船舶舱底水仿真教学系统及其应用

王浩亮，张春来，孙才勤，邱晗，张立文

(1.大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连　116026；2.中国船级社福州分社，福州　350008)



船舶舱底水仿真教学系统及其应用

王浩亮1，张春来1，孙才勤1，邱晗2，张立文2

(1.大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连116026；2.中国船级社福州分社，福州350008)

摘要：针对STCW公约马尼拉修正案对模拟器培训的强化要求，在分析目前防污染设备学习管理现状的基础上，以万箱船舶的舱底水系统为研究对象进行建模仿真，研究开发了基于二维仿真界面和智能评估系统的船舶舱底水仿真教学系统，通过该系统基本操作学习内容和智能评估的展示，为船舶防污染设备的学习训练提供一个高效率的操作平台。

关键词：船舶舱底水系统；仿真教学；油水分离器；防污染

一、引言

MEPC(Maritime Environment Protection Committee，海洋环境保护委员会)于2003年7月18日通过了IMO.MEPC.107(49)决议案，该决议要求船舶的舱底水处理必须达到IMO MEPC.107(49)决议所规定的排放标准后才能排出舷外[1]。作为船舶防污染的关键设备，船舶油水分离器在处理船舶舱底水、减轻污染水域方面中发挥着重要作用。[2]

于2012年1月1日生效的STCW公约马尼拉修正案将使用模拟器对船员进行培训和发证的相关规则作了相应强化，基于智能评估的船舶舱底水仿真教学系统正是为了满足上述对防污染设备的训练需要而开发的。本文探讨该系统基本操作学习内容和智能评估的展示，为船舶防污染设备的学习训练提供一个高效率的操作平台。

二、船舶防污染设备学习管理现状

对于首次在远洋船舶任职的轮机管理专业毕业生而言，船舶油水分离器是其负责管理的重要设备之一，又因船舶油水分离器是防止船舶造成海洋污染的重要设备，所以也是港口国(Port State Control，以下简称PSC)检查的必查设备，这无疑对初次任职的轮机管理人员提出了很高的要求，也是三管轮业务的重点和难点。因防污染设备操作使用不当而导致船舶滞留的事件屡屡发生，给远洋运输企业的声誉和经济带来了很大的负面影响，很多船舶因此进入了PSC检查的黑名单[3]。

2013年11月，中国各PSC检查单位共发现滞留缺陷126项，其中前5项分别为：(1)消防安全方面的缺陷，数量为28项；(2)证书方面的缺陷，数量为22项；(3)救生设备方面缺陷，数量为17项；(4)主动力和辅助设备，数量为13项；(5)防污染设备，数量为12项。[4]船舶防污染设备数量非常少，但其导致的滞留缺陷排在前5位，其中存在的问题由此可见一斑。

从航海类人才的成长过程分析，造成该现象的原因主要有两个方面：

(1)在学校学习期间，学生虽经过“船舶防污染技术”“船舶动力装置技术管理”等专业课程的学习，但由于缺乏实践环节支撑，欠缺对船舶油水分离设备的使用操作掌握及解决实际问题的分析判断能力和动手能力，因此对理论知识的运用转化程度不够，分析解决问题的实践能力有待进一步提高。

(2)大多数轮机管理毕业生要经过12～18个月的海上实习期才能实际担任三管轮职务，在船舶实习期间，虽然清楚油水分离器属于今后分管的重要设备，但由于该设备工作性质所限，使用频率并不高，且在这不高的使用频率中，并不是每次使用都可实际观摩，因此对于该设备的管理能力并未得到很好的锻炼提高。笔者有外轮任职三管轮的经历，以任职船舶所属的瑞士MASSEL公司为例，考虑到防污染设备的重要性及轮机管理人员对其操作管理的熟练程度，此类设备均由具有丰富船舶管理经验的大管轮管理，且欧美很多公司普遍采取该管理模式，其中原因可见一斑。通过研究开发具有智能考试评估功能的船舶油水分离器仿真教学系统，并基于此系统加强在校学习的实验环节，从而锻炼提高轮机管理学生防污染设备的操作管理能力，或可探索性地解决上述问题。以此为出发点，以COSCO先进的万箱船舶为母型船，通过研究保证船舶“绿色”航行的油水分离器，研究开发了一套仿真度高、功能全面、具有智能考试评估功能的船舶油水分离器仿真教学系统，从而为轮机管理专业学生的学习和实践提供一个高效率的模拟操作平台。

