海上溢油消油劑使用效果的鹽度影響試驗(yàn)分析

錢國棟

(中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司,天津 300457)

海上溢油消油劑使用效果的鹽度影響試驗(yàn)分析

錢國棟

(中海石油環(huán)保服務(wù)(天津)有限公司,天津 300457)

摘要：依托海上溢油模擬試驗(yàn)波浪水槽裝置，采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)的手段，開展不同鹽度條件下消油劑對渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油的乳化效果評估。結(jié)果表明，鹽度是影響消油劑對原油乳化效果的重要因素，消油劑乳化效果也與原油類型密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：消油劑；鹽度；乳化率；體積中值粒徑；波浪槽

隨著海上輸運(yùn)和海上油氣資源開發(fā)的進(jìn)行，航運(yùn)油船溢油、海上石油鉆井平臺泄漏、輸油管道破裂等造成的溢油事故頻發(fā)。消油劑作為一種有效的溢油應(yīng)急處置手段，已經(jīng)在國內(nèi)外海上溢油事故中得到廣泛應(yīng)用。國際范圍內(nèi)，對海上溢油消油劑使用的關(guān)注點(diǎn)主要集中在消油劑乳化效果[1]和生物毒性[2-4]兩個(gè)方面。其中，消油劑對原油的乳化分散效果除了受原油類型和消油劑的影響，還與海域水體溫度、鹽度等環(huán)境條件有關(guān)[5-6]。有研究表明，海水鹽度的升高有助于降低消油劑化合物的溶解度，促進(jìn)表面活性劑分子與油水界面的油相接觸，從而降低油水界面表面張力，提高消油劑乳化率[7]。國際上通常采用試驗(yàn)室小型試驗(yàn)、波浪槽模擬試驗(yàn)和海試試驗(yàn)的手段[8-10]，開展消油劑對原油乳化性能的研究。其中，波浪槽模擬試驗(yàn)既具有可控性好、可重復(fù)性、費(fèi)用合理等優(yōu)點(diǎn)，又可以較好地反映真實(shí)海域海況，成為消油劑效果測定的重要手段。Lewis等學(xué)者[11]采用OHMSETT波浪槽考察了靜水環(huán)境中消油劑對原油作用的持久性，Trudel等學(xué)者[12]對Corexit 9500消油劑對原油乳化效果的粘度限制作用進(jìn)行了研究。國內(nèi)對消油劑使用效果評估的研究較少。趙云英等學(xué)者[13]采用波浪槽試驗(yàn)裝置，考察了海環(huán)牌1號消油劑對遼河原油的乳化性能。但對于鹽度影響下消油劑對國產(chǎn)原油的乳化效果缺乏研究。

為此，依托海上溢油模擬試驗(yàn)波浪水槽裝置，通過設(shè)置7種不同鹽度水平，進(jìn)行消油劑對渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油的乳化效果評估分析。

1材料與方法

1.1波浪槽試驗(yàn)裝置

“海上溢油模擬試驗(yàn)波浪水槽”試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1　海上溢油模擬試驗(yàn)波浪水槽裝置

波浪槽長7 m、寬0.5 m、深0.5 m。水槽兩端有造波和消波裝置，最大造波波高為0.15 m，造波頻率可調(diào)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)和步驟

試驗(yàn)選擇3種渤海原油，分別為渤西原油、旅大10-1原油和蓬萊19-3原油。

試驗(yàn)海水由現(xiàn)場海水和淡水配制而成，鹽度設(shè)置1、5、10、15、20、25和31共7個(gè)不同水平。波浪槽造波條件設(shè)置如下：波長為60 cm，波高為6 cm。劑油比設(shè)置為80%，溫度為室溫。

首先向波浪槽注入試驗(yàn)海水，使水深達(dá)到0.35 m。量取300 mL原油樣品，采用注射器注入波浪槽水體表面。按照設(shè)定的劑油比在原油表面均勻噴灑消油劑。開動波浪槽造波系統(tǒng)，使原油和消油劑發(fā)生作用，試驗(yàn)周期為20 min。在兩個(gè)圍油欄水平區(qū)域內(nèi)不同位置，均勻設(shè)置5個(gè)水體采樣斷面，斷面間隔為0.4 m，每個(gè)斷面設(shè)置2個(gè)不同深度采樣點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)束后采集150 mL水樣進(jìn)行濃度分析。利用高速工業(yè)相機(jī)采集波浪槽水體中的油滴粒徑分布信息。

1.3分散油濃度分析方法

采集水樣的油濃度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 18188.1—2000 溢油分散劑 技術(shù)條件》規(guī)定的測試方法進(jìn)行測定。主要步驟如下：將采集的乳化液樣品轉(zhuǎn)移至125 mL分液漏斗，加入二氯甲烷進(jìn)行震蕩萃取。靜置30 min分層。用注射器抽取一定體積萃取液至比色皿中，采用可見分光光度計(jì)在650 nm波長下測定萃取液的吸光度，進(jìn)而計(jì)算乳化液中的油濃度。

1.4油滴粒徑分布測試方法

油滴粒徑測試裝置包括高速工業(yè)相機(jī)及計(jì)算機(jī)。在波浪槽外側(cè)某一水平位置對水體中油滴粒徑分布進(jìn)行拍照。根據(jù)微標(biāo)尺確定的標(biāo)尺比例，利用Image-Pro Plus軟件進(jìn)行圖片分析，獲取水體中油滴粒徑分布數(shù)據(jù)。

1.5消油劑乳化率計(jì)算方法

消油劑乳化率是考察消油劑對原油乳化分散效果的重要指標(biāo)。乳化率是指在消油劑作用下，分散在水體中油的質(zhì)量與試驗(yàn)用油總質(zhì)量的比值。根據(jù)水體中油濃度的測定結(jié)果，采用以下公式計(jì)算消油劑乳化率：

