6 200 DWT油化船壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹東江

(揚(yáng)州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009)

6 200 DWT油化船壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹東江

(揚(yáng)州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009)

摘要：為達(dá)到國(guó)際海事組織(IMO)在2004年2月通過(guò)的“國(guó)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(guò)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(jì)方式，避免了液貨船危險(xiǎn)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(duì)液貨船壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(lái)，船舶壓載水轉(zhuǎn)移引入的有害水生物和病原體對(duì)海洋環(huán)境、公眾健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)際社會(huì)的重視。為了保護(hù)環(huán)境，保護(hù)海洋，國(guó)際海事組織(IMO)在2004年通過(guò)的《2004年國(guó)際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》要求加強(qiáng)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(jìn)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(guò)壓載水處理系統(tǒng)對(duì)加裝上船的壓載水進(jìn)行處理，使得壓載水中生物和細(xì)菌的存活率達(dá)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(gè)過(guò)渡辦法，最后都必須執(zhí)行D-2標(biāo)準(zhǔn)才允許排放。要達(dá)到D-2標(biāo)準(zhǔn)，目前還是通過(guò)在船上安裝壓載水處理系統(tǒng)(BWMS)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文以6 200 DWT油化船的壓載水系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹一下液貨船(貨品閃點(diǎn)不超過(guò)60 ℃的油船或化學(xué)品船)壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和設(shè)計(jì)時(shí)注意事項(xiàng)。

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(xiǎn)區(qū)域。根據(jù)公約危險(xiǎn)區(qū)相關(guān)概念以及對(duì)設(shè)備布置的相關(guān)要求，液貨船上危險(xiǎn)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(dú)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(xiǎn)區(qū)域的壓載水和安全區(qū)域的壓載水。但船上同時(shí)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(hù)成本，因而通過(guò)對(duì)系統(tǒng)合理布置和按要求對(duì)管路進(jìn)行分隔，可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)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(shí)對(duì)壓載水進(jìn)行處理，排放時(shí)不需要再對(duì)壓載水進(jìn)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(jī)艙或其他安全區(qū)域，壓載水注入時(shí)通過(guò)布置在安全區(qū)域的壓載泵把處理過(guò)的壓載水分別泵入安全區(qū)域的壓載水艙和危險(xiǎn)區(qū)域的壓載水艙，同時(shí)在危險(xiǎn)區(qū)域另設(shè)有壓載泵。安全區(qū)域壓載水和危險(xiǎn)區(qū)域壓載水的卸載是通過(guò)設(shè)在各自區(qū)域的壓載泵排放出舷外。系統(tǒng)布置見(jiàn)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(shí)需對(duì)壓載水進(jìn)行處理，排放時(shí)也需要再對(duì)壓載水進(jìn)行進(jìn)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(jī)艙或其他安全區(qū)域，壓載水注入時(shí)通過(guò)布置在安全區(qū)域的壓載泵把處理過(guò)的壓載水分別泵入安全區(qū)域的壓載水艙和危險(xiǎn)區(qū)域的壓載水艙，同時(shí)在危險(xiǎn)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(guò)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(xiǎn)區(qū)域壓載水則通過(guò)布置在危險(xiǎn)區(qū)域的壓載泵經(jīng)布置在危險(xiǎn)區(qū)域的獨(dú)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(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)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(duì)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(hù)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(guó)內(nèi)前處理型的壓載水處理裝置的生產(chǎn)廠家相對(duì)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(dú)立安裝且后處理單元內(nèi)電氣設(shè)備還需滿(mǎn)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(xiǎn)區(qū)域的壓載艙內(nèi)，其前提是危險(xiǎn)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(mǎn)足的條件如下。

(1)氣體安全區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域之間的管路連接，應(yīng)在主甲板上的開(kāi)敞位置通過(guò)可拆短管的方式進(jìn)行；可拆短管的連接位置應(yīng)位于主甲板的危險(xiǎn)區(qū)域；危險(xiǎn)區(qū)域的壓載水管應(yīng)由主甲板穿入危險(xiǎn)區(qū)域相關(guān)艙室(泵艙或壓載水艙)；系統(tǒng)不在使用時(shí)，氣體安全區(qū)和危險(xiǎn)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(gè)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(guò)主甲板以下的危險(xiǎn)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(shí)都需拆裝可拆短管、盲板法蘭等，給壓載水操作帶來(lái)不便，同時(shí)也增大了由于誤操作造成系統(tǒng)設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.3建造和維護(hù)成本的節(jié)約有限