三、船舶舱底水处理仿真教学系统设计

船舶舱底水处理仿真教学系统包括油水分离器、油分浓度检测仪、舱底水泵、污水井、舱底水舱等部分，其中最重要的部分是油水分离器、油分浓度检测仪和舱底水泵。舱底水处理系统界面如图1所示。

图1　舱底水处理系统人机交互界面

1．污水井

图1污水界面左边为5个污水井：P-FWD BILGE WELL、S-FWD BILGE WELL、P-MID BILGE WELL、S-MID BILGE WELL、AFT BILGE WELL及VOID SPACE。从界面上可直接看到各污水井当前液位值、液位高度百分比及污水井高度。

2．舱底水舱

图1污水界面中舱底水舱(BILGE TANK)主要储存船舶上的污水，其污水来源有污水井中的舱底水、舱底水处理装置返回的污水等，从界面上可直接看到舱底水舱当前液位值、液位高度百分比、舱底水舱高度及污水体积。

3．舱底水泵

在舱底水处理系统界面舱底水泵位置单击鼠标左键会弹出如图2所示操作界面。

图2　舱底水泵操作界面

舱底水泵操作界面中的空气开关控制舱底水泵的电源。界面中的五位选择开关分别对应P-FWD BILGE WELL、S-FWD BILGE WELL、P-MIDBILGE WELL、S-MID BILGE WELL和AFT BILGE WELL，在舱底水泵自动运行工况下，当此开关选择的污水井液位低于泵自动停止液位时，泵自动停止工作，防止干转。

图2界面左侧中间位置为泵起停控制单元，当舱底水泵获电时“SOURCE”灯亮，按下“START”按钮，泵运行后“RUN”灯亮，按下“AUTO STOP”按钮“AUTO”灯亮，泵进入自动停止工作状态，根据五位开关选择的不同污水井液位进行自动控制，当污水井液位低于泵停止设定液位时泵自动停止。

界面上方为舱底水泵吸排口处的压力表，可实时显示泵的进出口压力。

4．油水分离器

该油水分离器包括4个分离桶，如图1右上方标号为1、2、3、4的4个分离桶，污水通过舱底水泵经阀V35S、滤器V311进入油水分离器，通过4个分离桶逐级分离后排出，经分离后的污水通过取样阀V43流入“15 PPM BILGE ALARM”以检测其油分含量，当污水含油浓度大于15ppm时气动三通阀ETV左右位连通，污水返回BILGE TK，若在设定的延时时间内油分浓度能小于15ppm则气动三通阀ETV右下位连通，污水可排出弦外，若在设定的延时时间内油分浓度仍大于15ppm则舱底水泵停止运行，油水分离器停止工作。

1号分离桶上装有1个污油自动排放装置，当其检测到油液时阀EDV自动打开排油，2、3、4号分离桶上各安装1个手动出油阀以实现手动排油。

5．污油自动排放装置

该界面右侧的1、2、3、4四个开关为油位检测电极灵敏度设定开关(如图3所示)，根据油位检测电极检测介质的导电性不同，其灵敏度可从0～15进行调节设定。根据该检测装置的工况，其灵敏度设置为7。

该界面左侧的1、2、3、4四个开关为自动排油阀VEDV开启时间设定开关，其时间可从0～30进行调节设定。根据该装置的排油工况，其时间设置为2 s。

在系统正常运行工况下，将图3左上方的“TEST-RUN”开关拨向“TEST”位，则自动排油阀VEDV打开排油，将“TEST-RUN”开关拨向“RUN”位，自动排油阀VEDV根据油位检测电极的触发信号并按照设定时间进行排油。

