壓載水管理要求對船舶設計建造的影響

曹艷東

(江門市南洋船舶工程有限公司， 廣東 江門 529145)

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壓載水管理要求對船舶設計建造的影響

曹艷東

(江門市南洋船舶工程有限公司， 廣東 江門 529145)

通過壓載水排放標準實施的要求，簡述了壓載水管理要求對船舶設計建造的影響，并通過分析不同原理的壓載水處理系統，簡述了船舶設計建造過程中需考慮的一些問題。

壓載水管理排放標準壓載水處理

0　前言

目前已有47個國家簽署了壓載水管理公約，國家數已達到公約要求的30個，但根據IMO組織的最新統計，公約國船隊的總噸位為34.56%，還未達到公約要求的35%，因此公約還暫時未達到生效條件。盡管如此，壓載水管理公約的實施，卻勢在必行，船舶設計建造過程中需考慮其影響，設計者應綜合考慮船舶特點、處理系統特點、布置和維護等因素。

1　壓載水排放標準

(1) IMO壓載水管理公約壓載水排放D-1標準。

該標準已生效實施，多數掛旗國要求在船舶設計建造時必須滿足要求，除非IMO D-2標準已經符合。

(2) IMO壓載水管理公約壓載水排放D-2標準。

生效條件為30個國家批準，占35%世界商船總噸位，達到條件之日起12個月后生效。目前僅剩總噸位還未達到生效條件，預計2016年內將達到生效條件，2017年內生效實施。

(3) USCG“美國水域船舶壓載水活生物體排放標準”。

已經生效實施。

(4) 壓載水排放D-2標準實施日期(見表1)和USCG標準實施日期(見表2)。

表1　壓載水排放D-2標準實施日期

表2　USCG標準實施日期

2　IMO D-1標準對船舶設計建造的影響

IMO壓載水管理公約壓載水排放D-1標準，主要是通過壓載水的置換來滿足要求，主要方法有順序法、溢流法、稀釋法以及順序法+溢流法。

(1) 順序法。

先將用于裝載壓載水的壓載艙抽空，然后用替換的壓載水重新注滿。

適用于所有船型，對船舶的剪力、彎矩、盲區有比較大的影響，主要應用于散貨船和液貨船。該方法可能會增加船舶的剪力、彎矩，進而增加全船結構重量。

優點：壓載水幾乎被完全有效地置換，對管路系統設計沒有影響，泵和管系的工作負荷只需稍微增加即可。

缺點：操作比較復雜、步驟多、置換時間長。需要比較復雜的壓載計劃以避免超出船舶強度、穩性和縱傾的許可限制，同時需考慮動載荷的影響，包括未滿艙的晃蕩等。這對大部分船舶意味著只能在平靜的海面進行壓載水的置換工作。

(2) 溢流法。

將替換的壓載水泵入裝載壓載水的壓載艙內，并允許水從溢流口或其他裝置流出。

適用于所有船型，主要應用于散貨船、液貨船和中小型集裝箱船(8 000箱以下)，會增加壓載艙的結構設計壓力和壓載艙局部構件重量。壓載艙需增加空氣溢流管或公共空氣溢流系統。

優點：操作比較簡單，置換時間短，且對船舶的強度、穩性和縱傾影響不大。

缺點：雙層底和艏艉尖艙難以徹底沖洗，可能引起超壓損壞、泵和管系超負荷，且不適合在寒冷的環境操作。

(3) 稀釋法。

替換的壓載水從用于裝載壓載水的壓載艙頂部注入并同時以相同流速從底部排出，艙內水位在壓載水更換作業過程中保持不變。用稀釋法置換壓載水的船舶，每一壓載水艙連續泵入水量達到三倍艙容應視為符合標準要求。

適用于所有船型，主要應用于大型集裝箱船(8 000箱以上)。

優點：因艙內水位在壓載水置換作業過程中保持不變，對總體及結構設計沒有影響。

缺點：壓載艙需增加注入系統，成本非常高。操作比較復雜，置換時間長。(一臺壓載泵注入的同時另一臺壓載泵排出三倍壓載艙容積的壓載水)。

(4) 順序法+溢流法。

部分壓載艙采用順序法，其余壓載艙采用溢流法。

適用于所有船型，主要應用于散貨船和液貨船。以不增加或少量增加船舶的剪力和彎矩為前提，先確定可以采用順序法壓載水置換的壓載艙，其余的艙做溢流法壓載水置換。

船舶的剪力、彎矩可能稍有增加，溢流法置換的壓載艙需增加空氣溢流管，且增加局部構件重量。

優點：與順序法和溢流法相比，對總體、結構及系統設計(重量)影響最小，綜合成本最低。

缺點：操作復雜、置換時間長。

目前船舶上應用較多的是順序法+溢流法。

3　IMO D-2標準對船舶設計建造的影響

(1) 壓載水處理系統發展概況。

目前已有57個壓載水處理系統獲得主管機關型式認可，滿足IMO D-2壓載水排放標準，具備裝船條件。其中部分系統已獲得USCG AMS(替代管理系統)認證，但尚無一家獲得USCG認可(有24家已申請USCG認可)。

