解讀船用電解式壓載水處理裝置

陳躍泓

摘要： 2004年，國際海事組織（IMO）通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》，旨在防止船舶壓載水排放引起的外來物種入侵，病原體傳播導(dǎo)致的環(huán)境、人類健康、財(cái)產(chǎn)及資源方面損害。公約規(guī)定，從2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設(shè)備，到2017年所有遠(yuǎn)洋船舶均須安裝壓載水處理設(shè)備。船舶管理人員必須熟練地操作和管理好壓載水處理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：船舶壓載水排放 電解式壓載水處理裝置 電解式壓載水處理裝置安全操作

早在2004年，國際海事組織（IMO）通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》，旨在防止船舶壓載水排放引起的外來物種入侵，病原體傳播導(dǎo)致的環(huán)境、人類健康、財(cái)產(chǎn)及資源方面損害。公約規(guī)定，從2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設(shè)備，并對現(xiàn)有船舶實(shí)施追溯，到2017年所有遠(yuǎn)洋船舶均須安裝壓載水處理設(shè)備。船舶壓載水管理系統(tǒng)就是對船舶排放海里的壓載水進(jìn)行處理的裝置。對于船舶管理人員而言，必須盡快了解和熟練船舶壓載水處理裝置的原理、操作和管理。

1 船用電解式壓載水處理裝置的基本原理

船舶電解式壓載水的處理裝置在處理壓載水具有高效率、低成本的功能。一般電解試壓載水的處理過程分為“過濾”、“電解”、“中和”三步，如圖1。

過濾：在壓載過程中利用高過濾精度的自動(dòng)反沖洗過濾器，對主管路壓載水進(jìn)行過 濾，過濾掉海生物和固體。

電解：從壓載水主管路引一支路，然后通過電解單元支路進(jìn)行電解使產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）溶液，回注入壓載水主管路，同主管路壓載水混合壓入壓載艙，達(dá)到規(guī)定的殺菌效果。

中和：壓載水排放時(shí)，當(dāng)余氯濃度大于IMO規(guī)定值時(shí)，中和系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，向排載管注入中和劑，中和余氯。

2 船用電解式壓載水處理裝置的組成和基本工作原理

電解式壓載水處理裝置一般由：PLC（可編程邏輯控制器）控制板、控制箱、整流電源箱（多個(gè)整流模塊并聯(lián)供電）、壓載泵、壓載水流量計(jì)、自動(dòng)反沖洗濾器、排污泵、增壓變頻泵、電解槽（多個(gè)電解槽并聯(lián)）、自動(dòng)閥、氫氣分離氣、氫氣排風(fēng)機(jī)、含氯監(jiān)測器、中和液儲(chǔ)存器、攪拌泵、投藥泵及各種保護(hù)用監(jiān)測傳感器組成。

現(xiàn)在電解式壓載水處理裝置的每一個(gè)過程都是由PLC自動(dòng)控制的，如果需要遠(yuǎn)程控制，則可通過遠(yuǎn)程PLC板（并聯(lián)）進(jìn)行遙控控制。

簡圖如下（粗線為海水管系，細(xì)線為通訊和電源線）：

電解試壓載水處理裝置主要有三部分組成：自動(dòng)反沖洗過濾單元、電解單元、中和單元。

2.1 自動(dòng)反沖洗過濾單元

自動(dòng)反沖洗濾器單元由控制箱、壓載泵、排污泵、壓力檢測儀表及相應(yīng)的管路系統(tǒng)及幾十μm的濾器組成，當(dāng)壓載泵起動(dòng)后，首先通過濾器將大的海生物和固體物清除，在清除過程中，當(dāng)濾器的壓差大于0.6bar時(shí)濾器進(jìn)行反沖洗，如果壓差大于0.8bar時(shí)發(fā)出濾器壓差高報(bào)警，此時(shí)需要增加反沖洗量或停止系統(tǒng)工作進(jìn)行人工清洗。反沖洗的污水由排污泵排入污水艙或直接排入海中，如果沒有壓差高產(chǎn)生自動(dòng)反沖洗時(shí)濾器將定時(shí)進(jìn)行反沖洗。由于濾器的孔徑過細(xì)所以要求在此濾器的前部再增加較粗的濾器或在較干凈的水域進(jìn)行壓載水的壓入。

