船舶壓載水置換處理系統的改進

胡以懷， ?？∮?， 唐娟娟

(1．上海海事大學， 上海 201306； 2.上海船舶研究設計院， 上海 201203)

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船舶壓載水置換處理系統的改進

胡以懷1， ?？∮?， 唐娟娟2

(1．上海海事大學， 上海 201306； 2.上海船舶研究設計院， 上海 201203)

分析了目前船舶壓載水處理方法的應用特點和問題，在船舶海水系統和壓載水系統的基礎上，提出了一種將海水管路系統與壓載水管路系統連接，以利用舷外海水不斷置換船內壓載水，從而達到減少壓載水異地微生物含量的目的。這種系統在不安裝船舶壓載水處理裝置和增加運行能耗的前提下，可解決船舶壓載水對海洋環境的污染問題。

壓載水處理環境保護管路系統

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》的規定，從2009年起新造船舶必須安裝壓載水處理設備，2017年所有遠洋船舶均須安裝壓載水處理設備。近年來，世界各國都在加緊研發船舶壓載水處理裝置。目前，船舶壓載水處理有物理、化學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、經濟性等問題，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備，需要50～300萬美元，而且會受到船舶空間和船電容量的限制，還要考慮設備后期的維護保養，包括與現有壓載水系統的共用、取樣、控制和監測等問題[3-4]。

在水深200 m 以上離岸200海里以外的深海或公海，對壓載水進行及時更換，是一種行之有效的辦法。但這種“排空法”容易引起船舶穩性、吃水和吃水差、船體強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構承受附加的壓力。文獻[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，但管路改動較大。本文提出一種將船舶海水系統與壓載水系統聯為一體，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，也實現了壓載水的更換，且不需要增加額外的壓載水處理設備和能耗。

1　新的船舶壓載水置換系統

船舶海水冷卻系統一般是開放式的冷卻系統，通過利用舷外海水作為冷卻劑冷卻淡水、滑油、主機增壓空氣和空氣壓縮機等。包括海底門、兩臺海水泵、海水濾器、閥門及管路等。

海水從船舷一側的低位海底門進入，經濾器過濾后由海水泵打入各冷卻器，然后從船舷另一側的高位海底門排出(見圖1)。有時為確保進入冷卻器的海水溫度不低于25℃，可在系統中設置旁通管路使部分海水回流至海水泵進口。另外，在機艙接一個應急艙底吸口，以備機艙進水時的應急排水。

圖1　開放式海水冷卻管路系統圖

船舶壓載水系統主要由壓載艙、壓載泵、壓載水管路及相關閥件組成?？筛鶕盃I運需要對全船壓載艙進行注入或排出，調整船舶吃水和船體縱、橫傾，從而保證船舶航行所需的穩性，改善空艙適航性；同時減小船體變形，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，船舶壓載水艙內吸口管同時具有加水功能。船舶壓載水系統能夠將全船各壓載艙的壓載水駁進、駁出或相互調駁，也可靠壓差使舷外海水自動流入壓載水艙。一個典型的船舶壓載水系統如圖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，也同時將壓載水排出，以保證船舶必要的載貨量。

如將船舶海水管路系統與壓載水管路系統聯通，在深海區域定期用舷外的海水替換壓載艙中的原有壓載水，保持壓載水的動態流動，使壓載水內的生物成分隨航行區域而連續變化，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，滿足各國和地區港口的環保要求。改進后的壓載水系統如圖3所示。

圖3　新的船舶壓載水管路系統圖

正常航行時， 7、8、9、10閥門關閉， 5、6閥門開啟，海水泵直接從船舷一側的低位海底門吸入海水，分別冷卻中央冷卻器、主機空冷器、活塞冷卻器、滑油冷卻器和空壓機后，再從船舷另一側的高位海底門排出。當需要進行置換壓載水時，先開啟7、8、9、10閥門，再關閉5、6閥門，開啟一臺壓載泵，使海水先通過壓載泵進入各壓載艙，再由海水泵從各壓載艙抽出并送到各冷卻部位，從而逐步實現對原有壓載水的置換。一般海水置換量為原有壓載水的三倍。置換結束后，先打開5、6閥門，關閉壓載泵，再關閉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。由于壓載水進出流量大致相等，艙內水位可以大致不變。這樣，既避免了“排空法”可能引起的船舶穩性、吃水和吃水差、船體強度及人員安全等方面的危險，也不會造成“溢流法”可能導致的因船體承受較高的水壓而產生疲勞脆弱等問題。此外，通過控制壓載艙進出口閥門的開閉，還可以隨時調整各壓載艙的液位，達到船舶航行所需的穩性和最佳縱、橫傾。

2　結論

本文提出的將船舶海水管路系統與壓載水系統連通，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備和能耗，不失為一種經濟有效的處理船舶壓載水污染問題的新思路。當然，這種方法還需要經過實踐的檢驗并加以完善，以滿足IMO對船舶壓載水排放的要求。

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

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

[3]王文成，龔帆，鄭羽，等.船舶壓載水處理綜述[J].上海船舶運輸科學研究所學報，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.船舶壓載系統設計中的新問題及其解決方法[J]. 中國水運，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的設計[J]. 船電技術，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。

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