潘志偉中交上海航道局有限公司(上海 200001)

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淺談船舶壓載水自動調(diào)平系統(tǒng)的應(yīng)用和管理

潘志偉
中交上海航道局有限公司(上海 200001)

摘要：船舶壓載水的自動調(diào)整，是提高船舶穩(wěn)性、安全航行、施工效益和船舶安全的重要環(huán)節(jié)。本文主講船舶壓載水自動調(diào)平系統(tǒng)的主要功能、基本要求、壓載水調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用、操作、管理，以提高船舶壓載水管理水平，保證船舶工作安全可靠。

關(guān)鍵詞：船舶壓載水系統(tǒng) 自動調(diào)平 應(yīng)用 管理

0　概述

船舶在設(shè)計和建造上除了滿足船舶規(guī)范下的該船舶的用途和功能外，還應(yīng)該滿足船舶處在水上平衡漂浮的理想狀態(tài)。但是無論在設(shè)計上再完善，建造上再優(yōu)質(zhì)，當(dāng)船舶實施貨物裝卸載、水上施工作業(yè)或航行中環(huán)境氣候等影響時都會失去平衡，一些船舶發(fā)生的重大事故就是因為過度失去平衡所造成的。無論是海上擔(dān)負(fù)各類貨物運輸?shù)拇埃ㄈ纾杭b箱船、散貨船、油輪、化學(xué)品船、液化氣船等），還是參與港口建設(shè)、海洋工程的船舶（如：挖泥船、起重船、海上風(fēng)電安裝船、海洋工作船、海洋科考及海上生活補給船等），在實際的施工作業(yè)或航行中必須采取措施對船舶進(jìn)行必要的平衡調(diào)整，使船舶既安全又高效地滿足生產(chǎn)需要。船舶平衡調(diào)整是一項非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，在調(diào)整過程中，要進(jìn)行計算和實際觀測，有時需要持續(xù)調(diào)整，從平衡到不平衡，又從不平衡到平衡來滿足船舶生產(chǎn)和安全要求。

如何達(dá)到平衡呢？最有效的方法就是船舶設(shè)立壓載水系統(tǒng)，它是一個以水為介質(zhì)的可移動壓載系統(tǒng)，在船舶設(shè)計上被廣泛采用而不可缺少的手段，船舶建造規(guī)范都有專門規(guī)定。船舶采用壓載水系統(tǒng)的特點是簡單、方便、快捷；一是壓載水就地取材，取之不盡；二是注入和排出方便，適用于現(xiàn)場控制和遙控操作；三是迅速及時，可控性強；四是滿足大容量快速調(diào)平，可以設(shè)置對應(yīng)平衡水艙。

1　壓載水系統(tǒng)的主要功能

船舶設(shè)置壓載水系統(tǒng)可對船舶各壓載水艙按需要實施注入或排出，有效調(diào)控船舶，在不同裝卸條件、航行區(qū)域、施工環(huán)境、作業(yè)要求、氣象影響、緊急救險等維持船舶穩(wěn)態(tài)，確保船舶安全，具體的調(diào)控功能如下：

(1)保持船舶適當(dāng)?shù)呐潘?，吃水深度?/p>

(2)調(diào)整船舶的縱傾度或橫傾度；

(3)維持船舶恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)性高度和船舶穩(wěn)性；

(4)減少船體變形引起的彎曲力矩和剪切力；

(5)海損事故中的自身應(yīng)急救助。

船舶壓載水在設(shè)計上，通常按照船舶的穩(wěn)性計算對壓載水艙進(jìn)行分隔，滿足船舶各種裝載狀態(tài)下的調(diào)整，并且用管路聯(lián)通。

2　船舶壓載水系統(tǒng)的基本要求

每艘船的壓載水系統(tǒng)都是由該船舶的性質(zhì)、用途、大小、航區(qū)等來決定的，在實船布局上必然存在差異，但必須都要滿足船舶建造規(guī)范要求。