2.2 電解單元

電解單元主要有自動(dòng)控制系統(tǒng)、增壓變頻泵、整流電源、電解槽、電動(dòng)閥、含氯監(jiān)測器、鹽度傳感器、除氫裝置組成。當(dāng)壓載泵起動(dòng)后，通過流量傳感器和鹽分傳感器進(jìn)行監(jiān)測連鎖，當(dāng)壓載水的流量大于至少一個(gè)電解槽所需流量及鹽分大于3PSU時(shí)，電解單元開始工作，電解單元是有幾個(gè)電解槽組成的，按壓載水的排量所需電解槽的進(jìn)出口電動(dòng)閥可自動(dòng)打開，增壓變頻泵將壓載總管中的壓載水排量的百分之一到二的壓載水抽入電解單元進(jìn)行電解，電解后含高濃度（幾百PPM）的次氯酸納溶液再回注入壓載總管，混合后經(jīng)含氯監(jiān)測器檢測（按D-2標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)壓載水中次氯酸納含量在7.5MG/L-9.5MG/L內(nèi)時(shí)，浮游生物、病原體、幼蟲孢子等都能有效殺滅），電解的電流量的大小是通過整流后的直流電按設(shè)定的含氯監(jiān)測器值7.5MG/L進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的。

由于壓載水的壓力波動(dòng)，所以就需配備增壓變頻泵，電解單元的增壓變頻泵的排量是根據(jù)壓載泵的排量波動(dòng)通過流量計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)信號可自動(dòng)調(diào)節(jié)的，這樣通過電解單元的壓載水可保持與壓載泵的排量比例穩(wěn)定，含氯監(jiān)測器檢測到的值也可保持穩(wěn)定。

電解槽是電解式壓載水處理裝置中的核心，它的壓力、壓差、溫度值是否在安全工作范圍內(nèi)對于電解式壓載水處理裝置是非常重要的，所以需配備壓力、壓差、溫度等監(jiān)測傳感器進(jìn)行監(jiān)測，一般電解槽設(shè)計(jì)的最大壓力為6bar、壓差為0.8bar、溫度為70℃，當(dāng)壓力超過4 bar 、壓差超過0.6bar、溫度超過55℃時(shí)電解槽應(yīng)停止工作采取反沖洗、清通和降低電解電流值的方法進(jìn)行安全處理。

在電解過程中為確保產(chǎn)生的氫氣不會(huì)產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)（國標(biāo)規(guī)定氫氣在空氣中的含量低于1%時(shí)是安全的，含量高于4%時(shí)就可以產(chǎn)生爆炸），還需配備除氫氣的分離器裝置和排氣裝置將氫氣從電解槽中分離出來并排放入大氣中，通過氫氣監(jiān)測傳感器，當(dāng)監(jiān)測到產(chǎn)生的氫氣含量大于0.8%時(shí)配備的強(qiáng)力排風(fēng)機(jī)就要自動(dòng)工作，將氫氣含量值保持在安全范圍內(nèi)，如果裝置中氫氣的含量達(dá)到大于2%時(shí)，壓載水處理裝置的電解槽需立即停止工作，此除氣裝置在電解式壓載水處理裝置中是不可缺少的，曾有一家企業(yè)生產(chǎn)的電解式壓載水處理裝置因沒有氫氣分離器和強(qiáng)排風(fēng)除氣裝置在試驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆炸事故，嚴(yán)重威脅到設(shè)備和人員的安全。

同樣，在電解過程中還會(huì)產(chǎn)生氯氣，當(dāng)氯氣泄漏在空氣中并濃度過高時(shí)，人體和機(jī)械都將受到傷害，一般說，氯氣在空氣中的含量在0.4ppm以下時(shí)是安全的，所以還需配備氯氣監(jiān)測傳感器，當(dāng)空氣中的氯氣含量大于0.5ppm時(shí)就需發(fā)出報(bào)警進(jìn)行通風(fēng)處理。

2.3 中和單元

中和單元由儲(chǔ)存器、中和劑、攪拌泵、投藥泵組成，中和單元用來中和經(jīng)過殺菌滅活后的壓載水中殘留的氧化劑。中和液的加入量由排載時(shí)總管中的排量和排載水中含氯監(jiān)測器監(jiān)測的濃度值決定。中和液的化學(xué)成分為Na2S2O3（大蘇打），Na2S2O3 和殘留氧化劑反應(yīng)生成的 NaCl 和 Na2SO4 對海洋環(huán)境無污染。按IMO的要求，排出的壓載水含浮游生物應(yīng)在每立方100個(gè)以下，并且含次氯酸納在0.1—0.2MG/L以下，當(dāng)排出的壓載水經(jīng)含氯監(jiān)測器檢測大于0.1—0.2MG/L時(shí)中和裝置將混合攪拌好的大蘇打水中和液注入壓載水出口總管，直到排出的壓載水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，壓載艙中的壓載水次氯酸納含量會(huì)每天衰減，并在5天左右衰減完畢，只有在5天內(nèi)將壓載水排出時(shí)次氯酸納的含量才會(huì)大于0.1～0.2MG/L，此時(shí)才會(huì)需要中和裝置進(jìn)行中和。endprint

