壓載水處理裝置的實(shí)船應(yīng)用問題

劉澤吉，王樹山，都基旭

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

關(guān)鍵字：壓載水處理裝置；實(shí)船應(yīng)用；設(shè)備訂貨；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著2017年9月8日壓載水公約的生效，關(guān)于壓載水處理裝置的應(yīng)用是目前業(yè)界最引人注目的話題之一。但實(shí)際上，壓載水處理裝置在船舶上的應(yīng)用要早于規(guī)范生效日期，并且已經(jīng)積累了一些關(guān)于應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)。大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工自從2013年在N206項(xiàng)目上安裝第1臺(tái)壓載水處理裝置以來，已經(jīng)積累了數(shù)型壓載水處理裝置在不同船舶類型上應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將在實(shí)際應(yīng)用遇到的一些問題及解決方案分享如下。

1 壓載水處理裝置與其他系統(tǒng)的接口問題

根據(jù)規(guī)范要求及壓載水處理裝置設(shè)備本身的特點(diǎn)，壓載水處理裝置與原船系統(tǒng)存在著許多接口，比如，與GPS的接口；與電站管理系統(tǒng)的接口（大功率詢問）；與機(jī)艙風(fēng)機(jī)的接口（電解型壓載水處理裝置與機(jī)艙風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)連鎖）；與監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的接口等。由于壓載水處理裝置也是壓載水系統(tǒng)的一部分，因此不可避免的與閥門遙控系統(tǒng)存在著許多接口，這也是壓載水處理裝置實(shí)船應(yīng)用設(shè)計(jì)中遇到的最主要的問題之一。

載水處理裝置與閥門遙控系統(tǒng)的接口問題主要體現(xiàn)在一些閥門的供貨和控制這兩個(gè)方面。在壓載系統(tǒng)中，壓載水處理裝置進(jìn)出口安裝有隔離閥，并配置旁通閥，如圖1所示。

圖1 壓載水處理裝置系統(tǒng)圖

上述設(shè)計(jì)時(shí)為了保證在應(yīng)急情況下，即使壓載水處理裝置出現(xiàn)故障，也能通過旁通管路進(jìn)行應(yīng)急壓載/排載。另外規(guī)范還要求，在壓載水處理裝置被旁通時(shí)，這種操作應(yīng)和GPS信號(hào)一起記錄并儲(chǔ)存至少 2年，同時(shí)系統(tǒng)輸出聲光報(bào)警，提醒相關(guān)人員在上述旁通操作。因此，上述閥門的開閉狀態(tài)需要被壓載水處理裝置監(jiān)控。而有些壓載水處理裝置還需要上述閥門的控制權(quán)以配合其壓載水處理的操作，但是大部分壓載水處理裝置廠家并不提供上述閥門，這些閥門一般由閥門遙控廠家提供。因此，在壓載水處理裝置的實(shí)船應(yīng)用初期，常常需要花費(fèi)大量的時(shí)間來協(xié)調(diào)壓載水處理裝置和閥門遙控系統(tǒng)之間的供貨范圍和接口。目前的做法是：船廠在進(jìn)行壓載水處理裝置的訂貨時(shí)，需要和閥門遙控系統(tǒng)的訂貨協(xié)調(diào)進(jìn)行，上述閥門一般要求由閥門遙控系統(tǒng)提供，并將 2個(gè)系統(tǒng)之間的通訊的信號(hào)類型明確；如果 2個(gè)設(shè)備都要求閥門的控制權(quán)，那么就明確誰具有優(yōu)先權(quán)。通過上述做法避免了船廠在隨后的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)遺漏和錯(cuò)誤。

2 電解式壓載水處理裝置在低鹽度水域中的應(yīng)用問題

電解式壓載水處理裝置是通過濾器過濾后，再利用電解裝置電解海水產(chǎn)生的電解液對(duì)海水進(jìn)行消毒的一種壓載水處理裝置。對(duì)于這種壓載水處理裝置，只有壓載水具有一定的鹽度時(shí)才能有效工作。但在船舶的實(shí)際運(yùn)營中，其航行水域的鹽度是高低不同的。在河流、湖泊水域及河流入?？趨^(qū)域，鹽度更是有可能小于1PSU或者更小。對(duì)于航線不固定的船舶來說，這就意味著在其運(yùn)營過程中有可能面對(duì)低鹽度壓載水問題。另外，USCG要求各壓載水處理裝置明確是否能處理低鹽度壓載水和淡水[1]。因此，低鹽度壓載水的處理問題是所有電解式壓載水處理裝置和許多船舶都必須面對(duì)的問題。

