船舶压载水置换处理系统的改进

胡以怀， 常俊宇， 唐娟娟

(1．上海海事大学， 上海 201306； 2.上海船舶研究设计院， 上海 201203)



船舶压载水置换处理系统的改进

胡以怀1， 常俊宇1， 唐娟娟2

(1．上海海事大学， 上海 201306； 2.上海船舶研究设计院， 上海 201203)

分析了目前船舶压载水处理方法的应用特点和问题，在船舶海水系统和压载水系统的基础上，提出了一种将海水管路系统与压载水管路系统连接，以利用舷外海水不断置换船内压载水，从而达到减少压载水异地微生物含量的目的。这种系统在不安装船舶压载水处理装置和增加运行能耗的前提下，可解决船舶压载水对海洋环境的污染问题。

压载水处理环境保护管路系统

0　引言

按照国际海事组织《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》的规定，从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备，2017年所有远洋船舶均须安装压载水处理设备。近年来，世界各国都在加紧研发船舶压载水处理装置。目前，船舶压载水处理有物理、化学和生物等十几种方法，如：过滤、旋流离心分离、紫外线照射、电解、电子脉冲、等离子脉冲、去氧、加热、超声波、气穴、激光，以及氯化、臭氧、过乙酸、维他命K、丙烯酸、羟基、过氧化氢、戊二醛、二氧化氯处理等。但这些方法均不同程度地存在安全、腐蚀、合规、经济性等问题，有的还受到不同生物和海域的局限，尚没有一种或多种组合方法可以达到理想的生物灭杀效果[1-2]。另外，普通船舶加装一套压载水处理设备，需要50～300万美元，而且会受到船舶空间和船电容量的限制，还要考虑设备后期的维护保养，包括与现有压载水系统的共用、取样、控制和监测等问题[3-4]。

在水深200 m 以上离岸200海里以外的深海或公海，对压载水进行及时更换，是一种行之有效的办法。但这种“排空法”容易引起船舶稳性、吃水和吃水差、船体强度以及船舶安全等方面的问题。此外，也可采用“溢流法”更换压载水，但也会使压载舱板承受比正常压载更高的水压，使部分非满舱的压载管系和舱室结构承受附加的压力。文献[5-6]曾提出一种用舷外海水不断置换压载水的置换处理系统，但管路改动较大。本文提出一种将船舶海水系统与压载水系统联为一体，利用海水泵定期更换压载水的方法。这样，既能保证船舶冷却用海水流量，也实现了压载水的更换，且不需要增加额外的压载水处理设备和能耗。

1　新的船舶压载水置换系统

船舶海水冷却系统一般是开放式的冷却系统，通过利用舷外海水作为冷却剂冷却淡水、滑油、主机增压空气和空气压缩机等。包括海底门、两台海水泵、海水滤器、阀门及管路等。

海水从船舷一侧的低位海底门进入，经滤器过滤后由海水泵打入各冷却器，然后从船舷另一侧的高位海底门排出(见图1)。有时为确保进入冷却器的海水温度不低于25℃，可在系统中设置旁通管路使部分海水回流至海水泵进口。另外，在机舱接一个应急舱底吸口，以备机舱进水时的应急排水。

图1　开放式海水冷却管路系统图

船舶压载水系统主要由压载舱、压载泵、压载水管路及相关阀件组成。可根据船舶营运需要对全船压载舱进行注入或排出，调整船舶吃水和船体纵、横倾，从而保证船舶航行所需的稳性，改善空舱适航性；同时减小船体变形，避免船体过大的弯曲力矩和剪切力。船舶压载一般用艏尖舱、艉尖舱、双层底舱、边舱、顶边舱和深舱等作为压载水舱。管路布置形式有支管式、总管式和管隧式三种，船舶压载水舱内吸口管同时具有加水功能。船舶压载水系统能够将全船各压载舱的压载水驳进、驳出或相互调驳，也可靠压差使舷外海水自动流入压载水舱。一个典型的船舶压载水系统如图2所示。船舶在空载出港之前，先将压载水注入各压载舱，以保证船舶的吃水和船体纵、横倾。在船舶装载货物时，也同时将压载水排出，以保证船舶必要的载货量。

