周正 郑鲁 马斌 宁波甬港拖轮有限公司

1.引言

橡胶围油栏因具备强度高，耐磨损，综合耐老化性能好，使用寿命长等优点而在我国溢油应急防污染事业当中得到了非常广泛的使用，它的综合性能显著优于PVC围油栏。在港口码头应用场合，固体浮子式橡胶围油栏的使用寿命是PVC类围油栏的数倍。橡胶围油栏在上世纪80年代由国内石油企业自国外引进应用，国产橡胶围油栏产品自上世纪90年代初开始发展，到目前国内已经有数家橡胶围油栏生产厂家，产品在大连7.16、青岛11.22等溢油事故当中以及2008年青岛浒苔环境事件中发挥了重要和积极的作用。国产橡胶围油栏在充分满足国内溢油应急事业需要的同时，每年还有一定数量出口到国外。固体浮子式橡胶围油栏在我国装备数量巨大，几乎成为国内各地溢油应急库的标准配备之一。由于该产品在国家溢油应急事业中的重要地位，有必要对这个产品进行更全面和更深入的认识。

2.产品及生产工艺

固体浮子式橡胶围油栏，经常采用的高度在800～1200毫米之间，使用聚苯乙烯预制浮子，浮体直径300～400毫米左右，浮体两端设计坡口，产品多不使用配重铁链，采用表面镀锌处理的铸钢或铸铁块作为配重，两端多使用两块镀锌钢板夹持，用螺栓固定，较少采用国家或国际标准围油栏连接器。固体浮子式橡胶围油栏使用平板硫化工艺（图1）或者鼓式硫化工艺（图2）进行硫化，两种工艺的前序工序相同，都是用预浸渍过的锦纶/尼龙布布基表面涂敷结合橡胶和中间胶，铺气室硫化隔离纸和浮体插入口硫化隔离纸，外覆盖胶层，形成生胶栏体。生胶栏体经过高温高压硫化就制成了橡胶围油栏的栏体成品（图3）。围油栏的固体浮子不能在栏体硫化阶段被置入栏体内，需要在栏体硫化后，将带状栏体气室位置打开，从开口插入浮子，再采用二次硫化或冷粘工艺对栏体封口。冷粘所需的时间较长，工艺繁琐，加工质量比较难保证，厂家多使用二次硫化工艺封口。封口工序需要去掉开口部位隔离纸，打磨内胶层，涂刷生胶料，闭合开口，再进入硫化机进行硫化。二次硫化工艺需大量使用人工，处理过程产生粉尘对人体健康和环境存在不利影响。部分固体浮子式橡胶围油栏为增强气室位置耐磨性，还在气室表面沿围油栏长度通过二次硫化工艺增加了两道橡胶防磨条，制作过程工序更为繁杂，对比固体浮子PVC或PU材质的围油栏，固体浮子式橡胶围油栏的生产率低，工艺性较差，生产过程存在污染。

图1 围油栏平板硫化

图2 围油栏鼓式硫化

图3 硫化完成栏体

3.产品发展演变及现状

固体浮子式橡胶围油栏由于适应了市场主体对价格和使用场合的要求，二十余年来受到了使用单位的极大欢迎，在国内市场已经占据了主流地位。市场对产品的要求决定着产品形态参数和性能，固体浮子式橡胶围油栏自产生以来一直因应客户需要在发展变化。

为避免围油栏在风浪中发生绞缠问题以及缠绕破坏港口船只的螺旋桨或者围油栏配重链勾挂物体等问题，大多数固体浮子式橡胶围油栏的客户要求取消配重铁链，代之以底部的配重块，进一步适应了港口围油栏应用的需要，同时还进一步降低了成本。固体浮子式橡胶围油栏主要靠人力布放和回收，使用者一般希望围油栏更轻便，并促使厂家使用比较轻的布基和比较薄的橡胶层。早期橡胶围油栏本体的厚度通常在4～5毫米左右，重量在每平方米5～6公斤左右，而当前橡胶围油栏的厚度甚至低于3毫米，重量在每平方米3～4公斤左右甚至更低。自上世纪90年代以来，固体浮子式橡胶围油栏基本是因应港口码头的预防布控需要产生和发展的，设计和形态以及性能存在片面性，类似取消铁链等改变围油栏基本原理结构的举措，根本上是要影响围油栏在其它场合比如外海溢油应急行动中的性能表现的。

