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海上溢油清污方法

海上溢油清污方法

在发生海上溢油事故后,首先要对溢油的种类、溢油量以及可能产生的危害

和影响作一评价,对不同的污染程度采取不同的措施。

总的来说,对于海上溢油

的处置大致可分为三类,它们分别是:

m限制扩散,在发生海上溢油后,我们

首先应该对海面上的溢油进行围控,防止其造成进一步的污染和危害。

在这里我

们用到的溢油围控措施有气帘法[37]、铺设围油栏,以及喷洒集油剂,目前最常用

最环保的围控措施便是使用围油栏对海上溢油进行围控。

(2)溢油的回收,对于

海上溢油最环保的处置便是用机械手段将其进行回收利用,常用的机械设备有撇

油器、带状油回收器、油拖网、抽油泵、液压式油抓斗、溢油回收船以及溢油储

存设备。

C3)溢油的最终处置,对于海上溢油我们能回收的尽量回收,而不能回

收的溢油我们可以根据具体情况分别采用燃烧法、喷洒分散剂或是沉降剂对其进

行最终处置,从而达到尽量减小海上溢油对环境造成的污染。

对于海上溢油的回收方法,根据其具体属性的不同大致可分为三类,分别是

物理方法、化学方法以及生物方法,下面将具体介绍这些方法。

图3.1海上溢油清污示意图

Fig3.1Schematicdiagramofremovingoilatsea

物理方法

围油栏

海上溢油物理清污方法的评估、优化及快速决策

图3.2围油栏简易结构示意图

Fig.3.2Schematicdiagramofthestructureofoilboom

3.1.1.1围油栏的分类

在各国消除大量溢油事故过程中,围油栏和其他防止海上污染设备一样,起

着相当重要的作用。

它是防止溢油扩散、缩小溢油面积、配合溢油回收的有效器

材之一。

围油栏的设计种类繁多,至今尚无统一的分类{38]。

根据不同的分类方法

可以将围油栏分成不同类别,如根据自身材料不同可以将围油栏分为普通型围油

栏、防火型围油栏和吸附性围油栏。

根据使用地点的不同可以将围油栏分为远海

型围油栏、近岸型围油栏、岸线型围油栏和河道型围油栏。

根据围油栏抗风浪、

潮的性能不同,又可将围油栏分为轻型、重型两种。

如图3.2所示,为常见围油栏

简易结构示意图。

下面介绍一些具体的围油栏。

(1)固体浮子式围油栏

固体浮子式围油栏是采用具有浮力作用的轻质固体材料作浮子,浮子包皮和

裙体多采用以涤纶编织布做骨架涂以聚氯乙烯树脂的双面人造革,或以聚酷纤维

作骨架涂以橡胶材料。

其浮力小,抗风、浪、流的能力较差,抗拉强度、稳定性

差,只能适用于平静水域或风、浪、流不大的气象海况条件下,且使用年限短,

属中型围油栏。

但该种围油栏具有结构简单、加工制造容易,轻便、易操作、价

格便宜等特点,在适宜条件下仍被采用。

(2)充气式围油栏

充气式围油栏在使用之前要对气室进行充气,在使用完后要采用抽气机把气

室内的空气抽出,冲排气这两个操作都是通过充气阀来完成的。

充气式围油栏浮

力大、本体柔软,具有较强的抗风、浪、流的性能,其乘波性、稳定性和滞油性

 

