压载水管理要求对船舶设计建造的影响

曹艳东

(江门市南洋船舶工程有限公司， 广东 江门 529145)



压载水管理要求对船舶设计建造的影响

曹艳东

(江门市南洋船舶工程有限公司， 广东 江门 529145)

通过压载水排放标准实施的要求，简述了压载水管理要求对船舶设计建造的影响，并通过分析不同原理的压载水处理系统，简述了船舶设计建造过程中需考虑的一些问题。

压载水管理排放标准压载水处理

0　前言

目前已有47个国家签署了压载水管理公约，国家数已达到公约要求的30个，但根据IMO组织的最新统计，公约国船队的总吨位为34.56%，还未达到公约要求的35%，因此公约还暂时未达到生效条件。尽管如此，压载水管理公约的实施，却势在必行，船舶设计建造过程中需考虑其影响，设计者应综合考虑船舶特点、处理系统特点、布置和维护等因素。

1　压载水排放标准

(1) IMO压载水管理公约压载水排放D-1标准。

该标准已生效实施，多数挂旗国要求在船舶设计建造时必须满足要求，除非IMO D-2标准已经符合。

(2) IMO压载水管理公约压载水排放D-2标准。

生效条件为30个国家批准，占35%世界商船总吨位，达到条件之日起12个月后生效。目前仅剩总吨位还未达到生效条件，预计2016年内将达到生效条件，2017年内生效实施。

(3) USCG“美国水域船舶压载水活生物体排放标准”。

已经生效实施。

(4) 压载水排放D-2标准实施日期(见表1)和USCG标准实施日期(见表2)。

表1　压载水排放D-2标准实施日期

表2　USCG标准实施日期

2　IMO D-1标准对船舶设计建造的影响

IMO压载水管理公约压载水排放D-1标准，主要是通过压载水的置换来满足要求，主要方法有顺序法、溢流法、稀释法以及顺序法+溢流法。

(1) 顺序法。

先将用于装载压载水的压载舱抽空，然后用替换的压载水重新注满。

适用于所有船型，对船舶的剪力、弯矩、盲区有比较大的影响，主要应用于散货船和液货船。该方法可能会增加船舶的剪力、弯矩，进而增加全船结构重量。

优点：压载水几乎被完全有效地置换，对管路系统设计没有影响，泵和管系的工作负荷只需稍微增加即可。

缺点：操作比较复杂、步骤多、置换时间长。需要比较复杂的压载计划以避免超出船舶强度、稳性和纵倾的许可限制，同时需考虑动载荷的影响，包括未满舱的晃荡等。这对大部分船舶意味着只能在平静的海面进行压载水的置换工作。

(2) 溢流法。

将替换的压载水泵入装载压载水的压载舱内，并允许水从溢流口或其他装置流出。

适用于所有船型，主要应用于散货船、液货船和中小型集装箱船(8 000箱以下)，会增加压载舱的结构设计压力和压载舱局部构件重量。压载舱需增加空气溢流管或公共空气溢流系统。

优点：操作比较简单，置换时间短，且对船舶的强度、稳性和纵倾影响不大。

缺点：双层底和艏艉尖舱难以彻底冲洗，可能引起超压损坏、泵和管系超负荷，且不适合在寒冷的环境操作。

(3) 稀释法。

替换的压载水从用于装载压载水的压载舱顶部注入并同时以相同流速从底部排出，舱内水位在压载水更换作业过程中保持不变。用稀释法置换压载水的船舶，每一压载水舱连续泵入水量达到三倍舱容应视为符合标准要求。

适用于所有船型，主要应用于大型集装箱船(8 000箱以上)。

优点：因舱内水位在压载水置换作业过程中保持不变，对总体及结构设计没有影响。

缺点：压载舱需增加注入系统，成本非常高。操作比较复杂，置换时间长。(一台压载泵注入的同时另一台压载泵排出三倍压载舱容积的压载水)。

(4) 顺序法+溢流法。

部分压载舱采用顺序法，其余压载舱采用溢流法。

适用于所有船型，主要应用于散货船和液货船。以不增加或少量增加船舶的剪力和弯矩为前提，先确定可以采用顺序法压载水置换的压载舱，其余的舱做溢流法压载水置换。

船舶的剪力、弯矩可能稍有增加，溢流法置换的压载舱需增加空气溢流管，且增加局部构件重量。

优点：与顺序法和溢流法相比，对总体、结构及系统设计(重量)影响最小，综合成本最低。

缺点：操作复杂、置换时间长。

目前船舶上应用较多的是顺序法+溢流法。

3　IMO D-2标准对船舶设计建造的影响

(1) 压载水处理系统发展概况。

目前已有57个压载水处理系统获得主管机关型式认可，满足IMO D-2压载水排放标准，具备装船条件。其中部分系统已获得USCG AMS(替代管理系统)认证，但尚无一家获得USCG认可(有24家已申请USCG认可)。

