國內(nèi)船用濾油設備的現(xiàn)狀與思考

李建剛

(中國船級社江蘇分社泰州辦事處，江蘇泰州225300)

0 引言

防止海洋環(huán)境污染作為一個重要課題，長久以來得到了相關(guān)從業(yè)者們的廣泛關(guān)注。尤其是與之相關(guān)的各類防污染設備的技術(shù)要求，自MARPOL公約建立伊始，就一直持續(xù)不斷的被外界推動和改進，但是內(nèi)在發(fā)展需求與外部約束力始終是一個對立的矛盾體。當公約規(guī)范的制定者發(fā)現(xiàn)原有的約束條件對于環(huán)境的惡化越來越無力時，新的要求則逐步地開始替換舊的要求。然而，由于成本因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素等交替影響著這個替換的過程，因此作為相關(guān)行業(yè)的從業(yè)者，必須及時認清目前的新形勢，才能在后續(xù)發(fā)展中搶得先機。

1 現(xiàn)有濾油設備的技術(shù)特點和現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)特點

船舶濾油設備是MARPOL公約附則Ⅰ中最重要的防污染設備之一。目前，船舶濾油設備的設計要求和試驗流程是完全參照MEPC.107(49)決議進行的。MEPC.107(49)決議對試驗過程中的參數(shù)控制、試樣制備、取樣要求及化驗標準等均提出了明確的要求。相對于統(tǒng)一的技術(shù)標準，目前大多數(shù)國內(nèi)廠商按照MEPC.107(49)決議設計制造的濾油設備也都具有以下幾個共同的特點:

(1)采用了多重(3級)處理的結(jié)構(gòu)來設計，通過“聚集-吸附-過濾-分離”的過程來實現(xiàn)重油、輕柴油和乳化油的分離。

(2)具備清水反沖洗功能。利用反沖水一方面便于分離油質(zhì)的排出，另一方面可以對過濾裝置(濾芯或膜)進行一定程度的清潔，從而最大程度確保過濾設備的核心部件長時間保持效率。

(3)乳化油的過濾基本上采用膜過濾裝置(膜組過濾器)。在材料學科發(fā)展不完善的前提下，這也是目前對于乳化油處理能力最為有效的一種過濾裝置。

(4)采用國內(nèi)的油分濃度計(15×10-6報警裝置)。

(5)采用氣動或電動來驅(qū)動自動關(guān)停裝置。

1.2 現(xiàn)狀

同質(zhì)化的設計首先能確保在行業(yè)中的首臺樣機通過形式試驗后，后續(xù)類似機型的性能可以得到保障，減小了設計風險，某種程度上來說甚至可以保證一定的競爭優(yōu)勢。但是同質(zhì)化最大的隱患是會引起競爭失衡。當所有國內(nèi)的設備都具有類似的結(jié)構(gòu)特點和處理性能時，最大的危機可能就在眼前。

圖1中的數(shù)據(jù)來源于目前國內(nèi)多家主流濾油設備廠家所生產(chǎn)設備的分離性能指標，圖中，G1、G2、G3、G4分別代表了不同的廠家。從圖1的數(shù)據(jù)不難看出，針對同樣的試驗流程和類似的產(chǎn)品構(gòu)造，不同廠家的濾油設備其分離性能較弱的環(huán)節(jié)都比較集中，主要集中在輕柴油分離性能，即13～16取樣點區(qū)間。這也就意味著，對于國內(nèi)的這些廠家，在將來公約變更時所面臨的設計瓶頸都是同樣且無法回避的，這也會導致國內(nèi)的濾油設備產(chǎn)品在國際化的舞臺上缺乏多樣化的競爭。

