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        黃驊港3 840 kW多功能環(huán)保拖船設(shè)計

        2021-08-17 11:39:00李文釗李靖宇岳小林
        船海工程 2021年4期
        關(guān)鍵詞:油器拖船溢油

        李文釗,李靖宇,岳小林

        (國能黃驊港務(wù)有限責任公司,河北 滄州 061113)

        近年來,黃驊港煤炭港區(qū)的吞吐量穩(wěn)定在2億t左右,進出港船舶的數(shù)量龐大,溢油應(yīng)急形勢十分嚴峻。目前我國溢油應(yīng)急船較少,且存在造價高、機動能力差、利用率低和應(yīng)急響應(yīng)慢等不足之處[1-2]。全回轉(zhuǎn)拖船是沿海各港口海上活動的主要力量,但大多數(shù)將其功能定位于機動拖帶、消防救生和護航任務(wù),在溢油回收、生活污水處置和節(jié)能減排等環(huán)境保護方面較為落后。為此,綜合考慮溢油回收船和拖船的作業(yè)特點,設(shè)計多功能拖船,兼具圍油欄布放、溢油回收和溢油消除等環(huán)保功能。

        1 船舶概況

        黃驊港航道較長,進出港船舶以散貨船為主,因此該船按照沿海航區(qū)、Al + A2海區(qū)及回收油閃點小于60 ℃的防火防爆防污染要求設(shè)計選型,在全回轉(zhuǎn)拖船基礎(chǔ)上配置溢油清除、回收駁運等系統(tǒng)和裝置,滿足《船舶污染清除單位應(yīng)急清污能力評價導(dǎo)則》及相關(guān)法規(guī)的全部要求,確定船舶主要參數(shù)見表1。

        表1 船舶主要參數(shù)

        主推進裝置由主柴油機、高彈性聯(lián)軸器、軸系及附件、舵槳裝置組成,雙機總功率達3 840 kW,動力儲備充足且可靠性強;舵漿采用2臺SRP 430FP全回轉(zhuǎn)Z型舵漿,既滿足在港內(nèi)狹窄水域應(yīng)急響應(yīng)航速13 kn的要求,又能在溢油清除作業(yè)1~4 kn低速時保持穩(wěn)定,有較好的適航性和機動性能。該船溢油回收能力為150 m3/h,溢油儲存能力為300 m3,在保持拖帶作業(yè)的性能的同時,接近主力溢油回收船的能力[3]。

        2 船舶系統(tǒng)設(shè)計特點

        2.1 溢油回收系統(tǒng)

        傳統(tǒng)溢油應(yīng)急船舶多為小船,且多為改裝舊船,收油設(shè)備與船體難以達到最佳配置,收油效率較低。根據(jù)拖船結(jié)構(gòu)和使用特點,設(shè)計溢油回收系統(tǒng),如圖1所示,主要配置兩套DXS75下行帶式收油機,該收油機由撇油器、動力站、吊帶和鋼絲繩等設(shè)備組成。同時,在其后甲板位置安裝應(yīng)急集裝箱固定裝置,裝有圍油欄及其布放設(shè)備的集裝箱可以在應(yīng)急處置時由岸吊整體吊運上船,用于海上浮油的快速圍控。

        圖1 溢油回收系統(tǒng)布置

        與兩側(cè)船體內(nèi)嵌式收油機相比,收放式撇油器有布放靈活、航行阻力小和維修方便的優(yōu)勢。在主甲板首部設(shè)置1臺1.5 t/12 m液壓伸縮吊用于撇油器的布放,當船舶到達溢油海域后,通過伸縮吊布放撇油器,撇油器前端兩側(cè)接2條長4.5 m導(dǎo)流圍油欄,2條導(dǎo)流圍油欄的前端用一橫桿撐開。作業(yè)時,用拖繩拖帶撐桿兩端并通過圍油欄拖帶撇油器前進,呈“V”形回收浮油;水表面與水混合的溢油經(jīng)圍油欄導(dǎo)入撇油器,油被撇油器收起,水從撇油器后端排出,浮油入集油油斗中;然后由集油斗上方油泵泵入溢油回收艙內(nèi),艙內(nèi)污油水滿后,可通過貨油泵和國際通岸接頭輸送至岸上。

        在該船主甲板中部左、右舷對稱設(shè)置一對消油劑噴灑臂,平時收于舷邊,工作時向兩舷外側(cè)張開,與船舶縱中呈90°狀態(tài)。對于無法回收的淺薄浮油,可通過消油劑噴灑裝置大面積噴灑消油劑進行消除。

        2.2 生活污水處理系統(tǒng)

        2.2.1 拖船生活污水處置難點

        環(huán)保拖船絕大多數(shù)時間按拖船使用,而目前各港口拖船生活污水處置普遍面臨諸多難題而無法達標排放:①船員技術(shù)水平不高,對于設(shè)備維護和菌種培養(yǎng)缺乏專業(yè)技能和經(jīng)驗,經(jīng)處理的污水往往難達標;②環(huán)保新規(guī)GB3552—2018《船舶水污染物排放控制標準》施行,要求日趨嚴格;③拖船的生活污水處理裝置水負荷波動大,原裝置設(shè)計無法滿足高峰期處理需求。部分拖輪通過設(shè)備改造提高其處理能力,但是系統(tǒng)很不穩(wěn)定;④受拖船工作性質(zhì)的限值,大部分時間拖船在港內(nèi)作業(yè)及靠泊等待作業(yè),從很大程度上不易達到《國內(nèi)航行船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則》中的排放條件;⑤盡管部分港口企業(yè)建設(shè)了上岸接收設(shè)施,但由于拖船機艙空間較小,很難設(shè)計較大容量的集污艙(柜),故接收頻次過多,影響拖船的生產(chǎn),增加了船員的工作量。

