滿足NIPH要求的平臺(tái)飲用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李杰鋒 何新式

摘 要：本文依托本公司擬設(shè)計(jì)的某工作于挪威北海區(qū)域的封井平臺(tái)為載體，研究了平臺(tái)飲用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足NIPH規(guī)范需要注意的內(nèi)容及一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。具體內(nèi)容包括：滿足挪威飲用水系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范體系、系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的選型及配置、系統(tǒng)材質(zhì)的注意事項(xiàng)等內(nèi)容。本文旨在介紹滿足該規(guī)范的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可供有類似入級(jí)要求的平臺(tái)飲用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：NIPH；平臺(tái)；飲用水

中圖分類號(hào)：U664.85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Because an offshore platform is to be built for Norway's north sea area and will be designed in our company， this paper describes the requirements to satisfy the NIPH rules and some relevant design experience for the potable water system of the platform， including the rules of the Norwegian Authority about potable water system， selection and configuration of various equipment of the system， how to select the material of piping valves， etc.

Key words： NIPH； Offshore； Potable water

1 引言

海洋平臺(tái)上的供水系統(tǒng)與陸地上的供水系統(tǒng)有諸多不同：平臺(tái)上的飲用水系統(tǒng)必須時(shí)刻保持高質(zhì)量的飲用水供應(yīng)，且有許多方面需要特別考慮。如果在航行過程中遇到飲用水系統(tǒng)失效，一時(shí)間很難找到新的水源，那么船員的人身安全將受到威脅。另一方面，如果航行中飲用水設(shè)施受到污染，或有傳染病源借助飲用水系統(tǒng)傳播，也是十分危險(xiǎn)的。因此，保證飲用水系統(tǒng)安全對(duì)于平臺(tái)的設(shè)計(jì)及運(yùn)營尤為重要。

挪威對(duì)于飲用水的要求較MARPOL及各船級(jí)社的規(guī)范要嚴(yán)苛很多。如果平臺(tái)在挪威及北海海域工作，即入相關(guān)的船級(jí)符號(hào)，則需要滿足挪威公共衛(wèi)生組織（簡稱NIPH）的要求[1]。

NIPH飲用水規(guī)范僅是針對(duì)供應(yīng)到各末端用戶的水質(zhì)有要求，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)該水質(zhì)并沒有明確的規(guī)定。挪威當(dāng)局對(duì)于平臺(tái)的檢驗(yàn)也是集中在各用戶末梢的水質(zhì)檢驗(yàn)，如水中含鹽量、重金屬離子、芳香烴類及各種菌含量等參數(shù)的要求。對(duì)于飲用水設(shè)備及系統(tǒng)的配置，NIPH有推薦方案，但并不強(qiáng)制實(shí)行，簡言之NIPH只看結(jié)果，不重過程。

按本項(xiàng)目實(shí)際情況，NIPH推薦中明顯偏向北歐。如果完全按照NIPH guideline 推薦設(shè)計(jì)，則造水機(jī)、泵等主要設(shè)備均需從北歐廠家采購，管材、閥件等也需要?dú)W洲認(rèn)證，因此成本比工作于其他區(qū)域的平臺(tái)要高出許多。

2 項(xiàng)目入級(jí)的說明

本平臺(tái)為自升式封井平臺(tái)，船體部分為三角形，入級(jí)DNV-GL，工作區(qū)域是挪威大陸架、英國北海、加拿大及丹麥大陸架。

按照規(guī)格書描述，需要滿足挪威海事局（簡稱 NMA）及挪威石油安全局（簡稱PSA）的相關(guān)要求。而PSA與NMA是兩個(gè)不同的機(jī)構(gòu)，內(nèi)容有重復(fù)及沖突。為了解決此沖突，挪威船東協(xié)會(huì)的手冊中（簡稱AoC手冊）有明確的指向，即哪些位置適用NMA，哪些位置適用于PSA。

關(guān)于上述規(guī)范的飲用水系統(tǒng)中雖然描述不盡相同，但最終均指向須滿足NIPH規(guī)范的要求。按照AoC Section61的要求，飲用水系統(tǒng)需滿足NIPH規(guī)范；同時(shí)也可使用NMA飲水用規(guī)范（簡稱NMA 1406）代替；而NMA 1406中描述又寫明本系統(tǒng)必須NIPH系統(tǒng)。由此看來，本系統(tǒng)必須滿足NIPH的要求。當(dāng)然，由于本平臺(tái)入DNV-GL級(jí)，本系統(tǒng)同時(shí)也需要滿足D0101、D0104的要求。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)的討論

NIPH 2017內(nèi)提到了一個(gè)推薦系統(tǒng)及檢測中的一些具體要求，下文對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各個(gè)組件進(jìn)行討論，并根據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)的習(xí)慣進(jìn)行綜合性討論。