船舶的壓載水系統(tǒng)包括如下幾個部分組成：

(1)壓載水艙：根據(jù)設(shè)計穩(wěn)性計算與壓載水調(diào)平要求設(shè)計，設(shè)立艏尖艙、艉尖艙和若干個左右壓載水艙，有的船舶設(shè)置平衡壓載水艙（起到了調(diào)平速度快，節(jié)約能源，防止水體污染）。壓載水艙所處的部位、容量和艙的數(shù)量都經(jīng)過嚴(yán)格計算確定，一般多設(shè)置于船舶雙層底，設(shè)計最終送船級社審圖中心核準(zhǔn)通過。

(2)管路系統(tǒng)：每個壓載水艙設(shè)置連接管系，壓載水進(jìn)出管系根據(jù)需要可以是共用也可以分設(shè)，但必須利用閥門實施有效控制，壓載水管通徑要匹配泵排量和壓載水排出注入的時間要求。

（3）系統(tǒng)控制閥門：實現(xiàn)控制壓載水艙水的注入和排出，閥門布置相對集中便于操作，閥門上做好標(biāo)記。閥門分手動控制和自動遙控，自動控制閥門有氣動、液動、電動，常用的為氣動遙控，閥門設(shè)有遙控開啟位置顯示。

（4）壓載水泵：壓載水泵一般設(shè)立二臺以上（有的船舶設(shè)一臺，另設(shè)有總用泵或消防泵替代），泵的排放容量在設(shè)計中按艙容及注入、排出需求時間來確定，滿足一定的調(diào)撥時間要求。泵的控制可以是就地控制也可以遙控。

（5）遙控系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)置遙控控制面板，計算機輸入接口，對船舶自動平衡數(shù)值進(jìn)行整定，對控制方式可以轉(zhuǎn)換操作、帶壓載艙液位顯示和失效報警。

（6）傳感器：設(shè)在壓載水艙內(nèi)，由過去的人工測量到浮子式、壓差式顯示發(fā)展到現(xiàn)在的遠(yuǎn)程傳感顯示，精確度高，反應(yīng)靈敏，是實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的重要元件。

3　船舶自動調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用（以上海邁領(lǐng)自控科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的設(shè)備為例）

早期壓載水系統(tǒng)的管理是由人工完成的，甲板部負(fù)責(zé)壓載水艙的測量、記錄，發(fā)布調(diào)撥指令。當(dāng)需要調(diào)撥壓載水時，甲板部負(fù)責(zé)此項工作的專人通知輪機部調(diào)撥壓載水，明確調(diào)撥水艙的進(jìn)出量要求，輪機部專人執(zhí)行開閥、開泵操作，甲板部專人不斷對壓載水艙測量，當(dāng)船舶調(diào)平到位置時，通知輪機部停止駁運，輪機部執(zhí)行停泵關(guān)閥。這種操作勞動強度高，調(diào)撥精度差，也會發(fā)生錯誤，還會出現(xiàn)二部門矛盾，存在著一定的安全隱患。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化程度的提高，高精度測量和控制元件的問世，有針對性的自動化控制系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用，逐漸取代了繁瑣及高強度的人力操作，既解放了勞動力，又提高了安全性。船舶自動平衡系統(tǒng)也就這樣被成功研發(fā)并廣泛應(yīng)用。

（1）自動調(diào)平的方式

船舶自動調(diào)平系統(tǒng)在功能設(shè)計上要求操作簡單、穩(wěn)定可靠、適應(yīng)操作人員有效操作。其方式是通過橫傾（縱傾）傳感器采集的信號源，比較判斷橫傾（縱傾）程度是否超過設(shè)置值。在自動狀態(tài)下，如果橫傾（縱傾）值超過設(shè)定值范圍，系統(tǒng)就會發(fā)出信號并自動啟動運行，開啟相關(guān)閥門，啟動相關(guān)壓載水泵組，調(diào)節(jié)相關(guān)2個或多個平衡水艙量達(dá)到平衡；在手動狀態(tài)下，通過操作MINIC板旋鈕，控制開關(guān)閥門和水泵；另外，可將液位數(shù)據(jù)（4個平衡壓載水艙和4個吃水）也引入橫傾（縱傾）裝置，并通過吃水計算后得到的橫傾（縱傾）值和橫傾（縱傾）傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行比較，判斷系統(tǒng)是否平衡正常，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的可靠性和精確性。