式中：DE——乳化率，%；

Vwt——水體體積，L。

ρoil——油品初始密度，kg/m3；

Voil——試驗(yàn)用油品體積，mL。

2結(jié)果與討論

2.1消油劑對渤西原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對渤西原油的乳化結(jié)果數(shù)據(jù)見表1。

表1　消油劑對渤西原油乳化效果

其中，鹽度值為試驗(yàn)過程中配制得到的試驗(yàn)海水鹽度，消油劑乳化效果采用乳化率和油滴體積中值粒徑作為表征指標(biāo)。消油劑對原油的分散作用表現(xiàn)為促進(jìn)表面油膜破碎成小油滴，形成一定的油滴粒徑分布。小粒徑油滴分布越多，說明消油劑乳化效果越好。對油滴粒徑分布的評價(jià)可以采用油滴體積中值粒徑d50表征。油滴體積中值粒徑d50表示油滴的累計(jì)體積分布達(dá)到油滴總體積50%時(shí)所對應(yīng)的粒徑。大于此粒徑的油滴體積占總油滴體積的50%，小于此粒徑的油滴體積占總油滴體積的比例也為50%。

鹽度變化對消油劑對渤西原油乳化效果的影響見圖2。

圖2　渤西原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

結(jié)果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對渤西原油的乳化率均保持在10%以上。其中，在鹽度為14.40和29.10時(shí)，消油劑乳化率達(dá)到最高16.6%。但消油劑乳化率并沒有呈現(xiàn)出隨著鹽度升高而增大的現(xiàn)象。油滴體積中值粒徑結(jié)果在5.6～10.2 μm之間，說明消油劑對原油分散具有促進(jìn)作用?？梢哉J(rèn)為，該消油劑對渤西原油作用來說，其作用效果基本不受水體鹽度變化的影響。

2.2消油劑對旅大10-1原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對旅大10-1原油的乳化結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。鹽度變化對消油劑對旅大10-1原油乳化效果的影響見圖3。

表2　消油劑對旅大10-1原油乳化效果

圖3　旅大10-1原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

結(jié)果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對旅大10-1原油的乳化率在10%以下，并且乳化率隨著鹽度升高而呈緩慢增大的趨勢。在鹽度為30.40時(shí)，消油劑乳化率最高達(dá)到8.8%。油滴體積中值粒徑結(jié)果在6.4～11.1 μm之間，并沒有和鹽度變化呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系。與渤西原油相比，消油劑對旅大10-1原油的乳化效果較差，表現(xiàn)為較低的乳化率和較高的油滴體積中值粒徑，分析可能是原油類型的不同導(dǎo)致了消油劑乳化效果的差異。

2.3消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果的鹽度影響

不同鹽度條件下，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化結(jié)果數(shù)據(jù)見表3。鹽度變化對消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果的影響見圖4。結(jié)果表明，在7種鹽度條件下，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化率也在10%以下，與旅大10-1原油相比，消油劑乳化率進(jìn)一步降低。消油劑乳化率隨著鹽度升高同樣呈緩慢增大的趨勢。在鹽度為31.40時(shí)，消油劑乳化率最高達(dá)到7.1%。油滴體積中值粒徑結(jié)果在7.1～15.0 μm之間，并且隨著鹽度升高逐漸減小。說明消油劑對蓬萊19-3原油的乳化效果受到水體鹽度的影響，在海水環(huán)境中更加有利于消油劑作用的發(fā)揮。與渤西原油和旅大10-1原油相比，消油劑對蓬萊19-3原油的乳化效果更差，分析可能是蓬萊19-3原油較高的粘度限制了消油劑的乳化分散能力。

表3　消油劑對蓬萊19-3原油乳化效果

圖4　蓬萊19-3原油乳化率和油滴體積中值粒徑的鹽度變化

3結(jié)論

1)基于海上溢油模擬試驗(yàn)波浪水槽，可以實(shí)現(xiàn)在模擬海洋波浪條件下消油劑對原油的乳化。

2)在7種不同鹽度條件下，消油劑對旅大10-1和蓬萊10-3原油的乳化率在10%以下，且隨著鹽度升高逐漸增大。消油劑對蓬萊19-3原油油滴體積中值粒徑隨鹽度增加而逐漸減小。說明鹽度的升高有利于消油劑乳化作用的發(fā)揮。

3)在不同鹽度條件下，消油劑乳化效果與原油類型相關(guān)，消油劑對3種原油的乳化率影響大小順序依次為渤西原油、旅大10-1原油、蓬萊19-3原油。

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Experimental Analysis on the Effect of Salinity on Oil Spill Dispersant Effectiveness in the Sea

QIAN Guo-dong

(China Offshore Environmental Service (Tianjin) Co. Ltd., Tianjin 300457, China)

Abstract:Based on an offshore oil spill simulation wave tank, experiments are conducted for evaluating chemical dispersants efficacy on BX, LD10-1 and PL19-3 crude oils on different salinities. The results show that the salinity is an important factor affecting the oil spill dispersant efficacy, and the dispersant effectiveness is also related to the type of crude oils.

Key words:oil spill dispersant; salinity; effectiveness; volume median diameter; wave tank

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.030

收稿日期：2015-11-06

基金項(xiàng)目：中海油能源發(fā)展安全環(huán)保分公司科技項(xiàng)目(RLXMLZ-2014-02)

第一作者簡介：錢國棟(1985—)，男，博士，工程師 E-mail:qiangd@coes.org.cn

中圖分類號：U664.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)03-0131-04

修回日期：2015-12-11

研究方向:石油污染防治技術(shù)