壓載水處理裝置的實船應用問題

劉澤吉，王樹山，都基旭

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

關鍵字：壓載水處理裝置；實船應用；設備訂貨；系統設計

0 引言

隨著2017年9月8日壓載水公約的生效，關于壓載水處理裝置的應用是目前業界最引人注目的話題之一。但實際上，壓載水處理裝置在船舶上的應用要早于規范生效日期，并且已經積累了一些關于應用方面的經驗。大連中遠海運重工自從2013年在N206項目上安裝第1臺壓載水處理裝置以來，已經積累了數型壓載水處理裝置在不同船舶類型上應用的經驗，現將在實際應用遇到的一些問題及解決方案分享如下。

1 壓載水處理裝置與其他系統的接口問題

根據規范要求及壓載水處理裝置設備本身的特點，壓載水處理裝置與原船系統存在著許多接口，比如，與GPS的接口；與電站管理系統的接口（大功率詢問）；與機艙風機的接口（電解型壓載水處理裝置與機艙風機的啟動連鎖）；與監測報警系統的接口等。由于壓載水處理裝置也是壓載水系統的一部分，因此不可避免的與閥門遙控系統存在著許多接口，這也是壓載水處理裝置實船應用設計中遇到的最主要的問題之一。

載水處理裝置與閥門遙控系統的接口問題主要體現在一些閥門的供貨和控制這兩個方面。在壓載系統中，壓載水處理裝置進出口安裝有隔離閥，并配置旁通閥，如圖1所示。

圖1 壓載水處理裝置系統圖

上述設計時為了保證在應急情況下，即使壓載水處理裝置出現故障，也能通過旁通管路進行應急壓載/排載。另外規范還要求，在壓載水處理裝置被旁通時，這種操作應和GPS信號一起記錄并儲存至少 2年，同時系統輸出聲光報警，提醒相關人員在上述旁通操作。因此，上述閥門的開閉狀態需要被壓載水處理裝置監控。而有些壓載水處理裝置還需要上述閥門的控制權以配合其壓載水處理的操作，但是大部分壓載水處理裝置廠家并不提供上述閥門，這些閥門一般由閥門遙控廠家提供。因此，在壓載水處理裝置的實船應用初期，常常需要花費大量的時間來協調壓載水處理裝置和閥門遙控系統之間的供貨范圍和接口。目前的做法是：船廠在進行壓載水處理裝置的訂貨時，需要和閥門遙控系統的訂貨協調進行，上述閥門一般要求由閥門遙控系統提供，并將 2個系統之間的通訊的信號類型明確；如果 2個設備都要求閥門的控制權，那么就明確誰具有優先權。通過上述做法避免了船廠在隨后的設計中出現遺漏和錯誤。

2 電解式壓載水處理裝置在低鹽度水域中的應用問題

電解式壓載水處理裝置是通過濾器過濾后，再利用電解裝置電解海水產生的電解液對海水進行消毒的一種壓載水處理裝置。對于這種壓載水處理裝置，只有壓載水具有一定的鹽度時才能有效工作。但在船舶的實際運營中，其航行水域的鹽度是高低不同的。在河流、湖泊水域及河流入海口區域，鹽度更是有可能小于1PSU或者更小。對于航線不固定的船舶來說，這就意味著在其運營過程中有可能面對低鹽度壓載水問題。另外，USCG要求各壓載水處理裝置明確是否能處理低鹽度壓載水和淡水[1]。因此，低鹽度壓載水的處理問題是所有電解式壓載水處理裝置和許多船舶都必須面對的問題。

表1為船廠在訂貨過程中，根據不同品牌的電解式壓載水處理裝置廠家提供的方案，整理出來的各裝置能正常處理的壓載水的最小鹽度。

目前，針對這一問題，電解式壓載水處理裝置廠家推薦的方案是在船舶的艉尖艙儲存一定體積的高鹽度海水。當船舶運行在低鹽度區域時，將上述高鹽度海水加入新泵入的壓載水，以提壓載水的鹽度；或者用上述儲存的高鹽度海水電解產生NACLO，注入到壓載管路中，對壓載水進行處理[2-3]。

表1 各廠家對壓載水的最小鹽度要求

上述方案雖然可以解決低鹽度壓載水的處理問題，但在實際應用中也遇到一些問題，主要有以下幾個方面。

2.1 影響載貨量及結構強度計算

根據以上方案，當船舶在低鹽度區域加裝壓載水時，需要提前儲存高鹽度的海水或鹵水，其容積由壓載水處理裝置的特點和需要處理的壓載水總容積決定，表2為各品牌壓載水處理裝置廠家方案中要求預先儲存的海水容積與總壓載水艙容積比。

表2 各廠家要求的預留的海水容積

由于船舶總壓載水艙的容積一般都比較大，相應地，預先儲存的海水需要占用大量容積，表3為根據各廠家數據結合我司建造的82 K散貨、113 K油船及30 K多用途船參數，得到各船型在使用不同設備時需要預先儲存的海水容積。

從以上數據可以看出，壓載水艙總容積越大，預先儲存的壓載水也越大，對于運輸船來說，其損失的載貨能力也越大，這是船東不希望看到的結果。一艘82 000 t散貨船的船東就曾經在保修單中抱怨，為了應對上述情況，該船舶需要預留360 m3的海水在艉尖艙，影響了該船的載重量，使船東遭受了經濟損失。

