防止内河挂桨渔船油渗漏的技术改进

李胜勇，张祝利，吴姗姗，潘 磊

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

中国是渔业大国，内陆渔船数量较大，截至2018年底，内陆捕捞机动渔船21.87万艘，且大多为主尺度分布在7～15 m的小型渔船，其中动力为44.1 kW以下的为21.56万艘，占98%以上[1]，且因挂桨机具有机动性高、操作简便的特点，因而普遍应用于内陆渔船上[2- 3]。以江苏省为例，截至2019年2月，全省内河渔船共54 777艘，按照推进方式分为座舱机式和挂桨式，其中柴油挂桨渔船数量超过53 000艘，占比达96.7%，且每艘柴油挂桨渔船推进装置数量在1～4套不等，个别渔船为了增加动力甚至安装了6套挂桨。由于渔民普遍使用了价格低廉的单缸柴油机及配套挂桨，这些设备因加工精度较差、质量水平不高，使用一段时间后会产生一定量的润滑油和燃料油的泄漏。经统计，江苏省柴油挂桨渔船的推进装置数量超过10万套，抽样调查每台挂桨机每年约产生5 kg的润滑油或柴油泄漏，可见挂桨渔船油污染总量十分巨大。

含油污水对水体的危害非常严重，内河水域受到含油污水污染后，油膜和油块对水生物的卵及幼苗有很大的吸附作用，并致其死亡；浮在表面的油膜使水中生物生长受到影响，导致水质恶化变臭；油污中的有毒物质积累于水产品中，致使人类重要的食物来源携带了诸如四苯并芘等致癌物质，对人类的健康带来极大隐患[4]；含油污水通过农田灌溉进入土壤后，则油污会沉积在作物的表面，导致土壤的代谢速度变慢，影响农作物的正常生长，甚至还会导致其死亡[5]。因此，迫切需要推进内河渔船油污染防控工作的有效实施。

1 渗漏油的原因

挂桨是一种采用柴油机置于船尾甲板上，传动系统和螺旋桨连成一体挂在船尾的小型推进装置[6]。渔船挂桨装置目前没有国家标准和船用标准，是依据农机标准制造的[7]。由于挂桨机大都是个体户作坊式制造加工，工艺落后，加工精度和规范性难以保证。调研发现，这些小工厂出产的挂桨机，通常半年以上就会开始出现齿轮箱润滑油或柴油机燃料油的泄漏现象[8]。漏油包括柴油和润滑油的泄漏，柴油机的漏油有涉及多种零部件[13- 14]，原因非常复杂，尤其是使用较长时间以后，漏油现象几乎不可避免。产生油漏的主要原因有两点：

(1)挂桨齿轮箱透气口的设计不合理，导致滑油泄漏。挂桨机传动系统由齿轮箱、下箱体和连接两者的轴管组成[7]，齿轮箱上方均设置了加注润滑油的透气口，当挂桨运行时，传动系统内的齿轮旋转，搅动滑油，齿轮箱内部温度和压力升高，传动过程中箱体内的滑油飞溅，加上目前的上箱体盖板上的透气口兼做加油口，没有防溢流的措施，容易导致齿轮箱内滑油体积膨胀产生溢油[16]，当挂桨渔船变速或者换向的时候溢油现象更为明显。

(2)目前配备的挂桨柴油机接油盘，未能有效防止漏油流入水体。按照内河渔船检验规则要求，须在柴油滑油底壳下方设置接油盘等收集设施。调研发现，目前渔船配备的接油盘为长方形铁盘，铁盘内壁光滑，无吸油材料，且铁盘边缘高度过低，因而容易造成已经收集入盘的油污水在船舶航行作业过程中因船体摇摆或雨水冲刷而流入河中污染水体。

2 技术改进方案

2.1 齿轮箱透气口盖板加装呼吸器

针对齿轮箱的上箱体透气口盖在实际使用过程中存在的渗漏油现象，主要技术改进措施是将齿轮箱上带有透气口的平面盖板改为带有呼吸器的盖板。图1为原装盖板，图2为改装后的盖板。技术改进过的齿轮箱盖板主要由盖板、挡油盖、钢丝球和帽子组成。挡油盖的底板和盖板的垂直圆筒侧壁开有透气孔。

