周正 鄭魯 馬斌 寧波甬港拖輪有限公司

1.引言

橡膠圍油欄因具備強(qiáng)度高，耐磨損，綜合耐老化性能好，使用壽命長等優(yōu)點而在我國溢油應(yīng)急防污染事業(yè)當(dāng)中得到了非常廣泛的使用，它的綜合性能顯著優(yōu)于PVC圍油欄。在港口碼頭應(yīng)用場合，固體浮子式橡膠圍油欄的使用壽命是PVC類圍油欄的數(shù)倍。橡膠圍油欄在上世紀(jì)80年代由國內(nèi)石油企業(yè)自國外引進(jìn)應(yīng)用，國產(chǎn)橡膠圍油欄產(chǎn)品自上世紀(jì)90年代初開始發(fā)展，到目前國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)家橡膠圍油欄生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品在大連7.16、青島11.22等溢油事故當(dāng)中以及2008年青島滸苔環(huán)境事件中發(fā)揮了重要和積極的作用。國產(chǎn)橡膠圍油欄在充分滿足國內(nèi)溢油應(yīng)急事業(yè)需要的同時，每年還有一定數(shù)量出口到國外。固體浮子式橡膠圍油欄在我國裝備數(shù)量巨大，幾乎成為國內(nèi)各地溢油應(yīng)急庫的標(biāo)準(zhǔn)配備之一。由于該產(chǎn)品在國家溢油應(yīng)急事業(yè)中的重要地位，有必要對這個產(chǎn)品進(jìn)行更全面和更深入的認(rèn)識。

2.產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝

固體浮子式橡膠圍油欄，經(jīng)常采用的高度在800～1200毫米之間，使用聚苯乙烯預(yù)制浮子，浮體直徑300～400毫米左右，浮體兩端設(shè)計坡口，產(chǎn)品多不使用配重鐵鏈，采用表面鍍鋅處理的鑄鋼或鑄鐵塊作為配重，兩端多使用兩塊鍍鋅鋼板夾持，用螺栓固定，較少采用國家或國際標(biāo)準(zhǔn)圍油欄連接器。固體浮子式橡膠圍油欄使用平板硫化工藝（圖1）或者鼓式硫化工藝（圖2）進(jìn)行硫化，兩種工藝的前序工序相同，都是用預(yù)浸漬過的錦綸/尼龍布布基表面涂敷結(jié)合橡膠和中間膠，鋪氣室硫化隔離紙和浮體插入口硫化隔離紙，外覆蓋膠層，形成生膠欄體。生膠欄體經(jīng)過高溫高壓硫化就制成了橡膠圍油欄的欄體成品（圖3）。圍油欄的固體浮子不能在欄體硫化階段被置入欄體內(nèi)，需要在欄體硫化后，將帶狀欄體氣室位置打開，從開口插入浮子，再采用二次硫化或冷粘工藝對欄體封口。冷粘所需的時間較長，工藝繁瑣，加工質(zhì)量比較難保證，廠家多使用二次硫化工藝封口。封口工序需要去掉開口部位隔離紙，打磨內(nèi)膠層，涂刷生膠料，閉合開口，再進(jìn)入硫化機(jī)進(jìn)行硫化。二次硫化工藝需大量使用人工，處理過程產(chǎn)生粉塵對人體健康和環(huán)境存在不利影響。部分固體浮子式橡膠圍油欄為增強(qiáng)氣室位置耐磨性，還在氣室表面沿圍油欄長度通過二次硫化工藝增加了兩道橡膠防磨條，制作過程工序更為繁雜，對比固體浮子PVC或PU材質(zhì)的圍油欄，固體浮子式橡膠圍油欄的生產(chǎn)率低，工藝性較差，生產(chǎn)過程存在污染。