图3　污油自动排放装置

6．油分浓度检测仪

BilgMon488型油分浓度检测仪操作显示界面如图4所示。

图4　油分浓度检测仪操作显示界面

图4中LED显示屏分两行显示相关内容。“+”“-”“ENTER”“ABORT”按钮依次执行“下翻”“上翻”“进入”“退出”操作，在出现油分浓度高报警时按上述任意键都可进行报警应答操作。

BilgMon488型油分浓度检测仪LED显示屏一共包括“Main”“Log”“Cleaning & test”和“Settings”4个一级界面，每级界面下面还有相应的子界面，整个界面共有三级界面，可显示30多项系统信息及报警和泵起停记录信息。同一级界面可按“+”“-”键进行上下翻页操作，上一级界面进入下一级界面需按“ENTER”键，下一级界面返回上一级界面需按“ABORT”键。为了快速进入“Main”界面，在其他一级界面按“ABORT”键均可进入“Main”界面。

图4中共3个指示灯。

ACTIVE POWER指示灯：当BilgMon488型油分浓度检测仪获电时该指示灯亮起，未获电时该指示灯灭，当舱底水泵运行时该灯闪烁。

ALARM指示灯：当BilgMon488型油分浓度检测仪触发报警后该灯闪烁；报警应答后油分含量仍高时常亮，油分浓度正常时灭。

VALVE OPEN指示灯：当阀ETV右下位接通将分离后的污水排向弦外时常亮，反之则灭。

7．训练学习项目

在该舱底水处理仿真教学系统上，学员可以进行舱底污水驳运操作、油水分离器起动操作、PSC检查油水分离器模拟停泵试验、PSC检查污油自动泻放阀功能测试、PSC检查PPM报警值设定、PSC检查PPM报警延时时间设定、油水分离器停止操作、油分浓度检测仪清洗操作、污水排岸操作、滤器堵塞等故障排除操作等30余项相关知识技能的模拟训练，这样就可以掌握油水分离器的操作使用方法及实际问题的解决思路，从而提高理论联系实际的能力和分析判断能力。

四、评估应用

该仿真教学系统可实现自动发送试题、自动评估、自动给出评判成绩等多项功能。[5]自动发送试题如图5所示。

图5　自动发送试题

服务器端将试题信息包括试题名称、描述(因试题涉密，故将具体内容隐去)、试题序号、考试时间等传送客户端。客户端根据下载的考试信息进行考试，考试完成后考试记录将自动上传到服务器端。

服务器端根据客户端上传的考试过程和数据，对考生进行综合评估，给出考试成绩，并将考生详细操作的记录存入数据库，以备查阅。

五、结语

本仿真教学系统是交通运输部海事局科研项

目“海船船员适任考试智能试题库研发(二期)”的重要组成部分，且以该软件为基础的轮机模拟器已经在中海国际(大连)培训中心等十多家交通教育系统推广使用，为轮机管理专业的学生和轮机部相关人员的学习和实践提供了一个高水平的仿真教学平台，有利于提高学员防污染设备的操作水平，增强其故障分析能力及解决问题的实践能力，从而有利于全面提高航海类人才的培养质量，为航运企业培养具有更强国际竞争力的高素质人才。

参考文献:

[1] 国际海事组织.73/78防污公约综合文本2006[M].中国船级社,译.北京:人民交通出版社,2007.

[2] 王松青.船舶机舱油水分离器的检查[J].中国水运,2010(5):33.

[3] 钟思淼.基于PSC检查结果的船舶安全状况研究[D].大连:大连海事大学,2011.

[4] 孙巍.2013年11月中国PSC检查数据[J].中国海事,2014(1):58-59.

[5] 孙才勤,文元全,王浩亮.基于智能评估的船舶电站考试系统教学的应用[J].航海教育研究,2014,31(1): 44-46.

中图分类号：U676.2

文献标识码：A

文章编号：1006-8724(2016)01-0068-04

作者简介：王浩亮(1985-),男,讲师,主要从事船舶轮机系统智能仿真研究。

收稿日期：2015-10-14