自升式海洋平台防海生物系统设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 船舶与海洋工程 自升式海洋平台防海生物系统设计 前 言 众所周知，海洋中生存着千百万种的海洋生物，包括各种各样的微生物、海洋植物和海生生物。其中，有上千种海洋附着生物会给海洋设施带来危害，特别是在海下 3 40 m处的海水层，更是海洋附着生物生存繁殖的天堂；对于海洋平台，它们就会随着海水的取用，进入和附着于平台各个用水管系中，并分泌出酸性物质，造成管路堵塞与腐蚀，直接影响平台的生产、生活正常运行。 这些海洋污损生物固着或栖息在船舶 、 平台和各种人工设施水下固体表面上，对人类经济活动产生不利影响 ，其危害主要为增加船舶行进阻力，降低航速，增大燃料消耗；堵塞用水管道；改变金属

2、腐蚀过程，导致局部腐蚀或穿孔；妨碍各类海洋设施的正常工作，增加负荷 、 引发漂移 、 失衡甚至导致倾覆 。 海生物污损对海上设施的危害非常严重，在从事海事活动和开发利用海洋资源时，必须事先对相应水域污损生物群落的结构特点及演替发展规律有所了解，以选择相应的经济有效的防污措施。 海洋平台防海生物系统的探讨 海洋污损生物或称海洋附着生物是生长在船底和海上设施表面的动物、植物和微生物。由于它们附着而对设施所造成的种种危害 , 统称为海生物污损。人类自 开发利用海洋资源以来 , 一直为海生物附着所引起的污损问题所困扰。海生物在海水管道和冷却系统中的附着和生长 , 会缩小管道的有效直径 , 减小海水流量

3、 , 降低冷却效率。管道内的附着生物一旦脱落 , 还会堵塞阀门和冷却器的管口 , 严重时管道被完全堵死 , 造成停机和停产 , 造成巨大的经济损失。污损生物的附着 , 会使设备转动机构失灵 , 阀门关闭不严 , 管道内壁因海生物污损而造成局部腐蚀 , 可导致管壁穿孔 , 大大降低其使用寿命 , 增加维修工作量和费用。船舶、海上平台的海水管路和海水冷却系统都要受到海水腐蚀和海生物污损的双重危害 , 防止海生物附着的方法有多种 , 如采用防污涂料、施加液氯、电解防污、人工清除、加热法、超声波法等。防污方法不同 , 其防污效果和经济性等也不同 , 如防污涂料的防污期效短 , 小口径管道施工困难 ,

4、对环境有污染 ; 施工液氯运行费用高 , 对人体有毒害 , 且操作不安全等。 可以用以下方法处理海洋生物： (1)防海生物涂料： 目前，防污涂料中使用率最高的防污剂则是氧化亚铜 。 但是，随着铜元素的释放，防污效果下降，同时铜元素也会在海洋中大量的聚集，从而对海洋生态环境产生不良影响 。 因此，研制开发新型环保的海洋防污技术已 成为当前海洋防污领域的研究热点，而关于海洋生物天然防污作用机制的研究也越来越受到人们的关注基于生物仿生技术的聚合物涂层主要是低表面能防污涂层 。 低表面能防污涂层主要以有机硅或有机氟为基体树脂 。 有机硅系列化合物包括硅氧烷树脂 、 有机硅橡胶及其改性物质等 。 以有机

5、硅与乙烯和丙烯酸丁醋共聚物为原料的硅橡胶型涂料一聚合物涂料其涂层表面张力极低，耐腐蚀性能好，垂直使用不流挂，可用于舰艇水下部位和浮标的防污 。 含有长链的全氟烷基化合物不仅显示出憎水性，而且对普通的烃 、 油类也具有憎油性 。 近来利用氟化树脂改善基料的表面张力取得了很 好的实用效果 。 氟碳树脂为刚性聚合物，有机氟高聚物的表现张力是高聚物中最低的，这是由于氟原子的加入使单位面积的作用力减小的结果 。 Ober 等研究了含两亲性侧链的新型嵌段共聚物的表面性能及其对海洋有机物的吸附作用，其侧链由疏水的含氟组分与亲水的 PEO 组成 。 该两亲性表面对强烈吸附于疏水 表面与亲水表面的两类不同海藻的

