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最专业的科普文(上):东海13.6万吨油轮起火溢油的影响与应急处置

Updated: Apr 25, 2018

最近好多朋友问我上海油轮的起火和13.6万吨溢油对上海一带的影响,我也看到很多大号的科普文章,内容都不是特别准确。中国的溢油应急是近几年刚刚起步的,国内对于国际溢油应急行业的理论体系了解与认识相对有限,尤其是在溢油应急处置方法这部分,很多媒体和专家提供的信息都不够完善。所以我想给大家做个权威一点的科普,用国际石油行业在这方面的行业最佳实践来讲解以下四个问题:

  • 桑吉号漏的是什么种类的油?

  • 漏出的油的最终去向是什么?

  • 漏出的油对周边海域的影响是什么?

  • 溢油发生后有哪些处理方式?

这篇文章会是你们能看到的相对最全面也最权威的一篇对溢油的科普。


东海油轮撞船燃烧事故经过:

(多处都有报道,我直接剪贴网上的最新事故更新)

桑吉号灭火现场(图片来自网络)

北京时间1月6日20时许,隶属伊朗光辉海运有限公司的巴拿马籍油船“桑吉”轮与香港籍货船“长峰水晶”轮在长江口以东约160海里处相撞,导致“桑吉”轮起火。事故发生3天后,“长峰水晶”轮上21名中国船员全部平安获救,而“桑吉”轮上的伊朗籍和孟加拉籍船员,除了已经发现的一具遗体外,还有31人失踪。根据上海海事局公布的信息,“桑吉”轮载有大约13.6万吨凝析油,近日事故海域风急浪高,船内和周边水域泄漏的燃油火势凶猛,给救援造成很大困难。


截止到1月11日10时40分,在中国海上搜救中心的指挥下,巴拿马籍油船“桑吉”轮现场灭火作业重启,“深潜号”轮、“东海救117”轮开始实施新一轮灭火。截至11日17时,“桑吉”轮仍在燃烧,浓烟较大,两艘救助船正持续向“桑吉”轮喷洒泡沫。为保障泡沫灭火剂充足,上海海上搜救中心已协调从邻省紧急调运泡沫液,拟安排“东海救101”轮返回上海洋山港区装载。经专家组研判,由于“桑吉”轮船体及周边水域外泄的燃油全面燃烧,“桑吉”轮存在爆炸、沉没等危险,挥发和燃烧产生的有毒气体对救援人员危害很大,加上恶劣海况,增加了现场搜救工作的难度。


目前,事故现场西北风7级,浪高3—4米,能见度良好。“海巡01”轮继续担任现场指挥船,负责组织协调现场搜救行动。交通运输部共组织12艘船正在继续全力开展人命搜救和灭火作业。


据悉,自1月6日“桑吉”轮与香港籍散货船“长峰水晶”轮发生碰撞以来,现场始终以人命搜救为首要任务,截至11日17时,搜救面积已达1000余平方海里。

问题一:桑吉号漏的是什么油?


油轮整个起火,可以能泄漏到海面的油要考虑两个方面:一方面是油轮的运输的货品,在本次事故中是凝析油,英文 Condensate。另一方面是油轮本身维持动力的原料油,大部分为船舶燃油(一种重柴油),英文 Marine Diesel。在这次事故中,全船载有13.6万吨的凝析油和一定量的燃油。


凝析油是一种超轻质油,无色,通常是生产天然气的副产物。天然气生产出来后,凝析出来的小部分液态部分就成为凝析油,属于油品中最轻的一种,由碳链数量5至11的烃类组成。轻质油的特点都是点稠度低、扩散快、挥发性高、急性毒性强,但持续污染能力较弱,很容易被大自然风化,行业界称非持久性油(Non-Persistent Oil)。一般轻质油泄漏出来后,火灾爆炸的风险较大,而对于环境污染的风险较小。所以凝析油的泄漏起火,对于桑吉号的船员来讲是噩梦,但是对于周边环境来讲,远比其他油品泄漏带来的污染要小。

