船舶艙底水蒸發(fā)柜的原理及應(yīng)用分析

張曉榮，王福秋，劉成波

（1. 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071；2. 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071；3. 山東海運(yùn)股份有限公司，山東青島266034）

船舶艙底水蒸發(fā)柜的原理及應(yīng)用分析

張曉榮1，王福秋2，劉成波3

（1. 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071；2. 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071；3. 山東海運(yùn)股份有限公司，山東青島266034）

本文針對傳統(tǒng)的艙底水處理存在的一些弊端，根據(jù)實(shí)際情況提出一種蒸發(fā)濃縮處理艙底水的方法；并對該方法的實(shí)用性進(jìn)行了分析，以及提出新船加裝與舊船改造此裝置應(yīng)考慮的問題；最后得出結(jié)論：用此種方法幾乎實(shí)現(xiàn)了艙底水的零排放，達(dá)到了節(jié)能、減排和保護(hù)海洋環(huán)境的多重作用，操作簡單，便于管理，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是一種值得在船舶上推廣的應(yīng)用技術(shù)，對大型航運(yùn)公司船舶管理有一定的借鑒意義。

艙底水蒸發(fā)柜應(yīng)用分析

0　引言

1）更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)

近年來由于燃油品質(zhì)的下降，船員的精簡，相關(guān)的防污染和環(huán)保公約與法規(guī)不斷的強(qiáng)化，致使船上的廢油與艙底水處理的問題越來越突出。隨著國際、國內(nèi)形勢的不斷發(fā)展，環(huán)保意識的增強(qiáng)和科技水平的發(fā)展，大多數(shù)國家制訂了更加嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。如美國聯(lián)邦法規(guī)和美國阿拉斯加的排放標(biāo)準(zhǔn)、 澳大利亞西海岸排放標(biāo)準(zhǔn)、 我國 《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)等?！禡ARPOL 73/78防污公約》也在不斷修正，對油污水處理設(shè)備技術(shù)條件要求更加嚴(yán)格，要求油污水分離裝置不僅能分離重油、 輕油，而且還能分離含有表面活性劑的含油污水。目前油污水的排放指標(biāo)仍為小于 15 mg /L（15 ppm），但部分國家已提出了小于 5 mg /L（5 pp m）的新要求。針對越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)迫使船舶公司必須做出應(yīng)對措施，艙底水蒸發(fā)柜能夠很好的解決這一難題。

2）傳統(tǒng)艙底水處理方法存在的問題

目前船用油水分離器基本采用重力分離、過濾分離和聚結(jié)分離相結(jié)合的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的油水分離器在實(shí)際的使用過程中存在著諸多問題：

a）設(shè)備操作較復(fù)雜，容易發(fā)生誤操作。此種設(shè)備要求在啟動、停止前均需打清水（海水）并同時要求開啟和關(guān)閉一系列有關(guān)的閥門和油濃度報(bào)警裝置等，不經(jīng)意的操作失誤，往往會造成設(shè)備的失效和裝置的損壞，除了要花高價錢去緊急安排供應(yīng)所需備件和安排廠家工程師上船維修等，甚至還會在PSC檢查中常常因?yàn)榇瑔T不熟悉油水分離器的操作規(guī)程或設(shè)備故障而發(fā)生滯留。

b）設(shè)備關(guān)鍵部件易臟堵。一般一到二個月就需清洗或更換易臟堵部件，增加了船員的勞動強(qiáng)度，有的還需生產(chǎn)廠家專門清洗。

c）分離效率低及關(guān)鍵部件易損壞。由于現(xiàn)行的油水分離器分離效率低，有時來不及分離船舶所產(chǎn)生的艙底水或由于關(guān)鍵部件失靈而導(dǎo)致油水分離器不能使用，所以有些缺乏責(zé)任心和法規(guī)環(huán)保意識薄弱的船員將部分機(jī)艙油污水偷偷排人海水中，造成公海污染，在PSC檢查中被發(fā)現(xiàn)而造成重大缺陷且違反有關(guān)法律及法規(guī)。

d）分離效果差。對乳化嚴(yán)重的油污水，其處理效果很難達(dá)到不超過15PPm的規(guī)定，有些對乳化嚴(yán)重的污油水幾乎沒有多大效果。

e） 在操作時系統(tǒng)需要連續(xù)監(jiān)測，工作不穩(wěn)定，經(jīng)常容易出現(xiàn)誤報(bào)警，自動停止運(yùn)行，需船員隨時在旁調(diào)試和解決故障。