（2）自動調(diào)平系統(tǒng)的操作權(quán)限

為使系統(tǒng)有效可靠工作，在多模式控制下設(shè)定操作權(quán)限，一般系統(tǒng)設(shè)有4種操作權(quán)限，分別是：就地操作權(quán)限；MINIC操作權(quán)限；觸摸屏手動控制權(quán)限；觸摸屏自動控制權(quán)限。

在實際操作中以MINIC板操作為主，其他為輔。

a.就地操作：把控制柜上的“遙控/就地”開關(guān)打到“就地”位置，實施現(xiàn)場操作。

b.MINIC板操作：無通信故障，控制柜的“遙控/就地”開關(guān)轉(zhuǎn)到“遙控”位置，把MINIC板“手動/自動”開關(guān)打到“手動”位置。如圖1所示:

c.觸摸屏手動控制：無通信故障，控制柜的“遙控/就地”開關(guān)打到“遙控” 位置，MINIC板“手動/自動”開關(guān)打到“自動”位置，并將觸摸屏上“手動/自動”開關(guān)打到“手動”位置。如圖2所示:

圖2　觸屏“手動”位置旋鈕

d.觸摸屏自動控制：無通信故障，控制柜的“遙控/就地”開關(guān)打到“遙控” 位置，MINIC板“手動/自動”開關(guān)打到“自動”位置，觸摸屏上“手動/自動”開關(guān)打到“自動”位置。如圖3所示:

圖3　觸屏“自動”位置旋鈕

(3)自動調(diào)平系統(tǒng)的操作方式

自動調(diào)平系統(tǒng)在操作方式上簡單、可靠，在設(shè)定的四種操作權(quán)限下選擇，按實際需要相應(yīng)轉(zhuǎn)換：“就地”操作為一般的控制方式現(xiàn)場操作；“MINIC板”操作為主要的自動控制方式操作；“觸摸屏手動控制板”作為“MINIC板”旋鈕或泵啟停旋鈕損壞的情況下使用，也稱為輔助操作；“觸摸屏自動控板”是當(dāng)操作權(quán)限切換到觸摸屏自動控制前，在觸摸屏上面將需要設(shè)定的相關(guān)參數(shù)預(yù)先輸入。相關(guān)參數(shù)的設(shè)置程序如下：首先進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置主頁面；

如圖4所示：“參數(shù)設(shè)置主頁面”進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置主頁面：

圖4　參數(shù)設(shè)置主頁面

點擊“參數(shù)設(shè)置3”，彈出頁面“用戶權(quán)限登錄”的等級密碼，輸入123456和ENTER，如圖5所示：

圖5　參數(shù)設(shè)置輔頁面

進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置3頁面”，如圖二所示，當(dāng)選擇“NO.1泵優(yōu)先”，則系統(tǒng)首先選擇NO.1泵，在NO.1泵發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動切換到NO.2泵；當(dāng)選擇“NO.2泵優(yōu)先”則系統(tǒng)首先選擇NO.2泵，在NO.2泵發(fā)生故障時，系統(tǒng)會自動切換到NO.1泵；當(dāng)選擇“橫傾優(yōu)先—傾斜儀”時，系統(tǒng)則以傾斜儀的數(shù)據(jù)作為調(diào)平依據(jù)；當(dāng)選擇“橫傾優(yōu)先—PLC”時，系統(tǒng)以PLC計算的數(shù)據(jù)作為調(diào)平的依據(jù)。

系統(tǒng)的操作方式和設(shè)置均可以方便地選擇，達(dá)到了優(yōu)化的程度。

(4)自動平衡系統(tǒng)調(diào)平過程的應(yīng)用 (以典型起重船例)

只有當(dāng)操作權(quán)限在觸摸屏自動控制狀態(tài)下，系統(tǒng)檢測到數(shù)據(jù)沒有違反前述參數(shù)設(shè)置程序；系統(tǒng)所屬部件無故障，系統(tǒng)才能進(jìn)行自動調(diào)平。所屬部件包括：傾斜儀、檢測設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)的通信信號和電源、各平衡艙傳感器、船舶左右（前后）吃水傳感器、平衡艙水進(jìn)出遙控閥BWV60BWV61 BWV62BWV63、 水泵吸口遙控閥BWV50BWV53 BWV56BWV58、水泵出口遙控閥BWV52BWV55 BWV57BWV59、控制遙控閥啟閉設(shè)備裝置（空氣、液壓、電動系統(tǒng)設(shè)備），單向截止閥BWV51 BWV54（常開）、壓載水管路系統(tǒng)、NO.1(NO.2)壓載調(diào)傾水泵等完好。

