船舶壓載水公約概述及溢流法壓載水置換優化設計

王文　張振偉

摘 要：本文簡述壓載水公約的相關情況并以中交一航局第三工程有限公司船舶起重29為例，探究船舶壓載水置換的可行方法，以使船舶滿足《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》（簡稱：壓載水公約）的要求。

關鍵詞：溢流法；壓載水；置換；公約

1 壓載水公約簡介

壓載水公約全稱《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》， 2004年2月9日-13日，在英國倫敦召開的國際海事組織外交大會正式通過《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》，為壓載水及其沉積物管理和控制提供了具有法律約束力的規定。根據壓載水公約生效條款，該公約將在合計商船總噸位不少于世界商船總噸位35%，至少30個國家加入文件之后的12個月后生效。2016年9月8日，芬蘭加入了壓載水公約，公約正式達到生效條件，并于2017年9月8日正式實施。該公約包括22條條款和一個規則附則《控制管理船舶壓載水和沉積物以防止、減少和消除有害水生物和病原體轉移規則》。

什么是壓載水？壓載水指為控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩性或應力而在船上加裝的水及其懸浮物。船舶壓載水的加裝是為了滿足船舶操縱和航行安全的需要。為防止壓載水中外來生物的入侵，自上世紀90年代以來，美、英、德、澳等國家投入巨額經費支持相關研究。我國是最大的壓載水輸出國和輸入國。從2006年開始，科技部國家科技支撐計劃等項目中圍繞壓載水研究給予立項資助。交通運輸部、國家海洋局等部門也立項并開展了壓載水公約型式認可導則修訂、壓載水公約履約標準及規范、壓載水公約港口國監督檢查、海洋外來入侵生物現狀調查等課題研究工作。

可以說，該公約的生效，標志著由于外來生物的入侵所造成的對當地生態系統的破壞、生物多樣性的影響以及可能產生的經濟損失將得到有效的遏制，這對于保護環境來說，具有里程碑的意義。

2 公約生效后對船舶證書和文件的影響

公約生效后，對船舶證書和文件有如下要求：

2.1 壓載水管理計劃（BWMP）

為符合公約要求，船舶應持有一份按照MEPC.127（53）決議制定并經船級社批準的《壓載水管理計劃》（BWMP）。

2.2 壓載水記錄簿（BWR）

船舶應備有一份壓載水記錄簿，以記錄船舶關于壓載水的一切相關操作。

2.3 國際壓載水管理證書

①適用范圍：400總噸及以上的船舶，應按照公約要求進行檢驗發證。對小于400總噸的船舶，主管機關制定相應的措施，確保這些船舶符合公約要求。

②檢驗類型：船舶應進行檢驗發證，應持有一份有效的《國際壓載水管理證書》。檢驗包括：初次檢驗、換證檢驗、年度檢驗、中間檢驗和附加檢驗。

3 壓載水核心管理要求

《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》的核心管理要求是通過壓載水置換達到D-1排放標準，或通過壓載水處理達到D-2排放標準。壓載水置換僅是一種過渡性管理措施，壓載水公約的目標是對加裝到船上的壓載水進行處理達到D-2標準后，才允許排放。為滿足D-1標準，船舶應在航行途中采用逐一更換法、直流法或稀釋法，使艙內壓載水的更換率至少達到壓載水體積的95%。D-1標準要求船舶在距陸地至少200海里、水深至少200米處海域置換壓載水；實在不可行時，應盡可能遠離陸地并在所有情況下距陸地至少50海里、水深至少200米處，或在港口國指定的海域更換壓載水。按照《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》的規定，港口國不應要求船舶為更換壓載水而偏離其預定航線或推遲航程。為滿足D-2標準，船舶需要安裝壓載水管理系統。船舶利用壓載水管理系統，在壓載水加載時、在壓載艙內或在壓載水排放前對壓載水進行物理、化學或生物處理，使排放的壓載水中所含的存活生物數量、指標微生物等符合規定要求。

