黃驊港3 840 kW多功能環(huán)保拖船設(shè)計(jì)

李文釗，李靖宇，岳小林

(國(guó)能黃驊港務(wù)有限責(zé)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(jìn)出港船舶的數(shù)量龐大，溢油應(yīng)急形勢(shì)十分嚴(yán)峻。目前我國(guó)溢油應(yīng)急船較少，且存在造價(jià)高、機(jī)動(dòng)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(dòng)的主要力量，但大多數(shù)將其功能定位于機(jī)動(dòng)拖帶、消防救生和護(hù)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(hù)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(zhǎng)，進(jìn)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(diǎn)小于60 ℃的防火防爆防污染要求設(shè)計(jì)選型，在全回轉(zhuǎn)拖船基礎(chǔ)上配置溢油清除、回收駁運(yùn)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(píng)價(jià)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(jìn)裝置由主柴油機(jī)、高彈性聯(lián)軸器、軸系及附件、舵槳裝置組成，雙機(jī)總功率達(dá)3 840 kW，動(dòng)力儲(chǔ)備充足且可靠性強(qiáng)；舵漿采用2臺(tái)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(shí)保持穩(wěn)定，有較好的適航性和機(jī)動(dòng)性能。該船溢油回收能力為150 m3/h，溢油儲(chǔ)存能力為300 m3，在保持拖帶作業(yè)的性能的同時(shí)，接近主力溢油回收船的能力[3]。

2 船舶系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(dá)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jī)，該收油機(jī)由撇油器、動(dòng)力站、吊帶和鋼絲繩等設(shè)備組成。同時(shí)，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(shí)由岸吊整體吊運(yùn)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(jī)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(shì)。在主甲板首部設(shè)置1臺(tái)1.5 t/12 m液壓伸縮吊用于撇油器的布放，當(dāng)船舶到達(dá)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(zhǎng)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(shí)，用拖繩拖帶撐桿兩端并通過圍油欄拖帶撇油器前進(jìn)，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(guó)際通岸接頭輸送至岸上。

在該船主甲板中部左、右舷對(duì)稱設(shè)置一對(duì)消油劑噴灑臂，平時(shí)收于舷邊，工作時(shí)向兩舷外側(cè)張開，與船舶縱中呈90°狀態(tài)。對(duì)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(jìn)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(diǎn)

環(huán)保拖船絕大多數(shù)時(shí)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(dá)標(biāo)排放：①船員技術(shù)水平不高，對(duì)于設(shè)備維護(hù)和菌種培養(yǎng)缺乏專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)處理的污水往往難達(dá)標(biāo)；②環(huán)保新規(guī)GB3552—2018《船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》施行，要求日趨嚴(yán)格；③拖船的生活污水處理裝置水負(fù)荷波動(dòng)大，原裝置設(shè)計(jì)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(shí)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(dá)到《國(guó)內(nèi)航行船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)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(jī)艙空間較小，很難設(shè)計(jì)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(chǔ)存及駁運(yùn)系統(tǒng)

針對(duì)上述問題，采用生活污水在船預(yù)處理、儲(chǔ)存和上岸處理相結(jié)合的新方法并對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(diǎn)，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(jì)和排岸接收設(shè)施設(shè)計(jì)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(jī)艙設(shè)置1臺(tái)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(fù)荷、排岸周期和艙內(nèi)空間等因素，在機(jī)艙設(shè)置1個(gè)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(shí)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(dòng)控制，并具有故障自動(dòng)報(bào)警功能，可大幅提升其自動(dòng)化水平和環(huán)保性能。

2.3 燃油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

當(dāng)前部分沿海及遠(yuǎn)洋貨船建立類似燃油監(jiān)測(cè)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(cè)量油艙后查閱艙容表計(jì)算存量，然后每月匯總后計(jì)算平均油耗。這種方式獲得的數(shù)據(jù)缺乏時(shí)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(shí)時(shí)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(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了燃油在線監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和燃油消耗信息，并利用通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)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(shí)時(shí)查詢船舶動(dòng)態(tài)信息等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)船舶遠(yuǎn)程在線管理的功能。

根據(jù)船舶主機(jī)、輔機(jī)、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(jì)，測(cè)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(duì)設(shè)備燃油消耗量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如圖5所示，流量計(jì)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(duì)傳感器校正、修理或更換時(shí)，不影響用油設(shè)備正常的使用。

圖5 流量計(jì)安裝示意

2.4 防海生物污染系統(tǒng)

港作拖船停泊時(shí)間較長(zhǎng)，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(huì)造成海水濾器、管路、換熱器堵塞和腐蝕，嚴(yán)重影響拖輪安全航行。另外，冷卻系統(tǒng)堵塞會(huì)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(cái)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(jī)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(dāng)海水管系中有這些含微量銅離子的海水流過時(shí)，能有效地抑制海生物在其中生長(zhǎng)，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(hù)層，進(jìn)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(diǎn)，而后者占用艙內(nèi)空間較大。結(jié)合拖船實(shí)際情況，對(duì)海水濾器及濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)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(hù)和間接式安裝使用靈活的優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)論

黃驊港3 840 kW環(huán)保拖船的設(shè)計(jì)實(shí)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(cè)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。