轻质油(图片来自网络)

船舶燃油是一种重质油,黑色。重质油的特点是粘稠度高、扩散相对轻质油慢一些、挥发性差、急性毒性弱、但持续污染能力极强,清理难度也很大,行业界称持久性油(Persistent Oil)。所以航运燃油一旦泄漏,随着风向和洋流不断扩散,一旦近岸或者触岸,容易对江浙沪沿海的海域与岸线造成一定影响。庆幸的是,这次桑吉号的货品不是重油,而其作为动力的船舶燃油(重油)的量又相对有限。

重质油(图片来自网络)

总而言之,本次溢油可能涉及两种油:量大的货品是轻质油,污染性小。量小的燃油是重质油,污染性大。网上很多文章将本次溢油的溢油量与2002年在北海沉没的威望号(Prestige)事故做对比,然而两者完全没有可比性,威望号的货品是7.6万吨重质燃料油,污染程度极大。而这次东海桑吉号上的13.6万吨是凝析油,大部分都会燃烧或挥发掉,不会造成严重的污染。

问题一的拓展阅读:


与溢油应急相关的油的五大特性


每一种油品,都有对应的物理化学性质,每种油的化学品安全技术说明书(Material Safety Data Sheet - MSDS)一般会从16个方面描述一种油品。但是在溢油应急行业,我们一般侧重于一下五个特性:


比重(Specific Gravity)

比重是油相对于水的密度。油品比重小于1,代表油比水轻,泄漏到水中时会漂浮在水上形成油膜。油品比重大于1,代表油比水重,泄漏到水中时会沉到水底。个别比重和水相当的油品还可能悬浮在水体中。在北美,除了使用比重(SG)外,还常使用API来描述油的密度。但两者大同小异,网上可查到换算公式。


粘稠度(Viscosity)

粘稠度代表了液体的流动性。一般由单位厘斯(centistoke - cSt)计量。粘稠度低的油品更接近于水,粘稠度高的油品更有蜂蜜或者糖浆的质感。20摄氏度水的粘稠度为1 cSt,粘稠度高的乳化油可以达到10000+ cSt。一般情况下,粘稠度低的油扩散快,粘稠度高的扩散慢。


流点(Pour Point)

流点指的是液体能够流动的最低温度。油品在低于自身流点的温度下将不再自由流动。


挥发性(Volatility)

衡量油品挥发(也就是气化)能力的一个指标。一般是用油品在200摄氏度下的挥发百分比来衡量。轻质油挥发性高,易燃易爆风险越大,但是污染能力相对较低。重质油挥发性低,燃爆风险相对低一些,但污染能力相对较强,清理回收难度也更大。


沥青值(Asphaltene Content)

油品泄漏到海里之后,会在海浪等外力作用下与水结合,形成高粘稠度的油水乳化物,同时体积扩大几倍,为后期清理带来很大困难。一般情况下,沥青值高于0.5%的油品很容易在海水中乳化。

乳化油与收到污染的海鸟(图片来自网络)

以上五个基本特性决定了一种油泄漏进海里之后的表现以及风化过程,一般出现溢油事故,最好先了解油品的这五个基本特征,这样才能做出更好的判断如何去处置。


另外,为了方便描述溢油的油种,国际油轮船东防污染联合会(ITOPF)按油品比重将油品分类为1-4类。以1类油为最轻,4类油为最重。任何一个溢油事件,除了泄漏吨量,油种也是衡量溢油严重程度的重要指标之一。

1-4类油的溢油后发生的体积变化(图片来自ITOPF技术论文)

注:1类2类为轻质油,3类4类为重质油。如泄漏后体积增加表明油结合水发生了乳化反映。


问题二:漏出的油的最终去向是什么?


