無線大功率海上溢油跟蹤浮標監測技術改進

崔迪，趙平

(交通運輸部水運科學研究院,北京 100088)

海上溢油事故不僅給海洋生態造成損失，而且對沿海的敏感資源也造成重大威脅，因此，敏感資源保護也是溢油應急行動重要目的之一。我國作為國際海事組織的A類理事國，積極推動并加入了多個防治船舶污染海洋環境的國際公約，同時也相繼制定相關的法律法規，特別是《防治船舶污染海洋環境管理條例》的頒布對防治溢油污染事故的發生提出了新的要求，提出海事管理機構應當建立健全船舶及其有關作業活動污染海洋環境的監測、監視機制，加強監測監視，建立專業應急隊伍和應急設備庫，配備專用的設施、設備和器材的要求。為減少事故造成的危害，及時獲得事故信息并采取應急處置措施成為防止事故危害擴大的最主要途徑。跟蹤監測浮標是針對油品及危險品泄漏而開發的預警預測產品，目前已經在我國石化碼頭、海事系統得到推廣應用，并在大連“7·16”事故的防污染應急搶險中發揮了重要作用，但由于跟蹤監測浮標為應急需求采用獨立電源設計，因此，溢油浮標電源使用內置電池組，為溢油浮標設備有線充電時，需配置相應的充電設備。目前充電設備一般采用插接式充電口，由于其充電口暴露在外，當充電口密封不嚴或插接作業中的人員操作使用不當，發生滲水使其電氣短路、設備報廢等現象，阻礙其推廣使用。

跟蹤監測溢油浮標的大功率無線充電設備，采用無線充電方式，為跟蹤監測浮標產品充電，浮標與充電器之間沒有充電口，2個設備可制成完整的密閉結構，充電時采用無接觸式無線充電方式，避免因充電口暴露在外，導致海水滲漏使其電氣短路、設備報廢等現象。

國外使用的浮標產品技術種類較多，主要用于海洋環境觀測，用于溢油跟蹤監測浮標很少，目前基本處于試驗階段，這類浮標普遍存在溢油識別率低、性能不穩定、技術不成熟等缺陷。

通過調研，開發出溢油識別準確、布放容易(不受敏感資源地域電力等條件限制)、操作攜帶方便、充電方便、全天候的溢油跟蹤監測設備，以滿足海上溢油應急反應時對敏感資源保護的需求。

1 系統技術改進

1.1 系統技術改進及組成

對國內外溢油跟蹤監測監控技術和產品的調研分析及性能必選，沒有找到能夠滿足目標要求的溢油跟蹤監測監控技術和設備。為進一步探索我國溢油跟蹤監測的新技術手段，對接觸式監測技術在溢油跟蹤方面的技術可行性研究，確定了以無線充電接觸式監測傳感技術為主要手段的系統開發、研制方案。

1.2 無線充電水上終端部分

一種無線充電浮標裝置，其特征在于該浮標裝置由上半球組件、下半球組件和無線充電座構成；無線充電座內置有電源管理模塊及發射電路，無線充電座上表面有2個圓柱形充電頭，該充電頭可插入無線充電孔。進行無線充電跟蹤浮標的實驗，發現其靈敏度及使用壽命都較無線充電浮標長。

2 無線充電溢油浮標實驗

2.1 節能方面改進

溢油跟蹤浮標的無線充電技術，采用交流輸入，經過輸入濾波之后，再經整流器得到約300 V直流；輔助電源啟動，驅動半橋電路處于交替導通狀態，在發射端發射線圈加上約150 V交流方波。發射端的發送功率與接收端相關，隨著接收端的功率增大，發射端跟隨增大，當接收端不在位時，發射端幾乎不耗能。無線充電式溢油軟件反應見圖1。

圖1 無線充電式溢油軟件反應

2.2 充電時間改進

溢油跟蹤浮標無線充電技術的電路結構緊湊、效率高、防護性好；使用簡單，方便可靠；具有150 W大功率輸出。該無線充電器采用電磁耦合方式傳輸能量，將電網電能通過發射端發出，接收端接收，再通過充電電路實現對電池充電。具體電路由發射電路和接收充電電路組成。接收端接收線圈接收到交流方波，經過全橋整流，電能存儲。輔助電源啟動，給控制電路供電。控制電路啟動工作，使組成降壓充電電路工作，根據設定的充電電壓和充電電流為電池充電。無線充電電池防反接二極管，電池反接時，不會對電池充電；正確接時電池也不會向電路放電。充電時間及充電電能對比見圖2。

圖2 充電時間及充電電能對比

2.3 靈敏度改進

通過對國內外調研和多種接觸式傳感技術和設備的比較、測試，引進了目前國外最新研發的接觸式溢油傳感器。通過與國外專家進行多次的技術探討與方案論證、多次實驗室試驗，提出了提高傳感器對油膜的靈敏性和反應時間的要求，經過論證和試驗，對原有傳感器進行改進，采用微孔納米硬質材料加敏感膜的傳感技術，改進傳感器外殼材料，以適應耐海水腐蝕要求，從而使其更加適合海上溢油跟蹤監測設備上的使用。無線充電溢油跟蹤浮標采用新型傳感器，反應時間2～3 s，提高了靈敏度。溢油傳感器設計用于檢測漂浮在水面的和集聚在低洼坑槽中的碳氫化合物燃油。溢油傳感器測試棒與水不發生反應。但對于漂浮在水面上的燃油，哪怕只有薄薄的一層，溢油傳感器測試棒都能馬上發現。目前，溢油傳感器測試棒有兩種型號用于固定位置安裝。同時，溢油傳感器測試棒也可以安裝在浮動裝置上，適用于水面經常變化的場合。

對于汽油、航空燃油和柴油等輕質或中質燃油，溢油傳感器測試棒的反應時間通常在幾秒鐘以內。對于原油、汽油、重柴油、0號柴油等烴類石油產品，溢油傳感器測試棒反應靈敏度較高，但隨著油料黏度增加和揮發性降低，反應時間也逐步變慢。針對原溢油跟蹤浮標及無線充電浮標，進行多次對比實驗。

3 結論

根據溢油應急實際情況，對溢油跟蹤浮標系統進行了具有應急功能的設計，由于該系統硬件尤其是水上終端部分采用的是獨立電源，不會受到現場的停電等環境因素影響，而客戶監控平臺設置靈活，可隨時隨地進行固定或移動監控，其應急監控手段更加方便。溢油報警浮標不僅具有日常溢油跟蹤監測功能，而且當突發事件發生時，系統仍能有效、穩定、及時工作。