CN106223258A - 一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置 - Google Patents

Abstract

一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置。包括：海面及沉潜溢油环境模拟装置、原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块、试验油品及水质监视监测模块、试验用油用水循环计量模块，用于在模拟环境中单独或组合地再现对海面及沉潜溢油围控、回收、分散、吸附、降解等技术、设备及材料的清污作业，并测试和记录代表性海况条件、油品扩散、风化状况下对海面溢油、海水体及海底沉潜油的围控、回收、分散、吸附、降解性能指标，为科学认识海面及沉潜溢油清污技术、设备及材料的清污作业状况，便捷开展溢油清污技术和装备的清污性能检测及效果评估，有效改进和提升清污性能提供试验技术支持。

Description

一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试 验装置

技术领域

本发明涉及一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置，属于环境保护及溢油应急与清污试验技术领域，它能在模拟海况及模拟溢油环境中，单独或组合地再现对海面及沉潜溢油围控、回收、化学分散、吸收吸附、生物降解等技术、设备及材料在原型及大比例缩比(不小于1∶10)尺度上的清除油污作业，并测试和记录代表性海况条件和代表性油品及其扩散、风化状况下的溢油围控、回收、分散、吸收、吸附、降解性能指标，配备了试验用油用水循环系统，为科学认识海面及沉潜溢油清污技术、设备及材料在近似真实环境条件下的清污作业状况，便捷开展溢油清污技术和装备的清污性能检测及效果评估，有效改进和提升清污技术和装备的性能，积极采取风险防备、应急处置、污染清除、环境修复对策措施，提供试验技术支持，并实现试验用油和试验用水的便捷高效回收利用。

背景技术

随着全球经济持续快速发展，对能源和石油资源的需求不断增加，沿海石油开发、运输、加工和存储量持续增长，因突发事故导致的各类溢油事件时有发生，海洋环境遭受溢油污染损害的风险明显加大，严重威胁了海洋生态环境安全和人体健康，以及捕捞、养殖、旅游等海洋经济的健康发展，已引起世界各国的高度重视，大力加强海洋溢油污染风险防范、应急处置和油污清除工作正当其时。

原油及其炼制产品种类繁多，其在发生溢出事故时进入海洋环境的时间、位置、种类、规模各异，受气温、水深、风、浪、流、光照、生物活动、停留时间等多重因素的影响所经历的海面漂浮及扩散、蒸发、光氧化、溶解、乳化、粘附于颗粒物、水体中悬浮、沉降于海底及再浮起、生物降解等风化过程千差万别，使得溢油在海洋中存在海面油膜、海水体及海底沉潜油等多种运移扩散形态，相应适用的海面溢油及海水体、海底沉潜溢油的清污技术和装备多种多样，在实际应用中所能达到的性能指标和溢油清除效果目前往往不够理想，特别需要通过试验加以测试，以及通过反复试验和持续改进予以提升。

以往的溢油模拟试验多是为了科学地认识溢油的环境归宿与危害，主要针对溢油风化和环境影响而开展，试验装置的规模往往较小，测试指标主要针对溢油进入环境的方式、油膜的破碎、波浪及光照、温度等环境条件变化以及添加化学分散剂与溢油风化及水质间的相互影响，主要包括：

李志军等人的《波浪作用下油脂冰内溢油行为物理模拟实验技术》一文，制作了一个长130cm，宽15cm，深50cm的玻璃水槽，置于控温精度较高的低温实验室内，玻璃水槽上面敞口，周边5面均加保温材料板。依靠由震荡台电机提供动力的契型块在水槽内的垂直运动造波，通过调节水深、电机运动频率及传动臂调节孔位置，变换波长和波高。(《大连海事大学学报》第23卷第4期)

赵云英等人的《波浪槽模拟海况检验消油剂的乳化性能》一文，提到了一个波浪槽试验装置，波浪槽为(0.8×1.0×15)m³，实际水深为0.5m，波高大约为0.38m。造波机由计算机控制，按一定频率形成波浪并且有破碎波的产生。破碎波的频率为10s。在波浪槽水面上根据需要布上一定厚度的油膜。采用波浪槽模拟海浪的运动状况，研究波浪对消油剂清除海面溢油的作用。(《海洋环境科学》第23卷第4期)