3.1進(jìn)水口配置

NIPH要求本系統(tǒng)需要有兩個(gè)進(jìn)水口，每個(gè)進(jìn)水口的水量能夠滿足設(shè)計(jì)要求，且進(jìn)水口需要遠(yuǎn)離各排水口，造水機(jī)的吸水管不能與冷卻水共用海底門。按照這個(gè)要求，需要再單獨(dú)為飲用水系統(tǒng)配置海底門，防止搶水及互相污染的現(xiàn)象。因此，本船為飲用水系統(tǒng)單獨(dú)配置兩個(gè)海底門。

挪威海域均是冰區(qū)，DNV-GL D0101中關(guān)于冰區(qū)部分的要求對(duì)本平臺(tái)也適用。

3.2 造水機(jī)選型

必須保證在一臺(tái)造水機(jī)失效的情況下，另外一臺(tái)造水機(jī)仍能滿足100%的負(fù)荷要求；造出來的水在導(dǎo)電率過高（鹽度過高）的情況下會(huì)自動(dòng)排掉，保證回到飲用水艙的水滿足要求。

NIPH要求造水機(jī)出口淡水的導(dǎo)電率不得超過75Ms/m，目前大部分造水機(jī)廠家均不能達(dá)到此要求，因此在設(shè)備選型時(shí)要特別注意。

造水機(jī)海水進(jìn)口壓力也需要事先明確。本平臺(tái)為自升式，存在航行及提升兩個(gè)主要工況：在航行工況，從海底門自然吸水，需要配置造水機(jī)海水泵；在提升狀態(tài)下，平臺(tái)使用潛水泵供水至海水總管，不同的氣隙會(huì)影響送至海水總管的海水壓力，而潛水泵送出來的壓力較高，一般不需要再增加造水機(jī)海水泵，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要明確造水機(jī)的海水進(jìn)口壓力。

3.3 礦化濾器

礦化濾器在船舶造水系統(tǒng)很常見，一般自帶反沖洗，內(nèi)有石英砂或白云石，主要用于增加水中的礦物質(zhì)，調(diào)整水的硬度；同時(shí)礦化濾器使得通過后的水呈現(xiàn)堿性，減少管路腐蝕；NIPH推薦在濾器前加入CO2加注裝置，加注CO2后一價(jià)的碳酸氫根（HCO3-）在水中會(huì)趨于飽合狀態(tài)，使水中PH值在8附近。若不使用CO2注入，使用白云石濾器會(huì)使PH值達(dá)到11～12；使用石英砂濾器PH值較白云石濾器穩(wěn)定很多，可以滿足NIPH要求的PH值保持在 6～9的要求。參照以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不加CO2對(duì)處理后水的PH影響不大。

本項(xiàng)目最終確定不加裝CO2加注裝置，采用石英石濾器，預(yù)留接口，后續(xù)若PH值超標(biāo)再加裝CO2加注裝置，以節(jié)省成本。

3.4飲用水艙

飲用水艙的容積不能小于所需的自持力，艙內(nèi)存水時(shí)間不能超過20天否則會(huì)引起油漆的溶解物和微生物在水中含量過多?？偱撊莅凑眨好咳嗣刻?00 L、共150人、存水期20天計(jì)算，可得總艙容為600 m3，設(shè)置兩個(gè)淡水艙，每個(gè)艙的艙容約300 m3。

NIPH要求飲用水系統(tǒng)需要保持低于20 ℃，以防止軍團(tuán)菌的滋生。為保證艙內(nèi)水溫不超過20 ℃且艙內(nèi)不結(jié)冰，兩飲用水艙設(shè)置在不與機(jī)艙貼鄰、也不與外板貼鄰的位置。

由于NIPH要求在飲用水艙的最低位設(shè)置污水井。本平臺(tái)的飲用水艙原布置在雙層底，后改成側(cè)壁深艙，并在艙底下設(shè)置空艙，艙內(nèi)低處設(shè)置吸口，雙層底結(jié)構(gòu)面不放置于淡水艙內(nèi)，使得淡水艙可以方便清潔且不易產(chǎn)生積水。同時(shí)，按照NMA關(guān)于飲用水艙的要求，每4 m高度需要加設(shè)梯道及平臺(tái)，用于清潔艙壁。每艙設(shè)置取樣點(diǎn)及排污口，排污口可用快速接頭接至氣動(dòng)隔膜泵。

3.5 加氯裝置

為防止艙內(nèi)氯含量過少使得微生物再度滋生，NIPH要求艙內(nèi)的氯含量必須大于0.05 mg/l，還必須再增加循環(huán)加氯管路。但于加氯量也不能太大，必須嚴(yán)格控制在0.05 mg/l～0.5 mg/l內(nèi)。本項(xiàng)目加氯裝置帶氯離子含量傳感器與流量計(jì)，兩傳感器共同輸出信號(hào)，動(dòng)態(tài)控制加氯量。

