dāng)溢油點(diǎn)的波浪大于0.61米時(shí)， 建議使用引導(dǎo)式圍油欄策略， 將溢油引導(dǎo)到方便收集的位置。

4. 河流的流速一般來(lái)說(shuō)， 離河床距離越大，流速越大； 河中心一般水最深， 流速也最大， 靠岸的地方水淺， 流速小。

5. 岸邊有植物時(shí)， 需要沿著河道布放圍油欄， 將溢油和岸邊植物隔離， 防止溢油污染岸邊植物。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇最合適的圍油欄布放。

6. 將溢油封鎖式布放圍油欄和導(dǎo)流式布放圍油欄配合使用， 效果會(huì)更好。

7. 圍油欄的布放位置一般選擇在： 橋梁、 大壩、 水閘、 河流轉(zhuǎn)彎處、 漂浮物集中處等。

8. 所有螺絲鉤環(huán)銷要有鏈條或線連著， 防止丟失。

9. 晚上使用圍油欄時(shí)， 盡量安裝圍油欄標(biāo)記燈。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)管道發(fā)生油品泄漏進(jìn)入河流時(shí)， 一定要正確布放圍油欄。 對(duì)于水流速度小于0.75節(jié)的河流可以采用垂直水流方向布放圍油欄攔油； 對(duì)于水流速度大于0.75節(jié)且小于3節(jié)的河流， 可以通過(guò)使圍油欄和水流方向成一定角度（不垂直） ， 來(lái)降低圍油欄和水流的垂直相對(duì)速度， 將油品導(dǎo)到岸邊進(jìn)行收油； 對(duì)于水流速度大于3節(jié)的河流， 需要使圍油欄和水流方向成較大的角度， 并使用多組短的圍油欄來(lái)引導(dǎo)溢油， 使之流到可以回收的區(qū)域進(jìn)行回收。 總之， 正確布放圍油欄對(duì)水上油品有效控制和快速回收起到至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

美國(guó)EPA溢油應(yīng)急計(jì)劃

美國(guó)Coast Guard河流溢油應(yīng)急計(jì)劃