桑吉号的货品是13.6万吨凝析油。这些油都会泄漏到海里么?泄漏到海里后会去到哪里?这是大家关心的问题。


13.6万吨油不会全部流进海域。只有在船体没有燃烧,并且船完全沉没的时候(类比1999年欧洲的Erika溢油事件和2002年的 Prestige 溢油事件),才可以假设所有的货品油完全进入水体。现在桑吉号在不断燃烧,会烧掉很大一部分凝析油。那为什么还要灭火?就让桑吉号一直烧呗。其实灭火的目的,第一在于方便失踪人员搜救,抢救船上可能幸存的生命,第二是为了防止船烧到最后完全沉没,沉没的船只会将所有船内的油品泄漏到水体中。如果能成功灭火并组织油轮沉没,那么船上还有一部分没有泄漏的油品可以得到及时封堵与转移。

威望号油轮的沉没(图片来自网络)

大部分流入海中的油品都会有以下主要表现(行业界又称为风化过程):

  • 扩散(spread):油品在海上形成很薄的油膜,覆盖面积不断扩大。

  • 挥发(evaporation):油品中可挥发部分会挥发成气体。

  • 散裂(fragmentation):形成的油膜被海浪和风吹散成若干小片油膜。

  • 消散(dispersion): 油品被风浪打碎成很小的小油珠,悬浮在大约十米深的水体中,被洋流稀释或者被海洋中微生物缓慢降解。

  • 乳化(emulsification):油与海水结合形成油水乳化物,体积增倍,粘稠度升高。

  • 触岸(stranding):油膜顺着洋流和风漂到海边触岸。触岸是溢油事故的大忌,一旦油品触岸,会对海岸自然生态与人文经济造成重大破坏,并使得清理工作的工作量成倍增长,同时产生大量含油垃圾。

还有非常少量的溢油会经历光氧化(oxidation),溶解(dissolution)以及生物降解(bio-degradation)。但均为微量,或者速度极其缓慢。

溢油在海中的风化过程(图片来自ITOPF技术论文)

油品进入水体后,这些风化过程的比例各占多少,取决于第一个问题中提到的油品的特性,也就是油本身是轻质油还是重质油,也取决于海面的天气状况以及温度等客观条件。本次桑吉号的凝析油因为是超轻质油,进入水体后绝大部分都会以挥发的形式变成气体,其他少量部分会形成油膜漂浮在海面,并同时经历扩散、散裂、消散。另外,在风力和洋流的作用下,不排除有触岸的风险。


一种油进入水体后的变化是可以使用软件模拟的。推荐一个最基本的软件就是ADIOS,专门用于模拟泄漏特定时间后不同油品进入水体后的去向与状态变化,我们在前公司工作时,会经常用到这个软件。这个软件在美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站是可以免费下载使用的。


ADIOS 软件操作界面

问题二的拓展阅读:


墨西哥湾“深水地平线”号爆炸起火溢油事件中油品的最终去向

2010年4月美国墨西哥湾“深水地平线”号钻井平台爆炸起火,死亡11人,海下井喷持续87天,持续溢油量78万吨(2类轻质原油,挥发性强、乳化性强),形成海面油膜面积18万平方公里,相当于整个河北省的面积。

美国海警动用了大量资源,采用了石油行业界所有能够应用的应急处置方法进行应急。据统计,本次应急共动用48000多人,7000多条船只,20余架飞机,2500海里的围油栏进行应急与清理,油污清理一直到2014年才结束。事故方BP石油公司在清理上花费140亿美金,法庭判罚187亿美金,总损失630亿美金。

深水地平线号溢油的海面围控与回收(图片来自网络)



深水地平线号溢油的海面现场焚烧(图片来自网络)

深水地平线号溢油的海面现场焚烧(图片来自网络)

事故后,美国官方统计所有泄漏的油污最终去向如下(估计值):

  • 海下井口直接回收 - 17%

  • 自然消散在水体中 - 13%

  • 挥发或溶解 - 23%

  • 消油剂化学消散在水体中 - 16%

  • 海面直接焚烧 - 5%

  • 海面船只围控回收 - 3%

  • 其他(包括触岸、沉淀等) - 23%

由此可见,大型溢油发生时,人为能够控制或回收部分非常有限。因而大型溢油事故的应急一直是国际石油行业面临的一个重大难题。

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