圖1 圍油欄平板硫化

圖2 圍油欄鼓式硫化

圖3 硫化完成欄體

3.產(chǎn)品發(fā)展演變及現(xiàn)狀

固體浮子式橡膠圍油欄由于適應(yīng)了市場主體對價格和使用場合的要求，二十余年來受到了使用單位的極大歡迎，在國內(nèi)市場已經(jīng)占據(jù)了主流地位。市場對產(chǎn)品的要求決定著產(chǎn)品形態(tài)參數(shù)和性能，固體浮子式橡膠圍油欄自產(chǎn)生以來一直因應(yīng)客戶需要在發(fā)展變化。

為避免圍油欄在風(fēng)浪中發(fā)生絞纏問題以及纏繞破壞港口船只的螺旋槳或者圍油欄配重鏈勾掛物體等問題，大多數(shù)固體浮子式橡膠圍油欄的客戶要求取消配重鐵鏈，代之以底部的配重塊，進(jìn)一步適應(yīng)了港口圍油欄應(yīng)用的需要，同時還進(jìn)一步降低了成本。固體浮子式橡膠圍油欄主要靠人力布放和回收，使用者一般希望圍油欄更輕便，并促使廠家使用比較輕的布基和比較薄的橡膠層。早期橡膠圍油欄本體的厚度通常在4～5毫米左右，重量在每平方米5～6公斤左右，而當(dāng)前橡膠圍油欄的厚度甚至低于3毫米，重量在每平方米3～4公斤左右甚至更低。自上世紀(jì)90年代以來，固體浮子式橡膠圍油欄基本是因應(yīng)港口碼頭的預(yù)防布控需要產(chǎn)生和發(fā)展的，設(shè)計和形態(tài)以及性能存在片面性，類似取消鐵鏈等改變圍油欄基本原理結(jié)構(gòu)的舉措，根本上是要影響圍油欄在其它場合比如外海溢油應(yīng)急行動中的性能表現(xiàn)的。

4.產(chǎn)品的技術(shù)特點及問題局限性

圍油欄在使用當(dāng)中，圍油欄的鐵鏈起著增強(qiáng)圍油欄總體抗拉強(qiáng)度的作用也起著圍油欄水中布放時姿態(tài)建立及穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的作用。固體浮子式橡膠圍油欄取消鐵鏈，降低了圍油欄的整體抗拉強(qiáng)度和可靠性，圍油欄的橡膠帶部分理論抗拉強(qiáng)度雙層布部分在15KN/5公分～20KN/5公分，單層布部分（氣室位置）抗拉強(qiáng)度達(dá)到7.5KN～10KN/5公分，以1200毫米高度圍油欄為例，雖然圍油欄本體總和拉力理論上可以達(dá)到360～480KN，但在實際使用當(dāng)中，沒有鐵鏈對圍油欄彈性變形的約束作用，外部拉力會全部作用在于圍油欄欄體上，圍油欄在長度方向上的拉應(yīng)力會上升到一個較高的水平，當(dāng)圍油欄表面本體和連接存在缺陷（應(yīng)力集中點），結(jié)構(gòu)受力不均，或者有外部有割刺作用時，圍油欄發(fā)生破壞的可能性會大大增加，實際破斷拉力可能會遠(yuǎn)低于理論值，這種情況類似于當(dāng)氣球吹大到一定程度后，對球面的輕微的觸碰就可能導(dǎo)致氣球爆破。對圍油欄功能影響更大的是，在有水流存在的場合，沒有鐵鏈對圍油欄起著姿態(tài)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)的作用，圍油欄更容易發(fā)生底排（圖4）、平倒（圖5）等失效情況。