(2) 压载水处理系统对不同船型的影响。

配备压载水处理系统对船舶的舱室空间、发电机容量、压载泵压头等有比较大的影响。不同类型船舶压载能力和压载泵流量差别很大，同时，有的船型对压载水的依赖性强，如液货船和散货船；有的船型对压载水依赖性弱，如集装箱船。不同船型，受影响程度不同。同等吨位的散货船和液货船发电机容量小、压载泵容量大，而集装箱船发电机容量大、压载泵容量小。以配备电解法压载水处理系统为例，散货船和液货船机舱空间可能要加大，发电机容量增加约20%，压载泵压头增加5 m，而集装箱船机舱空间和发电机容量可以不变，压载泵压头增加5 m。由此可以看出，配备压载水处理系统对散货船和液货船影响较大，对集装箱船影响较小。

(3) 不同原理压载水处理系统对船舶设计建造的影响。

目前压载水处理系统的处理原理主要有：紫外线、电解、电催化、臭氧、脱氧、膜分离等。不同原理压载水处理系统的工作流程和技术特点各不相同，下文将介绍目前采用较多的紫外线法和电解法。

紫外线法工作原理：过滤+灭活。

特点：前处理+后处理模式，全流通处理。系统原理简单、设备体积适中、安装方便。压载和排载均需处理，耗电量高。适用于各类水质，水的浊度和含沙量影响处理效果和耗电量。瞬间杀灭有害生物，适合于短航程。无残余杀灭能力，抑制再生能力差，但后处理可保证处理效果。处理过程不产生易燃、易爆气体，安全性好。该方法为物理处理方法，不产生化学物质，对环境无二次污染。

电解法工作原理：过滤+灭活+中和。

特点：前处理模式，注入式处理。系统原理简单、设备体积适中、安装方便。耗电量、压降、能耗适中。处理淡水需加盐柜或压载舱预留海水，增加了成本。处理效果不受水的浊度和含沙量影响。灭活时间长，适用于长航程。作用时间长，能抑制微生物再生。处理过程产生的氢气通过风机排至外界，但仍需注意避免氢气聚集。该方法为化学处理方法，易产生二次污染。

不同压载水处理系统的处理原理不同，需要的处理设备也不同，在船舶设计建造中要考虑对压载系统以及设备布置的影响，具体内容如表3所示。

表3　不同压载水处理系统的对比

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因此，在压载水处理系统的选用过程中，设计者要综合考虑处理系统特点、主要处理设备、布置和维护等多种因素。特别是对新造船舶来说，要重点考虑压载水处理系统布置空间和维修空间。在选用压载水处理系统时，应保证能顺利地在船上安装，同时也需要考虑其后续的维护保养，包括与船舶压载系统的共用、取样、控制和监测等。

另外，在选用压载水处理系统时，也要综合考虑船舶的电站容量与处理系统电功率的适应性。

4　USCG对船舶设计建造的影响

USCG与IMO D-2标准对船舶设计建造的影响基本相同，但有以下问题需要重点关注。

(1) 目前有部分压载水管理系统已获得USCG AMS(替代管理系统)认证，但尚无一家获得USCG认可(有24家已申请USCG认可)。

(2) 根据USCG“美国水域船舶压载水活生物体排放标准”规则要求：2018年12月1日以后， 新造船配备的压载水管理系统的USCG AMS证书将失效。在美国水域进行压载水管理的船舶，必须重新安装经USCG认可的压载水管理系统或将压载水排至岸上处理(处理费用很高)。

(3) 如果新造船已配备的压载水管理系统在2018年12月1日前没有取得USCG认可，将面临更换压载水管理系统的重大技术风险。

5　结束语

目前，已签署了公约的国家船队总吨位为34.56%，即将达到35%的生效条件，压载水管理公约的实施势在必行。即使是非公约国船籍的船舶，在需要停靠公约国的港口时，也必须满足公约要求。通过介绍载水排放标准实施的要求以及分析不同原理的压载水处理系统，简述了其对船舶设计建造的影响以及要考虑的一些问题，希望可以对船舶的设计建造提供一定的帮助，不足之处请批评指正。

[1]中国船级社.国际造船新公约新规范[S].北京：人民交通出版社，2013.

[2]DNV.Ballast Water Management Convention[S].2013.

[3]LR.IMO Safety & Enviromental Regulations[S].2015.

Influence of Ballast Water Management on Ship Design and Shipbuilding

CAO Yan-dong

(Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co., Ltd.， Jiangmen Guangdong 529145, China)

The influence of ballast water management on ship design and shipbuilding according to the ballast water discharge standard was introduced briefly, and the questions considered during ship design and building by analysis different ballast water treatment system were also proposed.

Ballast water managementDischarge standardBallast water treatment

曹艳东(1981-)，男，工程师，主要从事船舶机装设计工作。

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