6、吸附作用均很弱，具有广谱 抗污效果 。 新型涂料十分符合环保要求，同时也不会出现因为毒性防污剂不断释放而导致的防污效果下降现象，能够起到防污的作用 。 但是它也有缺陷，如品种少，有效期短，只有在水流剪切力的作用 下，低表面能防污涂料才能显现出较好的防污效果 。 因此，对于低表面能防污技术应着重于新型材料的开发，降低成本，提高防污效果，以拓宽其应用领域 。 (2)电解防海生物： 电解防污技术是目前普遍使用的防污技术之一，具有技术成熟，安全可靠，管理方便，运行费用低等优点 。 所谓电解防污技术是通过电解的方法，产生有毒的物质，从而造成一种不适合海洋生物附着生长的环境，防止污损的发生 。 电解海水防

7、污电解海水防污是利用不溶性电极电解海水产生有效氯，有效氯是强氧化剂，它可以击晕或杀死海洋生物的幼虫和孢子，从而达到防污的目的 。 反应中产生的 HClO、 ClO-、 Cl2都称为有效氯，它们都可以击晕或杀死海洋生物的幼虫和孢子，防止海生物的附着和生长 。 电解海水制氯防污装置由取水 、 电解槽 、 不溶性电极 、 控制器 、 流量计等组成 。 电解海水制氯装置主要应用于石油平台的海水处理系统和海水冷却系统 。 电解铜 -铝防污海水中电解铜 -铝防污是将铜 、 铝合金作为阳极，被保护的设备系统作为阴极 。 电解铜阳极得到的铜离子具有毒性，与海水混合物，形成有毒的环境 。 电解铝阳极产生 Al3

8、+，与阴极产生的 OH-形成 Al(OH)3，此种 Al(OH)3包封着释放出来的铜离子，随海水流动从被保护系 统中通过 。 它具有很高的吸附性，会散布开来而进入海生物可能栖息的海水流动较缓的区域，抑制了海生物的生长 。 铜铝阳极系统在海水中电解时，作为阴极的钢质管道内表面生成致密的钙镁覆盖层，而且电解生成的氢氧化铝胶体会随海水流动，在管道内壁形成一层保护膜 。 氢氧化铝胶体膜阻滞氧的扩散，增加浓差极化，减缓腐蚀速度，这样可以达到防污 、 防蚀的目的 。 电解铜 、 铝防海生物装置由控制箱 、 电解槽或阀箱 、 联接电缆及防腐防污电极组成，其电极可根据需要选择铜 、 铝或铁材料 。 氯 -铜联

9、用防污，海水中电解氯铜联合防污 、 防蚀是将不溶性阳极和特殊的铜 、 铝 合金作为阳极，被保护的设备系统作为阴极 。 电解铜铝阳极生成铜离子和氢氧化铝絮状沉淀 。 其作用机理与电解铜铝阳极防污相同，与此同时利用不溶性阳极电解海水制氯，有效氯和铜离子都是有毒物质，能杀死或抑制海生物 。 其防污效果要比单独使用的效果大很多 。 氯铜联用防污由电解槽 、 不溶性电极 、 铜铝电极 、 控制器等组成 。 此种装置可应用于石油平台的海水处理系统 、 消防系统 、海水冷却系统及电缆防护管线等 。 总结 生物污损研究的一个重要内容，就是要通过多方比较，选择经济可行的控制污损策略 。 防除是生物污损研究的最终

10、目的之一，但这需以生态 、 生理及 生物体附着机理的研究为前提 。 揭示污损生物的群落形成和发展规律，并从生态 、 生理以及分子水平阐明海洋污损生物附着机制及其所需条件，是研究开发高效环保无毒防污技术的前提 。 今后，污损生物的研究应进一步注重基础研究与应用研究相结合，在生物学基础上，通过与物理 、 化学及材料学等学科的交叉和渗透，寻找环境友好 、 并能彻底解决生物污损这一难题的方法和技术 。 参考文献 1 刘孔忠，官耀华，仲华 .平湖油气田平台导管架防海生物装置的应用 J.中国海上油气（工程）， 2003， 15（ 1）： 50 52. 2 郭剑，朱晓旭，田政 等 .对海洋石油生产平台防海生