张秀芝等人在《海上溢油风化特性及化学分散剂效果的影响因素研究》一文中，提到一个模拟原油风化的装置，由波浪槽和围油栏组成，波浪槽系露天混凝土结构，25m(长)×0.6m(宽)×1.2m(高)，槽顶端安装造波机及控制器，首尾设消能坡，其上铺碎石及竹扫帚苗，波浪槽可以模拟30cm波高的波浪。(《海洋环境科学》第16卷第3期)

杨庆霄等人在《溢油的物理性质在模拟风化过程中的变化》一文提到一个风化模拟装置，其处于一间蔽光的暗室内，风化槽中加入自来水，经恒温槽恒温的水由循环泵经进水管打入风化槽中。多余的水经回水管再流入恒温槽。回水管高度为控制风化槽水位的高度。油样品放在装满海水约5L的生物培养缸中。培养缸放在风化槽的中部。用温度计可随时观察到风化槽内的水温。电风扇和灯光分别模拟自然条件下的风和太阳光。照明用6×40w日光灯，每边三个，以保证足够的照度。(《海洋环境科学》第8卷第3期)

于顺、安伟等人发明的《一种模拟海上溢油性质变化试验装置》(CN2008102113352)涉及海洋环境模拟装置，包括底部设有水槽支架、顶部设有风罩的条状水槽，水槽与造波机连通，风罩与带风机箱的通风管道连通，水槽的四个侧壁外表面均设有空气幕围挡，集造波、生风、升降温、保温功能于一体，集成的数控系统，用于近似地模拟海上溢油的性质变化。

吴海涛、乔冰等人发明的《海上溢油风化模拟系统》(CN2009101056450)在溢油池中安装了由拨水板以及侧面推进器组成的水流模拟装置，通过控制器调节压缩空气推进气缸，带动拨水板在溢油池内做周期性的往复运动，以及推动侧面推进器有规律地从外部拍打溢油池壁，使水面产生纵向的流动和横向的波浪。

包木太、沈田田等人发明的《一种海底溢油行为归宿的实验模拟装置》(CN2014104881817)包括两个圆柱形模拟海水容器、安装于容器底部的原油、溢油分散剂锥形喷嘴，原油、溢油分散剂储罐、恒温控制循环水装置、紫外荧光照相系统，用于模拟海底溢油的行为归宿。

李昊、孙宝江等人发明的《一种模拟深水区水下溢油的装置与方法》(CN2014105595831)包括压力控制系统、混合注入系统、实验模型系统和给排水系统；可模拟不同压强、温度、喷射速度等深水环境下油气行为归宿，实现较高精度的参数测量。

安伟、钱国栋等人发明的《水下溢油模拟试验装置及其操作方法》(CN2015100436301)在试验水槽外部一侧设有试验水配制水槽，另一侧外部设有水下注油单元轨道、水下注油单元和电控柜，集试验水配制和多种变化的注油条件等功能于一体，并配有PLC控制系统，更为近似地模拟水下溢油的实际状况。

乔冰等人发明的《一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置》(CN201510514781.0)包括了溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块，针对溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、自然光照等风化条件、溢油风化及分散的水质浓度变化等影响因素，在缩比仿真环境中再现溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比仿真环境条件下的实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的分阶段水质指标浓度变幅。

徐鹏、石小军、邹云飞等人在《基于阻截式油水分离膜的溢油油水分离与回收系统研究》一文中，提到一种基于全新的空间态膜开发的阻截式油水分离新技术，对现有应用于石油石化行业的阻截式油水分离膜进行高含盐海水抗老化改进，从而研制出HK功能纤维和相应的阻截式油水分离膜，以满足海上溢油污水的快速处置要求，并在中海油天津勃西油气处理厂进行现场油污水处理试验。(《中国水运》第15卷第6期)

上述现有的溢油试验装置在空间尺寸和实验功能上均难以满足对海面及沉潜溢油围控、回收、化学分散、吸收吸附、生物降解等技术、设备及材料的原型及大比例缩比尺度油污清除效果试验和性能测试的需求，也未带有试验用油用水循环系统，现有的溢油油水分离与回收装置难以满足大量试验用水便捷高效回收利用的需求。

