船舶壓載水置換處理系統(tǒng)的改進(jìn)

胡以懷， ?？∮睿?唐娟娟

(1．上海海事大學(xué)， 上海 201306； 2.上海船舶研究設(shè)計(jì)院， 上海 201203)

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船舶壓載水置換處理系統(tǒng)的改進(jìn)

胡以懷1， ?？∮?， 唐娟娟2

(1．上海海事大學(xué)， 上海 201306； 2.上海船舶研究設(shè)計(jì)院， 上海 201203)

分析了目前船舶壓載水處理方法的應(yīng)用特點(diǎn)和問題，在船舶海水系統(tǒng)和壓載水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了一種將海水管路系統(tǒng)與壓載水管路系統(tǒng)連接，以利用舷外海水不斷置換船內(nèi)壓載水，從而達(dá)到減少壓載水異地微生物含量的目的。這種系統(tǒng)在不安裝船舶壓載水處理裝置和增加運(yùn)行能耗的前提下，可解決船舶壓載水對(duì)海洋環(huán)境的污染問題。

壓載水處理環(huán)境保護(hù)管路系統(tǒng)

0　引言

按照國際海事組織《國際船舶壓載水和沉積物控制與管理公約》的規(guī)定，從2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設(shè)備，2017年所有遠(yuǎn)洋船舶均須安裝壓載水處理設(shè)備。近年來，世界各國都在加緊研發(fā)船舶壓載水處理裝置。目前，船舶壓載水處理有物理、化學(xué)和生物等十幾種方法，如：過濾、旋流離心分離、紫外線照射、電解、電子脈沖、等離子脈沖、去氧、加熱、超聲波、氣穴、激光，以及氯化、臭氧、過乙酸、維他命K、丙烯酸、羥基、過氧化氫、戊二醛、二氧化氯處理等。但這些方法均不同程度地存在安全、腐蝕、合規(guī)、經(jīng)濟(jì)性等問題，有的還受到不同生物和海域的局限，尚沒有一種或多種組合方法可以達(dá)到理想的生物滅殺效果[1-2]。另外，普通船舶加裝一套壓載水處理設(shè)備，需要50～300萬美元，而且會(huì)受到船舶空間和船電容量的限制，還要考慮設(shè)備后期的維護(hù)保養(yǎng)，包括與現(xiàn)有壓載水系統(tǒng)的共用、取樣、控制和監(jiān)測(cè)等問題[3-4]。

在水深200 m 以上離岸200海里以外的深?；蚬?，對(duì)壓載水進(jìn)行及時(shí)更換，是一種行之有效的辦法。但這種“排空法”容易引起船舶穩(wěn)性、吃水和吃水差、船體強(qiáng)度以及船舶安全等方面的問題。此外，也可采用“溢流法”更換壓載水，但也會(huì)使壓載艙板承受比正常壓載更高的水壓，使部分非滿艙的壓載管系和艙室結(jié)構(gòu)承受附加的壓力。文獻(xiàn)[5-6]曾提出一種用舷外海水不斷置換壓載水的置換處理系統(tǒng)，但管路改動(dòng)較大。本文提出一種將船舶海水系統(tǒng)與壓載水系統(tǒng)聯(lián)為一體，利用海水泵定期更換壓載水的方法。這樣，既能保證船舶冷卻用海水流量，也實(shí)現(xiàn)了壓載水的更換，且不需要增加額外的壓載水處理設(shè)備和能耗。

1　新的船舶壓載水置換系統(tǒng)

船舶海水冷卻系統(tǒng)一般是開放式的冷卻系統(tǒng)，通過利用舷外海水作為冷卻劑冷卻淡水、滑油、主機(jī)增壓空氣和空氣壓縮機(jī)等。包括海底門、兩臺(tái)海水泵、海水濾器、閥門及管路等。

海水從船舷一側(cè)的低位海底門進(jìn)入，經(jīng)濾器過濾后由海水泵打入各冷卻器，然后從船舷另一側(cè)的高位海底門排出(見圖1)。有時(shí)為確保進(jìn)入冷卻器的海水溫度不低于25℃，可在系統(tǒng)中設(shè)置旁通管路使部分海水回流至海水泵進(jìn)口。另外，在機(jī)艙接一個(gè)應(yīng)急艙底吸口，以備機(jī)艙進(jìn)水時(shí)的應(yīng)急排水。