表1為船廠在訂貨過程中，根據(jù)不同品牌的電解式壓載水處理裝置廠家提供的方案，整理出來的各裝置能正常處理的壓載水的最小鹽度。

目前，針對(duì)這一問題，電解式壓載水處理裝置廠家推薦的方案是在船舶的艉尖艙儲(chǔ)存一定體積的高鹽度海水。當(dāng)船舶運(yùn)行在低鹽度區(qū)域時(shí)，將上述高鹽度海水加入新泵入的壓載水，以提壓載水的鹽度；或者用上述儲(chǔ)存的高鹽度海水電解產(chǎn)生NACLO，注入到壓載管路中，對(duì)壓載水進(jìn)行處理[2-3]。

表1 各廠家對(duì)壓載水的最小鹽度要求

上述方案雖然可以解決低鹽度壓載水的處理問題，但在實(shí)際應(yīng)用中也遇到一些問題，主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 影響載貨量及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)以上方案，當(dāng)船舶在低鹽度區(qū)域加裝壓載水時(shí)，需要提前儲(chǔ)存高鹽度的海水或鹵水，其容積由壓載水處理裝置的特點(diǎn)和需要處理的壓載水總?cè)莘e決定，表2為各品牌壓載水處理裝置廠家方案中要求預(yù)先儲(chǔ)存的海水容積與總壓載水艙容積比。

表2 各廠家要求的預(yù)留的海水容積

由于船舶總壓載水艙的容積一般都比較大，相應(yīng)地，預(yù)先儲(chǔ)存的海水需要占用大量容積，表3為根據(jù)各廠家數(shù)據(jù)結(jié)合我司建造的82 K散貨、113 K油船及30 K多用途船參數(shù)，得到各船型在使用不同設(shè)備時(shí)需要預(yù)先儲(chǔ)存的海水容積。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，壓載水艙總?cè)莘e越大，預(yù)先儲(chǔ)存的壓載水也越大，對(duì)于運(yùn)輸船來說，其損失的載貨能力也越大，這是船東不希望看到的結(jié)果。一艘82 000 t散貨船的船東就曾經(jīng)在保修單中抱怨，為了應(yīng)對(duì)上述情況，該船舶需要預(yù)留360 m3的海水在艉尖艙，影響了該船的載重量，使船東遭受了經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)于一些船型，使用這種方案可能還會(huì)遇到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的問題。

上述113 K油船，根據(jù)計(jì)算在低鹽度區(qū)域最多需要在艉尖艙儲(chǔ)存320 m3海水，但是根據(jù)共同結(jié)構(gòu)規(guī)

表3 各船型預(yù)先儲(chǔ)存的壓載水艙容積

注：Vt為總壓載水艙容積；Vp為預(yù)先儲(chǔ)存的壓載水容積范Ch.4 Sec.8 2.1&2.2，如將艉尖艙視為可消耗艙艙進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，在做結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，該艙需要視為滿艙進(jìn)行計(jì)算[4]，此時(shí)表4中的一些裝載工況結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就不滿足要求。

表4 某型113K油船艉尖艙作為壓載水處理裝置海水備用艙的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)于這種情況，首先要和入級(jí)的船級(jí)社進(jìn)行討論，對(duì)該艙室功能定義進(jìn)行明確。如最終確認(rèn)為可消耗艙，那么就需要考慮另外選擇合適的艙室來儲(chǔ)存這些海水。

2.2 影響壓載水處理裝置在一些船型上的應(yīng)用

根據(jù)資料，可得到各船型的壓載艙總?cè)莘e和艉尖艙的容積的數(shù)據(jù)如表5所示。對(duì)比表3和表4，可以看出對(duì)于113 K油船和30 K這2種船型，當(dāng)使用品牌2的產(chǎn)品時(shí)，其艉尖艙容積要小于要求的預(yù)先儲(chǔ)存的海水容積，如果僅使用艉尖艙來儲(chǔ)存預(yù)留的海水，那么品牌2的產(chǎn)品將不適用于該船型。

表5 船型的壓載艙總?cè)莘e和艉尖艙的容積

2.3 導(dǎo)致艉尖艙排載時(shí)間過長

在設(shè)計(jì)中，為了確保艉尖艙預(yù)留的海水容積滿足廠家的要求，在進(jìn)行艉尖艙的吸口布置時(shí)，一般將壓載泵的吸口（AP口）布置在壓載水電解裝置增壓泵吸口以上一定位置，兩者之間的壓載艙的容積為預(yù)留的海水容積。圖2為某82 K散貨船艉尖艙壓載艙吸口的布置。