見“自動平衡調(diào)平系統(tǒng)示意圖示”(圖6)：

a.系統(tǒng)處在正常準(zhǔn)備狀態(tài)下，關(guān)閉所有閥門，關(guān)閉所有水泵。當(dāng)系統(tǒng)檢測到船舶左傾超限（整定值）時，自動開啟閥門工作，打開BWV50(BWV53)、BWV52(BWV55)、BWV60、BWV61遙控閥后，啟動水泵NO.1(NO.2)，水可以順利從左平衡艙調(diào)入右平衡艙。同理，當(dāng)系統(tǒng)檢測到船舶后傾超限（整定值）時，自動開啟閥工作，打開BWV50(BWV53)、BWV52(BWV55)、BWV62、BWV63遙控閥后，啟動水泵NO.1(NO.2)，水可以順利從后平衡艙調(diào)入前平衡艙。

b.系統(tǒng)處于正常準(zhǔn)備狀態(tài)下，關(guān)閉所有閥門，關(guān)閉所有水泵。當(dāng)系統(tǒng)檢測到船舶右傾超限（整定值）時，自動開啟閥門工作，打開BWV56（BWV58）、BWV57(BW59)、BWV60、BWV61遙控閥后，啟動水泵NO.1(NO.2)，水可以順利地從右平衡艙調(diào)撥入左平衡艙。同理，當(dāng)系統(tǒng)檢測到船舶前傾超限（整定值）時，自動開啟閥門工作，打開BWV56（BWV58）、BWV57(BW59)、BWV62、BWV63遙控閥后，啟動水泵NO.1(NO.2)，水可以順利地從前平衡艙調(diào)撥入后平衡艙。

c.若前后左右平衡壓載艙為空艙或滿艙時，此時船舶需要增減吃水線和調(diào)平船舶平衡時，各壓載水艙需從船外打入壓載水或打出壓載水艙壓載水進(jìn)行調(diào)整；如：打開BWV64（BWV65）遙控閥，通過壓載水自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)備的操作或其他相應(yīng)操作，可將船舶舷外的水打入到所需的壓載艙內(nèi)；反之打開BWV66（BWV67）遙控閥，通過壓載水自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)備的操作或其他相應(yīng)操作，可將所需的壓載艙內(nèi)的壓載水打出到船舶舷外。以此調(diào)整船舶的平衡和吃水線，提高船舶安全穩(wěn)性。

d.當(dāng)一組線路故障(BWV50、BWV52、BWV56、BWV57遙控閥、NO.1水泵，以及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障)或另一組線路故障（BWV53、BWV55、BWV58、BWV59遙控閥、NO.2水泵機控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障），或者BWV60 BWV61BWV62BWV63平衡艙遙控閥出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)無法實現(xiàn)自動模式。在這種情況下通過操作權(quán)限轉(zhuǎn)換手動控制。

5　船舶自動平衡調(diào)平系統(tǒng)的管理

船舶應(yīng)建立和完善船舶壓載水自動平衡調(diào)平系統(tǒng)的操作規(guī)程，制訂相關(guān)設(shè)備的應(yīng)急措施，制訂系統(tǒng)設(shè)備的年、月、日的檢查、使用、保養(yǎng)、修理的計劃和實施記錄管理臺賬。做好相關(guān)管理臺賬的記錄和相關(guān)的制度。

保持船舶自動平衡調(diào)平系統(tǒng)正常運行，注重系統(tǒng)的養(yǎng)護和管理十分重要，按計劃對系統(tǒng)及輔助設(shè)備作必要的檢查、核對、保養(yǎng)、管路，確保其工作的精度。