        2.2.2 生活污水處理、儲存及駁運系統(tǒng)

        針對上述問題,采用生活污水在船預(yù)處理、儲存和上岸處理相結(jié)合的新方法并對關(guān)鍵系統(tǒng)進行設(shè)計,其處理流程見圖2。

        圖2 生活污水處理系統(tǒng)原理示意

        根據(jù)船舶作業(yè)特點,結(jié)合相關(guān)海事法規(guī)和環(huán)保要求,從生活污水處理裝置選型配置、集污柜設(shè)計和排岸接收設(shè)施設(shè)計建設(shè)三方面著手,建立完備的拖船生活污水處理系統(tǒng),見圖3。

        圖3 生活污水處理系統(tǒng)組成

        機艙設(shè)置1臺滿足12人使用的生活污水處理裝置,該裝置的排放滿足IMO.MEPC.227(64)決議要求;結(jié)合用水負荷、排岸周期和艙內(nèi)空間等因素,在機艙設(shè)置1個生活污水艙,容積為10.93 m3,滿足航程中收集生活污水的要求;主甲板上設(shè)置生活污水排岸接頭,靠岸時由生活污水排放泵將生活污水艙內(nèi)的污水排到岸上的接收設(shè)施中。該系統(tǒng)收集處理過程全自動控制,并具有故障自動報警功能,可大幅提升其自動化水平和環(huán)保性能。

        2.3 燃油在線監(jiān)測系統(tǒng)

        當前部分沿海及遠洋貨船建立類似燃油監(jiān)測系統(tǒng),取得了較好的效果,但港口拖船上的相關(guān)應(yīng)用較少。港作拖船和傳統(tǒng)浮油回收船大多采用傳統(tǒng)的燃油管理模式,即用量油尺人工測量油艙后查閱艙容表計算存量,然后每月匯總后計算平均油耗。這種方式獲得的數(shù)據(jù)缺乏時效性,不利于節(jié)能管理。另外,駕駛員在作業(yè)過程中無法實時掌握用車與油耗的數(shù)量關(guān)系,難以總結(jié)出節(jié)能又高效作業(yè)的方法。

        針對上述問題,設(shè)計了燃油在線監(jiān)測系統(tǒng),包括船載系統(tǒng)和岸基兩部分,見圖4。

        圖4 燃油在線監(jiān)控系統(tǒng)組成

        船載系統(tǒng)通過船舶上的顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到船舶的實時動態(tài)和燃油消耗信息,并利用通信網(wǎng)絡(luò)將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺服務(wù)器。岸基部分由大屏幕顯示器、服務(wù)器、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)中心集成,管理人員通過電腦,可實時查詢船舶動態(tài)信息等數(shù)據(jù),實現(xiàn)船舶遠程在線管理的功能。

        根據(jù)船舶主機、輔機、鍋爐等燃油消耗設(shè)備參數(shù)及管路特性,在燃油管路上增加流量計,測量設(shè)備的燃油供油量、燃油回油量,通過采集模塊內(nèi)部對設(shè)備燃油消耗量進行監(jiān)測。如圖5所示,流量計前后兩端安裝截止閥,在傳感器的旁路加裝旁路截止閥,以便對傳感器校正、修理或更換時,不影響用油設(shè)備正常的使用。

        圖5 流量計安裝示意

        2.4 防海生物污染系統(tǒng)

        港作拖船停泊時間較長,管內(nèi)海水流速較低,致使管系內(nèi)極易發(fā)生海生物污染。海生物會造成海水濾器、管路、換熱器堵塞和腐蝕,嚴重影響拖輪安全航行。另外,冷卻系統(tǒng)堵塞會降低熱交換效率,增加燃料成本;清除海水系統(tǒng)內(nèi)的污染物要投入巨大的人力和財力。

        電解銅鋁(鐵)電極式防海生物裝置在大型貨船上的應(yīng)用較為廣泛,但拖船等小型船舶較少。該裝置由控制箱、電解槽或閥箱、聯(lián)接電纜及防腐防污電機組成,其電極選擇銅、鋁(鐵)材料。其工作原理是銅陽極在海水中電解產(chǎn)生微量銅離子,當海水管系中有這些含微量銅離子的海水流過時,能有效地抑制海生物在其中生長,從而起到防堵作用。鋁或鐵陽極電解后產(chǎn)生少量氫氧化鋁或氫氧化鐵沉淀物,其附著在海水管系內(nèi)壁上,形成一層很薄的保護層,進而可防止海生物生成并起到防腐作用。該系統(tǒng)安裝方式通常采用安裝在海底閥箱直接電解式或在艙內(nèi)設(shè)置電解槽的間接電解式裝置,前者存在陽極更換難的缺點,而后者占用艙內(nèi)空間較大。結(jié)合拖船實際情況,對海水濾器及濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行改造后安裝防海生物裝置,并設(shè)置旁通管路聯(lián)接海底閥箱。此時海水濾器起到電解槽的作用,兼顧了直接式安裝空占用空間小、易于維護和間接式安裝使用靈活的優(yōu)點。

        3 結(jié)論

        黃驊港3 840 kW環(huán)保拖船的設(shè)計實現(xiàn)了溢油應(yīng)急處置和船舶利用率的最優(yōu)匹配,新型生活污水處理、燃油在線監(jiān)測和防海生物污染等技術(shù)的應(yīng)用大幅提高了自身環(huán)保水平,具有較大的社會效益和經(jīng)濟效益。

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