環保船收油進口處漂浮垃圾處理裝置設計方案研究

張 樂，蘇 煜，唐 倩，吳 威，馮 璽

(中國船級社實業公司 天津分公司，天津 300457)

專業溢油應急船舶是處理水上大規模溢油事故的關鍵設備。采用內嵌式溢油回收系統裝置的環保船，側面配備的內嵌收油機系統與船體形成一個整體，是當今國際溢油環保行業中較為先進的溢油回收船舶。工作時，通過圍油欄聚集的溢油經導流，沿船舶側面設置的進油艙門進入收油艙，通過艙內的內嵌收油機實現溢油回收，而隨溢油導入的水流則通過前艙門導出[1]。采用該回收系統的海洋石油252輪和253輪，在2011年康菲油井區溢油事故中，發揮了重要作用。

在近幾年的海上溢油回收作業中，內嵌式溢油回收系統的缺陷逐漸顯現出來。海面垃圾和各種漂浮物嚴重影響了收油作業效率，設備在作業過程中經常會吸入海上漂浮物(泡沫塊、木塊、塑料袋及藻類等)，當這些漂浮物大量進入吸入口內時，容易將溢油回收毛刷循環帶卡阻，致使溢油回收裝置不能正常工作。船上雖然采取了很多臨時性措施，但是效果并不理想。一旦溢油回收毛刷循環帶被垃圾漂浮物卡死，就需要人員下到溢油回收設備的艙口內，進行人工清理。艙口內部只能由1人進行清理工作，處理時間長，工作量大，且工作環境非常惡劣，危險性大。

針對上述問題，對現有設備進行優化升級改造，在進口處加裝垃圾處理裝置非常必要。

1 漂浮垃圾處理解決方案比選

從技術成熟性考慮，選擇4種垃圾處理方案進行比較。

1)在吸入口處安裝格柵，人工提籃打撈。在溢油回收口處提前放置1件格柵，將垃圾阻擋在吸入口前，然后由人員用專用提籃將格柵前的垃圾提上來。此種方式較為原始，人工勞動強度大，安全很難保障。

2)抓耙式水上垃圾清理機。該清理機類似于土方工程的抓斗機，不同的地方是不采用抓斗，而是采用抓耙。這種抓耙式垃圾清理機，需要工人在現場不停地操縱。從安全角度考慮，在海況不好的情況下，人員安全難以保障。從性能角度分析，它適合大塊物體的清除。對于體積小的漂浮物，也是無能為力，難以滿足要求。

3)鉸吸式水上垃圾清除機。裝置前端裝有螺旋鉸刀吸口，后面的出口由管道連接到垃圾籠的上方，當鉸刀轉動時，將漂浮的垃圾吸入并絞碎，同時通過管道送入垃圾籠中。這種設備適合直接進行垃圾處理，不利于油水分離，而且該設備在舷側口處的設計安裝難度非常大。

4)格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機。格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機采用倒齒型鉤爪疊加后，由鏈條連接組成格柵傳輸帶，其格柵允許溢油流過的縫隙是由鉤爪間定位管的長短來定。這種結構既可以使水流過，又可以將垃圾擋在外面并清除掉。這種裝置在小型水利發電站已經廣泛應用，對于水流明渠中的垃圾、漂浮物，水藻等有著非常好的清除作用，成為小型水力發電站的必配設備。

從安全和適用方面考慮，我們選取了格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機。但由于船舶甲板兩側的空間狹窄，而格柵傳輸帶體積及高度比較大，平時不使用時需要折疊在甲板兩側。因此需要設計一整套液壓折疊收放機構，實現伸展和折疊的功能，同時還需要設計一套輕巧的傳輸帶，將收上來的垃圾輸送到甲板中間的垃圾箱中，實現其垃圾自動回收。

2 詳細設計方案

2.1 工作原理

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機的前部深入水中，并擋在溢油水吸入口前，由于溢油回收裝置軸流泵的吸入及船舶航行造成的水流雙重作用，溢油水流經倒鉤組成的格柵，垃圾被阻擋在格柵之外，此時格柵倒鉤傳輸帶在液壓馬達的驅動下已經運轉，格柵倒鉤便掛住垃圾，跟隨傳輸帶向上行走，行至頂端，待傳輸帶向下翻轉時，自動落至下一傳輸帶上，送至垃圾箱中。由于倒鉤傳輸帶的連續運轉，垃圾被不停的鉤上，并輸送至垃圾箱中。在回收溢油作業中，垃圾清除機連續運轉，起到了持續清除垃圾的作用。同時溢油水流又可以暢通無阻地被軸流泵吸入進口，確保溢油回收正常作業。