4.产品的技术特点及问题局限性

围油栏在使用当中，围油栏的铁链起着增强围油栏总体抗拉强度的作用也起着围油栏水中布放时姿态建立及稳定和调节的作用。固体浮子式橡胶围油栏取消铁链，降低了围油栏的整体抗拉强度和可靠性，围油栏的橡胶带部分理论抗拉强度双层布部分在15KN/5公分～20KN/5公分，单层布部分（气室位置）抗拉强度达到7.5KN～10KN/5公分，以1200毫米高度围油栏为例，虽然围油栏本体总和拉力理论上可以达到360～480KN，但在实际使用当中，没有铁链对围油栏弹性变形的约束作用，外部拉力会全部作用在于围油栏栏体上，围油栏在长度方向上的拉应力会上升到一个较高的水平，当围油栏表面本体和连接存在缺陷（应力集中点），结构受力不均，或者有外部有割刺作用时，围油栏发生破坏的可能性会大大增加，实际破断拉力可能会远低于理论值，这种情况类似于当气球吹大到一定程度后，对球面的轻微的触碰就可能导致气球爆破。对围油栏功能影响更大的是，在有水流存在的场合，没有铁链对围油栏起着姿态稳定和调节的作用，围油栏更容易发生底排（图4）、平倒（图5）等失效情况。

图4 围油栏底排失效

图5 围油栏平倒失效

用户希望固体浮子式围油栏在使用中更轻便易用，厂家也愿意配合去用更轻薄的材料满足用户要求，靠减材减重的方式使围油栏更轻便，更经济，但是这样做同时也带来围油栏强度低，薄胶层不耐磨损和老化的缺点。国家标准目前虽然没有关于固体浮子式橡胶围油栏胶层性能与厚度的细致规定，但如果一味追求低成本和使用便利，无节制地降低橡胶围油栏产品的表层覆盖胶厚度，降低布基规格，就可能对围油栏可靠性和寿命造成不利影响。国内固体浮子式橡胶围油栏使用寿命一般在5年以下，被使用单位定义为消耗品，而在国外橡胶围油栏是作为可维护的长期设备使用，使用寿命可以达到10年甚至20年以上。

从保证溢油围控效果讲，所有围油栏都需要在水中建立起正确的形态才能实现对浮油的有效围控，要求围油栏干舷长度略长于吃水部分长度才能建立正确的水中姿态，避免平倒或底排失效；从产品结构讲，无论采用平板硫化还是鼓式硫化方式，生产出的围油栏栏体都是一条平直的橡胶带，固体浮子式围油栏气室内插入固体浮子以后，围油栏的干舷部分会呈香肠状的节段鼓起状态，气室长度发生收缩，单节围油栏上浮子的数量越多、直径越大，长度收缩量就越大。围油栏吃水部分则仍然保持平面状态长度保持不变，导致固体浮子式橡胶围油栏形成上短下长，上紧下松的状态，这和围油栏必须具备的的原理性结构形态特点完全相反，是不利于溢油围控的。如果围油栏使用铁链做配重尚可以通过调整铁链的长度来匹配干舷部分的长度收缩，使围油栏具备协调的干舷和吃水长度，但用户港口船舶安全角度出发取消了铁链，也就失去了这个调节功能。