在電解式壓載水處理裝置中，必須要有各種保護(hù)和報(bào)警才能確保設(shè)備和人員的安全，所以就需配備各種安全的保護(hù)。

主要的安全保護(hù)和報(bào)警要有：電解槽壓差高報(bào)警、電解槽流量低報(bào)警、電解槽溫度高報(bào)警、電解槽壓力高報(bào)警、氫氣含量高報(bào)警、氯氣含量高報(bào)警、排風(fēng)和風(fēng)壓低報(bào)警、含鹽值低報(bào)警、排出含氯監(jiān)測器檢測值超限報(bào)警、整流電源裝置故障報(bào)警、氫氣傳感器故障報(bào)警、氯氣傳感器故障報(bào)警、流量傳感器故障報(bào)警、控制系統(tǒng)故障報(bào)警等等。

3 船用電解式壓載水處理裝置的操作、維護(hù)與管理

船用電解式壓載水處理裝置的基本操作過程：

（1）檢查設(shè)備內(nèi)外所有手動(dòng)閥門應(yīng)處在正確位置。

（2）將控制柜面板下方的“本控/遠(yuǎn)控”開關(guān)調(diào)制“本控”位置，并將“鎖屏/解鎖”開關(guān)調(diào)至“解鎖”。

（3）系統(tǒng)供電，進(jìn)入操作初始界面。

（4）壓載水操作

按下“AUTO”鍵進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式：

①根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，需選擇壓載模式，如左舷壓載、右舷壓載、艉尖艙壓載。

②確保系統(tǒng)的取水管路、氣路等已經(jīng)調(diào)好，并且確保藥劑也都已經(jīng)加好。

③確認(rèn)壓載泵已經(jīng)啟動(dòng)，此時(shí)操作界面中的壓載泵運(yùn)行指示燈會(huì)變?yōu)榫G色，并且面板有主管路流量顯示。待主管路流量計(jì)有一定的流量顯示后，按下“START”按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

④壓載過程結(jié)束后，點(diǎn)擊“STOP”按鍵，待壓載泵停止后壓載水系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行。

（5）排載操作：

①將控制面板下方的“本控/遠(yuǎn)控”開關(guān)調(diào)制“本控”位置，并將“鎖屏/解鎖”開關(guān)調(diào)至“解鎖”位置下。

②系統(tǒng)供電，點(diǎn)擊“AUTO”進(jìn)入自動(dòng)控制界面，點(diǎn)擊屏幕下方的“DEBAL”按鍵，進(jìn)入排載自動(dòng)控制界面。排載過程運(yùn)行前，確保中和罐的中和藥劑充足，且在有效期內(nèi)；確保TRO的取水管路、氣路等已經(jīng)調(diào)好，并且確保藥劑也都已經(jīng)加好。

③壓載泵啟動(dòng)后，根據(jù)排載的需要，點(diǎn)擊界面對應(yīng)的“START”按鍵，即可實(shí)現(xiàn)排載的自動(dòng)運(yùn)行。在系統(tǒng)排載時(shí)，壓載水管理系統(tǒng)的中和劑先以最大流量注入主管路中，隨后則根據(jù)主管路TRO檢測到的余氯濃度和主管路的流量來自動(dòng)控制中和劑的注入量。一旦排出水中氯離子的濃度高于規(guī)定值，控制面板中將顯示排出口TRO高的報(bào)警信號，收到報(bào)警后，請及時(shí)檢查中和單元加藥是否通暢或藥劑是否過期。

④排載過程結(jié)束后，點(diǎn)擊“STOP”按鈕，并停止壓在泵，結(jié)束中和過程。

4 系統(tǒng)常見故障（不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)）及排除

船用電解式壓載水處理裝置在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)報(bào)警信號，系統(tǒng)在報(bào)警信息欄出現(xiàn)詳細(xì)報(bào)警內(nèi)容，并在本控及遠(yuǎn)程系統(tǒng)做出聲光報(bào)警反應(yīng)以提示操作人員。

報(bào)警分為兩類報(bào)警：

一般報(bào)警不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，但出現(xiàn)報(bào)警信息后應(yīng)及時(shí)消除。

4.1 主管路流量超限報(bào)警

故障排除：調(diào)節(jié)主管路閥門使主管路流量低于系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警值。

4.2 電解單元進(jìn)口壓力高報(bào)警

故障排除：在調(diào)節(jié)電解單元流量的過程中，優(yōu)先調(diào)節(jié)海水泵至電解單元模塊之間的閥門，若需要微調(diào)時(shí)再調(diào)節(jié)電解單元內(nèi)部的調(diào)節(jié)閥，保證穩(wěn)定工作時(shí)，電解單元進(jìn)口壓力表示數(shù)小于3bar。

