曹東江

(揚州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚州 225009)

6 200 DWT油化船壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計

曹東江

(揚州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚州 225009)

摘要：為達到國際海事組織(IMO)在2004年2月通過的“國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約”要求，6 200 DWT油化船通過采用壓載艙集中布置，壓載水處理裝置模塊化分散布置的設(shè)計方式，避免了液貨船危險區(qū)域和安全區(qū)域共用壓載水處理系統(tǒng)設(shè)備選型受限、建造成本高、系統(tǒng)操作復(fù)雜等方面的局限性，對液貨船壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計具有參考作用。

關(guān)鍵詞：液貨船；壓載水系統(tǒng)；建造規(guī)范；

0引言

近年來，船舶壓載水轉(zhuǎn)移引入的有害水生物和病原體對海洋環(huán)境、公眾健康和社會經(jīng)濟形成的危害或威脅被作為海洋四大危害之一，已經(jīng)引起國際社會的重視。為了保護環(huán)境，保護海洋，國際海事組織(IMO)在2004年通過的《2004年國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》要求加強壓載水和沉積物的控制和管理以減少有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移，并要求壓載水應(yīng)在排放前進行置換或處理。

壓載水置換是指在深海中將在港口內(nèi)加裝到船上的壓載水置換成深海中的海水，壓載水置換標(biāo)準(zhǔn)為D-1標(biāo)準(zhǔn)；壓載水處理則是指通過壓載水處理系統(tǒng)對加裝上船的壓載水進行處理，使得壓載水中生物和細菌的存活率達到一定的限定標(biāo)準(zhǔn)，壓載水處理標(biāo)準(zhǔn)為D-2標(biāo)準(zhǔn)。壓載水公約生效前所執(zhí)行的壓載水置換方法，也就是D-1標(biāo)準(zhǔn)，只是一個過渡辦法，最后都必須執(zhí)行D-2標(biāo)準(zhǔn)才允許排放。要達到D-2標(biāo)準(zhǔn)，目前還是通過在船上安裝壓載水處理系統(tǒng)(BWMS)來實現(xiàn)的。本文以6 200 DWT油化船的壓載水系統(tǒng)為例，簡要介紹一下液貨船(貨品閃點不超過60 ℃的油船或化學(xué)品船)壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計要點和設(shè)計時注意事項。

12種典型壓載水處理系統(tǒng)的布置方式

液貨船跟普通貨船不一樣，存在危險區(qū)域。根據(jù)公約危險區(qū)相關(guān)概念以及對設(shè)備布置的相關(guān)要求，液貨船上危險區(qū)域壓載水系統(tǒng)和安全區(qū)域壓載水系統(tǒng)應(yīng)相互獨立，原則上要求液貨船上應(yīng)設(shè)有2套壓載水系統(tǒng)分別處理危險區(qū)域的壓載水和安全區(qū)域的壓載水。但船上同時存在2套壓載水系統(tǒng)，不僅增加了建造成本，而且也提高了控制和維護成本，因而通過對系統(tǒng)合理布置和按要求對管路進行分隔，可實現(xiàn)危險區(qū)和安全區(qū)共用壓載水處理系統(tǒng)。目前在液貨船上共用壓載水處理系統(tǒng)主要有前處理型壓載水處理系統(tǒng)和前處理加后處理型壓載水處理系統(tǒng)這2種布置方式。

1.1前處理型壓載水處理系統(tǒng)的布置方式

前處理型壓載水處理系統(tǒng)是指在注入時對壓載水進行處理，排放時不需要再對壓載水進行處理，可直接排壓載水出舷外。這種布置方式是把壓載水處理裝置及相關(guān)設(shè)備布置在機艙或其他安全區(qū)域，壓載水注入時通過布置在安全區(qū)域的壓載泵把處理過的壓載水分別泵入安全區(qū)域的壓載水艙和危險區(qū)域的壓載水艙，同時在危險區(qū)域另設(shè)有壓載泵。安全區(qū)域壓載水和危險區(qū)域壓載水的卸載是通過設(shè)在各自區(qū)域的壓載泵排放出舷外。系統(tǒng)布置見圖1。

1.2前處理加后處理型壓載水處理系統(tǒng)的布置方式

前處理加后處理型壓載水處理系統(tǒng)是指不僅在注入時需對壓載水進行處理，排放時也需要再對壓載水進行進行處理。這種布置方式是把壓載水處理裝置及相關(guān)設(shè)備布置在機艙或其他安全區(qū)域，壓載水注入時通過布置在安全區(qū)域的壓載泵把處理過的壓載水分別泵入安全區(qū)域的壓載水艙和危險區(qū)域的壓載水艙，同時在危險區(qū)域另設(shè)有壓載泵和壓載水處理裝置的后處理單元。安全區(qū)域壓載水的卸載是通過設(shè)在安全區(qū)域的壓載泵經(jīng)壓載水處理裝置的后處理單元處理排放出舷外，危險區(qū)域壓載水則通過布置在危險區(qū)域的壓載泵經(jīng)布置在危險區(qū)域的獨立的后處理單元處理后排放出舷外，系統(tǒng)布置大致如圖2所示。

