中缅原油管道水体污染防控技术

2022-08-30任远韩相军杨金威

油气与新能源 2022年4期

任远，韩相军，杨金威

中油国际管道有限公司

0 引言

中缅油气管道是中国继海上、西北、东北通道之后的第四大能源进口通道，是中国四大能源通道最后贯通的一条要道。中缅原油管道多处穿跨越江河、海沟、山区等环境敏感区域，任何原因导致的原油意外泄漏都将严重影响管道所在国的生态环境。其中，水体污染的影响更为巨大，一旦发生水环境溢油污染事件，可能导致巨大的生态环境破坏与社会舆情影响。因此，快速有效处置原油泄漏水体污染事故成为跨国管道运营公司安全应急管理工作的重要一环。本文论述了当中缅原油管道意外泄漏时应采取的应急措施，对管道溢油监测、溢油围控、溢油回收、资源修复等溢油应急处置全过程提出了具体的治理方案，为管道安全运行保驾护航。

1 溢油监测技术及监测要求

1.1 监测目的

溢油监测对于管道水体污染防控极为重要，监测目的主要为：对敏感点（段）的水面进行监测，及时发现溢油，以便第一时间开展处置；泄漏发生后监测溢油漂移动向，为应急指挥决策提供技术支持；泄漏发生后监测溢油的漂移以及可能对周边环境及生命财产造成的影响和损失，最大限度降低事故影响。

1.2 监测方法

溢油监测主要包括航空遥感监测、卫星遥感监测、CCTV（中央控制工业管道内窥摄像）监测、船舶遥感监测、固定点监测、浮标跟踪监测和监测井监测等模式，各监测模式适用范围见表 1。溢油监测传感器主要包括磁电式传感器、光学传感器、微波传感器和感油线缆，其中光学传感器主要包括红外传感器、可见光传感器和紫外传感器等，各溢油监测传感器适用范围见表2。

表1 不同监测模式适用范围

表2 不同监测传感器适用范围

1.3 典型环境溢油监测要求

1.3.1 海洋溢油

海洋溢油监测可采用CCTV监测、卫星遥感监测、船舶遥感监测等模式。在管道敷设海域可采用卫星遥感监测或船舶遥感监测的方式每日进行计划性巡检。对于港口、海湾等敏感重点地区可设置监测塔和探照灯，以红外传感器固定点监测为主，搭配CCTV监测为辅进行水面的监控。为防止潮汐将溢油引入河流，对于海域周围河流宜采用中小型河流溢油监测方案。

1.3.2 大型河流溢油

河面宽度大于50 m的河流按照大型河流处理，监测要求如下：

（1）大型河流溢油监测可采用光学传感器和磁电式传感器，监测模式可采用岸基监测和浮标跟踪监测模式。

（2）河流两岸可分别建造监测塔或将多个监测设备安装在跨越河流的设施上，以红外传感器固定点监测为主，搭配CCTV监测为辅进行河面的监控。

（3）可选择辐射广角较大的监测设备，以便覆盖河流全部横截面，同时根据河流的宽度和重点监测点数量确定传感器的数量及安装方案。

（4）对重点点状区域（如取水点）可使用多个紫外传感器进行定点监测。

1.3.3 中小型河流溢油

河面宽度小于50 m的河流按中小型河流处理，监测要求如下：

（1）中小型河流溢油监测可采用光学传感器和磁电式传感器，监测模式可采用岸基监测和浮标跟踪监测模式。

（2）可使用红外传感器固定点监测为主，CCTV监测为辅进行河面监控；或使用紫外传感器进行定点监测。

（3）当对监测设备辐射广角和面积要求较低时，可采用一个一般性能的监测传感器来完成监测。

1.4 中缅原油管道监测模式研究

中缅原油管道涉及多处不同类型水体的穿跨越（见表3），包括缅甸的母亲河——伊利瓦底江、承担村庄居民生活和灌溉用水的米坦格河等环境敏感水域，以及孟加拉湾等开放海洋水域。

表3 中缅原油管道穿越、跨越水域情况

综合考虑管道沿线水文地质情况、政治敏感因素，以及目前溢油监测传感器和主要监测模式的适用性，中缅原油管道的溢油监测模式可采用卫星遥感、航空遥感及固定点监测，传感器可采用可见光传感器和红外传感器。

1.4.1 监测模式

1.4.1.1 卫星遥感监测

卫星遥感监测的工作平台是人造卫星，通过卫星所搭载的溢油遥感传感器获得来自地表层的信息并进行加工处理，进而达到识别水面溢油的目的。近年来中国开展了大量的卫星遥感监测相关研究，工作主要围绕溢油识别和卫星信息处理。

