某輪壓載水處理系統簡介及管理要點

張運秋

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某輪壓載水處理系統簡介及管理要點

張運秋

（青島遠洋船員職業學院，山東青島 266071）

介紹某輪實船安裝的船舶壓載水處理系統的工作原理、組成部分和操作程序以及日常操作與管理注意事項，為船舶公司機務和輪機管理人員提供技術參考。

壓載水 電解 中和 管理

0 引言

船舶航行中，壓載是一種必然狀態，船舶在加裝壓載水的同時，海水中的生物也隨之被加裝入壓載艙中，直至排放到目的地海域，從而引起了有害生物和病原體的傳播。這樣可能會對海洋生態系統、社會經濟及人類健康等造成危害。為了更有效的控制船舶壓載水排放引起的外來物種入侵、有害生物和病原體傳播，國際海事組織IMO通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制和管理公約》（簡稱《船舶壓載水公約》），該公約規定船舶必須安裝壓載水處理設備，否則該公約生效后未安裝壓載水處理設備的船舶就不能駛入IMO成員國港口[1]。隨著2016年9月8日芬蘭的加入，已經批準加入壓載水管理公約的國家數量達到了52個，總運力已經超過IMO規定的全球商船噸位35%的要求，這意味著國際壓載水管理公約將從2017年9月8日確定生效[2]。某輪安裝青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司生產的BalClor BWMS壓載水處理系統，日常管理中，輪機管理人員應在了解壓載水管理系統原理的基礎上，熟悉系統操作，并有針對性地對系統進行必要維護，以確保系統安全長效運行。

1 BalClorBWMS壓載水處理系統工作原理

該系統對壓載水處理過程分為三個過程：過濾、滅活和中和[3]，如圖1所示。壓載時，壓載水全部通過安裝在主管路上的過濾器以過濾去＞50 μm的海生物和固體雜質，從過濾器后的海水主管路引一支管進入電解單元電解，電解后的海水又會注回壓載水主管路，并隨主管路海水進入壓載艙，對細菌及微生物進行滅活，殘余的活性物質會在壓載艙內存在一定時間，以抑制航行過程中細菌和微生物的生長。排載時，海水無需進入電解單元和過濾單元，可直接排出舷外，排載口的TRO傳感器會即時監測排載水中TRO濃度（總殘余氧化劑濃度），如果TRO濃度＞0.1 ppm，系統會自動啟動中和單元向海水管中注入中和劑，中和殘余的氧化劑，如果TRO濃度＜0.1 ppm，中和單元不會啟動，排載海水可直接排放。

2 主要部件介紹

2.1 過濾單元AFU

過濾單元包括過濾器、排污泵和淡水注入管路，如圖2所示。過濾器是一個自動反沖洗過濾器，在沖洗過程中只有很小的壓力降，不會影響系統工作以保證系統能夠連續工作。該過濾器可以有效過濾大于50 μm的海生物和固體雜質。當前后壓差變化超標或者達到設定時間，系統自動反沖洗時間約2～3 min，被反沖洗污水通過排污泵排至舷外。

2.2 電解單元EDU

電解單元主要作用是電解海水產生次氯酸鈉，用于殺滅海水中的病菌，由電解槽、旋風式分離器、抽風機、氣體探測器等組成，如圖3所示。

1）電解槽

電解槽是整個系統的核心部件，應用于船舶全壽命周期。被過濾過的壓載水有大約1%引入電解槽，在直流電作用下發生電解反應，陽極：2Cl-→Cl2+ 2e 陰極：2H2O + 2e→2OH-+ H2↑，總的反應式為NaCl + H2O→NaOCl + H2↑，即電解產生電解液（次氯酸鈉溶液）和附屬產物氫氣，電解后的海水又被注回壓載水主管路。

2）旋風式分離器

應用旋風分離原理分離在電解過程中產生的氫氣。重力，慣性力和離心力的復合作用推動次氯酸鈉溶液徑向向外向下通過液管出口流出，同時氫氣被向里向上通過氣管排出。

3）抽風機

抽風機是BalClorBWMS一個最重要設備之一，其主要目的是稀釋電解產物——氫氣，至少是釋放前的100倍，以確保船舶操作的安全。

4）氣體探測器

氣體探測器包括氫氣探測器和氯氣探測器.把氣體的濃度值轉換成4～20 mA的標準電流值并傳送給PLC。經過邏輯分析，控制器將通過發送聲光報警信號和記錄報警的時間和濃度值回復所收到的信號，同時如果氣體的濃度值達到超高報警值，整個系統將會關閉。氫氣報警設定：氫氣在空氣的低爆炸極限是4%。當氫氣的濃度達到20%LEL，系統將發出聲光報警。當氫氣的濃度超過60%LEL時，EDU會立即停止，并在HMI上面顯示報警明細并立即通風。氯氣報警設定：一旦氯氣濃度值達到0.4 ppm，系統將發出聲光報警。當氯氣濃度超過0.55 ppm，EDU將會立即停止工作，并在HMI上面顯示報警明細并立即通風。

5）海水增壓泵

在壓載期間，如果是在淡水區域或者含鹽分低的海水區域，需要先起動海水增壓泵，少量的在尾尖艙過濾的壓載水被泵進電解裝置。

6）加藥單元

由加藥泵、電磁流量計和氣動閥組成，經電解后的海水通過加藥單元注回壓載管路。

2.3 中和單元ANU

中和單元用于中和排載水中殘余的氧化劑。由中和罐和計量泵組成，如圖4所示。

1）中和罐是一個容積為1m3的容器，用來配置中和劑（中和劑有效期為3個月）。中和劑采用硫代硫酸鈉，它與次氯酸鈉發生反應生成無毒產物，反應式為:

Na2S2O3+4NaClO+H2O→2NaHSO4+4NaCl

配藥方法：先注入淡水至中和罐液位達總高度的一半，加入固體硫代硫酸鈉（每立方米需加入290 kg硫代硫酸鈉），再重新注入淡水至滿，開啟攪拌器，連續攪拌20 min。

2）計量泵

計量泵被用來泵出一定量的中和物和殘余氧化物作用，確保TRO(總殘余氧化物)水平不要超過IMO頒布的關于活性物質的排放標準。泵速是根據TRO值和所排放壓載水的流量計算出所需中和液的數量通過PLC來調節。

2.4 TRO余氯監測裝置

TRO余氯監測裝置用來監測壓載水中的TRO濃度，由TRO取樣裝置和TRO分析儀組成，取樣裝置由氣動泵和幾個電動閥組成。TRO分析儀有兩瓶試劑，一瓶緩沖劑，一瓶指示劑。壓載時TRO余氯監測裝置測量壓載水中的次氯酸鈉溶液濃度并發送到PLC，PLC與設定值比較分析后將結果發送給整流器，整流器根據結果調整輸出電流來控制電解產生次氯酸鈉的量，以維持TRO濃度（7.5 mg/L）。排放壓載水時，取樣裝置從壓載水中吸取少量壓載水到TRO分析儀中，由控制系統根據TRO值和所排壓載水的流量自動分析計算出所需中和劑的量。

2.5 控制系統

1）整流器

整流器是一種高頻率電閘，整流功率提供用來AC(交流)裝換成DC（直流），并為整個BWMS提供直流電源。整流器主要由功率調制器，監控器以及機座構成。每個功率調制器分開地工作在平均電流并列運行。

2）系統控制箱柜

系統控制柜是BalClorBWMS的控制中心，能夠穩定工作和方便的操作。這控制柜是由箱體、PLC、觸摸屏、中間繼電器、終端和接觸器等組成。系統的遠程控制是通過遠程控制盒來實現的。控制柜提供AC電源給儀表和電動閥。PLC在箱中控制整流器、電解器和電動閥來實現電解和中和過程，所有的這些操作都可以被導入到觸摸屏上。控制箱可以通過RS485或者無源觸點信號與岸上控制系統聯系。

3 界面操作

壓載水處理系統設計有兩種語言，打開人機界面HMI，按下相應按鈕可以進行語言切換，操作模式也有兩種，按下相應按鈕可以進行手動/自動模式切換，一般情況不要使用手動模式，手動模式操作需要輸入密碼才能進行操作。操作位置可以選擇本地/遙控操作。操作如下：開啟電源，進入下列界面，按下相應按鈕，可以進行手動/自動切換和語言切換。點自動進入下列頁面，按要求點擊按鈕進入下一界面進行對應操作。

LS21 EDU緩沖罐液位計EQ14加藥泵；

TT21 EDU溫度計FT01，FT02主管路流量計；

CM21 EDU鹽度計AFU過濾器；

PS21EDU壓力表EQ09計量泵；

FT21 EDU流量計FT03,FT04加藥泵流量；

LS31中和單元液位計TRO余氯分析儀；

如點查詢，進入以上界面查看歷史記錄。

4 日常操作與維護

1）在設備進行壓載/排載運行前，先確認相關的閥門處于正確的打開/關閉狀態。注意：如果船舶要進入淡水區域或含鹽量低的海水區域壓載，要預先把艉尖艙壓載一定量的含鹽量高海水，以備做電解海水；2）確認TRO的試劑（包括緩沖劑和指示劑兩種）已配置好并正確安放在TRO上，并保證試劑的注入管路通暢。（注：TRO的指示劑配置后有效期為3個月、緩沖劑有效期為1年）；3）進行排壓操作時，確認中和單元的中和液已配置好，并高于液位報警值（20 cm）；4）設備停止運行后，關閉相關的管路閥門和設備氣源，并將TRO的指示劑取出，冷藏保存。5）壓載作業結束前，要至少手動反沖洗過濾器5～6次，以徹底沖洗過濾器，作業結束后，最好用淡水沖洗過濾器8～16次以置換濾器內海水，如果沒有足夠的淡水，也至少要用淡水注滿濾器；6）開始排載后，前10 min左右管路有可能流量不穩定，TRO一直顯示測試值，10 min后顯示正常數值；7）TRO每2 min取樣一次，整流器電流依據取樣四次動作一次；8）投藥泵出口壓力≥0.2 mpa，保證電解液能完全注入壓載管路。

5 結束語

《船舶壓載水公約》生效日期的臨近要求船東在這一問題上已不能繼續觀望，必須采取實際行動加以應對，而安裝壓載水處理系統是比較好的應對方法。但是，壓載水處理系統對輪機管理人員來說是新設備，該系統包括的設備較多，該系統目前尚不完善，壓載水處理系統在船上還沒有正式使用，以前也沒有經驗可循，所以一方面需要廠家進一步改進，同時也需要我們輪機管理人員認真閱讀壓載水處理系統的說明書，深入了解系統中每一設備的結構和工作原理，盡快掌握管理技能，提高管理水平，從而保障設備的安全長效運行。

[1] 中國船級社. 壓載水公約實施指南[Z]. 2015.

[2] 胥苗苗. 壓載水公約生效倒計時，航運界如何接招[J]. 中國船檢，2016,（198）: 50-53.

[3] 顧利民，嚴雄偉. 電解制氯滅活技術在壓載水管理中的運用[J] . 航海技術，2014,（207）: 70-72.

Introduction and Management of Ballast Water Treatment System in A Ship

Zhang Yunqiu

(Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China)

U664. 9

A

1003-4862（2017）03-0021-04

2016-12-15

張運秋（1976-），男，講師。研究方向：船舶輪機教學和研究。