黃驊港3 840 kW多功能環保拖船設計

李文釗，李靖宇，岳小林

(國能黃驊港務有限責任公司，河北 滄州 061113)

近年來，黃驊港煤炭港區的吞吐量穩定在2億t左右，進出港船舶的數量龐大，溢油應急形勢十分嚴峻。目前我國溢油應急船較少，且存在造價高、機動能力差、利用率低和應急響應慢等不足之處[1-2]。全回轉拖船是沿海各港口海上活動的主要力量，但大多數將其功能定位于機動拖帶、消防救生和護航任務，在溢油回收、生活污水處置和節能減排等環境保護方面較為落后。為此，綜合考慮溢油回收船和拖船的作業特點，設計多功能拖船，兼具圍油欄布放、溢油回收和溢油消除等環保功能。

1 船舶概況

黃驊港航道較長，進出港船舶以散貨船為主，因此該船按照沿海航區、Al + A2海區及回收油閃點小于60 ℃的防火防爆防污染要求設計選型，在全回轉拖船基礎上配置溢油清除、回收駁運等系統和裝置，滿足《船舶污染清除單位應急清污能力評價導則》及相關法規的全部要求，確定船舶主要參數見表1。

表1 船舶主要參數

主推進裝置由主柴油機、高彈性聯軸器、軸系及附件、舵槳裝置組成，雙機總功率達3 840 kW，動力儲備充足且可靠性強；舵漿采用2臺SRP 430FP全回轉Z型舵漿，既滿足在港內狹窄水域應急響應航速13 kn的要求，又能在溢油清除作業1～4 kn低速時保持穩定，有較好的適航性和機動性能。該船溢油回收能力為150 m3/h，溢油儲存能力為300 m3，在保持拖帶作業的性能的同時，接近主力溢油回收船的能力[3]。

2 船舶系統設計特點

2.1 溢油回收系統

傳統溢油應急船舶多為小船，且多為改裝舊船，收油設備與船體難以達到最佳配置，收油效率較低。根據拖船結構和使用特點，設計溢油回收系統，如圖1所示，主要配置兩套DXS75下行帶式收油機，該收油機由撇油器、動力站、吊帶和鋼絲繩等設備組成。同時，在其后甲板位置安裝應急集裝箱固定裝置，裝有圍油欄及其布放設備的集裝箱可以在應急處置時由岸吊整體吊運上船，用于海上浮油的快速圍控。

圖1 溢油回收系統布置

與兩側船體內嵌式收油機相比，收放式撇油器有布放靈活、航行阻力小和維修方便的優勢。在主甲板首部設置1臺1.5 t/12 m液壓伸縮吊用于撇油器的布放，當船舶到達溢油海域后，通過伸縮吊布放撇油器，撇油器前端兩側接2條長4.5 m導流圍油欄，2條導流圍油欄的前端用一橫桿撐開。作業時，用拖繩拖帶撐桿兩端并通過圍油欄拖帶撇油器前進，呈“V”形回收浮油；水表面與水混合的溢油經圍油欄導入撇油器，油被撇油器收起，水從撇油器后端排出，浮油入集油油斗中；然后由集油斗上方油泵泵入溢油回收艙內，艙內污油水滿后，可通過貨油泵和國際通岸接頭輸送至岸上。

在該船主甲板中部左、右舷對稱設置一對消油劑噴灑臂，平時收于舷邊，工作時向兩舷外側張開，與船舶縱中呈90°狀態。對于無法回收的淺薄浮油，可通過消油劑噴灑裝置大面積噴灑消油劑進行消除。

2.2 生活污水處理系統

2.2.1 拖船生活污水處置難點

環保拖船絕大多數時間按拖船使用，而目前各港口拖船生活污水處置普遍面臨諸多難題而無法達標排放：①船員技術水平不高，對于設備維護和菌種培養缺乏專業技能和經驗，經處理的污水往往難達標；②環保新規GB3552—2018《船舶水污染物排放控制標準》施行，要求日趨嚴格；③拖船的生活污水處理裝置水負荷波動大，原裝置設計無法滿足高峰期處理需求。部分拖輪通過設備改造提高其處理能力，但是系統很不穩定；④受拖船工作性質的限值，大部分時間拖船在港內作業及靠泊等待作業，從很大程度上不易達到《國內航行船舶與海上設施法定檢驗規則》中的排放條件；⑤盡管部分港口企業建設了上岸接收設施，但由于拖船機艙空間較小，很難設計較大容量的集污艙(柜)，故接收頻次過多，影響拖船的生產，增加了船員的工作量。

