BalClorTM 壓載水管理系統(tǒng)實(shí)船應(yīng)用及管理

王小虎

摘要：根據(jù)2004年國(guó)際海事組織制定的壓載水公約，本文綜述了符合壓載水公約標(biāo)準(zhǔn)的BalClorTM 壓載水管理系統(tǒng)的原理、組成、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)船的使用和典型故障分析總結(jié)、歸納該系統(tǒng)的管理要點(diǎn)，旨在為BalClorTM 壓載水管理系統(tǒng)的使用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：壓載水管理系統(tǒng) 壓載水公約 D-2標(biāo)準(zhǔn) 典型故障分析

○引言

船舶壓載水和沉積物的無(wú)節(jié)制排放導(dǎo)致有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移，對(duì)環(huán)境、人體健康、財(cái)產(chǎn)和資源造成損傷或損害。國(guó)際海事組織（IMO）在2004年2月通過(guò)了《2004年國(guó)際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》（簡(jiǎn)稱“壓載水公約”），旨在通過(guò)傳播壓載水和沉積物的控制和管理來(lái)防止、減少并最終消除有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移對(duì)環(huán)境、人體健康、財(cái)產(chǎn)和資源引起的風(fēng)險(xiǎn)?！皦狠d水公約”自2009年開始，規(guī)定所有新建船舶必須安裝壓載水處理裝置，并對(duì)現(xiàn)有船舶追溯實(shí)施?！肮s”對(duì)壓載水的處理標(biāo)準(zhǔn)，即處理水中可存活生物的種類及數(shù)量作了明確規(guī)定（D-2標(biāo)準(zhǔn)）見表格1。

表格1

生物類型 標(biāo)準(zhǔn)

最小尺寸大于或等于50μm的存活生物 少于10個(gè)/m3

最小尺寸小于50μm但大于或等于10μm的存活生物 少于10個(gè)/ml

有毒霍亂弧菌（O1和O139） 少于1cfu/100ml（菌落形成單位）或小于1cfu/g浮游動(dòng)物樣品（濕重）

大腸桿菌 少于250cfu/100ml

腸道球菌 少于100cfu/100ml

目前，壓載水管理公約的生效期日益臨近，而該公約一旦生效，要求無(wú)論締約國(guó)還是非締約國(guó)船籍的船舶，在需要?？抗s國(guó)的港口時(shí)必須滿足公約的要求。截至2014年2月28日，有38個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了該公約，約占世界商船總噸為的30.38%，尚沒有達(dá)到生效條件（36個(gè)國(guó)家，35%總噸位）。據(jù)估計(jì)，公約有可能在今年達(dá)到生效條件，12個(gè)月后（2015年）生效。

船舶壓載水處理系統(tǒng)的安裝時(shí)間表 ：

船舶

類型 船舶建造年代 壓載能力（m3） 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 執(zhí)行日期

現(xiàn)有

船舶

Existing Ships <2009 <1500 D-1/D-2 ≤2016

D-2 2017

1500-5000 D-1/D-2 ≤2014

D-2 2015

>5000 D-1/D-2 ≤2016

D-2 2017

新造

船舶

New Ships ≥2009 <5000 D-2 2009

2009-2011 ≥5000 D-1/D-2 ≤2016

D-2 2017

≥2012 ≥5000 D-2 2012

（D-1：壓載水置換標(biāo)準(zhǔn)；D-2：壓載水處理標(biāo)準(zhǔn)）

D-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間表重新計(jì)劃（A28次大會(huì)決議草案，替代原A.1005（25））

船舶建造日期 壓載水容量（m3） D2標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)施日期

2009年前 1500-5000 在2014年的交船周年日后的首次換證檢驗(yàn)時(shí)

<1500 或>5000 在2016年的交船周年日后的首次換證檢驗(yàn)時(shí)

2009年及以后但在公約生效前 <5000

公約生效后的首次換證檢驗(yàn)時(shí)

2009年及以后但在2012前 ≥5000 在2016年的交船周年日后的首次換證檢驗(yàn)時(shí)

2012年及以后但在公約生效前 ≥5000 公約生效后的首次換證檢驗(yàn)時(shí)

