一种减晃荡、分级导流与油水分离功能的固体浮子式围油栏

本发明涉及水面溢油围控与回收装备，具体涉及一种减晃荡、分级导流与油水分离功能的固体浮子式围油栏。

背景技术：

1、固体浮子式围油栏通常由浮体、柔性裙板、加强带、连接接头和底部配重链组成。使用时，浮体保持围油栏漂浮于水面，裙板向水下延伸，从而对漂浮在水面上的油膜进行围控。

2、现有固体浮子式围油栏主要依靠裙板形成物理阻挡，其功能通常局限于“拦截油膜”，后续仍需要使用撇油器、吸油泵或者吸油材料对围控区域内的油进行回收。现有围油栏一般不具备主动油水分离、定向导流和连续回收能力。

3、现有技术主要存在以下问题：第一，传统围油栏的裙板表面通常为连续平整结构，波浪作用于围油栏时，会引起围油栏升沉、横摇和摆动，围控区内的油水界面容易发生晃荡；第二，在较强波浪或相对水流作用下，油膜容易从围油栏上方发生飞溅和越顶，也可能从裙板下部发生夹带、卷吸和逃逸，降低围控效率；第三，传统围油栏只能够阻挡溢油，不能对油相和水相进行选择性分离，回收过程中会吸入大量水，造成回收液含水率较高；第四，被围控的油膜容易在围油栏局部聚集，不能沿围油栏长度方向自动输运至指定回收位置；第五，现有亲油材料难以与围油栏形成连续式油相导流和回收系统；第六，围油栏、油水分离装置和无人回收船通常作为相互独立的设备使用，难以实现一体化作业。

4、因此，亟须提出一种能够在围控溢油的同时抑制波浪晃荡、实现油水选择性分离，并能将油相沿着围油栏长度方向定向输送至端部进行集中回收的围油栏结构，以解决现有装备功能单一、作业效率低、系统集成度差的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种多功能固体浮子式围油栏，解决传统围油栏仅能被动拦截、波浪作用下晃荡明显、油膜容易越顶或逃逸、回收液含水率高以及不能沿围油栏定向输送的问题。

2、本发明通过设置波浪耗能结构、双层裙板、油相导流通道、水相回流通道以及具有不同润湿性的功能材料，使围油栏在拦截溢油的同时，对进入围油栏内部的油水混合物进行选择性分流，并将油相输送至围油栏端部或者指定位置进行集中回收。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，一种减晃荡、分级导流及油水分离功能的固体浮子式围油栏，包括：

5、固体浮体，用于为围油栏提供浮力；

6、外层裙板和内层裙板，分别连接于所述固体浮体下方，所述外层裙板与所述内层裙板之间具有间距并形成沿围油栏长度方向延伸的夹层空间；

7、所述外层裙板在水线附近设有油相入口，所述油相入口处覆盖有亲油疏水集油层，用于使水面油膜选择性进入所述夹层空间；

8、亲水疏油分离层，设置于所述夹层空间内，将所述夹层空间分隔为上部油相导流通道和下部水相回流通道；所述亲水疏油分离层能够优先润湿水相并允许水相通过，同时阻止油相通过，使误进入所述上部油相导流通道的水穿过所述亲水疏油分离层进入所述下部水相回流通道；