3）防污染缺陷在PSC檢查滯留項(xiàng)目中比重大

近年來船舶防污染設(shè)備一直是PSC檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目，在船舶防污染方面出現(xiàn)問題極其容易造成船舶的滯留。根據(jù)2008-2012年國家海事相關(guān)部門公布船舶滯留數(shù)據(jù)，防污染設(shè)備操作的滯留缺陷占所有缺陷的8.74%，排在所有滯留項(xiàng)目的第三位，如圖1。盡管艙底水處理裝置不會對船舶安全航行造成直接影響，但是，一旦出現(xiàn)問題導(dǎo)致船舶滯留，將給公司造成重大損失。所以在船舶運(yùn)營管理中，對防污染設(shè)備要格外重視。

據(jù)上述分析，油水分離器存在的問題是急待解決的，因此研制出一種操作簡單、維修方便、體積小、分離量大、能適應(yīng)各種乳化程度的新型艙底水處理設(shè)備以替代現(xiàn)有的油水分離器，是改善船舶油污水處理狀況的有效良藥，是增強(qiáng)商船適應(yīng)各個港口和增強(qiáng)競爭能力的必不可少的裝備，也是航運(yùn)公司應(yīng)對越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)的迫切需求。

1　艙底水蒸發(fā)柜概述

為解決這些問題已研制出一套自動的閉式艙底水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一種利用船舶余熱蒸發(fā)濃縮方法而不是傳統(tǒng)的機(jī)械分離法，無需將廢水排入海中，實(shí)現(xiàn)船舶余熱利用，艙底水零排放，對海洋零污染，達(dá)到節(jié)能、減排雙重作用。

1）結(jié)構(gòu)組成

艙底水蒸發(fā)柜裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2，艙底水蒸發(fā)柜外形圖見圖3，水柜艙底水入口與機(jī)艙污水泵出口管相通，水柜上部設(shè)有道門便于水柜清潔，水柜內(nèi)設(shè)有利用蒸汽加熱的盤管用于加熱污水使其蒸發(fā)濃縮，柜子外表面附有防止水箱熱量外散、增強(qiáng)加熱效果的隔熱層，水柜內(nèi)設(shè)有高低液位傳感器與控制面板相連接，且裝有液位計(jì)及測量管，可有效監(jiān)測水柜中的液位，水柜的上部裝設(shè)有管徑稍大的蒸汽排氣管，如排氣管較長，為增加排氣效果，可在蒸汽排氣管裝下端安裝排氣風(fēng)扇從而有助于將水柜內(nèi)的蒸汽排出水柜，水柜的下部還設(shè)有放殘口將濃縮的污油放至污油柜中。在柜子的85%容積的位置還裝有管徑比進(jìn)口管大1.25倍的溢流管，在污水滿溢的情況下可流回污水柜。

2）艙底水蒸發(fā)柜的工作原理

首先將污水柜中的污水通過污水泵駁排至艙底水蒸發(fā)柜中，當(dāng)艙底水蒸發(fā)柜中高液位傳感器檢測到液位升至高位時停艙底水泵。當(dāng)船舶在海上定速航行時，廢氣鍋爐的蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸汽的消耗量，選擇此時讓艙底水蒸發(fā)柜開始工作，不需要額外的能量消耗，達(dá)到節(jié)能作用。打開艙底水蒸發(fā)柜中蒸汽加熱盤管的進(jìn)出口閥，對艙底水蒸發(fā)柜中的污水進(jìn)行加熱濃縮，當(dāng)產(chǎn)生水蒸氣時，蒸汽排氣扇開始工作，將蒸汽通過蒸汽排氣管排出，與此同時，水柜中的污水被濃縮，液位開始下降，當(dāng)艙底水蒸發(fā)柜中的液位降低至液位傳感器低位時發(fā)出報(bào)警，停止加熱與排氣，濃縮油渣由放殘口排除至污油艙，無任何廢水排入海中，實(shí)現(xiàn)零排放、零污染。