圖1　前處理型壓載水處理系統(tǒng)

圖2　前處理加后處理型壓載水處理系統(tǒng)

1.32種布置方式的局限性

上述2種布置方式雖然可實現(xiàn)危險區(qū)壓載水處理系統(tǒng)和安全區(qū)壓載水處理系統(tǒng)的共用，但相對于一般貨船的壓載水處理系統(tǒng)在處理裝置的選型、管路安裝、系統(tǒng)操作、建造維護成本等方面仍然存在較大的局限性。

1.3.1壓載水處理裝置的選型上受限制

國內(nèi)前處理型的壓載水處理裝置的生產(chǎn)廠家相對較少，設(shè)備的選擇面比較窄。目前大部分壓載水處理裝置生產(chǎn)廠家都采用前處理加后處理型的模式。采用前處理加后處理型的模式的壓載水處理系統(tǒng)管路復(fù)雜，加上后處理單元必須要獨立安裝且后處理單元內(nèi)電氣設(shè)備還需滿足相關(guān)的防爆要求。

1.3.2管路安裝和系統(tǒng)操作上受限制

把安全區(qū)域的壓載水泵入危險區(qū)域的壓載艙內(nèi)，其前提是危險區(qū)域壓載管系與安全區(qū)域的壓載管系之間的相互連接設(shè)有合適的隔離布置，目前認(rèn)可的“合適的隔離布置”需滿足的條件如下。

(1)氣體安全區(qū)域和危險區(qū)域之間的管路連接，應(yīng)在主甲板上的開敞位置通過可拆短管的方式進行；可拆短管的連接位置應(yīng)位于主甲板的危險區(qū)域；危險區(qū)域的壓載水管應(yīng)由主甲板穿入危險區(qū)域相關(guān)艙室(泵艙或壓載水艙)；系統(tǒng)不在使用時，氣體安全區(qū)和危險區(qū)域之間的連接管端應(yīng)用盲板法蘭盲斷，可拆短管應(yīng)位于連接管附近，并可靠固定，在接管附近設(shè)有限制其使用的永久性告示。

(2)在安全區(qū)域的壓載水管路上應(yīng)安裝1個止回閥和截止閥或等效布置，上述止回閥應(yīng)安裝在主甲板壓載水管路上，并盡量靠近短管連接法蘭。

(3)壓載水管不應(yīng)穿過主甲板以下的危險區(qū)和安全區(qū)之間的艙壁。

由于連接管路上增加了隔離布置，每次壓載水操作時都需拆裝可拆短管、盲板法蘭等，給壓載水操作帶來不便，同時也增大了由于誤操作造成系統(tǒng)設(shè)備損壞的風(fēng)險。

1.3.3建造和維護成本的節(jié)約有限

采用前處理型壓載水處理系統(tǒng)相對來說比采用2套獨立的壓載水處理系統(tǒng)較為節(jié)約成本，可以省略危險區(qū)域的壓載水處理裝置，但需在危險區(qū)域增加排放壓載水的水泵。采用前處理加后處理型的壓載水處理系統(tǒng)除了需在危險區(qū)域增加排放壓載水的水泵外，還需在危險區(qū)域增加后處理單元，這種布置方式的相對來說成本優(yōu)勢有限。

2實船壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計

6 200 DWT油化船設(shè)計初期在考慮全船總體布局時就兼顧考慮了壓載水系統(tǒng)的布置，把全船所有壓載艙集中布置在貨油區(qū)域的兩舷翼和雙層底，首尾安全區(qū)域無壓載水艙。這樣可把壓載泵、壓載水處理裝置及壓載管路完全集中在貨油區(qū)域，沒有危險區(qū)域和安全區(qū)域的管路連接，系統(tǒng)簡潔，操作方便，徹底避免上述局限性。另外在跟處理裝置的廠家技術(shù)洽談時要求廠家整個系統(tǒng)模塊化，把濾器、UV處理單元等尺寸較大的設(shè)備組成單元布置在液貨區(qū)域?qū)Ｓ梅块g內(nèi)，控制系統(tǒng)布置在船尾安全區(qū)域。系統(tǒng)設(shè)備不僅有合理的安裝空間，同時還設(shè)有維護通道，安裝濾器、UV處理單元的房間設(shè)有良好的通風(fēng)和照明。該船的壓載水處理系統(tǒng)配有2臺MAFLEX電動深井泵做為壓載泵，分別布置在兩舷翼的壓載水艙(6號壓載水艙左右舷)。壓載泵的排量250 m3/h，揚程30 m，電機功率45 kW。管系采用總管式布置，每艙均有從總管引入的支管用于壓載水的注排，通過調(diào)節(jié)左右總管的連通閥可實現(xiàn)左右壓載艙壓載水的調(diào)撥。該船壓載水系統(tǒng)見圖3。