优缺点及适用性：卫星遥感具备全天候、监测范围大、图像资料方便处理、可以连续不断定量定性监测等优点。但是卫星遥感重复观测周期长、费用较高，并且空间分辨率低，在应用中相对受限。因此，卫星遥感监测模式对于海面大面积溢油的监测和追踪较为适用［1-2］。

1.4.1.2 航空遥感监测

该监测模式主要是通过航空器实现携带各种传感器的功能，在空中能够实现大范围、连续同步对海洋溢油进行监测，成为海洋环境监测的重要手段。航空遥感器主要包括红外、机载侧视雷达、微波辐射计、紫外扫描仪、航空摄像机、电视摄影机以及带有实时图像处理功能的传感器控制系统。

优缺点及适用性：该方法具有灵活性大、速度快、覆盖广、视距范围宽、光谱和空间的分辨率高等诸多优点。但航空遥感监测费用高，且受天气和环境条件影响大，续航时间无保障。因此航空监测方法主要用于海面大面积溢油监测，对于河流溢油监测并不适用。

1.4.1.3 固定点监测

该监测模式是将传感器固定在被监测水域的某一结构上进行监测。用于固定传感器的结构可以是码头、桥梁或管道的一个固定部件，也可以是在流域上的浮标或浮筒。该监测模式所使用的传感器主要有红外传感器、紫外传感器、激光荧光传感器和磁电式传感器。其特点是通过无线网络可以实现24 h在线监测。

优缺点及适用性：该模式的优点是可以进行全天候溢油监测，而且还可以通过软件识别进行自动报警。其缺点是监测范围相对固定，不能进行移动。固定点监测主要用于穿越河流的管道、排水口和油品作业码头等，对海面溢油监测不适用。

1.4.2 传感器

1.4.2.1 可见光传感器

特点及应用：油面的反射强度和传感器的观测角度相关，溢油在可见光范围内缺乏有效的不同于背景信息的特征光谱，在进行溢油识别时容易受到水以外的信息干扰。

优缺点及适用性：可见光传感器技术较为经济实用，但容易受气候、气象条件等影响。主要适用于可见度良好情况下的海面溢油监测，河流溢油监测受到的限制较大［3-5］。

1.4.2.2 红外传感器

特点及应用：利用红外传感器可探测的最薄油膜厚度为20～790 μm。针对小于1 mm的油膜，其辐射率随厚度增加而增大。海面油膜的红外影像亦可反映灰度层次随厚度的变化趋势。因此，通过确定海面油膜灰度级别可以判定油膜厚度级别，进而推算油膜厚度及总溢油量。

优缺点及适用性：红外传感器不受天气、光线等因素影响，昼夜均可进行溢油识别，且较经济实用。其缺点是易受监测设备旁边物质强热辐射影响，此外红外传感器无法探测乳化溢油。目前红外传感器广泛应用于港口、河流、宽阔海域等水域，所受限制较少。

2 溢油围控和回收技术

2.1 溢油拦截

2.1.1 海洋溢油控制

海洋水域面积较为开阔，一般采用船舶布放围油栏围控溢油。在选择围油栏时应考虑围油栏的抗拉强度、布放难易程度、结构合理性、储存空间、浮重比（应大于8:1）、干舷和吃水、相应的配套设备等因素。

在布放前，应首先在陆地或船舶甲板上将围油栏组装好。围油栏的布放形式包括“O”形、“U”形、“V”形和“J”形等。

2.1.2 穿越河流溢油控制

2.1.2.1 拦截点设置

应根据环境勘察结果设置拦截点。拦截点的设置应遵循以下原则：①设置在环境敏感点上游；②抢修人员及设备入场道路良好；③距离抢修中心（队）较近；④若存在分流，应设置在分流上游。

2.1.2.2 拦截点选择

应根据公式（1）估算应急处置的拦截点。若单个拦截点不能实现溢油的围控，应选择下游的拦截点进行多点多道拦截。

式中：L——拦截点距离穿越点的距离，m；v——水流速度，m/s；t1——事件发生到应急响应的时间，s；t2——物资及人员到达拦截点的时间，s；t3——围控设备布放时间，s。