图1 原装盖板Fig.1 Original cover plate

图2 改装后盖板Fig.2 Improved cover plate

呼吸器具有透气、加注滑油、防止船舷外水进入的功能，并且有利于齿轮箱在强负荷、长时间工作的状态下泄压，平衡齿轮箱的内外压强，可有效避免冒油或油雾溢出现象发生。为了预防万一仍有少量滑油溢出或者加油时的泄漏情况，在齿轮箱挂桨轴管上捆绑吸油毡并定期清洗或更换，吸收齿轮箱可能溢出的残余滑油。

2.2 固定接油盘并配合吸油毡使用，防止柴油机渗漏油进入河水

针对接油盘中残油容易被盗和被雨水冲刷造成油污染等情况进行如下改进：一是接油盘采用固定式安装，将钢板与柴油机机座焊接一体，盘内铺设一层吸油毡，钢板和吸油毡尺寸根据柴油机型号而定。二是在接油盘四周焊接高度约30 mm的围板，在接油盘底部适当位置开流水孔，方便接油盘中的雨水和柴油机滴漏的冷却水迅速排出，以防止接油盘盛满溢出。三是定期清洗或更换吸油毡，吸油毡通常用于港口、河流的各类油泄漏的应急处理[15- 17]，通常依靠其内部吸附材料强大的毛细管吸收力及其对油品的亲和性可产生对油品的吸附性[18- 19]。吸收过程只是物理吸收，不存在化学吸收现象[20- 22]，这样便于后期进行清洗后，可反复使用[23]。由于吸油毡的这些特性，我们考虑在接油盘及挂桨轴管上安装吸油毡。考虑到残油和含油污水的及时吸收，需要吸油毡对残油和含油污水吸收的速度要足够迅速，而且当有雨水或者河水淋到，或者溅到吸油毡上时，吸油毡短时间内可以将水排出，并且不会使原来吸附的油发生溢出。

3 对技术改进方案的试验验证

3.1 试验方案

针对以上技术改进设置了两个对比试验：

(1)吸油毡对比试验。为选取适合安装于接油盘、挂桨轴管的吸油毡，通过试验对比不同材质、不同硬度、不同厚度的吸油毡对油水混合物中油、水的吸收效果和速度，从中选出最适合的吸油毡类型。

(2)齿轮箱盖板的技术改进效果检验试验。为观察齿轮箱盖板的技术改进效果，随机选取3艘挂桨渔船，使其在进行技术改进前后分别进行5 h系泊试验和20 min航行换向试验，将前后滑油泄漏的情况进行对比。验证挂桨加装呼吸器后降低渗漏油程度的有效性。

3.2 设备和材料

设备和材料包括：温度计、湿度计、气压计、风速风向仪、秒表、手电筒、烧杯、剪刀、0号柴油、水、渔船及吸油毡材料。

3.3 试验程序及要求

(1)吸油毡吸附试验。选不同材质、厚度吸油毡，将其剪裁至相同大小并进行编号，记录各样品的基本信息。吸油试验：向各样品表面倾倒相同量的滑油，观察其吸附情况，记录试验现象；吸水试验：向各样品表面倾倒相同量的河水，观察其吸附情况，记录试验现象。油水混合试验：向各样品表面倾倒比例分别为1∶1、1∶2的油污水，观察其吸附情况，记录试验现象。

(2)齿轮箱渗漏油试验。选取符合要求的渔船，记录其基本信息；渔船系泊在码头，挂桨齿轮箱安装原装盖板，发动柴油机连续进行5 h系泊试验后，进行约20 min航行及换向试验，记录齿轮箱透气口的溢油情况；渔船系泊在码头，使用改造后的齿轮箱盖板，发动柴油机连续进行5 h系泊试验后，进行约20 min航行及换向试验，记录齿轮箱透气口的溢油情况。

3.4 试验环境参数

试验地点在兴化市旺龙船厂码头。2019年5月28日试验当天的天气参数：气温24 ℃，湿度22%， 气压1 018 hPa，风向风力东北风1～2级。5月29日试验当天天气参数：气温21 ℃，气压1 011 hPa，风向风力东南风1～2级。5月30日试验当天天气参数，气温22 ℃，湿度78%，气压1 011 hPa，风向风力东南风3～4级。天气条件满足渔船安全航行的要求。

3.5 试验过程

(1)吸油毡吸附试验。选用5种不同材质和规格的吸油毡，其信息见表1，制作成5 cm×5 cm面积大小相同的样品，分别进行一定量的油、水以及不同比例的油水混合物的吸附试验，观察和对比各个样品的吸附速度和效果。结果见表2，其中括弧里的时间为目测吸附过程结束的时间。