11、物装置的解析 J. 中国海上油气（工程）， 2002， 14（ 6）： 39 43. 3 曹文浩，严涛，刘永宏，程志强 .海洋生物防污作用机制及应用前景 J.生态学杂志， 28（ 1）： 146 151. 4 李永清，郑淑贞 . 有机硅低表面能海洋防污涂料的合成及应用研究 J. 化工新型材料， 2007， 31（ 7）： 1 4. 5 唐新德，韩念凤，徐静 .高新技术在聚合物防污涂层研究中的应用 J. 材料导报， 2008， 3（ 3）： 25 27. 6 田军，薛群基 .低表面能涂层材料 降低海洋生物污损的研究 J.环境 科学， 1997， 18（ 2）： 40-42. 7 Krishnan

12、 S， et al. Anti -biofouling properties of comblike block copolymers with amphiphilic side chains J. Langmuir， 2006， 22， 5075. 8 田俊杰，刘刚，曲政 .石油平台海生物污损的防治方法 J.腐蚀与防护 . 2003， 24（ 10）： 450 451. 9 侯辰光 .海洋平台防海生物装置的应 用 J.中国修船 .2004， 18（ 6）： 35 36. 10宣志成从“ YH轮一起主机故障看防海生物装置的作用 J科技资讯，2009 11梁国栋，刘玉娟海水系统防海生物装置的设计

13、原理与比较分析 fJ船电技术， 2006 12刘孔忠，仲华平湖油气 H1平食导管架防海生物装置的应用 J中国海上油气， 2003 13侯辰光海洋 台防海生物装置的心用 J中同修船， 2004 14中国船级社海上移动平台入级与建造规范 s北京：人民交通 l叶 J版社，2005 15 Pearson， E. A.,Marine Pollution and Marine Disposal， Pergamon Press,London,1975。 文献综述 文献 1： 介绍海洋平台的发展现状，剖析海洋平台的发展趋势，指明开发海洋平台装备技术的切入点 文献 2： ： 综合论述了污损海洋生物防除的方法与技

14、术，并结合海洋生物学和附着机理研究及生物技术在污损生物防除中应用的最新进展，从经济实用 、操作简便 、 高效环保等方面，探讨了海洋污损生物防治技术与对策及应用发展前景 。 文献 3：藤壶是最主要的海洋污 损生物之一，对海防、海运交通、工业和渔业等十分有害。本文综述了藤壶的形态结构、幼体发育对附着生活的适应、藤壶的危害及其防除等方面的研究进展。 文献 4： ： 由于海上平台海水系统受海洋生物的影响，给平台设备的运行带来很大的麻烦，既增加了设备维护费用，又影响海水用户的正常运行，给平台的安全生产增加不利因素。对目前平台上应用的防海生物装置进行多方面对比，对平台防海生物装置的选型有一定的指导作用。

15、文献 5： 主要论述了海洋污损生物的危害，对防治海洋生物污损的方法进行分类，介绍了各种防污方法的原理和最新研究进展。 文献 6：主要介绍了不同材质的各种船舶的防污要求及电解海水防污技术的发展和应用。 文献 7：主要介绍了各种海洋设施包括海洋平 、海水养殖设施，水下声纳设备等的生物污损防除方法。 文献 8：主要总结了船舶防污技术的历史发展过程和方向，包括最早的船体包覆铜皮技术，铜化合物防污漆，有机锡高聚物自抛光防污漆，无锡铜基自抛光防污漆，以及其它一些无毒防污漆，如低表面能防污漆，导电防污漆和生物防污技术等。 文献 9： 安装在海洋结构构件上的环状防海生物装置 MGP (Marine Growth Preventer) 在海洋自然力的作用下连续地撞击构件 ,并不停地沿着构件往复运动 ,使得海生物得到有效防除。平湖油气田在国内率先引进 MGP 技术进行导管架的海生物防除 ,现场使用证明 ,MGP 对海生物清除的效果是比较理想的。 文献 10： 主要较详细地介绍了在海水系统中 , 海生物防治装置的设计原理和电流及离子浓度的计算方法 ,通过对不同形式的防海生物装置的综合分析与比较 , 较详细地说明了正确选择适当防海生物装置的方法。