如：拦截点1距离穿跨点的距离L1为2 km，拦截点2距离穿越点的距离L2为4 km，拦截点3距离穿越点的距离L3为6 km；事件发生时水流速度为1 m/s；从事件发生到应急响应的时间为5 min，物资及人员到达拦截点1、拦截点2、拦截点3的时间分别为30 min、40 min和50 min，围控设备布放时间为30 min。经计算，L1＜3.9 km，L2＜4.5 km，L3＞5.1 km，因此，应选择拦截点3进行拦截。

2.1.2.3 拦截技术

（1）大型河流溢油控制

对于河道宽度大于50 m的大型河流，其水流速度一般大于1 m/s，需要采用引导式围油栏且分层次进行布放。图1所示为引导式围油栏的梯形布放形式，适合于通航河流，且推荐在河流流速大于1 m/s但小于2 m/s时使用。

图1 引导式围油栏的梯形布放形式

当河流流速大于2 m/s，超过围油栏的控制能力时，需要采用同步漂浮式溢油围控，在运动过程中来限制溢油的扩散和漂移，其原理如图2所示。让围油栏成“U”形，栏口朝向上游方向，围油栏的两端均使用拖船进行牵引，围油栏在拖船的牵引下沿水流运动，使围油栏与溢油的相对速度小于围油栏失效临界速度。

图2 同步漂浮式溢油围控布置示意图

（2）中型河流溢油控制

中型穿跨越河流溢油应采用围油栏或构建活性炭坝进行控制。当水流速度小于临界速度时，可使用围油栏直接拦截。根据围油栏的长度和收油机位置，可以考虑将围油栏与河流流向设置成一定角度。当水流速度大于临界速度时，可通过使围油栏和水流方向成一定角度（不垂直），使得水流和围油栏的垂直相对速度小于临界速度，防止溢油从围油栏底部逃逸。

中缅原油管道河流穿跨越采用的溢油拦截技术见表4。

表4 中缅原油管道穿越拦截技术

2.2 溢油回收

2.2.1 海洋溢油回收

海洋溢油可使用机械回收、吸油材料、现场燃烧等方法进行回收［6］。

2.2.1.1 机械回收

刷式、上行带式、下行带式、盘式等类型的收油机主要在开阔水域单独或两种混合，以船为载体进行使用。大型堰式回收船在开阔水域使用，回收速率为 50～400 m3/h。应考虑回收船的储存容量能否满足堰式收油机连续工作的回收量，同时考虑配备一定数量的油轮，用于接收回收的含油污水。对于乳化时间较长的原油，收油机回收后直接存放到集装袋内，不宜泵入船舶污油舱内，否则难以再从油舱泵出。

2.2.1.2 吸油材料回收

对于开阔水域，可以在溢油表面铺洒吸油材料。根据实际情况使用吸油栏或吸油颗粒，利用网筛去阻挡并收集吸附剂材料。

2.2.1.3 现场燃烧

当溢油量过大时，油品回收能力不足（如吸油材料、收油机等物资设备处理能力不足），则可以采用现场燃烧的方式处理。在实施现场燃烧时，应首先得到当地环保部门的审批，并综合考虑多种因素，如风速、风向、水流方向和速度、处理现场距人口居住区的距离、如何布置防火围油栏等。通常需确保油层最小厚度不小于2 mm，且泄漏油品为中轻质原油。

为防止溢油发生风化或乳化，溢油进入水体时间一般不超过2 d，油品挥发程度小于30%，含水量小于 25%，且厚度已达到 2～3 mm，风速不超过7 m/s，波浪高度小于0.9 m，距离人口居住区距离应大于1.6 km，且位于人口居住区下风向。燃烧过程中，需要密切监控空气质量，尤其关注燃烧现场周边易燃物质，并检查现场附近林木、船坞及相关设备，监测顺风烟雾，以防烟雾和燃油移动引发的次生灾害。

2.2.2 河流溢油回收

2.2.2.1 大型河流溢油回收

大型河流溢油可采用溢油回收船和大型收油机或吸油材料进行回收。溢油回收船的回收方式主要由固定安装在船上的收油系统或搭载在船上的收油机完成。大型收油机可采用盘式收油机、动态斜面式收油机等。当溢油已经被围油栏围住，或者已经到达一个静止的区域时，可以将吸油材料撒在或铺在溢油上面。在使用吸油材料后，可以利用网筛来阻挡和汇集吸油材料。

2.2.2.2 中型河流溢油回收

中型穿跨越河流溢油可采用绳式收油机、真空式收油机、小型堰式收油机、盘式收油机、动态斜面式收油机等类型收油机进行回收。收油机的选型应根据溢油量、周边环境等确定。