表1 吸油毡试验Tab.1 Testof oil- absorbent felt

表2 吸油毡吸附性能Tab.2 Adsorption performance of oil- absorbent felt

(2)齿轮箱渗漏油试验。选取3条挂桨渔船，其信息见表3，于2019年5月28日至30日，在齿轮箱盖板改进前后分别进行5 h的系泊试验和约20 min的航行及换向对比试验。观察技术改进前后，挂桨齿轮箱盖板的透气孔的漏油情况。具体结果见表4、表5。

注：样品3吸水完全的情况下，油缓慢吸收(约2 min完全吸收)

表3 渔船试验Tab.3 Test of fishing vessel

表4 系泊试验Tab.4 Mooring test

表5 航行及换向对比试验Tab.5 Contrast test of navigation and reversing

4 结果及分析

4.1 吸油毡油污吸附能力

在5种不同材质、硬度及厚度的吸油毡中，硬质羊毛化纤混纺材质吸油毡的吸油能力较强且不吸水；软质羊毛化纤混纺材质吸油毡的吸油、吸水能力均较强；软质PP1(聚丙烯)材质吸油毡的吸油能力稍弱于羊毛化纤混纺材质且不吸水；吸油毡吸油效率与厚度无明显相关性。根据相似相容原理，PP1吸油毡对于烷烃类油品具有极强的亲油疏水性[18]，试验过程中发现PP1吸油毡上的0号柴油黏附不住，会顺水滴下，不利于回收。混纺吸油毡吸油效果最好，整个过程中黏附能力强，很少有油滴回情况。羊毛混纺吸油毡是具有多孔性网状结构，有一定的厚度，加大了油滴与材料的接触面积，提高了油水分离效果[24- 25]。由于硬质羊毛化纤混纺材质吸油毡对油水混合物中油分的吸收性好，且不吸水，这种吸油毡安装于接油盘上遇到混有滑油的柴油机冷却水或者雨水后，油会被迅速吸收，而水会透过吸油毡经流水孔排走，能有效防止残油被冲刷后进入河水，因此推荐用于安装在于接油盘和传动系统的轴管上。

吸油毡的吸油效果与水温也有关系，水温越高，吸附效果越好[16]，此次试验都是在相同水温下进行，因此可排除水温因素对吸油效果的影响。

4.2 齿轮箱渗漏油对比

在抽取的3艘渔船样本中，挂机生产企业、型号一致，在试验条件一致的情况下，使用原装盖板，在5 h系泊试验和约20 min的航行及换向试验中，发现透气口出现明显的滑油渗漏现象；更换带有呼吸器的盖板后，同样条件下再次进行试验，未见透气口滑油渗漏。由图3可见，技术改进前挂桨机启动时齿轮箱盖板螺栓孔处有油漏出。由图4可见，技术改进后挂桨机启动时齿轮箱盖板无漏油情况，改进效果显著。

柴油机挂桨齿轮箱设置呼吸器后，呼吸器上的透气孔、挡油板、钢丝球等将齿轮箱内的滑油和油雾实现了有效阻挡，同时又保持了工作期间齿轮箱内部与外部滑油压力的平衡[26]。因此，整个测试过程没有滑油或者明显的油雾溢出现象。

图3 实船改装前盖板Fig.3 Original cover plate on vessel

图4 实船改装后盖板Fig.4 Improved cover plate on vessel

5 结论与建议

此次针对挂桨渔船的柴油机、接油盘和齿轮箱盖板3个重要油污染漏油点的技术改进效果显著。通过合理加装呼吸器已基本解决齿轮箱透气口漏油的情况；羊毛化纤混纺材质吸油毡对油分的吸收效果最佳，可以确保残油和含油污水滴入接油盘后会被迅速吸收。上述技术改进措施如推广应用于江苏省乃至全国现有的挂桨渔船上，将有效降低河流湖泊的渔船油污染状况，实现以小技术革新推动农村生态环境建设的目的。进行试验的挂桨型号较少，需进一步在更多地区尝试进行更多型号挂桨，进而在全国范围内推广。

建议有关部门制定挂桨的水产行业标准，提高密封及防止透气口漏油等方面的要求，并将挂桨渔船的接油盘内安装吸油毡纳入行业标准，便于渔船的规范安装和使用。