圖2 艉尖艙壓載水吸口布置

針對(duì)上述布置，上文提到的船東提出了一個(gè)問題，如何在不需要預(yù)留的海水時(shí)將艉尖艙排空？因?yàn)閴狠d泵的吸口在預(yù)留的海水之上，無法通過該泵進(jìn)行排載；而增壓泵正常工作時(shí)僅用于將海水泵到電解單元。進(jìn)過和廠家溝通，廠家提出了通過增壓泵將上述艉尖艙內(nèi)的海水泵到電解單元（此時(shí)電解單元不工作），在通過電解單元-電解液注入管路-主壓載管路-排舷外的路線進(jìn)行排載，由于增壓泵的排量只有15 m3/h，通過計(jì)算，總的排載時(shí)間需要24 h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該類型船舶的壓/排載的設(shè)計(jì)時(shí)間。對(duì)此方案，船東是非常抵觸的。在此，也提醒設(shè)計(jì)者考慮是否還有更好的解決辦法，既能保證海水預(yù)留又能不耽誤排載時(shí)間。比如，降低吸口的位置，用過增加警示牌或者增加低位報(bào)警裝置等措施提醒船員，在需要儲(chǔ)存海水時(shí)注意保證一定量的水位。

針對(duì)上述問題，有些廠家提供出或者使用造水機(jī)的鹵水或淡水加鹽的方式來提供電解水等，以避免艉尖艙預(yù)存海水導(dǎo)致的一系列問題，但是該方案一來缺少應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，且由于淡水與鹽混合后的鹽度不穩(wěn)定，影響電解效果；二來船員的工作量太大，一般不為廠家所推薦。因此，雖然電解型壓載水處理裝置存在著上述種種問題，但是由于其處理壓載水排量較大的船舶上具有明顯的降低能效且布置靈活的特點(diǎn)，且艉尖艙預(yù)存海水方案簡單經(jīng)濟(jì)，因此電解型壓載水處理裝置對(duì)于載水排量較大的船舶來說是一種比較好的選擇。在設(shè)計(jì)初期做壓載水處理裝置選型時(shí)，船廠也需要綜合各方面的因素，并和船東溝通，做出各方都滿意的選擇。

3 油艙艉尖艙和主壓載艙同時(shí)處理問題

油船從安全角度考慮，其壓載系統(tǒng)一般分為主壓載系統(tǒng)和艉尖艙的壓載系統(tǒng) 2個(gè)獨(dú)立的部分。主壓載系統(tǒng)通過安裝在泵艙的壓載泵對(duì)機(jī)艙以前的主壓載艙進(jìn)行壓/排載，艉尖艙則通過機(jī)艙內(nèi)的艙底消防總用泵進(jìn)行壓/排載。

對(duì)于大型油船，由于其壓載水排量較大，一般采用注入式電解型壓載水處理裝置，配置一套電解單元，并通過不同的注入管路將電解液分別注入到主壓載系統(tǒng)和艉尖艙壓在系統(tǒng)的管路中去。但需要注意的是，不是所有的產(chǎn)品都能對(duì)艉尖艙和主壓載系統(tǒng)的海水進(jìn)行同時(shí)處理。

注入式電解型壓載水處理裝置工作原理是測量壓載管路中的海水流量，然后注入一定比例的電解液。因此，若要同時(shí)對(duì)注入到艉尖艙和主壓載艙的海水進(jìn)行處理：1）首先，電解單元的處理能力要能滿足同時(shí)處理艉尖艙和主壓載艙海水的能力；2）其次，電解液注入系統(tǒng)能根據(jù)艉尖艙壓載系統(tǒng)和主壓載艙壓載系統(tǒng)不同的流量分別注入不同劑量的電解液，這需要2套電解液定量注入裝置；3）在軟件上，要能實(shí)現(xiàn)上述 2套系統(tǒng)同時(shí)注入的控制。船廠在進(jìn)行設(shè)備訂貨時(shí)，一定要了解設(shè)備的工作原理和配置，確認(rèn)是否具備同時(shí)處理的能力，或者前期在商談規(guī)格書時(shí)明確是否需要同時(shí)處理，以避免建造過程中出現(xiàn)不必要的麻煩。

4 總結(jié)

上述幾個(gè)問題是船廠在壓載水處理裝置的應(yīng)用配到的一些典型的問題，通過對(duì)上述問題的分享，希望能對(duì)壓載水處理裝置在船舶上更廣泛的應(yīng)用起到推進(jìn)作用。同時(shí)，隨著壓載水公約的正式實(shí)施，壓載水處理裝置將會(huì)得到更多的應(yīng)用，雖然它已經(jīng)成為了一種比較成熟的船用設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用中，還是需要不斷總結(jié)問題，為船東和船廠找到更好的解決方案。