发明内容

(1)发明目的

为了克服上述现有溢油试验装置的不足，本发明提供一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置，它能在模拟海况及模拟溢油环境中，单独或组合再现对海面及沉潜溢油围控、回收、化学分散、吸收吸附、生物降解等技术、设备及材料在原型及大比例缩比(不小于1∶10)尺度上的清除油污作业，并测试和记录代表性海况条件和代表性油品及其扩散、风化状况下对海面溢油、海水体及海底沉潜油的围控、回收、分散、吸收、吸附、降解性能指标，配备了试验用油用水循环系统，为科学认识海面及沉潜溢油清污技术、设备及材料在近似真实环境条件下的清污作业状况，便捷开展溢油清污技术和装备的清污性能检测及效果评估，有效改进和提升清污技术和装备的性能，积极采取风险防备、应急处置、污染清除、环境修复对策措施，提供试验技术支持，并实现试验用油和试验用水的便捷高效回收利用。

(2)技术方案

本发明解决其溢油试验装置问题所采用的技术方案是：提供一种清除海面及沉潜溢油技术和装备的原型及大比例缩比试验装置，其包括海面及沉潜溢油环境模拟装置、原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块、试验油品及水质监视监测模块、试验用油用水循环计量模块，其中，所述的海面及沉潜溢油环境模拟装置包括试验水池(1)、造波系统(6)、橡胶水池及其卷轴、消波装置(16)、造流泵群组(17)；所述试验水池为长方体形状，建造于室外，尽可能多地借助自然环境条件，其宽度和水深能满足海面及沉潜溢油清污技术和装备原型及大比例(不小于1∶10)缩比尺度试验的空间要求，长度和水深能满足按式-1～式-3计算的形成三级海况原型深水波、过渡波和浅水波的海洋环境模拟要求，干舷高度能满足模拟上述海况原型波高要求，水池顶部四面带有系固橡胶水池的固定器，水池顶部长边方向两侧带有供溢油清污作业模块行走的滑轨(18)。

A＝d/λ(A＞0.5：深水波；0.05≤A≤0.5：过渡波；A＜0.05：浅水波)式-2；

N＝(l-l_c-l_a)/λ式-3；

式中，λ为波长，m；t为波浪周期，s，g为重力加速度，m/s²；d为试验水池水深，m；l为试验水池池长，m；l_c为试验水池造波段长度，m；l_a为试验水池消波段长度，m；A为环境模拟水波特性参数；N为环境模拟水波连续个数。

所述造波系统由多个立面为长方形推水板及其驱动杆并列组成，带有造波控制器，设置于试验水池短边首部内侧，由造波控制器控制各推水板与水面间的夹角以及推水速度和频率，使试验水体产生符合一定海况及水深分布特性的潮波；所述橡胶水池为整体铺设式，形状和尺寸与试验水池相同，橡胶水池顶部四周加厚并带有均匀分布的系固孔，方便用缆绳固定于试验水池顶部固定器上，保护试验水池不受到试验油品的污染，橡胶水池短边首部带有多个一体化的推水板橡胶套，保护造波推水板不受到试验油品的污染，橡胶水池短边尾部固定于橡胶水池卷轴上，橡胶水池铺开后该卷轴被固定于试验水池短边尾部外侧；所述消波装置采用由多个直立短板间隔组成的圆弧形结构，设置于试验水池短边尾部的内侧；所述造流泵群组由多个水下微型水泵组成，垂直设置于造波系统前端，由遥控装置控制流速及方向，在试验水池内局部模拟海水的流动。

