一种船舶残油蒸发除水装置设计方案

郑庆国 郭晟江

摘要：船舶的残油处理需要符合《国际防止船舶造成污染公约》的要求，保证海洋环境安全。文章介绍了船舶残油处理的相关措施，给出了一个具体的船舶残油蒸发除水装置设计方案，并论证了设计方案的可行性。采用该设计可以安全、有效地将船舶残油中的大量水分蒸发掉，较大地减少船舶残油存量。基于此，船舶在采用焚烧、驳运或排岸接收等方式处理残油时，可显著节省成本。

关键词：船舶;残油;蒸发柜

0 背 景

国际防止船舶造成污染（MARPOL）公约附则I附录II规定了国际防止油污（IOPP）证书和附录格式，附录中3.2项为残油舱内留存残油的处理措施，附录内给出了3个选项：3.2.1是残油（油泥）焚烧炉;3.2.2是适用于燃烧残油（油泥）的辅锅炉;3.2.3是其他可以接受的措施，需要详细说明。其中3.2.3项是主管机关或其授权的人员根据船舶实际情况，在该项附录中勾选并注明适合本船的其他可接受措施[1]。主管机关认可的接收措施包括：残油舱水分蒸发、残油再循环使用或驳至油船SLOP舱等。目前，船舶大部分选择通过驳船接收船舶残油，送至相关港口的集中污油处理厂进行处理。采用残油舱水分蒸发的船舶，很多属于残油舱水分自然蒸发方式，在IOPP证书中不需要签注[2];同时其水分蒸发量无法定量计算，也无法定量记录在油类记录簿中。基于该背景之下，设计了一种船用残油蒸发除水装置，属于强制蒸发除去污油中的大部分水分，符合在IOPP证书附录3.2.3项签注“EVAPORATION”（蒸发），同时可以准确定量记录残油除水的量。

1 船舶残油蒸发除水装置设计

1.1 设计目的

船舶残油蒸发除水装置的设计目的，是有效减少船舶残油中的水分，从而减少残油焚烧或接收等船舶防污染处理残油的数量。使用常规燃油燃料的船舶，在燃油分离净化的过程中，将产生1%左右的残油[3]。船舶滑油在分离净化的过程中，冲洗水同样会进入到船舶残油存储舱。所以船舶残油中的含水量比较高，平均可以到达50%以上。在配有焚烧炉、燃烧残油的辅锅炉等防污染设备的船舶，处理残油的时候，由于残油中的水分含量较高，需要消耗较多用于燃烧残油的轻油或重油。通常船舶设计存储残油的污油舱容积不是很大，在一定周期内，残油的存量将会达到舱容的上限，在不能及时通过焚烧的方式处理掉残油时，存储的残油需要通过驳至油船SLOP舱接收的方式来处理。如今，全球各地港口对船舶残油接收方面在不断收紧要求，接收残油的成本越来越高，船舶支付这方面的费用成本也在增加。在全球新冠肺炎疫情影响之下，很多港口无法安排油船接收船舶残油，使得船舶在残油处理方面的困难越来越大。设计船舶残油蒸发除水装置，可以用较低的成本大幅度减少船舶残油的存量，减少残油驳出处理的次数，降低残油处理的费用，有效缓解船舶在残油处理方面的困难。

1.2 设计原理

船舶残油蒸发除水装置的核心部件蒸发柜，采用蒸汽加热蒸发除水的原理[4]。将残油驳至设有充足蒸汽加热盘管的蒸发柜，利用船舶蒸汽的热量，通过热交换，将残油中的水分蒸发出来。蒸发柜配有机械抽风，抽吸水蒸气，通过管系排到机舱外面的大气空间。在蒸发柜顶部设有对装式的两个锥形集油罩，可以有效地将水蒸气中携带的油雾阻挡下来，凝聚成油滴，滴落回蒸发柜内部，起到防止油雾被带到大气中造成污染。蒸发柜侧面配有液位计，可以准确显示其容积，用于记录残油除水量。

1.3 设计方案

船舶残油蒸发除水装置设计成一个单独的系统，主要包括残油存储舱、驳运泵、蒸发柜、抽风机等。其残油管路可连接到船舶污油管路之上，如图1所示。

1.残油存储舱;2.残油驳运泵;3.空气搅拌管;4.蒸汽加热盘管;5.蒸发柜;6.注入管;7.集油罩;8.抽风机;9.防火罩;10.液位计;11.溢油管;12.泄放口

