无线大功率海上溢油跟踪浮标监测技术改进

崔迪，赵平

(交通运输部水运科学研究院,北京 100088)

海上溢油事故不仅给海洋生态造成损失，而且对沿海的敏感资源也造成重大威胁，因此，敏感资源保护也是溢油应急行动重要目的之一。我国作为国际海事组织的A类理事国，积极推动并加入了多个防治船舶污染海洋环境的国际公约，同时也相继制定相关的法律法规，特别是《防治船舶污染海洋环境管理条例》的颁布对防治溢油污染事故的发生提出了新的要求，提出海事管理机构应当建立健全船舶及其有关作业活动污染海洋环境的监测、监视机制，加强监测监视，建立专业应急队伍和应急设备库，配备专用的设施、设备和器材的要求。为减少事故造成的危害，及时获得事故信息并采取应急处置措施成为防止事故危害扩大的最主要途径。跟踪监测浮标是针对油品及危险品泄漏而开发的预警预测产品，目前已经在我国石化码头、海事系统得到推广应用，并在大连“7·16”事故的防污染应急抢险中发挥了重要作用，但由于跟踪监测浮标为应急需求采用独立电源设计，因此，溢油浮标电源使用内置电池组，为溢油浮标设备有线充电时，需配置相应的充电设备。目前充电设备一般采用插接式充电口，由于其充电口暴露在外，当充电口密封不严或插接作业中的人员操作使用不当，发生渗水使其电气短路、设备报废等现象，阻碍其推广使用。

跟踪监测溢油浮标的大功率无线充电设备，采用无线充电方式，为跟踪监测浮标产品充电，浮标与充电器之间没有充电口，2个设备可制成完整的密闭结构，充电时采用无接触式无线充电方式，避免因充电口暴露在外，导致海水渗漏使其电气短路、设备报废等现象。

国外使用的浮标产品技术种类较多，主要用于海洋环境观测，用于溢油跟踪监测浮标很少，目前基本处于试验阶段，这类浮标普遍存在溢油识别率低、性能不稳定、技术不成熟等缺陷。

通过调研，开发出溢油识别准确、布放容易(不受敏感资源地域电力等条件限制)、操作携带方便、充电方便、全天候的溢油跟踪监测设备，以满足海上溢油应急反应时对敏感资源保护的需求。

1 系统技术改进

1.1 系统技术改进及组成

对国内外溢油跟踪监测监控技术和产品的调研分析及性能必选，没有找到能够满足目标要求的溢油跟踪监测监控技术和设备。为进一步探索我国溢油跟踪监测的新技术手段，对接触式监测技术在溢油跟踪方面的技术可行性研究，确定了以无线充电接触式监测传感技术为主要手段的系统开发、研制方案。

1.2 无线充电水上终端部分

一种无线充电浮标装置，其特征在于该浮标装置由上半球组件、下半球组件和无线充电座构成；无线充电座内置有电源管理模块及发射电路，无线充电座上表面有2个圆柱形充电头，该充电头可插入无线充电孔。进行无线充电跟踪浮标的实验，发现其灵敏度及使用寿命都较无线充电浮标长。

2 无线充电溢油浮标实验

2.1 节能方面改进

溢油跟踪浮标的无线充电技术，采用交流输入，经过输入滤波之后，再经整流器得到约300 V直流；辅助电源启动，驱动半桥电路处于交替导通状态，在发射端发射线圈加上约150 V交流方波。发射端的发送功率与接收端相关，随着接收端的功率增大，发射端跟随增大，当接收端不在位时，发射端几乎不耗能。无线充电式溢油软件反应见图1。

图1 无线充电式溢油软件反应

2.2 充电时间改进

溢油跟踪浮标无线充电技术的电路结构紧凑、效率高、防护性好；使用简单，方便可靠；具有150 W大功率输出。该无线充电器采用电磁耦合方式传输能量，将电网电能通过发射端发出，接收端接收，再通过充电电路实现对电池充电。具体电路由发射电路和接收充电电路组成。接收端接收线圈接收到交流方波，经过全桥整流，电能存储。辅助电源启动，给控制电路供电。控制电路启动工作，使组成降压充电电路工作，根据设定的充电电压和充电电流为电池充电。无线充电电池防反接二极管，电池反接时，不会对电池充电；正确接时电池也不会向电路放电。充电时间及充电电能对比见图2。

图2 充电时间及充电电能对比

2.3 灵敏度改进

通过对国内外调研和多种接触式传感技术和设备的比较、测试，引进了目前国外最新研发的接触式溢油传感器。通过与国外专家进行多次的技术探讨与方案论证、多次实验室试验，提出了提高传感器对油膜的灵敏性和反应时间的要求，经过论证和试验，对原有传感器进行改进，采用微孔纳米硬质材料加敏感膜的传感技术，改进传感器外壳材料，以适应耐海水腐蚀要求，从而使其更加适合海上溢油跟踪监测设备上的使用。无线充电溢油跟踪浮标采用新型传感器，反应时间2～3 s，提高了灵敏度。溢油传感器设计用于检测漂浮在水面的和集聚在低洼坑槽中的碳氢化合物燃油。溢油传感器测试棒与水不发生反应。但对于漂浮在水面上的燃油，哪怕只有薄薄的一层，溢油传感器测试棒都能马上发现。目前，溢油传感器测试棒有两种型号用于固定位置安装。同时，溢油传感器测试棒也可以安装在浮动装置上，适用于水面经常变化的场合。

对于汽油、航空燃油和柴油等轻质或中质燃油，溢油传感器测试棒的反应时间通常在几秒钟以内。对于原油、汽油、重柴油、0号柴油等烃类石油产品，溢油传感器测试棒反应灵敏度较高，但随着油料黏度增加和挥发性降低，反应时间也逐步变慢。针对原溢油跟踪浮标及无线充电浮标，进行多次对比实验。

3 结论

根据溢油应急实际情况，对溢油跟踪浮标系统进行了具有应急功能的设计，由于该系统硬件尤其是水上终端部分采用的是独立电源，不会受到现场的停电等环境因素影响，而客户监控平台设置灵活，可随时随地进行固定或移动监控，其应急监控手段更加方便。溢油报警浮标不仅具有日常溢油跟踪监测功能，而且当突发事件发生时，系统仍能有效、稳定、及时工作。