所述原型及缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块由辅助拖车(2)、拖曳拖车(7)、试验油品及分散剂便携存储与计量投放模块、被检收油机(10)、原型或大比例缩比尺寸围油栏(11)、吸油材料及收放装置(12)、降解菌剂及缓释装置(13)组成；其中，所述辅助拖车和拖曳拖车架设于试验水池之上，两端各带有两个可在滑轨上行走的电动滑轮，由控制器控制滑轮的行走速度和方向，拖曳拖车的中部和靠近水池内侧两端带有拖带固定装置，用于在辅助拖车辅助下拖带布设于试验水池内的围油栏和收油机，模拟海上由作业船舶完成的溢油围控和回收作业，该拖曳拖车的拖带力矩按式-4计算；所述试验油品及分散剂便携存储与计量投放模块带有安装于拖曳拖车上的投油罐(5)、投油装置(4)，分散剂罐及喷洒装置(14)、专用输送计量泵及计量投放计算模块，该计算模块按式-5计算试验油品的投放重量WS_e，k，并在需要时按式-6计算分散剂投放重量WD_e，m，自动计量和向试验水池的试验区域(3)投放试验油品及分散剂；

T＝D×F×V²式-4；

WD_e，m＝A_k，m×WS_e，k式-6；

式中：T为拖曳拖车拖带力矩，kN；D为被拖带清污设施密度，kg/m³；F为被拖带清污设施水下体积，m³；V为相对于被拖带清污设施的水流流速，m/s；WS_e，k为第k种试验油品第e种清污试验条件投放重量，kg；AS_e为第e种清污试验条件由围油栏围控的试验区域水体表面积，m²；p20_k为第k种试验油品20℃密度，kg/m³；t_e为第e种清污试验条件环境温度，℃；为第k种试验油品20℃密度的温度修正系数，kg/m³/℃，取5.2177×10^-4×p20_k ^-1.5；T_e，k为第e种清污试验条件第k种试验油品的常见油膜厚度，mm；WS′_e，k：为第k种试验油品第e种清污试验条件清污作业需补充的投放油品重量，kg；WD_e，m为第e种清污试验条件下第m种分散剂投放重量，kg；A_k，m为第k种试验油品第m种分散剂用量系数，无量纲。

所述试验油品及水质监视监测模块由水面油膜厚度和面积监测子模块、水下及水底沉潜油状况观测子模块、试验油品特性及水质指标分析子模块组成，其中，所述水面油膜厚度和面积监测子模块采用移动式光纤传感器(15)测量试验区域的油膜位置、厚度和面积；所述水下及水底沉潜油状况观测子模块采用水下摄像头(19)及远程记录仪观测和记录水下及水底沉潜油状况；所述试验油品特性及水质指标分析子模块带有试验油品取样器及储样瓶、经权威机构检测认证合格的多功能水质测试仪(20)、水质专用取样计量泵及储样瓶，按设定的时间间隔在试验水池不同的溢油聚集区域测试及采用标准方法取样分析水质指标，分表面、半潜和沉底区域采集溢油放入不同的储样瓶内，送至实验室采用标准分析方法分析常规油品特性指标。