第3章海上溢油清污方法

比固体浮子式围油栏好,但价格昂贵。

由于其对气象海况的适用性强、寿命长,

所以被广泛应用。

(3)固体、气体混合浮子式围油栏

单纯带有充气装置的充气围油栏的充气压力难以测量和控制,临时充气又将

拖延处理紧急事故的时间;而固体浮子式又有储存体积大运输拖放困难等缺点。

因此有些厂家综合二者的优点,发明了混合式围油栏。

如法国KLEBER公司设计

制造的BALER322,332型围油栏。

(4)双体围油栏

由于单体围油栏裙体的有效深度会随着潮流的增大而减小,从而使浮油从裙

体底下流走,单体围油栏滞油的临界流速小于lkn。

如果采用双体围油栏,可以在

很大程度上提高围油栏的滞油能力,滞油的临界速度可以达到1.4kn左右。

因此双

体围油栏主要应用于较高潮流下溢油的防止扩散,以及大量溢油时和撇油器一起

组成溢油回收系统。

(5)防火围油栏

防火围油栏有阻燃型和防火型两种。

阻燃型采用特种复合材料,其铝箔外表

面可反射90%以上的热量,并可以把热量向水中传导,其内部为耐火织物,在毛

细管作用下可吸附水、汽化降温,从而构成阻燃性能。

防火型围油栏防火功能部

分采用耐高温的金属制成,利用金属导热性能好的特点,向水中导热,防止升温

熔化。

防火围油栏主要用于海上溢油已经起火的场合,或打算用燃烧法清除海上

溢油的场合。

(6)吸附性围油栏

吸附性围油栏是围油栏与吸油材料的巧妙结合,一般是人造天然的吸附材料

填满在一个管网内或其他编织网中制成。

由于其内在强度小,因而需要附加的加

固物。

当它们浸透油和水时,有时还需用附加的漂浮物防止它们沉入水中。

用吸

油材料编制围油栏,不仅有挡油的作用,而且还有吸油的作用,适用于较恶劣的

海况。

但因其回收能力小,所以它们一般适用于较薄油层。

(7)物理围油栏

物理围油栏即气幕式围油栏,它主要由空压机、多孔管组成。

在使用物理围

油栏对海上溢油进行围控时,先将多孔管铺设在水下,之后由空压机提高压缩空

海上溢油物理清污方法的评估、优化及快速决策

气,当压缩空气从管孔中逸出时形成气泡上浮,产生上升的水流,上升水流形成

表面流,使水面隆起,防止溢油进一步扩散。

物理围油栏的管径一般为25-}-51mm,孔径为3.2mm,铺设在水下6}-7m处,

压缩空气压力大约400kPa,可在水中形成50m/s的上升气流。

上升气流在水面形

成的反向水流能拦住流速为0.7kn以下的水面溢油。

物理围油栏具有使用方便、迅

速,造价低的优点,同时其所形成的气流屏障不妨碍船舶正常航行。

但是其只适

用于狭窄且平静的水域,在水流速度过大时,其将失效。

(8)简易围油栏

在应急情况下,倘若缺乏专用设备对海上溢油进行围控时,可以利用现场可

以找到的材料做成简易围油栏,如漂浮式围油栏可以用木头、竹子、油桶、软管

和橡胶轮胎等做成。

2围油栏的铺设方法

图3.3围油栏铺设方法示意图

Fig.3.3Schematicdiagramofthelaidmethodofoilboom

第3章海上溢油清污方法

(1)包围法

对于海上溢油,最好的限制扩散方法当然是用围油栏将其团团围住,防止其

进一步扩散。

在溢油初期或者单位时间溢油量不多,而且风和潮流的影响都较小

的情况下,可采用包围溢油油源的方法。

如果由于风和潮流的原因溢油有可能从

围油栏漏出的情况下,可铺设两道围油栏。

根据溢油回收作业的需要,应设作业

船、油回收船的进出口。

如图3.3a所示。

(2)等待法

在溢油量大、围油栏不足或者风和潮流影响大、包围溢油困难的情况下,采

用等待法拦油。

该法是根据风向、潮流等情况在离溢出源一定距离铺设围油栏,

等待拦油。

(3)