圖4 圍油欄底排失效

圖5 圍油欄平倒失效

用戶希望固體浮子式圍油欄在使用中更輕便易用，廠家也愿意配合去用更輕薄的材料滿足用戶要求，靠減材減重的方式使圍油欄更輕便，更經(jīng)濟(jì)，但是這樣做同時也帶來圍油欄強(qiáng)度低，薄膠層不耐磨損和老化的缺點。國家標(biāo)準(zhǔn)目前雖然沒有關(guān)于固體浮子式橡膠圍油欄膠層性能與厚度的細(xì)致規(guī)定，但如果一味追求低成本和使用便利，無節(jié)制地降低橡膠圍油欄產(chǎn)品的表層覆蓋膠厚度，降低布基規(guī)格，就可能對圍油欄可靠性和壽命造成不利影響。國內(nèi)固體浮子式橡膠圍油欄使用壽命一般在5年以下，被使用單位定義為消耗品，而在國外橡膠圍油欄是作為可維護(hù)的長期設(shè)備使用，使用壽命可以達(dá)到10年甚至20年以上。

從保證溢油圍控效果講，所有圍油欄都需要在水中建立起正確的形態(tài)才能實現(xiàn)對浮油的有效圍控，要求圍油欄干舷長度略長于吃水部分長度才能建立正確的水中姿態(tài)，避免平倒或底排失效；從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)講，無論采用平板硫化還是鼓式硫化方式，生產(chǎn)出的圍油欄欄體都是一條平直的橡膠帶，固體浮子式圍油欄氣室內(nèi)插入固體浮子以后，圍油欄的干舷部分會呈香腸狀的節(jié)段鼓起狀態(tài)，氣室長度發(fā)生收縮，單節(jié)圍油欄上浮子的數(shù)量越多、直徑越大，長度收縮量就越大。圍油欄吃水部分則仍然保持平面狀態(tài)長度保持不變，導(dǎo)致固體浮子式橡膠圍油欄形成上短下長，上緊下松的狀態(tài)，這和圍油欄必須具備的的原理性結(jié)構(gòu)形態(tài)特點完全相反，是不利于溢油圍控的。如果圍油欄使用鐵鏈做配重尚可以通過調(diào)整鐵鏈的長度來匹配干舷部分的長度收縮，使圍油欄具備協(xié)調(diào)的干舷和吃水長度，但用戶港口船舶安全角度出發(fā)取消了鐵鏈，也就失去了這個調(diào)節(jié)功能。

由于固體浮子式橡膠圍油欄沒有鐵鏈的形態(tài)調(diào)整控制作用，盡管在靜水條件下固體浮子式橡膠圍油欄尚能依靠塊狀配重維持豎直漂浮形態(tài)，在水中圈隔水面溢油和垃圾，但在有強(qiáng)風(fēng)吹動，浪涌，水流沖擊，船只拖帶圍掃，或幾種工況并存時，圍油欄吃水部分沒有鐵鏈約束，會被水流不同程度托起，呈現(xiàn)底排失效（圖四）和平倒失效（圖五）趨勢，溢油很容易隨水流逃逸，情況嚴(yán)重時會導(dǎo)致溢油大量逃逸圍控失效。在流動水當(dāng)中使用無配重鏈的固體浮子圍油欄圍控溢油，單層布放圈圍很難獲得較好的圍控效果，需要布放數(shù)道圍油欄進(jìn)行補(bǔ)充，耗時，耗工，消耗寶貴的現(xiàn)場應(yīng)急資源。使用船只拖帶固體浮子式橡膠圍油欄進(jìn)行圍掃作業(yè)時，隨水流速度的增加，固體浮子式圍油欄的性能缺陷會更加突出。

固體浮子式橡膠圍油欄采用的聚苯乙烯浮子是質(zhì)地脆硬的發(fā)泡材料，在受壓時不會發(fā)生顯著變形，圍油欄受較大外部拉力時，浮子的廓線棱角會從內(nèi)部對圍油欄局部產(chǎn)生強(qiáng)烈的頂壓作用，造成圍油欄干舷上的高應(yīng)力水平區(qū)域，此時如果圍油欄氣室接觸碼頭上尖利的附著生物時，硬質(zhì)浮子會產(chǎn)生砧板一樣的作用，促進(jìn)圍油欄的磨損和割傷割裂，加快加劇圍油欄的損壞。除此以外，圍油欄結(jié)構(gòu)上下松緊不一致，也導(dǎo)致圍油欄上下受力不均，增加了欄體局部應(yīng)力，使圍油欄更易于被外部作用損壞。