所述试验用油用水循环计量模块由备用橡胶水池及其卷轴、油水混合物罐(8)、测量罐(9)、油水分离与回收装置(21)组成，其中，所述备用橡胶水池宽度和高度与橡胶水池相同，长度略短，其一端固定于卷轴上，整体卷放于卷轴内，另一端固定于试验水池短边尾部外侧的固定器上；所述油水分离与回收装置放置于试验水池附近，包括抽液泵、前处理装置、过滤装置、油水分离装置、后处理装置、回收溢油储罐、净化回用水临时储罐；所述油水混合物罐安装于拖曳拖车上并带有电子称重器，用于存储和计量收油机或吸油材料收放装置回收的溢油及油水混合物，它们经过一定时间的静置，会因重力作用而分层，通常位于该油水混合物罐上层的高含量溢油由抽液泵抽送至同样安装于拖曳拖车上并带有电子称重器的测量罐，称重计量后再送至投油罐，循环回用于后续试验，通常位于该油水混合物罐下层的低溢油含量油水混合物由抽液泵抽送至前处理装置除杂(去除掉的含油泥沙及大颗粒杂质送至专业危废处理场处置)(步骤①)，出水进入过滤装置过滤分流(步骤②)，过滤出的高含量悬浮油粒液体被送至油水分离装置(步骤③)，进一步浓缩脱水后送至回收溢油储罐，称重计量后送至投油罐，循环回用于后续试验(步骤④)，经油水分离装置脱出的含油污水送至前处理装置重复以上步骤①～④加以处理(步骤⑤)，而经过滤装置分流的含油污水则进入后处理装置(步骤⑥)，处理出的高油份含量流出液重复步骤③～⑤加以处理(步骤⑦)，分离出的低含油量出水送至净化回用水临时储罐或备用橡胶水池，循环回用于后续试验(步骤⑧)；橡胶水池含油污水按以上步骤⑤～⑧处理；所述橡胶水池和备用橡胶水池分别承装试验完成后的含油污水和经试验用油用水循环计量模块净化处理后的循环试验用水，其卷轴分别载放于辅助拖车的里侧和外侧，随着含油污水处理的进程，其尾边系固于辅助拖车里侧卷轴的橡胶水池含油污水逐步减少，其首边系固于辅助拖车外侧卷轴的备用橡胶水池净化回用水逐步增加，辅助拖车随之由试验水池尾部逐步向首部移动，同时清洗空出的橡胶水池，并转动两个卷轴，里侧卷轴卷收空出的橡胶水池，外侧卷轴卷放增长的备用橡胶水池，橡胶水池和备用橡胶水池的长边方向同步松开和固定待卷收和已卷放的橡胶水池长边边缘，直到全部试验用水被处理完毕，该备用橡胶水池的外侧由造波系统推水板支撑，保证橡胶水池的首部能够得到必要的清理，之后备用橡胶水池内的循环试验用水被重新泵入橡胶水池，辅助拖车随之由试验水池首部逐步向尾部移动，同时转动两个卷轴，里侧卷轴放增长的橡胶水池，外侧卷轴卷收空出的备用橡胶水池，橡胶水池和备用橡胶水池的长边方向同步固定和松开待卷收和已卷放的橡胶水池长边边缘，直到回位于试验水池短边的尾部，可以在橡胶水池内开展下一轮试验准备及试验。

该海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置组成示意图，见图1所示，其中的试验用油用水循环计量模块组成示意图，见图2所示。

(3)优点和功效

本发明的优点是集成创建了海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置，包括：海面及沉潜溢油环境模拟装置、原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块、试验油品及水质监视监测模块、试验用油用水循环计量模块，用于在模拟海况及模拟溢油环境中，单独或组合地再现对海面及沉潜溢油围控、回收、化学分散、吸收吸附、生物降解等技术、设备及材料在原型及大比例缩比(不小于1∶10)尺度上的清除油污作业，并测试和记录代表性海况条件和代表性油品及其扩散、风化状况下对海面溢油、海水体及海底沉潜油的围控、回收、分散、吸收、吸附、降解性能指标，配备了试验用油用水循环系统，为科学认识海面及沉潜溢油清污技术、设备及材料在近似真实环境条件下的清污作业状况，便捷开展溢油清污技术和装备的清污性能检测及效果评估，有效改进和提升清污技术和装备的性能，积极采取风险防备、应急处置、污染清除、环境修复对策措施，提供试验技术支持，并实现试验用油和试验用水的便捷高效循环利用，以及节省试验设施占用的空间。

本发明针对海面溢油、海水体、海底沉潜油、水深、水流及波浪、水质、自然光照等环境条件、溢油风化及回收、分散、降解的水质浓度变化、溢油清污作业等影响因素，创建了适用于原型及大比例缩比尺度溢油清污装备的循环利用试验装置集成系统，弥补了难以利用现有溢油风化实验装置开展溢油清污作业性能及效果模拟的缺憾，填补了绿色零排放的模拟仿真海面及沉潜溢油清污作业试验装置的空白。