也可根据具体情况铺设两道或三道围油栏。

如图3.3b所示。

闭锁法

在港域狭窄的水路、运河等地发生溢油时,可采用围油栏降水路闭锁的方法

防止溢油扩散。

若水的流速大、闭锁有困难或全闭锁会影响交通,可采用中央开

口式的铺设法,也可铺设两道或三道围油栏。

如图3.3c所示。

(4)诱导法

在溢油量大、风和潮流的影响也大,溢油现场用围油栏围控溢油无法实现的

时一候,或者为了保护海岸以及水产资源,可利用围油栏将溢油诱导到能够进行回

收作业或者污染影响较小的海面上,根据现场实际情况可设多道围油栏。

如图3.3d

所示。

(5)移动法

在深水的海面或风、潮流大的情况下,以及使用锚不可能或者溢油在海面漂

流的范围已经很广的场合,多采用移动法围拉拦油。

用移动法铺设围油栏主要包

括单船布放(单侧拖带和双侧拖带)、双船布放和三船布放三种方法。

单船布放

单船布放需要溢油回收船、挺杆(伸出臂和浮子)围油栏或备有撤油器的围

油栏等设备。

挺杆长度根据船舶的大小选择,长度一般为5一15m。

单船拖带有单

侧拖带(从船舶一侧伸出挺杆)和双侧拖带(从船舶两侧伸出挺杆)。

单船拖带围

油栏的形状通常是V形的,如图3.4a所示。

但采用这种形式布放大型围油栏,船

舶的操纵性能会受到一定的限制。

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双船布放

双船布放围油栏通常采用“J”形布放,所以也称J形拖带,如图3.4b所示。

作为拖带围油栏的两艘船一艘作为主拖船,用于拖带围油栏较短的一端,同时存

放所需的作业设备和回收作业人员。

另一艘作为辅拖船,用于拖带围油栏较长的

一端。

围油栏的长度一般需要200}-400m,从主拖船至J形底部之间围油栏的长度

大约为20}40m}撇油器放置在J形底部。

围油栏要尽可能紧靠在主拖船的一侧

(10^}20m),以便于撇油器或其他回收设备的操作。

三船布放

三船布放形式通常采用的围控形状为“U”形,如图3.4c所示。

U形围控主要

是用两艘船舶并行地对围油栏进行拖带。

拖带时,围油栏的长度一般需要600mo

与J形拖带相比,两艘船舶并行航行,较容易保持正确的位置。

在进行拖带的同时,

第三艘船舶应根据围油栏的拖带速度航行,以便一直处于U形底部外侧,方便对

溢油进行回收。

该方法溢油回收量较大,应充分考虑溢油回收船的舱容,避免作

业过程中因舱容不足而带来不便。

a.单船布放b.双船布放。

.三船布放

图3.4围油栏铺设方法示意图

Fig.3.4Schematicdiagramofthelaidmethodofoilboom

3.1.2吸附法

利用吸油材料吸附海上溢油从而对其进行回收是一种简单、有效的方法。

油材料简单易得、使用安全,并且价格低廉,但是这种方法的吸油量较小,适用

于浅海、岸边等海况相对较平静的场所。

目前,国内外的吸油材料主要有聚乙烯、

聚苯乙烯纤维、聚氨酷泡沫等人工合成材料,以及麦秆、锯末等天然吸油材料【ss70

表3.1列出了一些吸油材料的吸油性能。

第3章海上溢油清污方法

表3.1吸油材料的吸油能力对比表

Tab.3.1oilabsorptionabilitycontrasttableofoilabsorptionmaterial

最大吸油能力(比率)

吸油材料

高粘度油(25℃时

低粘度油(25℃时

吸油后是否浮于

水面

3000cSt)

5cSt)

沉沉沉沉沉沉沉

气J︸()

6,白

蜓石

火山灰

玉米秸

花生壳

红木皮

稻草

泥煤

天然材料

浮浮浮浮浮

nUCU

7口︸6

聚氨酉旨泡沫

尿素甲醛泡沫

聚乙烯纤维

聚丙烯纤维

聚苯乙烯粉

60

50

35

20

合成材料

3.1.3撇油器

撇油器是机械回收水面溢油的主要设备,根据其工作原理的不同主要将撇油

器分为以下几种〔40:

:

(1)粘附式撇油器—主要包括带式、刷式、绳式、盘式和鼓式等;

(2)堰式撇油器—普通堰式、可调节堰式、斯勒普(SLURP)式和引流堰

式等;

(3)水动力式撇油器—动态斜面式(DIP)式和倾斜板式;

(4)抽吸式撇油器—真空式、气流式;

(5)其他撇油器—组合式。

3.1.3.1粘附式撇油器

粘附式撇油器的工作原理是利用某些物质(如聚丙烯、PVC或铝等)的粘附

海上溢油物理清污方法的评估、优化及快速决策

能力,通过这些材料制成的物质(如盘、绳、刷、鼓、带等)的连续运动,将具

有一定粘度的油吸附在表面,并将其带离水面,之后经过刮擦挤压作用将油与亲

油材料分离,将油聚集到指定位置,从而达到溢油回收的目的〔4L]0

(1)带式撇油器

带式撇油器的工作原理如图3.5所示,它主要由多孔吸附带、驱动滚轮、挤压

滚轮、头部滚轮电磁泵、吸油泵及滤网组成。

在工作时,多孔吸附带在驱动滚轮

的带动下顺时针传动,水面上的溢油便粘附在多孔吸附带上被带离水面,之后经

过挤压滚轮的刮擦挤压,将油聚集起来,最后用泵将油传送到指定位置。

此类撇

油器适用于中、高粘度的溢油;适用于中、高溢油厚度;对水面上的垃圾比较敏

感,特别是长的线条状垃圾〔4?