壓載水系統(tǒng)的選擇涉及面廣。就船舶而言，與其營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)、壓載水的處理要求、可布置壓載水處理設(shè)備的空間、壓載艙的總?cè)萘?、壓載泵的排量、動(dòng)力供給、與其他系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和操作要求等，均有關(guān)系。2010年9月28日，在倫敦召開的國(guó)際海事組織海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)61屆大會(huì)上，青島雙瑞B(yǎng)alClorTM BWMS（壓載水管理系統(tǒng)）獲得批準(zhǔn)。BalClorTM BWMS壓載水管理系統(tǒng)系列產(chǎn)品已經(jīng)取得了中國(guó)（CCS）、挪威（DNV）、英國(guó)勞氏（LR）、法國(guó)（BV）、日本（NK）等五大船級(jí)社的型式認(rèn)可以及美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）AMS認(rèn)證。

1 BalClorTMBWMS的處理原理及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

BalClorTM BWMS對(duì)壓載水的處理過(guò)程分為過(guò)濾、電解海水產(chǎn)生次氯酸鈉殺菌、中和三步：

過(guò)濾：壓載時(shí)，利用過(guò)濾精度為50um的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器對(duì)所有壓載水進(jìn)行過(guò)濾，該步驟可以過(guò)濾掉尺寸大于50um的大部分的海生物及固體顆粒；

電解海水產(chǎn)生次氯酸鈉殺菌：從壓載水主管路引一支路海水進(jìn)入電解裝置，電解產(chǎn)生高濃度的次氯酸鈉溶液，該溶液經(jīng)過(guò)除氣后，回注入壓載水主管路，同主管路壓載水混合到一定濃度。該濃度的次氯酸鈉能夠有效殺滅經(jīng)過(guò)濾后的殘余的浮游生物、病原體及其幼蟲或孢子等，達(dá)到規(guī)定的殺菌效果（D-2標(biāo)準(zhǔn)），壓載水管路中活性物質(zhì)的濃度由TRO分析儀和控制系統(tǒng)自動(dòng)控制；

中和：壓載水排放時(shí)，當(dāng)其余氯濃度小于IMO規(guī)定值時(shí)，中和系統(tǒng)不啟動(dòng)，壓載水直接排放；當(dāng)壓載水中余氯濃度大于IMO規(guī)定值時(shí)，中和系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，向排水管中注入中和藥劑，中和殘余的TRO，中和劑量由控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。

1.1滅活-核心技術(shù)

電解單元從過(guò)濾后的壓載水抽取總量1%～2%左右的水流電解，制取氯氣和次氯酸鈉溶液，同時(shí)通過(guò)除氣裝置將電解產(chǎn)生的氫氣稀釋到安全界限以下，排出舷外。氯氣會(huì)溶于水迅速產(chǎn)生次氯酸。

當(dāng)海水進(jìn)入電解槽后，電解反應(yīng)機(jī)理如下：

陽(yáng)極： 2Cl- → Cl2 + 2eendprint

陰極： 2H2O + 2e → 2OH- + H2↑

陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣能夠迅速溶在海水中生成次氯酸和鹽酸：

Cl2 + H2O → HOCl + Cl- + H+

所以，總反應(yīng)：

NaCl + H2O → NaOCl + H2↑

次氯酸鈉溶液作為一種非常有效的殺菌劑可以在壓載水中保持一定時(shí)間，并迅速有效的殺滅壓載水中的浮游生物、孢子、幼蟲及病原體。該技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)滅菌、自來(lái)水廠等水處理行業(yè)應(yīng)用多年。

1.2 BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由自動(dòng)反沖洗過(guò)濾單元、電解單元、中和單元三大主單元組成。還包括以下輔助設(shè)備：電解槽清洗單元、TRO檢測(cè)單元（分壓載和排載檢測(cè)單元）、流量測(cè)量單元、控制系統(tǒng)等。

BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)組成部分流程示意簡(jiǎn)圖，見圖1.

