陈婷婷，郭晟江，何文明，宫小康

(1.中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州510715；2.上海船舶设计研究院，上海 201203)

0 引 言

为满足《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》(简称《压载水管理公约》)的D-2标准要求，应根据船舶自身情况配置合适的压载水处理装置。常见的压载水处理技术一般分为紫外线(UV)、电解、电催化、惰气、加药和臭氧等。压载水处理装置组合形式一般分为机械处理+物理处理(过滤+UV、水力旋流分离+超声波预过滤+UV)、机械处理+化学处理(过滤+电解、过滤+电催化、过滤+膜分离+充氮驱氧)等。

某火车滚装船主要航行于美国莫比尔港口和墨西哥夸察夸尔科斯港口之间的特定航线。莫比尔港口具有水质浑浊、泥沙较多的特性，每年2个季节处于淡水介质(出现密西西比河等内河和湖水倒灌的自然现象)，另外2个季节处于海水介质。

1 压载水处理装置选型

1.1 产品选择

美国海岸警卫队(USCG)官网于2018年11月发布持有USCG证书的压载水处理装置厂家及产品特性如表1所示。

表1 持有USCG证书的压载水处理装置厂家及产品特性

采用UV消毒的压载水处理装置其弊端为UV穿透能力较弱，水质浑浊、泥沙较多容易影响UV杀菌能力，因此UV形式的压载水处理装置不符合项目要求。根据船舶所有人反馈，该船火车装卸作业要求(总耗时持续8～10 h)如表2所示。由表2可知：在火车装卸过程中，压载水同步压排载以维持船舶与码头之间的相对静止。该信息涉及压载水处理装置的存舱时间要求，即实际操作决定压载水处理装置不能有存舱时间。由表1可知：只有青岛双瑞公司、Erma First公司和OceanSaver公司等3个压载水处理装置厂家无存舱时间(均为电解形式的压载水处理系统)，其他厂家排除在外。

表2 火车装卸作业要求

根据美国政府相关官网数据，莫比尔港口的水质会出现低于1.00 PSU的情况。由表1可知：Erma First公司的产品可处理>0.90 PSU的压载水[1]，OceanSaver公司的产品可处理>20.00 PSU的压载水[2]，青岛双瑞公司的产品可处理>15.00 PSU的压载水[3]。在待处理压载水的盐度值低于USCG证书中的数值时，对应的压载水处理装置无法实现电解制氯的能力，此时的压载水不能满足《压载水管理公约》中的D-2标准要求。最接近项目特殊要求的3个厂家，其产品不能覆盖至淡水区域的压载水压排载作业，需要对船舶的设计和运营进行一定的修改。

1.2 高盐度海水处理

根据现有主流散货船船型设计，尾尖舱一般装载压载海水(可根据船舶运营情况设置为装载高盐度海水：世界平均海水盐度为34.70 PSU，一般距海岸30 n mile即可获得)，压载水处理装置一般布置在机舱内。在船舶需要在淡水或低盐度区域内对压载水进行压排载作业时，尾尖舱的高盐度压载水处理有2个方案：(1)注入支路电解的电解槽，将电解的氯离子注入压载总管进行反应，杀灭微生物；(2)与其他待处理的压载水充分混合并注入主路电解的电解槽进行电解制氯，杀灭微生物。

由于该船的压载水处理装置布置在艏部设备间，距离机舱和尾尖舱较远，因此根据实际船型，高盐度海水舱不适宜布置在尾尖舱。若新增1个高盐度海水舱，则该舱介质会作为固定装载量出航，减少该船火车的装载量。若须保证该船装载量，则可利用其他压载舱兼作高盐度海水舱，以代替专门的高盐度海水舱；但这样设计，需要船舶在海上进行兼用舱的压载水置换功能，增加船舶操作量。综合考虑该船火车数量已确定，须保证装载量，且该船在美国至墨西哥之间的固定航线上可直接获取高盐度海水，无须修改船舶运营航线，因此选用第3压载中舱(舱容约2 794.81 m3)兼作高盐度海水舱代替新增高盐度海水舱。考虑不可预估的风险及在压载到港时第3压载中舱需要作为空舱，因此增加第2压载中舱(舱容约3 105.35 m3)和首尖舱(舱容约735.95 m3)兼作高盐度海水舱，方便船员根据实际情况自由选择其中1个舱装载高盐度海水。