];此类撇油器采用静态回收方式,只能在海况良好

下使用,所以应用范围很小〔43〕a

图3.5带式撇油器工作原理图

Fig.3.5Schematicdiagramofbeltskimmer

(2)绳式撇油器

如图3.6所示,绳式撇油器主要由粘油绳、挤压滚轮、支撑滚轮、吸油管、防

溅板组成。

与带式撇油器的工作原理类似,长绳圈在牵引力的作用下顺时针转动,

水面上的溢油由于粘附作用被带离水面,之后经过挤压滚轮的挤榨将油聚集在指

定位置,从而达到回收溢油的目的。

由于高粘度的溢油很难与绳分离,所以此类

撇油器只适用于中、低粘度的溢油,以及中、高溢油厚度;对水面垃圾、浮冰不

敏感,适用于平静水域:

4}]0

(3)刷式撇油器

刷式撇油器的基本结构如图3.7所示。

刷式撇油器是利用毛刷的高速回转和油

的粘附作用来回收水面溢油的,因其对海上溢油具有搅拌作用,所以回收过程中

溢油乳化的倾向严重。

该类撇油器对低粘度的溢油几乎不形成回收能力,适用于

中高粘度的溢油,但若溢油的粘度过高,则其在被毛刷向上带起的过程中会因受

到自身重力和毛刷转动产生的离心力的作用而脱落,所以溢油粘度不宜过高;适

用于中、高溢油厚度;对水面垃圾比较敏感,在平静水面下工作良好。

图3.7刷式撇油器工作原理图

Fig.3.7Schematicdiagramofbrushskimmer

(4)盘式撇油器

盘式撇油器的工作原理如图3.8所示。

盘式撇油器的盘片是利用亲油材料制成

的,盘片在回转过程中经过油水界面,具有一定粘度的溢油便粘附在盘片上被带

离水面,然后再经过刮擦挤压作用将油与盘片分离,之后将油排到指定位置。

类撇油器适用于中等粘度的溢油,低粘度的溢油也可以回收,但是其回收速率很

低;适用于中、高溢油厚度;这种回收方法对长周期的波浪不敏感,对波高小于

盘片直径的短波适应性较好。

但是该回收方法不能在行进中回收溢油,常用于静

态回收。

另外,溢油在回收过程中乳化倾向较为严重〔92)0

吸油

油附着板

软管

刮油板

~、

油槽

箱体

_二_一___.)-.