1.3 BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)規(guī)格型號(hào)及參數(shù)

型號(hào) 額定

處理量

（m3/h） 電解

海水量

（m3/h） 所需

功率

（AC- KVA） 外形尺寸

電解單元

L（mm）×W（mm）×H（mm） 過(guò)濾器

L（mm）×W（mm）×H（mm）

BC-1000 501-1000 12 50 3300×600×800 2900×2300×2200

BC-1500 1001-1500 20 75 3400×800×1070 3000×2600×2100

BC -2000 1501-2000 20 100 3300×1500×800 3300×2500×2200

BC -2500 2001-2500 36 125 3400×1800×1070 3500×2900×2400

BC -3000 2501-3000 36 150 3400×1800×1070 3500×2900×2400

BC -3500 3001-3500 36 175 3400×1800×1070 3800×2400×2500

BC -4000 3501-4000 36 200 3500×3300×770 3800×2400×2600

BC -5000 4001-5000 45 250 3500×3600×770 4000×2800×2600

2 BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)實(shí)船應(yīng)用

中海油運(yùn)“**洋輪”為公司首艘在VLCC上使用的BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)。產(chǎn)品型號(hào)為BC-3000。處理能力為3000m?每小時(shí)。

2.1 BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)壓載過(guò)程控制界面（圖2）

圖2 壓載過(guò)程控制界面

2.2 BalclorTM壓載水管理系統(tǒng)管理和典型故障分析

對(duì)BalclorTMBWMS設(shè)備的定期維護(hù)和管理能有效的保證系統(tǒng)的安全性并延長(zhǎng)其使用壽命，還能大大降低系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)意外事故導(dǎo)致人身和財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1 TRO 分析儀（防爆型，圖3）

在壓載過(guò)程中，TRO檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)主管路經(jīng)過(guò)充分混合后的次氯酸鈉濃度，將結(jié)果傳送到系統(tǒng)控制柜和遠(yuǎn)程面板的PLC上。顯示值與設(shè)定值對(duì)比后再將結(jié)果傳送到整流柜（電解單元內(nèi)），整流柜根據(jù)接收到的結(jié)果改變輸出電流從而控制系統(tǒng)次氯酸鈉的濃度。規(guī)范要求，壓載水中次氯酸鈉的濃度在7.5-9.5ppm之間，能有效殺滅壓載水中的細(xì)菌和微生物。

管理要點(diǎn)：該儀表運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的指示試劑必須至少每90天更換一次。

緩沖試劑可以使用1年。內(nèi)部過(guò)濾器應(yīng)進(jìn)行定期檢查必要時(shí)清潔。玻璃試管內(nèi)表面應(yīng)檢查是否有多余的雜質(zhì)，建議保存一個(gè)備用試管以便在需要時(shí)進(jìn)行更換。對(duì)用過(guò)的試管可以清潔后更換使用。在進(jìn)行一次灌注（PRIME）操作后，CLX-Ex監(jiān)測(cè)儀將會(huì)執(zhí)行一次水校驗(yàn)（WCAL）。該過(guò)程需要幾分鐘時(shí)間完成。定期檢查T-過(guò)濾器必要時(shí)拆下清洗，清潔后必須作“返回正常運(yùn)轉(zhuǎn)”操作。

典型故障分析：

故障狀態(tài)1：分析儀讀數(shù)低于預(yù)期值

原因分析：測(cè)量試管中有冷凝液或泄漏；測(cè)量試管臟污；試劑失效或過(guò)期；緩沖試劑未被分配。

處理措施：分析儀讀數(shù)低于預(yù)期值，安裝干燥劑筒套件；更換或清潔試管；更換試劑；

檢查緩沖管路和止回閥。

故障狀態(tài)2： TRO無(wú)法正常檢測(cè)。

取樣氣動(dòng)隔膜泵不動(dòng)作。面板顯示TRO一直在測(cè)量中。每隔十分鐘就出現(xiàn)報(bào)警。壓縮空氣減壓閥不能調(diào)壓。

原因分析：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)隔膜泵的進(jìn)口減壓閥安裝時(shí)將閥的進(jìn)出口弄錯(cuò)，調(diào)換減壓閥的位置，測(cè)試，正常。打開TRO控制箱，發(fā)現(xiàn)控制箱內(nèi)的指示劑全部被虹吸掉。

解決辦法：每次使用好壓載水系統(tǒng)后，將指示劑拿出，存放在冰箱內(nèi)，再次使用時(shí)重新裝回。同時(shí)保證控制箱內(nèi)為正壓，各供壓縮空氣的閥門不得關(guān)閉。（TRO控制箱為正壓防爆型，靠持續(xù)提供壓縮空氣維持正壓）。