4 壓載水公約對船舶維護成本的影響

《壓載水公約》要求，國際航行船舶需加裝壓載水管理系統，使船舶排放的壓載水滿足公約D-2標準。根據要求，2017年9月8日及以后建造的新船在交船時需安裝壓載水管理系統；現有船舶最晚于2024年9月8日前改裝壓載水管理系統。根據統計，每艘船舶的壓載水管理系統采購成本平均為500萬至800萬元，維護成本每年在十幾萬到幾十萬元不等。

5 壓載水管理系統設備和技術

我國目前只有14家壓載水管理系統設備廠商獲得了型式認可證書，其中有10家采用了紫外技術，另外四家分別采用惰化技術、電解技術、電催化氧化技術和光催化加紫外技術。 壓載水管理系統設備安裝費用特別昂貴，安裝后每年的設備維護費用也較高，以中交一航局第三工程有限公司船舶起重29輪為例：壓載水處理系統設備（采用紫外技術）的一次性安裝費用約為65萬元RMB，每年的設備維護費用約為12萬元RMB。

6 溢流法壓載水置換

從上述信息可知，壓載水管理系統設備安裝及維護費用很高，勢必增加船舶保有成本，增加企業負擔，為使船舶在滿足壓載水公約的條件下盡量降低保有成本，中交一航局第三工程有限公司設計采取海上置換壓載水來替代安裝壓載水管理系統設備過濾壓載水的方法，即取名“溢流法”，該方法已成功應用于中交一航局第三工程有限公司所屬船舶起重29上。

中交一航局第三工程有限公司所屬船舶起重29有18個淡水壓載艙，利用船舶配載儀以及通過電腦計算各艙壓載狀態，并使用有限元分析軟件即可按最優方式進行壓載水的溢流操作。但由于起重29為施工船舶，其本身在設計之初就沒有在船上安裝任何配載及其計算裝置。為此，經向專業設計院校專業人士咨詢，了解到購置專用軟件系統及裝載儀大約需要7-8萬元，且安裝這套系統需要起重29上塢并對船上的空氣管路進行改造，改造管路大概需要10-13萬元，上塢的費用大概需要5萬元左右。這就使利用配載儀完成溢流操作的方案與安裝過濾系統的方案在費用上沒有較大優勢。

經過大量的市場研究，在充分與船級社、設計院積極溝通的情況下，擬采用建模法將船舶壓載水系統的原理圖轉化為可以應用圖論方法進行拓撲關系標識的有向圖，建立變化管網穩定流場的數學模型，通過連續方程和能量方程做到無限測試計算，對船舶管路進行優化設計，達到與有限源分析法相同的效果。同時與設計院合作，制定了一套符合起重29特性的壓載水管理方法，無需安裝專業軟件系統和裝載儀、無需上塢改造空氣管路，節省大量人力物力。

本方法主要是從壓載艙底部泵入清潔深海海水，使原來壓載水通過溢流孔從頂部排出的方法。該法的優點是：不改變船舶的穩定性和吃水差，對船舶局部強度影響不大，不會產生貨物或設備等移動位置的不良后果；使用該方法時，船員的操作較簡單；在惡劣天氣條件下也可進行操作；但要求對船舶的壓載水管系進行考量，以保證置換過程中泵和管系的壓力增大，不至造成對管系的破壞；置換過程中壓載艙壓力增大同樣也需要考慮，頂部溢流的端口位置及口徑等都需要經過嚴謹的計算。

7 結束語

目前，《國際船舶壓載水及沉積物控制與管理公約》已經頒布實施，其重要性已不言而喻，國際航行船舶以后也必須滿足該公約的相關要求，溢流法壓載水置換的設計和成功使用，為船舶在滿足壓載水公約要求情況下如何降低投入，降低船舶保有成本提供了借鑒，積累了經驗。