导向板

图3.8盘式撇油器工作原理图

Fig.3.8Schematicdiagramofdiscskimmer

(5)鼓式撇油器

鼓式撇油器的工作原理如图3.9所示。

鼓式撇油器在工作时,具有一定粘度的

溢油粘附在旋转的柱面表面被带离水面,然后通过刮擦挤压将柱面上溢油收集,

最后用泵对溢油进行回收。

此类撇油器只能回收中等粘度的溢油,回收低粘度溢

油时速率很低,回收高粘度溢油时由于溢油经常粘附在刮板上不能流入集油槽,

所以回收效果很差〔43];适应于中、高溢油厚度;不能在行进过程中对溢油进行回

收,只能采用固定式回收。

图3.9鼓式撇油器工作原理图

Fig.3.9Schematicdiagramofdrumskimmer

3.1.3.2堰式撇油器

堰式撇油器的工作原理是设置一个低于水面的堰,水面溢油在重力的作用下

经过堰顶流入集油井内,然后用泵将油输送到指定的存储位置。

堰式撇油器的特

点是直接对水面浮油进行回收,回收能力很高。

堰式撇油器对溢油的粘度适应性

较好,粘度在30^}40000cst的油都可有效回收〔4'_]a

(1)普通堰式撇油器

如图3.10所示,为普通堰式撇油器。

该撇油器采用一个带折堰的收油头,使

水面表层的浮油能够通过堰顶流入集油井内,然后通过吸油泵将油抽吸到指定的

贮油容器中,从而达到溢油回收的目的。

根据泵是否装在收油头上,这种形式的

撇油器分为内装泵和外装泵两种形式。

采用外装泵形式的堰式撇油器只能回收中

低粘度的溢油,对各种水面垃圾极为敏感。

而使用内装泵形式的撇油器,其输油

泵(通常采用螺杆泵)直接装在收油头上,这种方法提高了收油机对垃圾的抗御

能力,而且降低了溢油在输送过程中的乳化程度。

此外,这种回收方法可以输送

高粘度溢油,对高粘度溢油也有很好的回收效果。

普通堰式收油机对海况的适用

性较差,在有风浪的情况下极易同时回收大量的水,对于低厚度的油层即使在静

水条件下也会同时回收大量的水(收油含水率通常为70%^'80%,甚至更高),这

对现场有限的泵力资源和贮存空间是一种严重浪费。

因此,该撇油器通常只适用

于静水情况下油膜厚度较厚的各种粘度溢油的回收。

流入板

挡板

图3.10堰式撇油器工作原理图

Fig.3.10Schematicdiagramofweirskimmer

(2)可调堰式撇油器

可调堰式撇油器的基本结构如图3.11所示。

该类撇油器可根据泵的流量大小

来调节堰的高度,当泵的流量增大时,堰的高度降低;当泵的流量减小时,堰的

高度增大。

从而使撇油器只收取水层上面的浮油,因此可大大改善普通堰式撇油

器的不足,降低收油含水率,提高浮油的回收效率。

该类撇油器可用于油膜厚度

较薄及有轻微海浪的情况〔‘3。

水面油膜堰边

浮体输送泵

图3.11可调堰式撇油器工作原理图

Fig.3.11Schematicdiagramofadjustableweirskimmer

(3)引流堰式撇油器

引流堰式撇油器的工作原理如图3.12所示。

该撇油器利用转子的高速旋转加

速水面浮油的流动,从而促使其快速进入撇油器,浮油在上部由泵抽走,海水从

底部流出,该回收方法提高了浮油的回收速率和效率。

但是这种撇油器只适宜回

收中、低粘度的溢油,并且其受波浪影响较大,在有波浪存在时,引流作用将受

到很大影响,通常只适用于静水中工作。

图3.12旋转引流堰式撇油器工作原理图

Fig.3.12Schematicdiagramofrotatingdrainageskimmer

3.1.3.3水动力式撇油器

水动力式撇油器是利用泵的抽吸或装置运动过程中产生的水流,将水面上的

浮油拖带进入特定的集油空间内,使油水发生分离,从而达到回收水面溢油的目

的。

目前常见的水动力式撇油器主要有两种:

倾斜板式撇油器和动态斜面式(DIP)

撇油器。

海上溢油物理清污方法的评估、优化及快速决策

水面油膜堰边

浮体输送泵

图3.11可调堰式撇油器工作原理图

Fig.3.11Schematicdiagramofadjustableweirskimmer

(3)引流堰式撇油器

引流堰式撇油器的工作原理如图3.12所示。

该撇油器利用转子的高速旋转加

速水面浮油的流动,从而促使其快速进入撇油器,浮油在上部由泵抽走,海水从

底部流出,该回收方法提高了浮油的回收速率和效率。

但是这种撇油器只适宜回

收中、低粘度的溢油,并且其受波浪影响较大,在有波浪存在时,引流作用将受

到很大影响,通常只适用于静水中工作。

图3.12旋转引流堰式撇油器工作原理图

Fig.3.12Schematicdiagramofrotatingdrainageskimmer

3.1.3.3水动力式撇油器

水动力式撇油器是利用泵的抽吸或装置运动过程中产生的水流,将水面上的

浮油拖带进入特定的集油空间内,使油水发生分离,从而达到回收水面溢油的目

的。

目前常见的水动力式撇油器主要有两种:

倾斜板式撇油器和动态斜面式(DIP)