圖1　開放式海水冷卻管路系統(tǒng)圖

船舶壓載水系統(tǒng)主要由壓載艙、壓載泵、壓載水管路及相關(guān)閥件組成?？筛鶕?jù)船舶營運(yùn)需要對(duì)全船壓載艙進(jìn)行注入或排出，調(diào)整船舶吃水和船體縱、橫傾，從而保證船舶航行所需的穩(wěn)性，改善空艙適航性；同時(shí)減小船體變形，避免船體過大的彎曲力矩和剪切力。船舶壓載一般用艏尖艙、艉尖艙、雙層底艙、邊艙、頂邊艙和深艙等作為壓載水艙。管路布置形式有支管式、總管式和管隧式三種，船舶壓載水艙內(nèi)吸口管同時(shí)具有加水功能。船舶壓載水系統(tǒng)能夠?qū)⑷鲏狠d艙的壓載水駁進(jìn)、駁出或相互調(diào)駁，也可靠壓差使舷外海水自動(dòng)流入壓載水艙。一個(gè)典型的船舶壓載水系統(tǒng)如圖2所示。船舶在空載出港之前，先將壓載水注入各壓載艙，以保證船舶的吃水和船體縱、橫傾。在船舶裝載貨物時(shí)，也同時(shí)將壓載水排出，以保證船舶必要的載貨量。

如將船舶海水管路系統(tǒng)與壓載水管路系統(tǒng)聯(lián)通，在深海區(qū)域定期用舷外的海水替換壓載艙中的原有壓載水，保持壓載水的動(dòng)態(tài)流動(dòng)，使壓載水內(nèi)的生物成分隨航行區(qū)域而連續(xù)變化，有效避免了不同海洋外來生物的入侵和污染問題。這種類似于壓載水置換的處理方法，可以保證壓載水中較低的異地微生物含量，滿足各國和地區(qū)港口的環(huán)保要求。改進(jìn)后的壓載水系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　新的船舶壓載水管路系統(tǒng)圖

正常航行時(shí)， 7、8、9、10閥門關(guān)閉， 5、6閥門開啟，海水泵直接從船舷一側(cè)的低位海底門吸入海水，分別冷卻中央冷卻器、主機(jī)空冷器、活塞冷卻器、滑油冷卻器和空壓機(jī)后，再從船舷另一側(cè)的高位海底門排出。當(dāng)需要進(jìn)行置換壓載水時(shí)，先開啟7、8、9、10閥門，再關(guān)閉5、6閥門，開啟一臺(tái)壓載泵，使海水先通過壓載泵進(jìn)入各壓載艙，再由海水泵從各壓載艙抽出并送到各冷卻部位，從而逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)原有壓載水的置換。一般海水置換量為原有壓載水的三倍。置換結(jié)束后，先打開5、6閥門，關(guān)閉壓載泵，再關(guān)閉7、8、9、10閥門，使海水直接從低位海底門吸入。

為保證海水管路中流量的連續(xù)性，這里的壓載泵流量要與海水泵的流量一致。這種方法利用壓載艙不同高度的進(jìn)出口閥門，用舷外海水不斷置換壓載艙中的原有壓載水。由于壓載水進(jìn)出流量大致相等，艙內(nèi)水位可以大致不變。這樣，既避免了“排空法”可能引起的船舶穩(wěn)性、吃水和吃水差、船體強(qiáng)度及人員安全等方面的危險(xiǎn)，也不會(huì)造成“溢流法”可能導(dǎo)致的因船體承受較高的水壓而產(chǎn)生疲勞脆弱等問題。此外，通過控制壓載艙進(jìn)出口閥門的開閉，還可以隨時(shí)調(diào)整各壓載艙的液位，達(dá)到船舶航行所需的穩(wěn)性和最佳縱、橫傾。

2　結(jié)論

本文提出的將船舶海水管路系統(tǒng)與壓載水系統(tǒng)連通，利用冷卻海水置換壓載水的方式，既保證了壓載水的更新，又不額外增加壓載水處理設(shè)備和能耗，不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的處理船舶壓載水污染問題的新思路。當(dāng)然，這種方法還需要經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)并加以完善，以滿足IMO對(duì)船舶壓載水排放的要求。

[1]劉富斌.關(guān)于船舶壓載水系統(tǒng)防污染的探討[J].船舶，2006(4)：20-23.

[2]陳愛玲.船舶壓載水處理方法[J].青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào),2003,24(1)：70-74.

[3]王文成，龔帆，鄭羽，等.船舶壓載水處理綜述[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2013,36(4)：11-14.

[4]劉蕭.彷徨的壓載水處理決策[J].中國船檢，2014(3)：72-74.

[5]詹志剛，王冰.船舶壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的新問題及其解決方法[J]. 中國水運(yùn)，2000(7)：31-32.

[6]司江舸，王新友，曹士峰，等.一種新型船舶壓載水管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 船電技術(shù)，2010,3(2)：55-60.

Improvement of Ship Ballast Water Displacement Treatment System

HU Yi-huai1, CHANG Jun-yu1, TANG Juan-juan2

(1.Shanghai Maritime University, Shanghai 201306， China;2.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute， Shanghai 201203， China)

Firstly, the technical characteristics and application of present ballast water treatment methods were analyzed. A new method which combines sea water system and ballast water system together was proposed. This method could continuously displace the ballast water with outboard sea water and reduce the biological contents in the ballast cabins. In this way the problem of ship ballast water pollution to the marine environment could be solved without additional equipment and energy consumption.

Ballast water treatmentEnvironmental protectionPipeline system

胡以懷(1980-)，男，工程師，從事船舶新能源利用方面的研究。

U664

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