張運(yùn)秋

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某輪壓載水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介及管理要點(diǎn)

張運(yùn)秋

（青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島 266071）

介紹某輪實(shí)船安裝的船舶壓載水處理系統(tǒng)的工作原理、組成部分和操作程序以及日常操作與管理注意事項(xiàng)，為船舶公司機(jī)務(wù)和輪機(jī)管理人員提供技術(shù)參考。

壓載水 電解 中和 管理

0 引言

船舶航行中，壓載是一種必然狀態(tài)，船舶在加裝壓載水的同時(shí)，海水中的生物也隨之被加裝入壓載艙中，直至排放到目的地海域，從而引起了有害生物和病原體的傳播。這樣可能會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人類(lèi)健康等造成危害。為了更有效的控制船舶壓載水排放引起的外來(lái)物種入侵、有害生物和病原體傳播，國(guó)際海事組織IMO通過(guò)了《國(guó)際船舶壓載水和沉積物控制和管理公約》（簡(jiǎn)稱《船舶壓載水公約》），該公約規(guī)定船舶必須安裝壓載水處理設(shè)備，否則該公約生效后未安裝壓載水處理設(shè)備的船舶就不能駛?cè)隝MO成員國(guó)港口[1]。隨著2016年9月8日芬蘭的加入，已經(jīng)批準(zhǔn)加入壓載水管理公約的國(guó)家數(shù)量達(dá)到了52個(gè)，總運(yùn)力已經(jīng)超過(guò)IMO規(guī)定的全球商船噸位35%的要求，這意味著國(guó)際壓載水管理公約將從2017年9月8日確定生效[2]。某輪安裝青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司生產(chǎn)的BalClor BWMS壓載水處理系統(tǒng)，日常管理中，輪機(jī)管理人員應(yīng)在了解壓載水管理系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，熟悉系統(tǒng)操作，并有針對(duì)性地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要維護(hù)，以確保系統(tǒng)安全長(zhǎng)效運(yùn)行。

1 BalClorBWMS壓載水處理系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)對(duì)壓載水處理過(guò)程分為三個(gè)過(guò)程：過(guò)濾、滅活和中和[3]，如圖1所示。壓載時(shí)，壓載水全部通過(guò)安裝在主管路上的過(guò)濾器以過(guò)濾去＞50 μm的海生物和固體雜質(zhì)，從過(guò)濾器后的海水主管路引一支管進(jìn)入電解單元電解，電解后的海水又會(huì)注回壓載水主管路，并隨主管路海水進(jìn)入壓載艙，對(duì)細(xì)菌及微生物進(jìn)行滅活，殘余的活性物質(zhì)會(huì)在壓載艙內(nèi)存在一定時(shí)間，以抑制航行過(guò)程中細(xì)菌和微生物的生長(zhǎng)。排載時(shí)，海水無(wú)需進(jìn)入電解單元和過(guò)濾單元，可直接排出舷外，排載口的TRO傳感器會(huì)即時(shí)監(jiān)測(cè)排載水中TRO濃度（總殘余氧化劑濃度），如果TRO濃度＞0.1 ppm，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)中和單元向海水管中注入中和劑，中和殘余的氧化劑，如果TRO濃度＜0.1 ppm，中和單元不會(huì)啟動(dòng)，排載海水可直接排放。

2 主要部件介紹

2.1 過(guò)濾單元AFU

過(guò)濾單元包括過(guò)濾器、排污泵和淡水注入管路，如圖2所示。過(guò)濾器是一個(gè)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，在沖洗過(guò)程中只有很小的壓力降，不會(huì)影響系統(tǒng)工作以保證系統(tǒng)能夠連續(xù)工作。該過(guò)濾器可以有效過(guò)濾大于50 μm的海生物和固體雜質(zhì)。當(dāng)前后壓差變化超標(biāo)或者達(dá)到設(shè)定時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)反沖洗時(shí)間約2～3 min，被反沖洗污水通過(guò)排污泵排至舷外。

2.2 電解單元EDU

電解單元主要作用是電解海水產(chǎn)生次氯酸鈉，用于殺滅海水中的病菌，由電解槽、旋風(fēng)式分離器、抽風(fēng)機(jī)、氣體探測(cè)器等組成，如圖3所示。

1）電解槽

電解槽是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，應(yīng)用于船舶全壽命周期。被過(guò)濾過(guò)的壓載水有大約1%引入電解槽，在直流電作用下發(fā)生電解反應(yīng)，陽(yáng)極：2Cl-→Cl2+ 2e 陰極：2H2O + 2e→2OH-+ H2↑，總的反應(yīng)式為NaCl + H2O→NaOCl + H2↑，即電解產(chǎn)生電解液（次氯酸鈉溶液）和附屬產(chǎn)物氫氣，電解后的海水又被注回壓載水主管路。

2）旋風(fēng)式分離器

應(yīng)用旋風(fēng)分離原理分離在電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣。重力，慣性力和離心力的復(fù)合作用推動(dòng)次氯酸鈉溶液徑向向外向下通過(guò)液管出口流出，同時(shí)氫氣被向里向上通過(guò)氣管排出。