2 技術(shù)發(fā)展的瓶頸和要求

2.1 技術(shù)參數(shù)瓶頸

相比較我國城鎮(zhèn)污水處理后排放的含油污水排放指標為10×10-6，MARPOL公約要求排放入江海的指標為15×10-6。隨著綠色船舶概念的深入推廣，與之相關(guān)的濾油設備也隨之提高了技術(shù)要求，世界各國也分別推出了針對綠色船舶而提高標準后的濾油設備性能要求。美國船級社要求對授予ENVIRO和ENVIRO+環(huán)保標志的船舶應安裝5×10-6艙底水報警裝置，以達到等同于排放指標小于5×10-6的目的;加拿大司法部法規(guī)要求內(nèi)陸I類水域排放指標應小于5×10-6;挪威船級社、德國勞埃德船級社等對于授予綠色標志的船舶，都要求排放指標應小于5×10-6。

圖1 設備分離水含油量圖

排出水含油量是一個典型的指標。除此之外，相關(guān)的試驗程序上也發(fā)生了相應的變化。根據(jù)目前世界公認的濾油設備新標準—加拿大運輸部標準TP12301 E，以及DNV No.771.60程序，有如下新增的要求急需在后續(xù)的工作中重點關(guān)注:

(1)排出水含油量將由15×10-6減少為5×10-6。

(2)響應時間由20 s減少為5 s。

(3)誤差精度由±5×10-6縮減為±3×10-6。

(4)增加了傾斜試驗。

從指標的數(shù)值上看沒有太大的提高，但是對于采用傳統(tǒng)構(gòu)造設計的濾油設備而言，如何提高設備靈敏度來滿足響應時間的要求，還要使設備具有良好的穩(wěn)定性，這種差異用現(xiàn)有技術(shù)手段短時間內(nèi)很難彌補。根據(jù)經(jīng)驗，從濾油設備制造、設計、檢測和控制的各個環(huán)節(jié)來滿足新公約的要求，僅對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行大規(guī)模的改良是不夠的，因而這些新增要求對于船用濾油設備的發(fā)展則形成了新的瓶頸。

2.2 操作程序的要求

性能參數(shù)指標的進步體現(xiàn)在設計能力和材料研發(fā)能力的層面，而操作層面的新增要求則提高了新形勢下船用濾油設備的試驗門檻。以TP12301 E和DNV No.771.60試驗程序為基準的技術(shù)標準，針對濾油設備提出了以下新的操作要求。

2.2.1 取消反沖水的使用

發(fā)達國家在2010年左右就提出，在15×10-6艙底水分離裝置形式試驗過程中，應禁止反沖洗的發(fā)生。這些國家提出禁止反沖洗提案的理由是:進入試驗中的分離器的反沖洗淡水，會稀釋其中的油分濃度，實際上是降低了試驗要求。

目前國內(nèi)廠家的設備基本上均配備反沖洗功能。濾油設備周期性需要由反沖水對自身進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，并且要求所使用的反沖洗水都為“干凈的水”。從純粹試驗的角度而言這其實是提供了一種便利，且對于設備制造方或參與試驗方而言是更為有利的;反沖水的使用必然會降低設備中的含油污水的濃度，致使分離將朝向更為有利的方面傾斜，然而這種有利并不是依靠設備本身能力而獲得的。因此，一方面鼓勵國內(nèi)廠家修改設計理念，另一方面也應考慮到如何從滿足規(guī)范的角度來增加其他的處理措施，從而實現(xiàn)基本的功能。

2.2.2 試驗過程的連續(xù)性

MEPC.107(49)決議的濾油設備有一個基本的使用要求:即“開動該系統(tǒng)應自行運行”、“該系統(tǒng)的開動應不需對閥和其他設備作任何調(diào)整，該設備應能在不予照應情況下，以正常功能運行至少24 h”，但并未針對該條款給出具體的解釋和操作細節(jié)。假如在試驗過程中，設備的過濾組件被堵塞而試驗中斷時，這種“中斷”以及“中斷”后的清理和維修后再試驗的做法實際上是不符合公約精神的。同時，在MEPC.107(49)決議中，并未具體明確 A、B、C液3種試驗介質(zhì)試驗階段的“連續(xù)性”要求，以及對試驗臺要求其設計成為具有3種試驗介質(zhì)試驗過程的“瞬時切換”功能。實際上，有些國家的代表團早在DE56次會議上，就提出了三種介質(zhì)試驗階段應“無縫對接”的提案，多家船級社也已提出了類似概念，因此，在后續(xù)的試驗中斷環(huán)節(jié)上應考慮的更多。