圖3　6 200 DWT油化船壓載水處理系統(tǒng)圖

處理系統(tǒng)采用HG500X型壓載水處理裝置、前處理加后處理式處理模式和紫外線(UV)滅活技術(shù)。壓載時，水流經(jīng)過濾器，濾掉大于50 μm的顆粒物和生物體，反沖洗的海水及濾出物被直接排放入海，經(jīng)過濾的壓載水經(jīng)UV單元紫外線照射，進各壓載艙。排放壓載水時，自動沖洗濾器被旁通，水流再次流經(jīng)UV單元，再經(jīng)過一次殺菌，整個系統(tǒng)不使用活性物質(zhì)。HG500X型壓載水處理裝置流程圖如圖4所示。

3其他注意事項

3.1證書上的考慮

除生產(chǎn)廠商在開發(fā)產(chǎn)品的過程中須獲得IMO和GESEMP壓載水工作小組(BWWG)的初步認(rèn)可外(如果壓載水處理裝置的流程過程中沒有活性物質(zhì)，則不需要獲得GESEMP的認(rèn)可)，設(shè)計中所選產(chǎn)品必須已經(jīng)獲得主管權(quán)威機構(gòu)的型式認(rèn)可證書。

3.2尺寸上的考慮

不同處理系統(tǒng)的形狀和尺寸差別很大。船上的空間有限，設(shè)計最初階段就應(yīng)綜合考慮處理系統(tǒng)的布置空間。對于大尺寸的設(shè)備，跟廠家技術(shù)洽談時就應(yīng)要求系統(tǒng)模塊化，可拆分成獨立的單元分解安裝，充分利用船上有限的空間。對于體積過大，且不能分解安裝的系統(tǒng)，可利用合理的系統(tǒng)布置方式，將其考慮安裝在甲板或其他相對開闊區(qū)域。

3.3系統(tǒng)處理功率上的考慮

壓載水處理系統(tǒng)選型時，系統(tǒng)的功率消耗是一大制約因素。某些技術(shù)的處理系統(tǒng)功率很大，如紫外線系統(tǒng)，設(shè)計時應(yīng)了解船東的要求，再結(jié)合船舶電站的承受能力選擇合適形式的壓載水處理系統(tǒng)。

3.4系統(tǒng)處理能力上的考慮

壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計時，原則上是應(yīng)保證能處理最大壓載水流量。但對于某些壓載水流量較大，壓載依賴度不高的船舶，從減少壓載水處理系統(tǒng)購買、操作和維護成本的角度出發(fā)，可采用一些較為靈活的設(shè)計，例如可按1臺壓載泵的流量選用壓載水處理系統(tǒng)的處理量(必須在壓載水管理計劃中說明異地排放時不應(yīng)使用1臺以上的壓載泵)。另外，可考慮額外設(shè)1臺專門服務(wù)于壓載水處理系統(tǒng)的小排量的壓載泵。當(dāng)在同一地點加裝或排放壓載水時采用大排量的壓載泵，異地排放則使用為壓載水處理系統(tǒng)服務(wù)的小排量的壓載泵。

圖4　HG500X型壓載水處理裝置流程圖

3.5處理系統(tǒng)壓降上的考慮

壓載水處理系統(tǒng)的安裝會導(dǎo)致壓載水流量和壓力下降。如某些自動沖洗濾器或旋分器會造成壓頭損失，UV單元會增加管路的背壓，這些都將影響到泵的流量，因此在設(shè)計時應(yīng)對系統(tǒng)使用時可能產(chǎn)生的壓降進行必要的考慮。

4結(jié)語

壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計涉及面廣泛，目前來說幾乎沒有一個處理系統(tǒng)能適用于所有船舶。設(shè)計時應(yīng)綜合考慮船舶的營運特點、壓載水處理的要求、船上可利用空間、壓載艙的總?cè)萘?、壓載泵的排量、船舶電站的容量、建造及操作成本等因素；同時還應(yīng)充分了解船東的需求，以及船舶主要航行水質(zhì)對處理技術(shù)的要求，如使用電解海水法的處理裝置對淡水壓載水沒有處理能力、使用紫外線法的裝置對濁度大的壓載水處理能力有限等。只有綜合各種因素進行合理的評估，才能設(shè)計出適合的壓載水處理系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計實用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[2]黃恒祥.輪機工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1992.

[3]孫憲波.油船安全操作與管理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2010.

收稿日期：2015-11-15

作者簡介：曹東江(1973—)，男，工程師，從事船舶科研與設(shè)計工作。

中圖分類號：U664.83+3

文獻標(biāo)志碼：A