3）抽風(fēng)機(jī)

抽風(fēng)機(jī)是BalClorBWMS一個(gè)最重要設(shè)備之一，其主要目的是稀釋電解產(chǎn)物——?dú)錃猓辽偈轻尫徘暗?00倍，以確保船舶操作的安全。

4）氣體探測(cè)器

氣體探測(cè)器包括氫氣探測(cè)器和氯氣探測(cè)器.把氣體的濃度值轉(zhuǎn)換成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流值并傳送給PLC。經(jīng)過(guò)邏輯分析，控制器將通過(guò)發(fā)送聲光報(bào)警信號(hào)和記錄報(bào)警的時(shí)間和濃度值回復(fù)所收到的信號(hào)，同時(shí)如果氣體的濃度值達(dá)到超高報(bào)警值，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉。氫氣報(bào)警設(shè)定：氫氣在空氣的低爆炸極限是4%。當(dāng)氫氣的濃度達(dá)到20%LEL，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)氫氣的濃度超過(guò)60%LEL時(shí)，EDU會(huì)立即停止，并在HMI上面顯示報(bào)警明細(xì)并立即通風(fēng)。氯氣報(bào)警設(shè)定：一旦氯氣濃度值達(dá)到0.4 ppm，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)氯氣濃度超過(guò)0.55 ppm，EDU將會(huì)立即停止工作，并在HMI上面顯示報(bào)警明細(xì)并立即通風(fēng)。

5）海水增壓泵

在壓載期間，如果是在淡水區(qū)域或者含鹽分低的海水區(qū)域，需要先起動(dòng)海水增壓泵，少量的在尾尖艙過(guò)濾的壓載水被泵進(jìn)電解裝置。

6）加藥單元

由加藥泵、電磁流量計(jì)和氣動(dòng)閥組成，經(jīng)電解后的海水通過(guò)加藥單元注回壓載管路。

2.3 中和單元ANU

中和單元用于中和排載水中殘余的氧化劑。由中和罐和計(jì)量泵組成，如圖4所示。

1）中和罐是一個(gè)容積為1m3的容器，用來(lái)配置中和劑（中和劑有效期為3個(gè)月）。中和劑采用硫代硫酸鈉，它與次氯酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成無(wú)毒產(chǎn)物，反應(yīng)式為:

Na2S2O3+4NaClO+H2O→2NaHSO4+4NaCl

配藥方法：先注入淡水至中和罐液位達(dá)總高度的一半，加入固體硫代硫酸鈉（每立方米需加入290 kg硫代硫酸鈉），再重新注入淡水至滿，開(kāi)啟攪拌器，連續(xù)攪拌20 min。

2）計(jì)量泵

計(jì)量泵被用來(lái)泵出一定量的中和物和殘余氧化物作用，確保TRO(總殘余氧化物)水平不要超過(guò)IMO頒布的關(guān)于活性物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)。泵速是根據(jù)TRO值和所排放壓載水的流量計(jì)算出所需中和液的數(shù)量通過(guò)PLC來(lái)調(diào)節(jié)。

2.4 TRO余氯監(jiān)測(cè)裝置

TRO余氯監(jiān)測(cè)裝置用來(lái)監(jiān)測(cè)壓載水中的TRO濃度，由TRO取樣裝置和TRO分析儀組成，取樣裝置由氣動(dòng)泵和幾個(gè)電動(dòng)閥組成。TRO分析儀有兩瓶試劑，一瓶緩沖劑，一瓶指示劑。壓載時(shí)TRO余氯監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量壓載水中的次氯酸鈉溶液濃度并發(fā)送到PLC，PLC與設(shè)定值比較分析后將結(jié)果發(fā)送給整流器，整流器根據(jù)結(jié)果調(diào)整輸出電流來(lái)控制電解產(chǎn)生次氯酸鈉的量，以維持TRO濃度（7.5 mg/L）。排放壓載水時(shí)，取樣裝置從壓載水中吸取少量壓載水到TRO分析儀中，由控制系統(tǒng)根據(jù)TRO值和所排壓載水的流量自動(dòng)分析計(jì)算出所需中和劑的量。

2.5 控制系統(tǒng)

1）整流器

整流器是一種高頻率電閘，整流功率提供用來(lái)AC(交流)裝換成DC（直流），并為整個(gè)BWMS提供直流電源。整流器主要由功率調(diào)制器，監(jiān)控器以及機(jī)座構(gòu)成。每個(gè)功率調(diào)制器分開(kāi)地工作在平均電流并列運(yùn)行。

2）系統(tǒng)控制箱柜

系統(tǒng)控制柜是BalClorBWMS的控制中心，能夠穩(wěn)定工作和方便的操作。這控制柜是由箱體、PLC、觸摸屏、中間繼電器、終端和接觸器等組成。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制是通過(guò)遠(yuǎn)程控制盒來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂乒裉峁〢C電源給儀表和電動(dòng)閥。PLC在箱中控制整流器、電解器和電動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)電解和中和過(guò)程，所有的這些操作都可以被導(dǎo)入到觸摸屏上?？刂葡淇梢酝ㄟ^(guò)RS485或者無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)與岸上控制系統(tǒng)聯(lián)系。