(2) 壓載水處理系統對不同船型的影響。

配備壓載水處理系統對船舶的艙室空間、發電機容量、壓載泵壓頭等有比較大的影響。不同類型船舶壓載能力和壓載泵流量差別很大，同時，有的船型對壓載水的依賴性強，如液貨船和散貨船；有的船型對壓載水依賴性弱，如集裝箱船。不同船型，受影響程度不同。同等噸位的散貨船和液貨船發電機容量小、壓載泵容量大，而集裝箱船發電機容量大、壓載泵容量小。以配備電解法壓載水處理系統為例，散貨船和液貨船機艙空間可能要加大，發電機容量增加約20%，壓載泵壓頭增加5 m，而集裝箱船機艙空間和發電機容量可以不變，壓載泵壓頭增加5 m。由此可以看出，配備壓載水處理系統對散貨船和液貨船影響較大，對集裝箱船影響較小。

(3) 不同原理壓載水處理系統對船舶設計建造的影響。

目前壓載水處理系統的處理原理主要有：紫外線、電解、電催化、臭氧、脫氧、膜分離等。不同原理壓載水處理系統的工作流程和技術特點各不相同，下文將介紹目前采用較多的紫外線法和電解法。

紫外線法工作原理：過濾+滅活。

特點：前處理+后處理模式，全流通處理。系統原理簡單、設備體積適中、安裝方便。壓載和排載均需處理，耗電量高。適用于各類水質，水的濁度和含沙量影響處理效果和耗電量。瞬間殺滅有害生物，適合于短航程。無殘余殺滅能力，抑制再生能力差，但后處理可保證處理效果。處理過程不產生易燃、易爆氣體，安全性好。該方法為物理處理方法，不產生化學物質，對環境無二次污染。

電解法工作原理：過濾+滅活+中和。

特點：前處理模式，注入式處理。系統原理簡單、設備體積適中、安裝方便。耗電量、壓降、能耗適中。處理淡水需加鹽柜或壓載艙預留海水，增加了成本。處理效果不受水的濁度和含沙量影響。滅活時間長，適用于長航程。作用時間長，能抑制微生物再生。處理過程產生的氫氣通過風機排至外界，但仍需注意避免氫氣聚集。該方法為化學處理方法，易產生二次污染。

不同壓載水處理系統的處理原理不同，需要的處理設備也不同，在船舶設計建造中要考慮對壓載系統以及設備布置的影響，具體內容如表3所示。

表3　不同壓載水處理系統的對比

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因此，在壓載水處理系統的選用過程中，設計者要綜合考慮處理系統特點、主要處理設備、布置和維護等多種因素。特別是對新造船舶來說，要重點考慮壓載水處理系統布置空間和維修空間。在選用壓載水處理系統時，應保證能順利地在船上安裝，同時也需要考慮其后續的維護保養，包括與船舶壓載系統的共用、取樣、控制和監測等。

另外，在選用壓載水處理系統時，也要綜合考慮船舶的電站容量與處理系統電功率的適應性。

4　USCG對船舶設計建造的影響

USCG與IMO D-2標準對船舶設計建造的影響基本相同，但有以下問題需要重點關注。

(1) 目前有部分壓載水管理系統已獲得USCG AMS(替代管理系統)認證，但尚無一家獲得USCG認可(有24家已申請USCG認可)。

(2) 根據USCG“美國水域船舶壓載水活生物體排放標準”規則要求：2018年12月1日以后， 新造船配備的壓載水管理系統的USCG AMS證書將失效。在美國水域進行壓載水管理的船舶，必須重新安裝經USCG認可的壓載水管理系統或將壓載水排至岸上處理(處理費用很高)。

(3) 如果新造船已配備的壓載水管理系統在2018年12月1日前沒有取得USCG認可，將面臨更換壓載水管理系統的重大技術風險。

5　結束語

目前，已簽署了公約的國家船隊總噸位為34.56%，即將達到35%的生效條件，壓載水管理公約的實施勢在必行。即使是非公約國船籍的船舶，在需要停靠公約國的港口時，也必須滿足公約要求。通過介紹載水排放標準實施的要求以及分析不同原理的壓載水處理系統，簡述了其對船舶設計建造的影響以及要考慮的一些問題，希望可以對船舶的設計建造提供一定的幫助，不足之處請批評指正。

[1]中國船級社.國際造船新公約新規范[S].北京：人民交通出版社，2013.

[2]DNV.Ballast Water Management Convention[S].2013.

[3]LR.IMO Safety & Enviromental Regulations[S].2015.

Influence of Ballast Water Management on Ship Design and Shipbuilding

CAO Yan-dong

(Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co., Ltd.， Jiangmen Guangdong 529145, China)

The influence of ballast water management on ship design and shipbuilding according to the ballast water discharge standard was introduced briefly, and the questions considered during ship design and building by analysis different ballast water treatment system were also proposed.

Ballast water managementDischarge standardBallast water treatment

曹艷東(1981-)，男，工程師，主要從事船舶機裝設計工作。

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