1.3.1 设计方案描述

船上的残油，从分油机排渣口，主、副机泄油槽，各油柜放残口等不同部位，收集到残油存储舱1内。用残油驳运泵2，通过注入管6，将残油驳运至蒸发柜5内。蒸发柜5内布置上、下两层蒸汽盘管4，连接到船舶蒸汽管系。加热蒸汽进口管上可以安装自动调温阀，连接安装在蒸发柜上的温度传感器，就可以通过自动调温阀来控制残油蒸发的温度和速度。蒸发柜底部安装有带多个喷嘴的空气管3，接到船舶压缩空气管系，用小流量的空气注入来搅拌蒸发柜里的残油，增强残油中污水的蒸发效果。经过蒸汽盘管加热，蒸发柜里残油中的水分汽化。在蒸发柜的上部，设有2个对装的锥形集油罩7，用于蒸气抽出过程中，阻挡蒸气携带的油雾。油雾逐步凝结在集油罩表面后，汇集成油滴，依靠重力沿锥形表面滴落回蒸发柜内部。蒸气上升通过集油罩后，由抽风机8 抽吸并排到机舱外部的大气中，管路的出口装有防火罩9。蒸发柜侧壁上装有液位计10，可以准确显示柜子的容积。蒸发柜上部设有“U”型溢流管11，油位较高时残油可以溢流出去，回流到残油存储舱，同时“U”型管形成水封可以防止水蒸气从溢流管逃逸，降低蒸发效果。蒸发柜底部设有泄放管路，用于将蒸发水分后的高浓度残油泄放到残油存储舱。

1.3.2 蒸发柜尺寸配置

蒸发柜容积设计不用太大，根据船舶的油耗，残油每日的产生量，和机舱里摆放位置的空间，来配置不同尺寸的蒸发柜。油耗在30 t/ d的船舶，装配1.5～2 m3的蒸发柜就可以。较小体积的蒸发柜设计，具有占用机舱空间小，系统布置灵活，成本低，消耗蒸汽量少等优点。

1.3.3 装置的操作

残油蒸发除水装置操作比较简单，手动操作时，启动残油驳运泵，将蒸发柜中的残油液位补充到80%左右，停泵。开启蒸汽加热盘管的进出口阀，将蒸汽进口调温阀设定在80℃～90℃。在油温升高到设定温度后开启抽风机。蒸发一段时间，液位下降一半，或者下降到一定液位后不再变化，表明残油中的水分基本蒸发完。停掉抽风机和蒸汽加热，打开蒸发柜泄放閥，将除水后的残油泄放回残油存储舱，然后可以进行下一个工作循环。

残油蒸发除水装置可以设计成全自动操作。采用PLC程序控制，在蒸发柜侧壁，装上高、低低位浮子开关用于控制驳运泵的启停[5]。另设有低位报警浮子开关，用于切断蒸汽加热和关停抽风机，同时发出警报。系统转入自动模式后，程序首先启动驳运泵，由驳运泵输送残油到蒸发柜，液位升高到高位浮子动作，关停驳运泵;然后，程序控制开启蒸汽加热调温阀，在残油温度达到设定值后，自动开启抽风机;随着蒸发的进行，液位下降到低位浮子开关动作，自动控制关闭抽风机，关闭蒸汽进口调温阀;程序控制开启蒸发柜泄放阀，将蒸发除水后的残油泄放回残油存储舱，此时控制系统屏蔽低位报警，在泄放阀开启一段时间后，当液位下降到低低位时，自动关闭泄放阀，同时再次启动驳运泵，系统进入下一个自动循环过程。

1.3.4 其他细节设计

（1）蒸发柜底部设有空气搅拌管，压缩空气通过其管壁上的多个喷嘴进入残油柜，在殘油蒸发的过程中起到搅拌的作用，提高蒸发效率。

（2）蒸汽盘管分两层设计，确保加热蒸发效果的同时，还增加了加热的冗余度和灵活度。

（3）采用对装式的锥形集油罩，提高了油雾的凝结效果。

（4）抽风机为防爆式，确保运转中的安全。

（5）整个柜体和抽气管路配有隔热层，用于减少热量损失。

2 船舶残油蒸发除水装置设计可行性分析

2.1 设计方案的可行性

船舶残油蒸发除水装置的设计，符合国际防止船舶造成污染（MARPOL）公约中IOPP证书附录3.2.3项签注“EVAPORATION”（蒸发）的要求。2011年，海上环境保护委员会（MEPC）制定了MEPC.1/CIRC.736/REV.2通函《油类记录簿第I部分—机器处所的作业（所有船舶）的作业记录指导》，为船员提供关于如何以正确的代码和项目编号在油类记录簿中记录各种操作[6]，其中“例8”是关于残油舱水分的蒸发导致舱容物减少，如何在油类记录簿记录，具体记录内容如图2所示。