2.2.2 生活污水處理、儲存及駁運系統

針對上述問題，采用生活污水在船預處理、儲存和上岸處理相結合的新方法并對關鍵系統進行設計，其處理流程見圖2。

圖2 生活污水處理系統原理示意

根據船舶作業特點，結合相關海事法規和環保要求，從生活污水處理裝置選型配置、集污柜設計和排岸接收設施設計建設三方面著手，建立完備的拖船生活污水處理系統，見圖3。

圖3 生活污水處理系統組成

機艙設置1臺滿足12人使用的生活污水處理裝置，該裝置的排放滿足IMO.MEPC.227(64)決議要求；結合用水負荷、排岸周期和艙內空間等因素，在機艙設置1個生活污水艙，容積為10.93 m3，滿足航程中收集生活污水的要求；主甲板上設置生活污水排岸接頭，靠岸時由生活污水排放泵將生活污水艙內的污水排到岸上的接收設施中。該系統收集處理過程全自動控制，并具有故障自動報警功能，可大幅提升其自動化水平和環保性能。

2.3 燃油在線監測系統

當前部分沿海及遠洋貨船建立類似燃油監測系統，取得了較好的效果，但港口拖船上的相關應用較少。港作拖船和傳統浮油回收船大多采用傳統的燃油管理模式，即用量油尺人工測量油艙后查閱艙容表計算存量，然后每月匯總后計算平均油耗。這種方式獲得的數據缺乏時效性，不利于節能管理。另外，駕駛員在作業過程中無法實時掌握用車與油耗的數量關系，難以總結出節能又高效作業的方法。

針對上述問題，設計了燃油在線監測系統，包括船載系統和岸基兩部分，見圖4。

圖4 燃油在線監控系統組成

船載系統通過船舶上的顯示系統、數據采集系統得到船舶的實時動態和燃油消耗信息，并利用通信網絡將實時數據發送到后臺服務器。岸基部分由大屏幕顯示器、服務器、應用軟件及數據中心集成，管理人員通過電腦，可實時查詢船舶動態信息等數據，實現船舶遠程在線管理的功能。

根據船舶主機、輔機、鍋爐等燃油消耗設備參數及管路特性，在燃油管路上增加流量計，測量設備的燃油供油量、燃油回油量，通過采集模塊內部對設備燃油消耗量進行監測。如圖5所示，流量計前后兩端安裝截止閥，在傳感器的旁路加裝旁路截止閥，以便對傳感器校正、修理或更換時，不影響用油設備正常的使用。

圖5 流量計安裝示意

2.4 防海生物污染系統

港作拖船停泊時間較長，管內海水流速較低，致使管系內極易發生海生物污染。海生物會造成海水濾器、管路、換熱器堵塞和腐蝕，嚴重影響拖輪安全航行。另外，冷卻系統堵塞會降低熱交換效率，增加燃料成本；清除海水系統內的污染物要投入巨大的人力和財力。

電解銅鋁(鐵)電極式防海生物裝置在大型貨船上的應用較為廣泛，但拖船等小型船舶較少。該裝置由控制箱、電解槽或閥箱、聯接電纜及防腐防污電機組成，其電極選擇銅、鋁(鐵)材料。其工作原理是銅陽極在海水中電解產生微量銅離子，當海水管系中有這些含微量銅離子的海水流過時，能有效地抑制海生物在其中生長，從而起到防堵作用。鋁或鐵陽極電解后產生少量氫氧化鋁或氫氧化鐵沉淀物，其附著在海水管系內壁上，形成一層很薄的保護層，進而可防止海生物生成并起到防腐作用。該系統安裝方式通常采用安裝在海底閥箱直接電解式或在艙內設置電解槽的間接電解式裝置，前者存在陽極更換難的缺點，而后者占用艙內空間較大。結合拖船實際情況，對海水濾器及濾網結構進行改造后安裝防海生物裝置，并設置旁通管路聯接海底閥箱。此時海水濾器起到電解槽的作用，兼顧了直接式安裝空占用空間小、易于維護和間接式安裝使用靈活的優點。

3 結論

黃驊港3 840 kW環保拖船的設計實現了溢油應急處置和船舶利用率的最優匹配，新型生活污水處理、燃油在線監測和防海生物污染等技術的應用大幅提高了自身環保水平，具有較大的社會效益和經濟效益。