主要包括以下幾個方面：

（1）壓載水系統(tǒng)主要設(shè)備和遙控檢測設(shè)備的檢查和管理

a.定期檢查壓載水艙、管系、閥件是否完好，防止水艙道門、管路、法蘭連接處漏水。

b.定期清洗壓載水濾器及部分管路去除海蠣子等雜物。

c.檢查水泵運行平穩(wěn)情況，特別注意軸承聲響、振動和溫度，及時消除軸封漏水；檢測水泵運行中吸排壓力指示和流量儀器是否正常；定期校對現(xiàn)場水泵的溫度、吸排壓力、流量指示與監(jiān)控操作室系統(tǒng)監(jiān)控顯示屏內(nèi)參數(shù)相符。

圖6　自動平衡調(diào)平系統(tǒng)示意

d.檢查管路控制閥件啟閉是否正常，定期加油活絡(luò)保養(yǎng)；檢查閥門關(guān)閉密封性是否良好；核對閥門啟閉指示器位置是否正確，是否與遙控系統(tǒng)顯示屏指示位置相對應(yīng)。

e.定期檢查壓載水艙水位傳感器信號與人工檢測壓載水艙的水位及液位指示是否相符和正常，了解測試值與整定值的對比計算。

f.定期檢查壓載水泵、閥門、遙控設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備是否正常。

g.定期檢查遙控系統(tǒng)和輔助的攝像監(jiān)視器設(shè)備是否正常，以便及時發(fā)現(xiàn)問題和及時解決問題。

(2)對遙控閥控制動力源設(shè)備的（常用壓縮空氣、液壓油、電力為動力源）檢查和管理

如船舶在零度以下寒冷環(huán)境時，需做好船舶設(shè)備的防凍保暖工作；

a.在零度以下寒冷環(huán)境時，對控制壓縮空氣管路、氣閥需用保暖材料包扎，并在保暖層材料間加裝電熱絲保溫，防止控制空氣管路內(nèi)的水汽結(jié)水或結(jié)冰，特別是在空氣管路底部的管路、底部彎頭、接頭處容易堵塞控制空氣管路，發(fā)現(xiàn)問題及時疏通處理。

b.定期檢查和養(yǎng)護控制空氣干燥凈化裝置，確保設(shè)備正常；防止控制壓縮空氣雜質(zhì)、水分、油膩堵塞控制空氣管路；特別是在空氣管路底部管路、底部彎頭、接頭處容易堵塞控制空氣管路；發(fā)現(xiàn)問題及時疏通處理。

c.定期對控制壓縮空氣瓶放泄瓶內(nèi)殘油、水等異物，凈化空氣。

d.定期檢查控制空氣管路，防止管路碰壞處、接頭出漏氣；發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

e.在零度以下寒冷環(huán)境時，對液壓油控制管路也需要用保暖材料包扎，并在保暖層材料間加裝電熱絲保溫；防止液壓油黏度增大，流動性差，造成遙控不靈敏。

f.定期檢查液壓油控制管路，防止管路碰壞處、接頭出漏油；發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

g.平時要確保液壓油無雜質(zhì)和水分，必要時要進(jìn)行除水、除雜質(zhì)過濾工作。

h.對電力為動力源的控制電氣設(shè)備，要定期檢查電氣設(shè)備的絕緣，特別在高溫高濕環(huán)境，做好電氣設(shè)備的防水、防潮濕工作，注意控制電機是否有異常聲響、振動和溫度偏高等現(xiàn)象。

（3）壓載水的管理

a.對壓載水外排時，嚴(yán)格遵守海事局制定的特定區(qū)域壓載水排放規(guī)范要求排放，以及壓載水處理后按標(biāo)準(zhǔn)排放。

b.定期清除壓載水艙內(nèi)的污泥等雜物。

c.按壓載水管理條例和操作規(guī)程等制度管理使用、操作壓載水，既要滿足船舶工作需要，又要滿足壓載水的管理條例并確保船舶的安全。

6　結(jié)語

總之，只要我們船舶管理人員認(rèn)真負(fù)責(zé)和善加總結(jié)，一定會把更多更好的方式方法應(yīng)用到實際船舶管理中去，以提高船舶壓載水管理水平。

參考文獻(xiàn)

[1]上海邁領(lǐng)自控科技發(fā)展有限公司船舶自動調(diào)平系統(tǒng)控制及資料.