4.3 過濾器壓差高報(bào)警

故障排除：若長時(shí)間出現(xiàn)過濾器壓差高報(bào)警，需要拆開過濾器并清洗濾芯。

4.4 TRO故障報(bào)警

故障排除：先查看出現(xiàn)報(bào)警的TRO顯示屏。

（1）若出現(xiàn)WATR報(bào)警，及說明TRO未取到水或取水不足，請按照以下步驟檢查：

①檢查確保主管路中有水，且需要保證一定的流量。

②檢查TRO的取樣閥門是否處于打開狀態(tài)，需要保證其在打開狀態(tài)。

③氣動(dòng)泵的氣壓不足，需適當(dāng)調(diào)大調(diào)壓過濾器的壓力。一般為2～4bar。

④保證TRO內(nèi)部與外部的取水管路都是通暢的，無雜物將其堵塞。

（2） 若出現(xiàn)NPRG報(bào)警，說明TRO排泄不暢。需要檢查排泄管路是否通暢，并保證排泄管路中無正壓。

（3）若出現(xiàn)WCAL報(bào)警，說明水位校準(zhǔn)無效，需要重新手動(dòng)加藥一次，如果報(bào)警依然存在，需重新啟動(dòng)TRO。

（4）若出現(xiàn)RGNT報(bào)警，說明TRO未取到試劑，需要手動(dòng)加藥一次，保證透明的取藥管中充滿試劑。

4.5 過濾器壓差高報(bào)警。故障排除：若長時(shí)間出現(xiàn)過濾器壓差高報(bào)警，需要拆開過濾器并清洗濾芯。

4.6 排出口TRO濃度高報(bào)警。故障排除：

①適當(dāng)提高中和單元加藥管路中的壓力，一般為1～2bar。

②檢查中和單元加藥管路是否通暢，需保證加藥管路通暢，無雜物堵塞。

5 系統(tǒng)常見故障（會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)）及排除

嚴(yán)重報(bào)警有可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行甚至設(shè)備損壞，因此出現(xiàn)此類報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，直至報(bào)警信息消除后才可繼續(xù)運(yùn)行。

5.1電解槽壓差高報(bào)警

故障排除：此故障是由于初始運(yùn)行時(shí)，由于水柱沖擊造成的，故在調(diào)節(jié)電解單元流量時(shí)，優(yōu)先調(diào)節(jié)海水泵至電解單元模塊之間的閥門，若需要微調(diào)時(shí)再調(diào)節(jié)電解單元內(nèi)部的調(diào)節(jié)閥，保證穩(wěn)定工作時(shí)，電解單元進(jìn)口壓力表示數(shù)小于3bar。此報(bào)警需要手動(dòng)復(fù)位后，才能重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

5.2 氫氣斷線報(bào)警、氯氣斷線報(bào)警以及EDU流量計(jì)斷線報(bào)警

故障排除：根據(jù)圖紙，檢查接線，維修完畢后，需要手動(dòng)復(fù)位，才能重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

5.3 海水泵或風(fēng)機(jī)等故障報(bào)警

故障排除：檢查接線，確保沒問題，并檢查相應(yīng)的斷路器是否跳閘。檢查沒問題后，手動(dòng)復(fù)位，才能重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

防爆TRO的指示燈沒有處于常綠狀態(tài)

故障排除：

（1）保證通向防爆TRO的氣路通暢，并已經(jīng)有壓縮氣體通入箱內(nèi)。請將通入TRO箱的壓縮空氣調(diào)為3—5bar。

（2）保證防爆TRO箱不漏氣，若有漏氣現(xiàn)場，請進(jìn)行密封處理。

電解式壓載水處理裝置的缺點(diǎn)是不能在淡水中進(jìn)行工作，為解決這個(gè)問題，需要有一個(gè)專用的艙保存海水。當(dāng)需要在淡水區(qū)域進(jìn)行壓載水壓入時(shí)，電解槽的專用給水泵抽取此艙的海水進(jìn)行電解，電解后的含次氯酸納的海水注入壓載水總管進(jìn)行混合，混合后經(jīng)含氯監(jiān)測器檢測，在達(dá)到7.5MG/L—9.5MG/L值后同樣可以達(dá)到殺滅浮游生物、病原體、幼蟲孢子等的效果。

6 結(jié)束語

隨著2017年臨近，國際海事組織（IMO）按照《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》對所有遠(yuǎn)洋船舶均須使用壓載水處理設(shè)備。目前電解式壓載水處理裝置在船舶上逐步進(jìn)入安裝，在國內(nèi)也有多家公司生產(chǎn)，但其基本工作原理、操作和管理大致相同，通過對電解式壓載水處理裝置解讀，幫助廣大船員在過渡期提前對其設(shè)備原理理解，以迎接船舶的全面使用。endprint