附图说明

图1：海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置组成示意图；

图2：试验用油用水循环计量模块组成示意图。

图中序号说明如下：

具体实施方式

本发明一种清除海面及沉潜溢油技术和装备的原型及大比例缩比试验装置。包括：海面及沉潜溢油环境模拟装置、原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块、试验油品及水质监视监测模块、试验用油用水循环计量模块，它们相互之间的关系是：a.建造于室外的海面及沉潜溢油环境模拟装置在试验水池中造波、造流，为原型及大比例缩比尺度溢油清污技术和装备的清污试验提供适合的海水试验空间、水流条件、深水波、过渡波和潜水波海洋波浪条件、气温、光照等自然环境条件；b.原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块根据试验油品特性向试验水池计量投油，以及在测试溢油分散剂效果时向试验水池计量投放分散剂，在测试收油机、围油栏、吸油材料、促进生物降解菌剂性能时模拟原型及大比例缩比尺度单独或组合的溢油清污技术和装备的布设和作业；c.试验油品及水质监视监测模块监测和记录水面油膜的位置、厚度和面积，观测水下及水底沉潜油状况，分析围油栏、收油机、吸油材料及收放装置、分散剂及喷洒装置的围控和清除油污的效果，按照一定的时间间隔取样测试表面、半潜和沉底区域试验油品特性，以及探测及取样测试试验水池不同区域水质指标，计算分散剂及喷洒装置、降解菌剂及缓释装置的清污效率和速率，分析溢油清污技术和装备单独或组合作业的清污效果；d.试验用油用水循环计量模块计量称重自受检收油机及吸油材料收放装置回收的油水混合物及其静置后分层的高含量溢油，计算收油效率和速度，循环处置静置后分层的低溢油含量油水混合物和试验水池含油污水，将分离后浓缩脱水的高含量溢油送入投油罐回用，将低含油量出水送至备用橡胶水池回用。

本发明的实施为科学认识海面及沉潜溢油清污技术、设备及材料在近似真实环境条件下的清污作业状况及效果，有效改进和提升清污技术和装备的性能，积极采取风险防备、应急处置、污染清除、环境修复对策措施，提供试验技术支持，并实现试验用油和试验用水的便捷高效回收利用。

试验水池采用钢筋混凝土结构，水池外侧四周为试验操作平台，其长边两侧铺设供拖曳拖车电动滑轮行走的滑轨，滑轨的长度长处水池的长度，以便于拖曳拖车上的试验设备和材料的装卸及检修；水池宽度取42m，以满足双臂架收油机扫油宽度不低于12.5m、两节最短长度为20m围油栏连接的抗波可靠性原型试验对测试区域宽度要求，以及对按照1∶10缩比仿真的充气式橡胶围油栏、快速布放围油栏和收油船清污方案进行效果试验的缩比模型宽度及其距水池边壁的不失真距离之和的要求；水池长度取140m，以满足拖曳拖车模拟清污作业拖带速度达到3节(约1.54m/s)时，稳定的测试时间达到78s(扣除造波段和消波段各10米后，拖曳拖车行走距离约120m)，以及水池稳定试验段长度不小于试验装备尺度16倍(试验装备尺度取7.5m)等要求；水池试验水深取7m，以满足对下沉3～4m沉潜溢油的模拟和处置水深要求，以及按式-1～3计算的3级海况下波浪周期取3～4s时模拟深水波及过渡波、水池长度方向稳定试验段可模拟4.8～6.5个有效波的水深要求；水池深度取8m，其中水池干舷高度取1m，以保证3级海况条件下开展原型试验波高在0.5m～1.25m范围的不漫水基本要求；造波系统设置于试验水池的首部，由整体铺设橡胶水池包裹，采用电机伺服方式驱动造波板做往复式推水运动，推水角度和周期采用可控程序造波控制器控制，波浪周期取2.5～4.0s，以满足3级海况条件下原型试验波浪最高周期4.0s，以及1∶10缩比模型试验波浪最大周期2.5s(相当于5级海况时天然波浪平均周期)的要求；消波装置为圆弧状斜坡，由多个直立短板间隔固定为一体，在试验水池预放了备用橡胶水池及卷轴和铺设了整体式橡胶水池之后设置于试验水池的尾部；造流泵群组由多个立体式水下微型水泵及其控制装置组成，在试验水池内局部模拟可随深度变化的海水流动，最大流速2.0m/s。

拖曳拖车跨度取43m，宽度取2m，行走速度控制采用无级调速方式，最大速度取2.5m/s，当被拖带清污设施密度取0.09kg/m³、水下体积取150m³时，按式-4计算的最大拖曳力矩为84kN·m，可拖带布设于试验水池内的围油栏和收油机，模拟海上由作业船舶完成的溢油围控和回收作业；拖曳拖车上载有投油罐及投油装置，分散剂罐及喷洒装置、专用输送计量泵及计量投放计算模块，根据试验油品和分散剂特性分别按式-5和式-6自动计量和向试验水池的试验区域投放试验油品及分散剂，用于开展围油栏围控溢油、收油机及吸油材料收放装置回收溢油、喷洒分散剂分散溢油、设置生物降解菌剂缓释装置促进生物降解溢油的设施性能和清污效果试验。