2.2.3 傾斜試驗

挪威船級社規(guī)范中規(guī)定:在重油試驗階段的最后1 h階段，要求進行整個試驗裝置傾斜22.5°后的試驗，在此試驗期間，進入濾油設備的含油污水油分濃度應不小于25%，并要求對排出水取樣檢測。根據(jù)圖1知道，針對國內(nèi)常規(guī)設計的濾油設備，含油濃度25%的油污水的凈化處理難度是所有油分濃度中難度最大的。按照挪威船級社的標準對該項試驗提出的新要求要遠高于MEPC.107(49)決議，因為MEPC.107(49)決議沒有提出對整個裝置在傾斜狀況下、25%油分濃度、持續(xù)試驗1 h的試驗要求。

3 關(guān)注要點

作者在對多家生產(chǎn)商的認可試驗中，就目前國內(nèi)濾油設備的結(jié)構(gòu)和性能進行了分析，認為隨著各國提出的“綠色船舶”的理念和新要求，需要更多關(guān)注以下幾個方面。

3.1 技術(shù)與整體上的思考

目前的設備都是采用最后排放時通過油分濃度檢測，從15×10-6提高到5×10-6不是某個方面指標的提高，而是整臺設備綜合性能的提高。需要更加關(guān)注設備穩(wěn)定性和響應時間。設備穩(wěn)定性是靈敏度的前提，沒有穩(wěn)定性就不可能進行高精度的測量和反饋控制。在性能設計上不僅需要對總體性能規(guī)劃，更需要對分級處理效果和能力在性能、檢測、控制上的規(guī)劃，整體提高設備運行的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 測量上的思考

為使油分濃度計的測量精度由目前的±5×10-6提高到±3×10-6以上，響應時間由原來的20 s減小到5 s甚至更小，采用高精度、高響應速度的傳感或傳導設計至關(guān)重要的。同時，還應考慮測量系統(tǒng)的溫度、濕度、振動等因素，這些同樣會影響運行穩(wěn)定性。

3.3 反饋與控制上的思考

反饋系統(tǒng)、驅(qū)動和執(zhí)行機構(gòu)的動作也是設備的基本要求，不僅測量需要精準，反饋系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)動作同樣需要精準、可靠。每個運行程序中各個驅(qū)動部件之間的配合、協(xié)調(diào)也是目前現(xiàn)有設備需要在設計上重新思考的關(guān)鍵。多級檢測、系統(tǒng)反饋、多級控制的設計方式，也是提高設備的綜合性能、響應速度和穩(wěn)定性的保證。

3.4 船舶大環(huán)境的思考

隨著全世界綠色、環(huán)保理念的推廣，近些年來，有些國外專家不斷在IMO會議上針對濾油設備的性能、試驗方法等方面提出更為苛刻的要求。就目前國內(nèi)現(xiàn)狀而言，更多時候還只是在進行一些技術(shù)改良性質(zhì)的工作，而這樣的改良是很難從根本上解決問題的。

4 結(jié)語

隨著國際航運的發(fā)展，船舶的數(shù)量和噸位都在不斷加大，隨之帶給海洋的排放和污染也在不斷增多。從每年頻發(fā)的極端天氣氣候和海洋表面溫度升高事件，充分說明了海洋污染已經(jīng)到了相當嚴重的程度，引起了各國政府的高度重視。綠色船舶的理念，這既是壓力也是挑戰(zhàn)，將促進人們共同維護海上環(huán)境。

［1］ 中國船級社.綠色船舶規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，2012.