如将船舶海水管路系统与压载水管路系统联通，在深海区域定期用舷外的海水替换压载舱中的原有压载水，保持压载水的动态流动，使压载水内的生物成分随航行区域而连续变化，有效避免了不同海洋外来生物的入侵和污染问题。这种类似于压载水置换的处理方法，可以保证压载水中较低的异地微生物含量，满足各国和地区港口的环保要求。改进后的压载水系统如图3所示。

图3　新的船舶压载水管路系统图

正常航行时， 7、8、9、10阀门关闭， 5、6阀门开启，海水泵直接从船舷一侧的低位海底门吸入海水，分别冷却中央冷却器、主机空冷器、活塞冷却器、滑油冷却器和空压机后，再从船舷另一侧的高位海底门排出。当需要进行置换压载水时，先开启7、8、9、10阀门，再关闭5、6阀门，开启一台压载泵，使海水先通过压载泵进入各压载舱，再由海水泵从各压载舱抽出并送到各冷却部位，从而逐步实现对原有压载水的置换。一般海水置换量为原有压载水的三倍。置换结束后，先打开5、6阀门，关闭压载泵，再关闭7、8、9、10阀门，使海水直接从低位海底门吸入。

为保证海水管路中流量的连续性，这里的压载泵流量要与海水泵的流量一致。这种方法利用压载舱不同高度的进出口阀门，用舷外海水不断置换压载舱中的原有压载水。由于压载水进出流量大致相等，舱内水位可以大致不变。这样，既避免了“排空法”可能引起的船舶稳性、吃水和吃水差、船体强度及人员安全等方面的危险，也不会造成“溢流法”可能导致的因船体承受较高的水压而产生疲劳脆弱等问题。此外，通过控制压载舱进出口阀门的开闭，还可以随时调整各压载舱的液位，达到船舶航行所需的稳性和最佳纵、横倾。

2　结论

本文提出的将船舶海水管路系统与压载水系统连通，利用冷却海水置换压载水的方式，既保证了压载水的更新，又不额外增加压载水处理设备和能耗，不失为一种经济有效的处理船舶压载水污染问题的新思路。当然，这种方法还需要经过实践的检验并加以完善，以满足IMO对船舶压载水排放的要求。

[1]刘富斌.关于船舶压载水系统防污染的探讨[J].船舶，2006(4)：20-23.

[2]陈爱玲.船舶压载水处理方法[J].青岛远洋船员学院学报,2003,24(1)：70-74.

[3]王文成，龚帆，郑羽，等.船舶压载水处理综述[J].上海船舶运输科学研究所学报，2013,36(4)：11-14.

[4]刘萧.彷徨的压载水处理决策[J].中国船检，2014(3)：72-74.

[5]詹志刚，王冰.船舶压载系统设计中的新问题及其解决方法[J]. 中国水运，2000(7)：31-32.

[6]司江舸，王新友，曹士峰，等.一种新型船舶压载水管理系统的设计[J]. 船电技术，2010,3(2)：55-60.

Improvement of Ship Ballast Water Displacement Treatment System

HU Yi-huai1, CHANG Jun-yu1, TANG Juan-juan2

(1.Shanghai Maritime University, Shanghai 201306， China;2.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute， Shanghai 201203， China)

Firstly, the technical characteristics and application of present ballast water treatment methods were analyzed. A new method which combines sea water system and ballast water system together was proposed. This method could continuously displace the ballast water with outboard sea water and reduce the biological contents in the ballast cabins. In this way the problem of ship ballast water pollution to the marine environment could be solved without additional equipment and energy consumption.

Ballast water treatmentEnvironmental protectionPipeline system

胡以怀(1980-)，男，工程师，从事船舶新能源利用方面的研究。

U664

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