2.2.2 自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器（圖4）

壓載時(shí)所使用的過(guò)濾器為自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，過(guò)濾精度為50um，可以直接過(guò)濾掉尺寸大于50um的海生物及固體垃圾。濾器設(shè)有定時(shí)（設(shè)定為30分鐘）和定壓差（設(shè)定為0.35bar）自動(dòng)反沖洗功能。反沖洗產(chǎn)生的污水進(jìn)入排污系統(tǒng)存儲(chǔ)于廢水艙中，達(dá)到一定的液位后由排污泵自動(dòng)起動(dòng)將廢水排出舷外（在規(guī)定地點(diǎn)使用）。

管理要點(diǎn)：定期檢查清洗攔污柵和活塞，攔污柵如有破損及時(shí)更換。檢查濾芯的安裝情況，未安裝完好及時(shí)重裝。根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)清理更換集塵器。檢查確認(rèn)電機(jī)軸上是否涂有潤(rùn)滑油。endprint

典型故障分析：

故障狀態(tài)1：電氣控制單元故障

處理措施：打開反沖洗閥門，使用緊急按鈕擰上電動(dòng)閥，關(guān)閉電動(dòng)控制單元。使用手動(dòng)柄打開齒輪電機(jī)傳動(dòng)軸的自由末端手動(dòng)啟動(dòng)反沖洗。

故障狀態(tài)2：反沖洗后壓差降低不明顯

處理措施：如果反沖洗后壓差降低不明顯，可進(jìn)一步開大控制閥。必要時(shí)，停止運(yùn)行過(guò)濾器，清洗濾器。

2.2.3 電解單元（圖5）

電解槽和其他部件一起組裝成BalClorTM壓載水管理系統(tǒng)的電解單元。在電解槽運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用到電解槽端的電壓，通過(guò)安裝于整流器控制柜上的電壓表來(lái)測(cè)量。其測(cè)量值將被周期性的傳輸，核對(duì)和校正，并作為衡量電解槽工作條件的依據(jù)。伴隨基本的電化學(xué)反應(yīng)，電解槽會(huì)產(chǎn)生一些沉淀物，陰極的主要產(chǎn)物是氫氧化物和碳酸鹽等。這些沉積物會(huì)使電解效率下降，所以使用相應(yīng)的清洗劑，建議使用離心泵在電解槽內(nèi)不斷地循環(huán)進(jìn)行必要的清洗操作。清洗時(shí)間約一小時(shí)。

典型故障分析：

故障狀態(tài)：開啟電解單元的海水增壓泵，電解單元出現(xiàn)壓差高報(bào)警，壓差開關(guān)取樣管因壓力高而脫開。多處海水管系法蘭噴水。

原因分析：電解單元的注入泵的出口處加裝的節(jié)流板節(jié)流孔孔徑太小，與注入泵的進(jìn)口管不匹配，從而導(dǎo)致電解單元壓差高，系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。

處理措施：將此節(jié)流板拆除，壓差高報(bào)警消除。

2.2.4.預(yù)過(guò)濾器 當(dāng)需要倒換啟動(dòng)備用水泵時(shí)，把轉(zhuǎn)換開關(guān)扭到手動(dòng)按鈕，打開電動(dòng)排污閥，同時(shí)按下減速機(jī)啟動(dòng)按鈕，使濾器處于自清洗運(yùn)行狀態(tài)，已防止倒換水泵時(shí)，沖起的高深度濁水堵塞過(guò)濾柱，影響系統(tǒng)供水和自清洗去污能力。應(yīng)每天檢查基礎(chǔ)進(jìn)出口壓力表，查看自清洗是否徹底。如自清過(guò)程沒有把過(guò)濾元件沖洗干凈，兩壓力表的壓差值無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，這時(shí)須采取如下措施：加長(zhǎng)自清洗時(shí)間；手動(dòng)自清洗。

典型故障分析：

故障狀態(tài)：壓差報(bào)警，反沖洗頻繁

原因分析：濾芯中雜質(zhì)過(guò)多正常反沖洗無(wú)法完全清除或反沖洗刷子損壞。

處理措施：手動(dòng)反沖洗，壓差持續(xù)存在時(shí)停止設(shè)備工作，打開并清洗濾器，檢查反沖洗刷子和犧牲陽(yáng)極狀況，必要時(shí)換新。

2.2.5 控制系統(tǒng)

BalClorTM壓載水管理系統(tǒng)利用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在自動(dòng)控制模式，