特制的白光干涉型光纤传感器安装于拖曳拖车的侧面，可自行横向可移动，和随拖车纵向移动，实现对试验区域油膜位置、厚度和面积的测量；水下摄像头可360度旋转，带有遥控器和记录仪，用于观测水下及水底沉潜油状况；采用不锈钢材质取样勺按设定的时间间隔在试验水池不同的溢油聚集区域且应是最厚油层处取样，将采自表面、半潜和沉底区域的油样分别放入储样瓶，送至实验室采用标准分析方法分析密度、运动粘度、倾点、颜色、折射率、含水量等常规油品特性指标；采用经权威机构检测认证合格的多功能水质测试仪按设定的时间间隔探测试验水池不同区域和水深的水温、盐度、pH、溶解氧、浊度、电导率，并通过取样计量泵自试验水池的不同区域自动计量抽取一定体积的水样并输送至储样瓶，经带至实验室采用标准方法分析COD、BOD₅、含油量等水质指标。对试验油品状况的观测和取样分析结果用于对沉潜溢油形成机理和成因的分析，以及相应的围控与清除设备性能和效果的测试，对试验水池水质的探测和取样分析用于对围控、回收、分散、降解溢油设备性能和效果的测试。

备用橡胶水池及卷轴在铺设橡胶水池时即已放置于试验水池的尾部，以备试验结束后存放经处理符合标准的低油含量渗透水，备用橡胶水池的一端固定在放置于试验水池尾部的固定器上，另一端固定在卷轴上，备用橡胶水池被卷放于卷轴内，试验用水循环处理期间，该卷轴被挂在辅助拖车的外侧，与橡胶水池尾部相连的卷轴被挂在辅助拖车的内侧，油水混合物罐内静置分层后的含油污水和橡胶水池内含油污水被送至油水分离与回收装置净化处理，静置分层和油水分离后的高含量油品被送至投油罐循环利用，净化处理后的低含油量出水送入备用储罐和备用橡胶水池循环利用；辅助拖车随着两个水池盛水量的变化而自尾部向首部缓慢移动，同时清洗橡胶水池并将多余部分卷起，并释放需要长度的备用橡胶水池，直到全部试验用水被处理完毕、橡胶水池得到清理后，再将备用橡胶水池的循环用水泵入橡胶水池，辅助拖车随着两个水池盛水量的变化而做反向缓慢移动至水池尾部，卷收放置好备用橡胶水池，完成一个完整的试验周期。

Claims (3)

1.一种海面及沉潜溢油清污技术和装备的原型及大比例缩比试验装置，其特征在于包括海面及沉潜溢油环境模拟装置、原型及大比例缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块、试验油品及水质监视监测模块、试验用油用水循环计量模块；

所述海面及沉潜溢油环境模拟装置包括试验水池、造波系统、橡胶水池及其卷轴、消波装置、造流泵群组；所述试验水池建造于室外，为长方体形状，水池顶部四面带有系固橡胶水池的固定器，水池顶部两侧长边方向带有供溢油清污作业模块行走的滑轨；

所述原型及缩比尺度单独或组合溢油清污作业模块由辅助拖车、拖曳拖车、试验油品及分散剂便携存储与计量投放模块、被检收油机、原型或大比例缩比尺寸围油栏、吸油材料及收放装置、降解菌剂及缓释装置组成；所述辅助拖车和拖曳拖车架设于试验水池之上，两端各带有两个可在滑轨上行走的电动滑轮，由控制器控制滑轮的行走速度和方向，拖曳拖车的中部和靠近水池内侧两端带有拖带固定装置，用于在辅助拖车辅助下拖带布设于试验水池内的围油栏和收油机，模拟海上由作业船舶完成的溢油围控和回收作业；