撇油器。

(1)倾斜板式撇油器

倾斜板式撇油器的工作原理如图3.13所示。

该撇油器的固定倾斜板与水线成

一定角度,在工作时,该装置以2^'4kn速度前进,海上浮油会沿着斜板流下,经

底部导流板后,溢油上浮至集油舱,当油收集到一定数量之后,在油舱液位控制

器的作用下,由专用的吸油泵将浮油抽送到指定位置。

该撇油器在溢油粘度高于

2X104cst时失效,因为粘度过高的浮油将会滞留在装置的前部,很难随水流到收集

槽的表面。

在天气、海况适当,且溢油粘度低于104cst时,该撇油器回收效果较

好,含水率低,但是含水率会随着撇油器的前进速度、溢油粘度的增加而增加。

在海况恶劣时,含水率也会增加。

倾斜板式撇油器不容易发生故障,可在1.5m波

高的海面上进行回收作业,构造简单适用性广,对不同油种不同油膜厚度都可使

用[93]。

图3.13倾斜板式撇油器工作原理图

Fig.3.13Schematicdiagramoffixedsubmersionplaneskimmer

(2)动态斜面式(DIP)撇油器

动态斜面式撇油器的工作原理如图3.14所示。

该撇油器适用于回收各种不同

厚度、粘度的海上溢油,且其接触浮油速度很高,所以收油速率很快。

此外,由

于其在回收海上溢油的过程中没有打破油水界面,所以海上溢油乳化现象较轻,

并且回收物中的含水量极少,含水率在10%以下,因此,在通常情况下不需要对

回收物进行油水分离的后期处理,这样可以节省宝贵的贮油空间和泵力资源,同

时也节省了大量的油水分离处理费用。

由于该装置采用水下溢油回收方法,所以

波浪对其影响较弱。

在有流(通常在流速超过lkn下采用)存在时可以固定使用,

在无流存在时只能移动使用。

另外,该撇油器是唯一能在围油栏失效(流速大于

0.7kn)的情况下,还可以对海上溢油进行回收的设备,该设备可适应的水流流速

范围是。

}.Sya.}lray=o

运动斜面

斜面驱动

匹习

集油箱吸油管可调出口

垃圾---

,、~.卜

}i'0}}.于

图3.14动态斜面式撇油器工作原理图

Fig.3.14SchematicdiagramofDIPskimmer

3.1.3.4抽吸式撇油器

抽吸式撇油器也称真空式或气流式,此类撇油器主要由泵、真空设备、吸管

和撇油头组成。

它的基本工作原理是,利用吸入泵或真空泵在真空设备中建立真

空,真空设备在吸油的同时吸入空气,空气在管口、管内高速流动,从而将溢油

从水面带走,然后集中到固定的收油装置中。

此类撇油器由于管内的摩擦损耗,

当抽吸最大压力为80}-90kPa时,对粘度高的油品几乎无效。

此类撇油器适用于

静水中,波浪对其影响较大;颗粒较小的杂质可以吸进去,较大则会阻塞吸口,

影响溢油的回收。

3.1.4油拖网

高粘度高倾点的溢油漂浮在海面,经过波浪的作用逐渐乳化成块、片状,尤

其是在低温时更易形成块。

对于这种高粘度高倾点的块状溢油,只能用网具对其

进行回收,即油拖网。

拖网式回收装置是根据渔业的经验研制的轻便型回收装置,

分为大型拖网和小型拖网两种。

按其工作方式的不同又可分为双船拖网、单船挂

网和大型拖网回收三种.46],现分别介绍如下:

(1)双船拖网

拖网下水后,由两条拖船拖至溢油区域进行拖动回收,另外还需一条工作船

紧随其后,以监视收油情况。

当网袋装满溢油后,工作船及时发出停船信号,由

工作船上的工作人员把装满油的网袋吊上工作船或浮拖于工作船后,然后更换新

网袋。

最后将所有装满溢油的网袋运往岸上进行处理。

如图3.15a所示。

(2)单船挂网

与双船拖网不同,单船挂网时,网袋可由单船单侧拖挂或单船双侧拖挂或安

装于双体船的中间拖带。

如图3.15b所示。

(3)大型拖网回收

大型拖网回收是指由两艘船拖带长达百米到千米的网状围油栏,将浮油团团

围住或将油引至岸边,然后予以回收。

如图3.15c,d所示。

拖船A

拖网

巨)口

吠二口

拖船B

工作船

a.双船拖网

b.单船挂网

C大型拖网将油围

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