由于固体浮子式橡胶围油栏没有铁链的形态调整控制作用，尽管在静水条件下固体浮子式橡胶围油栏尚能依靠块状配重维持竖直漂浮形态，在水中圈隔水面溢油和垃圾，但在有强风吹动，浪涌，水流冲击，船只拖带围扫，或几种工况并存时，围油栏吃水部分没有铁链约束，会被水流不同程度托起，呈现底排失效（图四）和平倒失效（图五）趋势，溢油很容易随水流逃逸，情况严重时会导致溢油大量逃逸围控失效。在流动水当中使用无配重链的固体浮子围油栏围控溢油，单层布放圈围很难获得较好的围控效果，需要布放数道围油栏进行补充，耗时，耗工，消耗宝贵的现场应急资源。使用船只拖带固体浮子式橡胶围油栏进行围扫作业时，随水流速度的增加，固体浮子式围油栏的性能缺陷会更加突出。

固体浮子式橡胶围油栏采用的聚苯乙烯浮子是质地脆硬的发泡材料，在受压时不会发生显著变形，围油栏受较大外部拉力时，浮子的廓线棱角会从内部对围油栏局部产生强烈的顶压作用，造成围油栏干舷上的高应力水平区域，此时如果围油栏气室接触码头上尖利的附着生物时，硬质浮子会产生砧板一样的作用，促进围油栏的磨损和割伤割裂，加快加剧围油栏的损坏。除此以外，围油栏结构上下松紧不一致，也导致围油栏上下受力不均，增加了栏体局部应力，使围油栏更易于被外部作用损坏。

固体式橡胶浮子式围油栏在生产和使用环节均存在环境污染的因素，除生产端的原料制备和工序过程产生的粉尘污染外，废旧围油栏日后淘汰处理也是一个涉及环保的问题。橡胶浮子式围油栏普遍使用的聚苯乙烯浮子，在围油栏发生破损后，会产生出聚苯乙烯浮子碎块散入环境当中，对环境造成白色污染。在国家当前倡导绿色经济、倡导绿色航运、绿色港口的大背景下，环保产品自身的环保指标也需要得到重视。

5.结语

尽管固体浮子式橡胶围油栏自90年代被开发以来，已经得到了非常广泛的应用，但是，仍然需要看到这种产品存在不足，这些不足也是固体浮子式橡胶围油栏并没有在世界范围内被普遍使用的原因之一。当前，国家沿海内河经济活动特别是石油化工业活动日益频繁活跃，水域环境一直受到严峻的溢油污染威胁，国家对溢油污染问题始终保持着高度重视，强调各地溢油应急能力的建设和装备建设，固体浮子式橡胶围油栏以其实用的优点，巨大的保有量，潜在产能和用户群，在溢油应急行业装备领域占据着一席之地，提升它的性能和使用效能有着重要的意义。让固体浮子式围油栏更好地发挥其作用，有赖于我们对固体浮子式围油栏的优势和局限性的充分透彻了解。在河流溢油围控，海上拖带围扫这些水流动的场合，应正视固体浮子式橡胶围油栏产品性能上的不足，在应急行动中应改用围控性能和综合性能更好更适合使用场景的充气式围油栏和外挂浮子的围油栅，不能将固体浮子式橡胶围油栏作为一种包打天下的产品，以远海的溢油应急场景为例，围控性能差，占据船甲板空间大的固体浮子橡胶围油栏就不宜作为围控设备的主力；同时，需要改进固体浮子式围油栏的结构，工艺，原材料，提高其在动态水流中的围控性能，提高其使用寿命和可靠性；在使用中不再过度追求其使用方便性以及使用经济性，在满足使用者主要关注和要求的同时，更应优化围油栏的最基础和最主要的性能-溢油围控能力；改变“围油栏是耗材”的观念，通过改变围油栏结构以及表层橡胶的配方，提高围油栏耐磨损性能，提高围油栏使用寿命，变耗材为高性能高可靠性的能长期使用的设备，将产品全寿命期内的投入产出比提升到到最高；响应环保和绿色经济要求，重视围油栏生产使用，以及淘汰后处理的全过程的环境友好性，停止使用聚苯乙烯作为浮体材料。通过不断积累溢油应急和防控使用中的经验，在此基础上开展创新改进，解决产品生产和使用中的矛盾和局限性，将能使这一具有中国特色的产品发挥出更好更积极的作用，更好服务于国家的溢油应急事业。