固體式橡膠浮子式圍油欄在生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)均存在環(huán)境污染的因素，除生產(chǎn)端的原料制備和工序過程產(chǎn)生的粉塵污染外，廢舊圍油欄日后淘汰處理也是一個涉及環(huán)保的問題。橡膠浮子式圍油欄普遍使用的聚苯乙烯浮子，在圍油欄發(fā)生破損后，會產(chǎn)生出聚苯乙烯浮子碎塊散入環(huán)境當(dāng)中，對環(huán)境造成白色污染。在國家當(dāng)前倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)、倡導(dǎo)綠色航運、綠色港口的大背景下，環(huán)保產(chǎn)品自身的環(huán)保指標(biāo)也需要得到重視。

5.結(jié)語

盡管固體浮子式橡膠圍油欄自90年代被開發(fā)以來，已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是，仍然需要看到這種產(chǎn)品存在不足，這些不足也是固體浮子式橡膠圍油欄并沒有在世界范圍內(nèi)被普遍使用的原因之一。當(dāng)前，國家沿海內(nèi)河經(jīng)濟(jì)活動特別是石油化工業(yè)活動日益頻繁活躍，水域環(huán)境一直受到嚴(yán)峻的溢油污染威脅，國家對溢油污染問題始終保持著高度重視，強(qiáng)調(diào)各地溢油應(yīng)急能力的建設(shè)和裝備建設(shè)，固體浮子式橡膠圍油欄以其實用的優(yōu)點，巨大的保有量，潛在產(chǎn)能和用戶群，在溢油應(yīng)急行業(yè)裝備領(lǐng)域占據(jù)著一席之地，提升它的性能和使用效能有著重要的意義。讓固體浮子式圍油欄更好地發(fā)揮其作用，有賴于我們對固體浮子式圍油欄的優(yōu)勢和局限性的充分透徹了解。在河流溢油圍控，海上拖帶圍掃這些水流動的場合，應(yīng)正視固體浮子式橡膠圍油欄產(chǎn)品性能上的不足，在應(yīng)急行動中應(yīng)改用圍控性能和綜合性能更好更適合使用場景的充氣式圍油欄和外掛浮子的圍油柵，不能將固體浮子式橡膠圍油欄作為一種包打天下的產(chǎn)品，以遠(yuǎn)海的溢油應(yīng)急場景為例，圍控性能差，占據(jù)船甲板空間大的固體浮子橡膠圍油欄就不宜作為圍控設(shè)備的主力；同時，需要改進(jìn)固體浮子式圍油欄的結(jié)構(gòu)，工藝，原材料，提高其在動態(tài)水流中的圍控性能，提高其使用壽命和可靠性；在使用中不再過度追求其使用方便性以及使用經(jīng)濟(jì)性，在滿足使用者主要關(guān)注和要求的同時，更應(yīng)優(yōu)化圍油欄的最基礎(chǔ)和最主要的性能-溢油圍控能力；改變“圍油欄是耗材”的觀念，通過改變圍油欄結(jié)構(gòu)以及表層橡膠的配方，提高圍油欄耐磨損性能，提高圍油欄使用壽命，變耗材為高性能高可靠性的能長期使用的設(shè)備，將產(chǎn)品全壽命期內(nèi)的投入產(chǎn)出比提升到到最高；響應(yīng)環(huán)保和綠色經(jīng)濟(jì)要求，重視圍油欄生產(chǎn)使用，以及淘汰后處理的全過程的環(huán)境友好性，停止使用聚苯乙烯作為浮體材料。通過不斷積累溢油應(yīng)急和防控使用中的經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新改進(jìn)，解決產(chǎn)品生產(chǎn)和使用中的矛盾和局限性，將能使這一具有中國特色的產(chǎn)品發(fā)揮出更好更積極的作用，更好服務(wù)于國家的溢油應(yīng)急事業(yè)。