對于一些船型，使用這種方案可能還會遇到結構強度的問題。

上述113 K油船，根據計算在低鹽度區域最多需要在艉尖艙儲存320 m3海水，但是根據共同結構規

表3 各船型預先儲存的壓載水艙容積

注：Vt為總壓載水艙容積；Vp為預先儲存的壓載水容積范Ch.4 Sec.8 2.1&2.2，如將艉尖艙視為可消耗艙艙進行強度計算，在做結構強度計算時，該艙需要視為滿艙進行計算[4]，此時表4中的一些裝載工況結構強度就不滿足要求。

表4 某型113K油船艉尖艙作為壓載水處理裝置海水備用艙的結構強度計算

對于這種情況，首先要和入級的船級社進行討論，對該艙室功能定義進行明確。如最終確認為可消耗艙，那么就需要考慮另外選擇合適的艙室來儲存這些海水。

2.2 影響壓載水處理裝置在一些船型上的應用

根據資料，可得到各船型的壓載艙總容積和艉尖艙的容積的數據如表5所示。對比表3和表4，可以看出對于113 K油船和30 K這2種船型，當使用品牌2的產品時，其艉尖艙容積要小于要求的預先儲存的海水容積，如果僅使用艉尖艙來儲存預留的海水，那么品牌2的產品將不適用于該船型。

表5 船型的壓載艙總容積和艉尖艙的容積

2.3 導致艉尖艙排載時間過長

在設計中，為了確保艉尖艙預留的海水容積滿足廠家的要求，在進行艉尖艙的吸口布置時，一般將壓載泵的吸口（AP口）布置在壓載水電解裝置增壓泵吸口以上一定位置，兩者之間的壓載艙的容積為預留的海水容積。圖2為某82 K散貨船艉尖艙壓載艙吸口的布置。

圖2 艉尖艙壓載水吸口布置

針對上述布置，上文提到的船東提出了一個問題，如何在不需要預留的海水時將艉尖艙排空？因為壓載泵的吸口在預留的海水之上，無法通過該泵進行排載；而增壓泵正常工作時僅用于將海水泵到電解單元。進過和廠家溝通，廠家提出了通過增壓泵將上述艉尖艙內的海水泵到電解單元（此時電解單元不工作），在通過電解單元-電解液注入管路-主壓載管路-排舷外的路線進行排載，由于增壓泵的排量只有15 m3/h，通過計算，總的排載時間需要24 h，遠遠大于該類型船舶的壓/排載的設計時間。對此方案，船東是非常抵觸的。在此，也提醒設計者考慮是否還有更好的解決辦法，既能保證海水預留又能不耽誤排載時間。比如，降低吸口的位置，用過增加警示牌或者增加低位報警裝置等措施提醒船員，在需要儲存海水時注意保證一定量的水位。

針對上述問題，有些廠家提供出或者使用造水機的鹵水或淡水加鹽的方式來提供電解水等，以避免艉尖艙預存海水導致的一系列問題，但是該方案一來缺少應用經驗，且由于淡水與鹽混合后的鹽度不穩定，影響電解效果；二來船員的工作量太大，一般不為廠家所推薦。因此，雖然電解型壓載水處理裝置存在著上述種種問題，但是由于其處理壓載水排量較大的船舶上具有明顯的降低能效且布置靈活的特點，且艉尖艙預存海水方案簡單經濟，因此電解型壓載水處理裝置對于載水排量較大的船舶來說是一種比較好的選擇。在設計初期做壓載水處理裝置選型時，船廠也需要綜合各方面的因素，并和船東溝通，做出各方都滿意的選擇。

3 油艙艉尖艙和主壓載艙同時處理問題

油船從安全角度考慮，其壓載系統一般分為主壓載系統和艉尖艙的壓載系統 2個獨立的部分。主壓載系統通過安裝在泵艙的壓載泵對機艙以前的主壓載艙進行壓/排載，艉尖艙則通過機艙內的艙底消防總用泵進行壓/排載。

對于大型油船，由于其壓載水排量較大，一般采用注入式電解型壓載水處理裝置，配置一套電解單元，并通過不同的注入管路將電解液分別注入到主壓載系統和艉尖艙壓在系統的管路中去。但需要注意的是，不是所有的產品都能對艉尖艙和主壓載系統的海水進行同時處理。

注入式電解型壓載水處理裝置工作原理是測量壓載管路中的海水流量，然后注入一定比例的電解液。因此，若要同時對注入到艉尖艙和主壓載艙的海水進行處理：1）首先，電解單元的處理能力要能滿足同時處理艉尖艙和主壓載艙海水的能力；2）其次，電解液注入系統能根據艉尖艙壓載系統和主壓載艙壓載系統不同的流量分別注入不同劑量的電解液，這需要2套電解液定量注入裝置；3）在軟件上，要能實現上述 2套系統同時注入的控制。船廠在進行設備訂貨時，一定要了解設備的工作原理和配置，確認是否具備同時處理的能力，或者前期在商談規格書時明確是否需要同時處理，以避免建造過程中出現不必要的麻煩。

4 總結

上述幾個問題是船廠在壓載水處理裝置的應用配到的一些典型的問題，通過對上述問題的分享，希望能對壓載水處理裝置在船舶上更廣泛的應用起到推進作用。同時，隨著壓載水公約的正式實施，壓載水處理裝置將會得到更多的應用，雖然它已經成為了一種比較成熟的船用設備，但在實際應用中，還是需要不斷總結問題，為船東和船廠找到更好的解決方案。