2.2 動力源

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機與環保船溢油回收裝置液壓系統共用動力源。這樣既可以不增大供電系統的負載，又有利于安全防火。其液壓機構的工作時間是在收油臂工作定位之后，而且所需的液壓功率非常小，對原船液壓泵站不造成任何影響。

2.3 驅動方式

驅動方式主要為：①折疊臂及滑動機構采用液壓油缸驅動；②格柵翻轉采用擺動油缸驅動；③倒鉤式格柵傳輸帶采用液壓馬達驅動；④擋水折板采用液壓油缸驅動；⑤便移式傳送帶機采用液壓馬達驅動。

2.4 主要結構

1)格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機的整體框架采用不銹鋼材質，由液壓操控系統直接控制驅動，驅動馬達內置于框架一側。垃圾通過液壓驅動便攜式傳送帶傳輸。在入水傳輸帶側面，有一格柵折板，用于隔擋傳輸帶與船舷側板的空隙。裝置結構示意圖如圖1所示。

圖1 格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機結構示意圖

2)格柵和傳輸帶的打開和收回工作由液壓翻轉折疊機構完成。設備打開時，立起—翻下入水—平移(與圍油欄貼緊)—打開格柵擋板—傳輸帶工作。工作完畢后，進行平移(離開圍油欄)—收起—平移—翻起—放到安放架。

2.5 操控系統

垃圾清除機驅動的動力系統及翻轉折疊收臂機構全部采用液壓控制系統，翻轉及疊臂機構設計為液壓順序連鎖動作，使操作簡便可靠。

3 操作說明

3.1 設備放置過程

1)環保船駛入溢油海面，通過收油臂將圍油欄放出后，由操作人員操控液壓系統，靠液壓缸的作用將垃圾清除機從水平放置位置脫離放置托架，并且慢慢的豎起。

2)當豎起動作完成后，操作人員便可進行垃圾清除機入水操作，入水動作的速度可以通過液壓系統設定。

3)垃圾清除機入水動作完成，再由液壓缸拖動底座滑板向船尾方向移動，使其靠上圍油欄。當其到達預定位置后，側折板自動打開，以遮擋側面的垃圾。

以上動作約在4～5 min完成，完成后垃圾清除機設備收起狀態示意圖如圖2所示。

圖2 格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機收起狀態示意圖

3.2 垃圾清除過程

放置步驟結束后，操作人員啟動垃圾清除機工作液壓馬達，倒鉤垃圾傳輸帶行走，進行垃圾清除。清除的垃圾落入輕便傳輸帶，被送入船上的垃圾箱中。

3.3 設備收起過程

首先收起側折板，然后拖動液壓缸向船首方向平移(脫離圍油欄)，這2個動作是連鎖動作，自動一次完成;收起垃圾清除機，將其豎起;再將垃圾清除機平放在甲板托架上，作業過程結束。

4 系統特點

格柵倒鉤傳輸帶式垃圾清除機在結構設計和運行管理等方面具有自身的一些特點，體現在以下4個方面。

1)技術成熟，廣泛應用于水電站灌渠垃圾處理，以此為基礎進行延伸開發，對于缺少先例的大型環保作業船配備垃圾清除設備設計，可有效降低技術上的風險。

2)裝置總質量不超過2 t，并設計整體基座，對船體結構強度不會造成明顯影響。裝置整體布局緊湊，對船舶現有設備結構影響較小，降低了設備改造難度。

3)系統的動作全部由液壓控制系統實現，自動化程度高。

4)系統日常運行管理方便，運行費用低。回收的垃圾集中在垃圾箱，便于清除。

5 結束語

目前國內還沒有成型的環保船溢油海面垃圾清理回收裝置，開發海面垃圾回收裝置，除可用于溢油回收期間的垃圾處理之外，還可以用于非溢油期間海上普通漂浮垃圾及滸苔等漂浮物的清理，適用性較強，具有很高的實用價值。在沒有先例的前提下，為了盡量降低風險，選用已經非常成熟并廣泛應用的水電站灌渠垃圾處理裝置作為原型進行延伸開發，可有效提高海上溢油回收效率，產生顯著的社會效益和經濟效益，具備良好的發展前景。