在政策上，该设计可行，有可操作性。船舶如果选择了该设计方案，将残油蒸发除水装置及系统图递交给相应船级社进行审图，得到认可和确认后，在IOPP证书附录3.2.3项签注“EVAPORATION”（蒸发）作为认可处理方式。由于蒸发柜带有准确的液位计，可以定量记录残油除水的数量，这在油类记录簿中的记录就能更加清晰记录残油的存量。处理后的残油，含水量很低，再通过焚烧炉等防污染设备处理，将会更加容易。这样船舶在残油存储量上，能够减轻较大的压力，在可以延长安排残油驳船接收的周期，使得船舶在残油管理上更加便捷。

2.2 营运船加装的可行性

由于残油蒸发除水装置中的核心设备蒸发柜的体积很小，整个系统比较简单。蒸发柜很容积被安放在机舱内，蒸汽和压缩空气在船上也非常容易获得，增加残油管系与船舶的污油管系相连，连接电源到控制箱等，进行较小的修改量就能完成改造。在船舶坞修期间或航修期间就能进行加装。船舶一般设有多个残油收集的舱柜，有燃油分油机油渣柜，滑油分油机油渣柜，燃油泄放舱，滑油泄放舱，残油沉淀柜，残油存储舱等。残油驳运泵的吸口管路都与各收集舱柜相连，在泵的出口管路上，增加一个分支管，引入蒸发柜，利用原船的残油驳运泵就能建立起一个新的封闭系统。不同的残油收集舱柜，其水分的含量不同，如滑油分油机油渣柜，收集的残油基本上都是清洗水。可以单独将该柜子的残油驳到蒸发柜处理，这样有针对性地对不同残油收集柜进行处理效果会更好。

2.3 新造船预设的可行性

在新造船中，选择残油蒸发除水装置，会更加方便可行。在初始设计的时候，将船舶整个残油系统和蒸发柜进行整体设计，在船级社审图期间就可以得到认可，交船的时候IOPP证书附录中就可直接签注“EVAPORATION”（蒸发）作为认可处理方式。在设计中将蒸发柜布置在较高的位置，使其处理后的残油靠重力就可以泄放到残油存储舱，同时可以缩短抽气管路从蒸发柜到机舱外部空间的距离，减少水汽冷凝回流的量;将残油存储舱设计在机舱的最底层，专门存储蒸发柜处理后的残油，通过逐个对其他残油收集舱柜的残油进行蒸发，这样可以有效避免残油的重复处理。

2.4 选用残油蒸发除水装置的优点

选用残油蒸发除水装置，可以为船舶节省成本，减少残油管理的压力。随着海洋防污染要求的逐步提高，船舶残油处理的成本也在提高。船舶采用驳至油船SLOP舱的接收措施，都要给接收方支付一笔费用。采用该设计后，可以减少残油接收的次数与数量。通过残油蒸发除水装置处理后的残油，含水量很低，还可以再次利用。例如配有燃烧残油辅锅炉的船舶，处理后的残油可以作为燃料。在新船的设计中，还可以减小各残油收集舱柜的容积，节省机舱空间。

3 结 论

船舶残油蒸发除水装置的设计是基于船舶实际情况，按照具体规范要求，利用基本的蒸汽加热除水原理，是安全可靠，成本低，可行性强的一项设计，能够符合国际防止船舶造成污染公约要求，对于船舶残油管理有着积极作用。

参考文献

[1] IMO. 国际防止船舶造成污染公约 附则I 防止油类污染规则[EB].2020.

[2] 中国船级社. 海上生产设施防污染法定检验指南[EB].2014.

[3] 郑富勇，船舶防污染管理面临的形势与对策浅析[J]. 中国水运，2019.12：34-36.

[4] 王忠诚，刘晓宇，马义平. 船舶动力装置[M]. 上海交通大学出版社，2019.

[5] 孙洁，许清河，于凤臣. 基于PLC的云平台污水处理控制[J]. 电气传动，2021，51（16）：51-56.

[6] 田大春. 残油舱水分蒸发处理方式在IOPP证书附录3.2.3项签注问题和记录注意事项[J]. 中国船检， 2020，11：75-78.

实用新型专利名称：一种船载油渣脱水装置

专利号：ZL202020968675.6

作者简介：

郑庆国，工程师，轮机长，船舶投资室经理，（E-mail）zhengqg@chipolbrok.com.cn，13671991296