所述试验油品及水质监视监测模块由水面油膜厚度和面积监测子模块、水下及水底沉潜油状况观测子模块、试验油品特性及水质指标分析子模块组成；所述水面油膜厚度和面积监测子模块采用移动式光纤传感器测量；所述水下及水底沉潜油状况观测子模块采用水下摄像头观测和记录水下及水底沉潜油状况；所述试验油品特性及水质指标分析子模块按设定的时间间隔在试验水池不同的溢油聚集区域测试及采用标准方法取样分析水质指标，分表面、半潜和沉底区域采集溢油放入不同的储样瓶内，送至实验室采用标准分析方法分析常规油品特性指标；

所述试验用油用水循环计量模块由备用橡胶水池及其卷轴、油水混合物罐、测量罐、投油罐、放置于试验水池附近的油水分离与回收装置组成；所述油水分离与回收装置包括前处理装置、过滤装置、油水分离装置、后处理装置、回收溢油储罐、净化回用水临时储罐；所述油水混合物罐用于存储和计量收油机或吸油材料收放装置回收的溢油或油水混合物，它们在静置和重力分层后分离出的高含量溢油被送至测量罐，称重计量后再送至投油罐，循环回用于后续试验，分离出的低含量油水混合物和试验结束后橡胶水池内的含油污水被送至油水分离与回收装置，经过进一步处置和分离，浓缩脱水后的高含量溢油被送至回收溢油储罐，称重计量后再送至投油罐，循环回用于后续试验，分离出水送至净化回用水临时储罐或备用橡胶水池，循环回用于后续试验。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述海面及沉潜溢油环境模拟装置具有如下特征：

所述试验水池的宽度和水深能满足海面及沉潜溢油清污技术和装备原型及大比例(不小于1∶10)缩比尺度试验的空间要求，长度和水深能满足三级海况原型深水波、过渡波和浅水波的稳定试验段要求，干舷高度能满足三级海况原型波高要求；

所述造波系统由多个长方形推水板及其驱动杆并列组成，设置于长方体试验水池短边一侧的内侧，由造波控制器控制各推水板与水面间的夹角以及推水的速度和频率，使试验水体产生符合一定海况及水深分布特性的潮波，试验水池水深d与波长λ的比值A被用于表征潮波类型，A＞0.5为深水波；0.05≤A≤0.5为过渡波；A＜0.05为浅水波：

所述整体铺设橡胶水池的形状和尺寸与试验水池相同，顶部四周加厚并带有均匀分布的系固孔，方便用缆绳固定于试验水池顶部固定器上，保护试验水池不受到试验油品的污染，橡胶水池短边头部带有多个一体化的橡胶套，保护造波推水板不受到试验油品的污染，橡胶水池短边尾部固定于橡胶水池卷轴上，橡胶水池铺开后该卷轴被固定于试验水池短边尾部外侧；

所述消波装置采用由多个直立短板间隔组成的圆弧形结构；

所述造流泵群组由多个水下微型水泵及其控制装置组成，在试验水池内局部模拟海水的流动。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试验用油用水循环计量模块具有如下特征：

所述备用橡胶水池的短边尾部固定于试验水池的尾部固定器上，其头部固定于卷轴上，其主体卷放于卷轴内，在试验期间放置于试验水池尾部，其上铺设橡胶水池及消波装置，试验完成后，橡胶水池尾部随卷轴载放于辅助拖车的里侧，备用橡胶水池随卷轴载放于辅助拖车的外侧，随着含油污水处理的进程，橡胶水池含油污水逐步减少，备用橡胶水池内净化回用水逐步增加，辅助拖车随之由试验水池尾部逐步向头部移动，同时清洗空出的橡胶水池，并转动两个卷轴，里侧卷轴卷收空出的橡胶水池，外侧卷轴卷放增长的备用橡胶水池，橡胶水池和备用橡胶水池的长边方向同步松开和固定待卷收和已卷放的橡胶水池长边边缘，直到全部试验用水被处理完毕，备用橡胶水池内的循环试验用水被重新泵入橡胶水池，辅助拖车随之由试验水池头部逐步向尾部移动，可以在橡胶水池内开展下一轮试验准备及试验。