9、所述上部油相导流通道内设置有纵向导流槽、毛细纤维束或横截面渐变结构，用于在毛细压力、压力梯度、重力或端部泵吸作用下，使油相沿围油栏长度方向定向输运；

10、减晃荡耗能结构，设置于所述外层裙板和/或所述内层裙板的表面；

11、以及底部配重构件，设置于所述外层裙板和所述内层裙板的下端。

12、进一步的，所述减晃荡耗能结构为仿生睡莲凹口、锯齿形凸起、波纹形褶皱、柔性鳍片、柔性刷毛或连续凹槽结构，用于在波浪通过时发生分流、反射、涡旋和局部能量耗散。

13、进一步的，所述下部水相回流通道设有排水口，所述排水口处设有亲水疏油膜，用于防止油相由排水口向外泄漏。

14、进一步的，所述围油栏的一端或两端设有端部集油腔，所述上部油相导流通道与所述端部集油腔连通，所述端部集油腔上设有排油接口，用于与外部的抽油泵或储油装置连接。

15、进一步的，所述端部集油腔内设有液位传感器或油水界面传感器，所述传感器与控制器连接，当集油腔内油位达到设定值时，控制器自动启动油泵进行回收。

16、进一步的，所述围油栏由多个标准化围油栏单元通过围油栏模块连接接头首尾连接组成，相邻单元之间的所述上部油相导流通道和下部水相回流通道分别保持连续连通。

17、第二方面，一种采用所述固体浮子式围油栏的溢油围控与回收系统，包括两艘无人船，两艘所述无人船分别连接所述围油栏的两端；所述无人船上设有控制器、储油箱和抽油泵，所述控制器用于控制无人船调整航向和相对距离，将所述围油栏展开为直线形、弧形、u形或半包围形结构，对水面油膜进行主动围控；所述围油栏的排油接口通过软管与所述无人船上的储油箱和抽油泵连接。

18、第三方面，一种采用所述固体浮子式围油栏的溢油围控与回收系统，包括一艘无人船，所述围油栏的一端与所述无人船连接，所述围油栏的另一端连接浮标、锚泊装置或岸基固定点；所述无人船上设有控制器、储油箱和抽油泵，所述围油栏的排油接口通过软管与所述无人船上的储油箱和抽油泵连接。

19、本发明的有益效果：

20、1.降低围油栏及围控油膜的晃荡

21、裙板表面的锯齿、褶皱、柔性鳍片或者多孔耗能构件能够改变波浪传播路径，在围油栏附近形成反射、分流和黏性耗散，减少波浪能量直接传递至浮体和裙板。

22、与表面平整的传统裙板相比，本发明可以降低围油栏的横摇、升沉和摆动幅度，并减弱围控区域内部油水界面的晃荡。

23、2.形成双重围控屏障

24、外层裙板用于初步拦截和减弱波浪，内层裙板用于二次围控。即使少量油越过外层裙板或者进入双层裙板夹层，仍可被内层裙板阻挡，从而降低油相向外部水域逃逸的风险。

25、3.实现油相主动选择性收集

26、本发明不是单纯依靠裙板拦截油膜，而是在水线附近设置亲油疏水集油层，使油相能够主动进入油相导流通道。

27、与传统围油栏配合独立撇油器的方式相比，能够减少撇油器在围控区域内反复移动的需求。

28、4.降低回收液含水率

29、油相导流通道与水相回流通道之间设置亲水疏油分离层。误进入油相通道的水可以被及时分离并返回水体，而油相被保留并输送至集油腔。

30、该结构能够减少油水混合回收，降低储油箱的无效水体积以及后续油水分离设备的处理负荷。

31、5.实现油相沿围油栏定向输运

32、通过纵向沟槽、毛细纤维束、渐变通道或者端部负压抽吸，可使分散在围油栏不同位置的油向一个或多个端部集油腔集中。

33、该方式将传统围油栏的“面状油膜围控”转化为“线性导流和端部集中回收”，有利于提高连续回收能力。

34、6.提高复杂波浪条件下的适应性

35、减晃荡耗能结构、双层裙板以及底部配置构件共同作用，可降低裙板上浮、卷曲和剧烈摆动的概率，减少油膜越顶、夹带和裙板下部逃逸。

36、7.实现围控与回收一体化

37、本发明将围油栏、波浪耗能装置、润湿性油水分离材料、油相导流通道和回收接口集成为一个整体，简化现场设备布置。

38、当与双体无人船结合时，可进一步实现围油栏自主展开、动态包围、路径调整和连续回收。

39、8.便于模块化维护

40、亲油疏水集油层、亲水疏油分离层和减晃荡耗能构件均可以采用可拆卸设计。当材料受到污染、破损或者性能下降时，可单独更换，不需要整体报废围油栏。