3 界面操作

壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種語(yǔ)言，打開(kāi)人機(jī)界面HMI，按下相應(yīng)按鈕可以進(jìn)行語(yǔ)言切換，操作模式也有兩種，按下相應(yīng)按鈕可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)模式切換，一般情況不要使用手動(dòng)模式，手動(dòng)模式操作需要輸入密碼才能進(jìn)行操作。操作位置可以選擇本地/遙控操作。操作如下：開(kāi)啟電源，進(jìn)入下列界面，按下相應(yīng)按鈕，可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)切換和語(yǔ)言切換。點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)入下列頁(yè)面，按要求點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入下一界面進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作。

LS21 EDU緩沖罐液位計(jì)EQ14加藥泵；

TT21 EDU溫度計(jì)FT01，F(xiàn)T02主管路流量計(jì)；

CM21 EDU鹽度計(jì)AFU過(guò)濾器；

PS21EDU壓力表EQ09計(jì)量泵；

FT21 EDU流量計(jì)FT03,FT04加藥泵流量；

LS31中和單元液位計(jì)TRO余氯分析儀；

如點(diǎn)查詢，進(jìn)入以上界面查看歷史記錄。

4 日常操作與維護(hù)

1）在設(shè)備進(jìn)行壓載/排載運(yùn)行前，先確認(rèn)相關(guān)的閥門(mén)處于正確的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)。注意：如果船舶要進(jìn)入淡水區(qū)域或含鹽量低的海水區(qū)域壓載，要預(yù)先把艉尖艙壓載一定量的含鹽量高海水，以備做電解海水；2）確認(rèn)TRO的試劑（包括緩沖劑和指示劑兩種）已配置好并正確安放在TRO上，并保證試劑的注入管路通暢。（注：TRO的指示劑配置后有效期為3個(gè)月、緩沖劑有效期為1年）；3）進(jìn)行排壓操作時(shí)，確認(rèn)中和單元的中和液已配置好，并高于液位報(bào)警值（20 cm）；4）設(shè)備停止運(yùn)行后，關(guān)閉相關(guān)的管路閥門(mén)和設(shè)備氣源，并將TRO的指示劑取出，冷藏保存。5）壓載作業(yè)結(jié)束前，要至少手動(dòng)反沖洗過(guò)濾器5～6次，以徹底沖洗過(guò)濾器，作業(yè)結(jié)束后，最好用淡水沖洗過(guò)濾器8～16次以置換濾器內(nèi)海水，如果沒(méi)有足夠的淡水，也至少要用淡水注滿濾器；6）開(kāi)始排載后，前10 min左右管路有可能流量不穩(wěn)定，TRO一直顯示測(cè)試值，10 min后顯示正常數(shù)值；7）TRO每2 min取樣一次，整流器電流依據(jù)取樣四次動(dòng)作一次；8）投藥泵出口壓力≥0.2 mpa，保證電解液能完全注入壓載管路。

5 結(jié)束語(yǔ)

《船舶壓載水公約》生效日期的臨近要求船東在這一問(wèn)題上已不能繼續(xù)觀望，必須采取實(shí)際行動(dòng)加以應(yīng)對(duì)，而安裝壓載水處理系統(tǒng)是比較好的應(yīng)對(duì)方法。但是，壓載水處理系統(tǒng)對(duì)輪機(jī)管理人員來(lái)說(shuō)是新設(shè)備，該系統(tǒng)包括的設(shè)備較多，該系統(tǒng)目前尚不完善，壓載水處理系統(tǒng)在船上還沒(méi)有正式使用，以前也沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循，所以一方面需要廠家進(jìn)一步改進(jìn)，同時(shí)也需要我們輪機(jī)管理人員認(rèn)真閱讀壓載水處理系統(tǒng)的說(shuō)明書(shū)，深入了解系統(tǒng)中每一設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，盡快掌握管理技能，提高管理水平，從而保障設(shè)備的安全長(zhǎng)效運(yùn)行。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 壓載水公約實(shí)施指南[Z]. 2015.

[2] 胥苗苗. 壓載水公約生效倒計(jì)時(shí)，航運(yùn)界如何接招[J]. 中國(guó)船檢，2016,（198）: 50-53.

[3] 顧利民，嚴(yán)雄偉. 電解制氯滅活技術(shù)在壓載水管理中的運(yùn)用[J] . 航海技術(shù)，2014,（207）: 70-72.

Introduction and Management of Ballast Water Treatment System in A Ship

Zhang Yunqiu

(Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China)

U664. 9

A

1003-4862（2017）03-0021-04

2016-12-15

張運(yùn)秋（1976-），男，講師。研究方向：船舶輪機(jī)教學(xué)和研究。