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)控制每一步的運(yùn)行。在緊急情況下，壓載水管理系統(tǒng)也可使用手動(dòng)控制模式；在手動(dòng)狀態(tài)下，PLC會(huì)根據(jù)指令對(duì)相關(guān)的執(zhí)行模塊進(jìn)行控制，同時(shí)，PLC會(huì)自動(dòng)保存相關(guān)的設(shè)備操作記錄，并及時(shí)地將出現(xiàn)的報(bào)警信息通過(guò)HMI反饋給操作人員，以便操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和操作。

管理要點(diǎn)：該控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。在日常管理中，操作人員應(yīng)經(jīng)常檢測(cè)設(shè)備，

確保設(shè)備在正常的環(huán)境中工作，無(wú)機(jī)械的故障，沒有水或者其他物質(zhì)進(jìn)入控制柜。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，控制柜所有的門保持關(guān)閉狀態(tài)。定期檢查PLC、繼電器、接觸器等是否損壞或松動(dòng)。如果出現(xiàn)問題，需要盡快解決。檢查制動(dòng)按鈕，確保在各種不同的緊急狀況下，能夠穩(wěn)定的工作。定期測(cè)試絕緣電阻包括交流輸入和直流輸出。

HMI和PLC的電池服務(wù)期限大約是5年，高溫狀況下工作，其使用期限將會(huì)縮短。當(dāng)PLC檢測(cè)到一個(gè)低電壓錯(cuò)誤時(shí)，CPU單元正前方的ERR/ALM指示燈將會(huì)閃爍，屆時(shí)需要更換電池。電池的更換需在5分鐘內(nèi)完成。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，PLC會(huì)鎖定系統(tǒng)，當(dāng)故障排除后按RESET鍵超過(guò)10秒，系統(tǒng)將會(huì)重新復(fù)位。

典型故障分析：

故障狀態(tài)1：中和單元不工作，指示燈亮。

處理措施：檢查相關(guān)端子之間的電壓值。及燈是否損壞。

故障狀態(tài)2：變頻器的電源指示燈亮但無(wú)輸出，且面板故障燈不亮。

處理措施：檢查PLC和變頻器的電纜連接。

故障狀態(tài)3：遠(yuǎn)程控制面板觸摸屏不顯示；觸摸屏按鈕無(wú)響應(yīng)。

處理措施：檢查控制柜的電源輸入及電源開關(guān)狀態(tài)。檢查觸摸屏24V電源輸入，保證觸摸屏不在待機(jī)狀態(tài)。確保屏幕沒有處于鎖定狀態(tài)，且近程/遠(yuǎn)程開關(guān)及“急停”開關(guān)處在正確的狀態(tài)，保證PLC正常工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

BalClorTM壓載水管理系統(tǒng)作為一種新發(fā)展與應(yīng)用的環(huán)保技術(shù)裝備，在“壓載水公約”逐步實(shí)施的大背景下取得了快速發(fā)展，該系統(tǒng)有自身特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)也有一些亟待完善的地方。盡管該裝置已投入使用，但迄今為止獲得經(jīng)驗(yàn)還有限。船舶相關(guān)管理人員應(yīng)遵守BalClorTM壓載水管理系統(tǒng)的操作手冊(cè)，科學(xué)使用，做好必要的日常維護(hù)、保養(yǎng)使系統(tǒng)正常運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。對(duì)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)反饋廠家并尋求對(duì)策，滿足公約處理要求，實(shí)現(xiàn)船舶的環(huán)保目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]BalClorTM BWMS Operation and Maintenance Manual.SunRui Marine Environment Engineering CO.， Ltd.2013.08）

[2]中國(guó)船級(jí)社.壓載水公約實(shí)施建議.（2013）

[3]王帥軍，孫永明，呂偉.壓載水處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀研究[J].科技資訊. 2012（7）

[4]胡海峰.船舶壓載水管理[J].中國(guó)水運(yùn). 2009（2）

[5]謝承利，翁平，李小軍，劉喜元。船舶壓載水處理技術(shù)應(yīng)用綜述[J].船海工程. 2010（12）

[6]費(fèi)珊珊.壓載水管理系統(tǒng)現(xiàn)狀和我國(guó)實(shí)施壓載水公約的建議[J].航海技術(shù) .2009（增刊）endprint