2　艙底水蒸發(fā)柜的優(yōu)勢分析

1）設(shè)備簡單，占用空間小，便于改造安裝。艙底水蒸發(fā)柜主要有水柜、加熱器、排氣系統(tǒng)、液位檢測系統(tǒng)、以及放殘管路等組成。系統(tǒng)簡單，占用空間小，便于在機(jī)艙布置，在新船加裝與舊船改造此系統(tǒng)容易，初次加裝成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。

2）操作簡單、穩(wěn)定可靠、便于管理、減少船員勞動強(qiáng)度。此設(shè)備除蒸汽排氣風(fēng)機(jī)外（如排氣管路較短，此排氣扇可以不安裝）無其它運(yùn)動部件，運(yùn)行安全可靠，不易出現(xiàn)故障，便于管理，幾乎不需要維修保養(yǎng)工作，減少船員勞動強(qiáng)度。

3）分離效果好，實(shí)現(xiàn)零排放。傳統(tǒng)的油水分離器對乳化嚴(yán)重的油污水，其處理效果不佳。此設(shè)備采用通過蒸汽加熱的方式，將艙底水中的水分蒸發(fā)，將剩下的少量污油回收處理，對污水適應(yīng)能力強(qiáng)，分離效果好，實(shí)現(xiàn)艙底水零排放、零污染。

4）艙底水蒸發(fā)柜投入使用后，幾乎不需要油水分離器投入運(yùn)行，可以避免油水分離的損壞，節(jié)約備件，減小維修成本，減少船員的工作量，也可以避免船員在工作中做假，直接將污水排入海中，將會導(dǎo)致環(huán)境污染和PSC檢查出現(xiàn)重大缺陷。

5）達(dá)到節(jié)能、減排雙重作用。此系統(tǒng)可以回收利用船舶余熱，只需選擇主機(jī)高負(fù)荷時投入運(yùn)行，此時廢氣鍋爐蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸汽消耗量，利用多余的蒸汽加熱污水使其蒸發(fā)，不需要消耗額外能量；其被濃縮的少量污油可以進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)零排放，達(dá)到節(jié)能，減排雙重作用。

圖1　2008-2012年船舶滯留項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

圖2　艙底水蒸發(fā)柜裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3　艙底水蒸發(fā)柜外形圖

3　艙底水蒸發(fā)柜裝船需考慮問題

該裝置新船裝船或舊船改造將面臨的問題：

1）認(rèn)證檢驗(yàn)

在改造艙底水蒸發(fā)柜之前，所有的改造圖紙要送到船級社審圖并且得到船級社的認(rèn)可批準(zhǔn)后方可實(shí)施，因此裝置有利于船上污水有效簡單的處理以達(dá)到防污和環(huán)保效果，往往會得到船級社積極和快速的批復(fù)。使用此設(shè)備對污水處理時，需要主管輪機(jī)員在《油類記錄簿》中污水處理項(xiàng)中記錄。

2）系統(tǒng)布置

a）艙底水蒸發(fā)柜安裝在一個離蒸汽管比較近的地方，并與艙底水泵排出管相連接。艙底水蒸發(fā)柜安裝在比集控室更高的位置，這樣可以縮短蒸汽排出管的長度，有助于透氣效果，蒸汽排氣管安裝在蒸發(fā)柜的出口直達(dá)煙囪頂部，一般蒸汽排氣管的直徑為80 mm～100 mm，在蒸汽排氣管的底部安裝風(fēng)機(jī)，用來提高蒸發(fā)效率?；蛘吖褡影惭b在較低的位置而通氣管也在較低的位置（例如舵機(jī)房等）通入大氣。安裝方案可因船而異，盡量周全考慮，以力求達(dá)到以最少的費(fèi)用來安裝最便利和最有效的裝置。