按照NIPH推薦，至少需要有三處配置加氯裝置：造水機(jī)淡水出口處；通岸接頭至淡水儲(chǔ)存艙之間管路上；淡水艙循環(huán)加藥管路。由于循環(huán)加藥的量比注入的量要少得多，還是單獨(dú)設(shè)置較為合理。

必須增加氯含量傳感器，對(duì)系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測；增設(shè)循環(huán)加氯管路，控制水中氯的含量在允許范圍內(nèi)。

3.6 紫外線消毒器（簡稱UV裝置）

UV裝置是本系統(tǒng)中NIPH唯一有發(fā)證的設(shè)備，該證書為型式認(rèn)可。NIPH要求每臺(tái)流量100%容量，保證在一臺(tái)失效時(shí)，另一臺(tái)仍能滿足全部的用水量消毒的要求。

為了防止因失電而導(dǎo)致水質(zhì)影響，UV裝置采用應(yīng)急電源供電。考慮到挪威北海區(qū)域海水的潔凈度較高，造出來的淡水水質(zhì)較好，且UV功率過大水溫容易過高，有滋生軍團(tuán)菌的危險(xiǎn)，因此UV裝置的設(shè)計(jì)不再加設(shè)余量。

3.7 飲水輸送泵與飲水日用柜

采用飲水日用柜供水，輸送到上層建筑的水壓比較穩(wěn)定，但飲用水在柜內(nèi)存放時(shí)間較長容易引起微生物的二次滋生。

采用飲水輸送泵供水，減少了水的存放時(shí)間，水質(zhì)更為可控。但兩臺(tái)泵必須是變頻泵，成本較高。

最終考慮本項(xiàng)目是第一次嘗試，還是選用保守方案：先用兩臺(tái)泵體材質(zhì)為316L的變頻飲水供給泵，單臺(tái)泵的容量為飲用水供給量的100%。

3.8 循環(huán)冷卻器

軍團(tuán)菌在20 ℃～50 ℃的水內(nèi)容易滋生，NIPH要求存儲(chǔ)艙內(nèi)的水溫不得超過20 ℃。平臺(tái)如果工作于挪威水域，周圍環(huán)境常年低溫，不需要加設(shè)循環(huán)冷卻器。假如本平臺(tái)后續(xù)再到其他溫暖水域作業(yè)，存儲(chǔ)艙內(nèi)的水溫不能保持在20 ℃以下，則應(yīng)按照NIPH建議加設(shè)循環(huán)冷卻裝置。

3.9 其它

兩舷各設(shè)加注管，加注管必須設(shè)置泄放口；管路中應(yīng)盡量消除存水彎，減少管內(nèi)積水滋生細(xì)菌；注入軟管及通岸接頭均應(yīng)加設(shè)保護(hù)蓋，防止鳥類及昆蟲進(jìn)入。

在輸往上層建筑的水中仍會(huì)含有雜質(zhì)及殘氯，可在系統(tǒng)末端裝活性碳濾器。考慮到我們使用的造水機(jī)是反滲透式而非蒸發(fā)冷凝式，水中雜質(zhì)會(huì)少很多，且活性碳濾器需要經(jīng)常更換和維護(hù)，最終確認(rèn)不安裝。

3.10 材質(zhì)

本系統(tǒng)雖然規(guī)格書中未提及材質(zhì)，但按照NIPH的水質(zhì)要求，系統(tǒng)與水接觸的部件必須全部采用不銹鋼材質(zhì)，且按NIPH建議材質(zhì)需要滿足DVGW、KIWA、WRAS等。

由于銅本身有一定的殺菌能力，飲用水管若使用銅質(zhì)也是一個(gè)很好的選擇，但是成本較不銹鋼材質(zhì)要高許多。

另外大部分廠家喜歡配置玻璃鋼材質(zhì)筒體，考慮到整套造水系統(tǒng)布置于造水機(jī)室，屬于機(jī)械處所，按照《鋼規(guī)》不能采用玻璃鋼類材質(zhì)。但平臺(tái)對(duì)于這項(xiàng)要求有些松動(dòng)，可以申請(qǐng)豁免。

綜上所述，本項(xiàng)目最終完成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

4 結(jié)語

本文以實(shí)船設(shè)計(jì)為依托，基于NIPH規(guī)范及飲用水系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行討論。列出了飲用水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)備訂貨的注意事項(xiàng)，最終形成了一套較為合理的飲用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，希望可以為后續(xù)工作于挪威及北海區(qū)域的平臺(tái)設(shè)計(jì)借鑒。由于該類型的飲用水系統(tǒng)為我司首次設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)較為保守，后續(xù)項(xiàng)目將會(huì)結(jié)合本平臺(tái)的調(diào)試情況做進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]NIPH guideline to design and operation of offshore potable water systems 5th edition Ch.9.