采用前處理型壓載水處理系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比采用2套獨(dú)立的壓載水處理系統(tǒng)較為節(jié)約成本，可以省略危險(xiǎn)區(qū)域的壓載水處理裝置，但需在危險(xiǎn)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(xiǎn)區(qū)域增加排放壓載水的水泵外，還需在危險(xiǎn)區(qū)域增加后處理單元，這種布置方式的相對(duì)來(lái)說(shuō)成本優(yōu)勢(shì)有限。

2實(shí)船壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6 200 DWT油化船設(shè)計(jì)初期在考慮全船總體布局時(shí)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(wú)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(méi)有危險(xiǎn)區(qū)域和安全區(qū)域的管路連接，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shí)要求廠家整個(gè)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(shí)還設(shè)有維護(hù)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(tái)MAFLEX電動(dòng)深井泵做為壓載泵，分別布置在兩舷翼的壓載水艙(6號(hào)壓載水艙左右舷)。壓載泵的排量250 m3/h，揚(yáng)程30 m，電機(jī)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(guò)調(diào)節(jié)左右總管的連通閥可實(shí)現(xiàn)左右壓載艙壓載水的調(diào)撥。該船壓載水系統(tǒng)見(jiàn)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(shí)，水流經(jīng)過(guò)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(guò)濾的壓載水經(jīng)UV單元紫外線照射，進(jìn)各壓載艙。排放壓載水時(shí)，自動(dòng)沖洗濾器被旁通，水流再次流經(jīng)UV單元，再經(jīng)過(guò)一次殺菌，整個(gè)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(xiàng)

3.1證書(shū)上的考慮

除生產(chǎn)廠商在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)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(guò)程中沒(méi)有活性物質(zhì)，則不需要獲得GESEMP的認(rèn)可)，設(shè)計(jì)中所選產(chǎn)品必須已經(jīng)獲得主管權(quán)威機(jī)構(gòu)的型式認(rèn)可證書(shū)。

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(jì)最初階段就應(yīng)綜合考慮處理系統(tǒng)的布置空間。對(duì)于大尺寸的設(shè)備，跟廠家技術(shù)洽談時(shí)就應(yīng)要求系統(tǒng)模塊化，可拆分成獨(dú)立的單元分解安裝，充分利用船上有限的空間。對(duì)于體積過(guò)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(duì)開(kāi)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(shí)，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(jì)時(shí)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(jì)時(shí)，原則上是應(yīng)保證能處理最大壓載水流量。但對(duì)于某些壓載水流量較大，壓載依賴(lài)度不高的船舶，從減少壓載水處理系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)、操作和維護(hù)成本的角度出發(fā)，可采用一些較為靈活的設(shè)計(jì)，例如可按1臺(tái)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(jì)劃中說(shuō)明異地排放時(shí)不應(yīng)使用1臺(tái)以上的壓載泵)。另外，可考慮額外設(shè)1臺(tái)專(zhuān)門(mén)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(diǎn)加裝或排放壓載水時(shí)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(huì)導(dǎo)致壓載水流量和壓力下降。如某些自動(dòng)沖洗濾器或旋分器會(huì)造成壓頭損失，UV單元會(huì)增加管路的背壓，這些都將影響到泵的流量，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)使用時(shí)可能產(chǎn)生的壓降進(jìn)行必要的考慮。

4結(jié)語(yǔ)

壓載水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及面廣泛，目前來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)有一個(gè)處理系統(tǒng)能適用于所有船舶。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮船舶的營(yíng)運(yùn)特點(diǎn)、壓載水處理的要求、船上可利用空間、壓載艙的總?cè)萘俊狠d泵的排量、船舶電站的容量、建造及操作成本等因素；同時(shí)還應(yīng)充分了解船東的需求，以及船舶主要航行水質(zhì)對(duì)處理技術(shù)的要求，如使用電解海水法的處理裝置對(duì)淡水壓載水沒(méi)有處理能力、使用紫外線法的裝置對(duì)濁度大的壓載水處理能力有限等。只有綜合各種因素進(jìn)行合理的評(píng)估，才能設(shè)計(jì)出適合的壓載水處理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-11-15

作者簡(jiǎn)介：曹東江(1973—)，男，工程師，從事船舶科研與設(shè)計(jì)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.83+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A