b）艙底水蒸發(fā)柜的要有足夠大容積，大約1.5 m3～2.5 m3，其蒸發(fā)率至少為 1.0 m3/天～2.0 m3/天，可以保證將全船每天產(chǎn)生的艙底水全部蒸發(fā)。

c）蒸發(fā)柜的鋼板厚度至少要10 mm～12 mm，本體包有絕熱材料，減少熱量損失，提高蒸發(fā)效率。

d）艙底水蒸發(fā)柜建議安裝兩層蒸汽加熱盤管，蒸汽加熱盤管的進(jìn)出口與就近的蒸汽管相連接。

e） 在蒸發(fā)柜總?cè)莘e的85%處安裝溢流管，通向艙底水柜，在蒸發(fā)柜的較低處安裝放殘閥，將蒸發(fā)濃縮后殘留的污油放至污油柜。

f）為了更好的監(jiān)測蒸發(fā)柜中被蒸發(fā)艙底水的蒸發(fā)溫度，可考慮安裝有溫度計(jì)或溫度探頭。

3）投資成本

根據(jù)調(diào)研，某國外知名船舶管理公司的近40%船舶裝有該設(shè)備（包括新船安裝和舊船改造）。航行船舶安裝費(fèi)用約8000～10000美元，包括設(shè)備、管系、船級社費(fèi)用等。新建船船舶與船廠塢修時安裝大約需要6000美元左右。由于中遠(yuǎn)集團(tuán)船隊(duì)規(guī)模較大，可以選擇指定船廠或設(shè)備供應(yīng)商批量改造，形成規(guī)模效應(yīng)可以節(jié)約更多成本。

4　結(jié)論

隨著全球船舶數(shù)量的增加，船舶含油污水對海洋的污染越來越嚴(yán)重。各個國家和國際組織越來越重視海洋環(huán)境的保護(hù)，對環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高，特別是發(fā)達(dá)國家以及特殊水域針對其自身特點(diǎn)和技術(shù)水平，提出了高于《MARPOL 73/78防污公約》的要求。傳統(tǒng)的船舶油污水分離裝置單純依靠機(jī)械分離已經(jīng)無法滿足 MEPEC.107（49）決議的相關(guān)規(guī)定。本文介紹的新型艙底水處理裝置，打破傳統(tǒng)的機(jī)械分離，通過加熱蒸發(fā)的方式對油水進(jìn)行分離，不僅可以提高其分離乳化油的能力，而且實(shí)現(xiàn)了艙底水零排放，設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，操作簡單，便于改裝，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

［1］ 范則陽. 分布式船舶艙底進(jìn)水報(bào)警裝置的開發(fā)與應(yīng)用［J］. 船電技術(shù)，2013，（07）：12-14.

［2］ 楊青松，雷渡民，余鵬.某型船艙底材料氫脆敏感性實(shí)驗(yàn)研究［J］. 中國修船，2013.

Principle and Application Analysis of Bilge Water Evaporator Tank

Zhang Xiaorong1，Wang Fuqiu2，Liu Chengbo3
（1.Qingdao Ocean Shipping Mariners College，Qingdao 266071，Shandong，China； 2. Qingdao Ocean Shipping Mariners College ，Qingdao 266071，Shandong，China； 3. Shandong Shipping Corporation，Qingdao 266034，Shandong，China）

In allusion to traditional dealing with the bilge water, this paper puts forward one approach to processing the bilge water via evaporating and concentrating. Firstly, it develops the analysis of the practicability of this system, introduces the problems occurring in the process of installment in the new vessels and remoulding in the old ones. Secondly, this paper briefly presents common problems in operation and management of the system when the system goes into operation. Finally, the paper concludes that this approach realizes “zero release” of the bilge water, reaches targets of energy conservation, emission reduction and the protection of the marine environment, and deserves to be generalized for the management of large-scale shipping companies.

bilge water; evaporator tank; application analysis

U663

A

1003-4862（2015）09-0041-04

2015-07-09

中國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸（集團(tuán)）總公司應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（2015-1-H-010）

張曉榮（1980-），男，工程師。研究方向：輪機(jī)工程教學(xué)與研究。