经总体核算，船舶装卸货工况压载水用量为17 000.00 m3/h，项目电解式压载水处理装置设计流量为2 000.00 m3/h，高盐度海水选用>34.70 PSU。高盐度海水用量不同厂家要求不同：Erma First公司建议约2.3%总压载量[1]；OceanSaver公司建议约1.0%总压载量[2]；青岛双瑞公司建议约16.00 m3/h[3]。在项目中对于高盐度海水用量，OceanSaver公司的产品最大，青岛双瑞公司的产品最小，因此项目中的高盐度海水舱统一按600.00 m3进行下一步的探讨和排除。

1.3 压载水处理系统参数

各厂家压载水处理系统参数如表3所示，其中：IWL为舱内液位。OceanSaver公司和青岛双瑞公司的压载水处理系统设计属于支路电解，其电解单元对被电解的海水温度有具体要求，如OceanSaver公司的进口海水在低于17 ℃时需要加热[2]。由表3可知：若被电解的海水需要加热，OceanSaver公司的产品需要额外消耗193.00 kW[2]，青岛双瑞公司的产品需要额外消耗120.00 kW[3]。综合计算，Erma First公司总电耗为236.76 kW[1]，OceanSaver公司总电耗为361.00 kW[2]，青岛双瑞公司总电耗为253.00 kW[3]。

表3 各厂家压载水处理系统参数

1.4 选型确定

考虑不可预估的风险，结合电力负荷计算书等数据，选用Erma First公司的压载水处理装置。

2 压载水处理系统设计

2.1 设计方案

在压载水处理系统设计初期，参考其他客滚船的实例，初始设计为：在压载工况时，海水添加泵将舷外海水输送至滤器过滤，进入压载水处理装置进行电解，输送至相应压载舱；在排载工况时，各舱里的压载水通过压载泵直接驳运至压载水处理装置排出管路，通过监测和控制，TRO排出舷外。

由于Erma First公司的压载水处理装置的盐度值至少需要0.90 PSU，因此其压载水处理系统初始设计需要改进，以确保该船压排载作业可在低于0.90 PSU的水域进行，即该船需要增加高盐度海水至压载水处理系统，混合电解单元前的压载水，以提升整体压载水的盐度值，对此提出2个方案。

方案1：将FR98～FR137的空舱改为高盐度海水舱。该方案会出现如下变动：(1)在淡水季节时，空舱需要提前装载高盐度海水，增加作业流程；(2)增加的海水会视为固定压载，导致火车装载量减少和该船设计水线修改；(3)根据电力负荷计算，在装载高盐度海水过程中需要开启2台主发电机组(原方案为1台)。根据火车装卸作业情况计算，高盐度海水需要增加600.00 m3/h。若采用方案1，船舶运营方在单航次中会损失600 t的载货量。该船计划每周2个航次，累计损失量较大。

方案2：利用现有压载舱兼作高盐度海水舱。选用第3压载中舱兼作高盐度海水舱，将第2压载中舱和首尖舱兼作备用高盐度海水舱。对应的压载水处理系统设计如图1所示，其中：A～G为用于原理示意的接口。在淡水区域进行压载作业时，第2压载中舱、第3压载中舱或首尖舱的高盐度海水经海水添加泵输送至压载水总管，混合来自舷外的低盐度淡水，提高待处理的压载水盐度值，以利于电解单元进行电解制氯，杀灭微生物。相关舱出口的隔离阀采用电液阀形式，与该船其他遥控阀门形式保持一样。鉴于第2压载中舱和第3压载中舱布置在货舱区域，海水添加泵布置在艏部设备间，依据相关规范要求，需要在货舱和艏部设备间之间的舱壁上加装隔离阀。由于该隔离阀可布置在船员容易操作的地方，因此选用铸钢截止阀。自海水添加泵出来的高盐度海水经针阀喷入压载水总管，针阀后的管路斜插入压载水总管，且该斜插点位置与盐度计取样点位置的距离至少应间隔2倍管径，以便高盐度海水与舷侧压载水充分混合，从而提升整体盐度值。

图1 压载水处理系统设计

2.2 系统功能

该船采用1套2 000.00 m3/h压载水处理装置和2台1 000.00 m3/h×0.35 MPa压载水泵。压载水处理装置包括：1台DN600滤器，带反冲洗功能；2台电解槽，各1 000.00 m3/h；1台海水添加泵，70.00 m3/h×40.0 m；1台盐度计；1台流量计；2个TRO监测单元；1组TRO重力泄放柜；2个中和药剂单元；若干取样口、注入口及遥控阀门等[1]。

2.2.1 压载作业

舷侧海水通过压载泵经滤器过滤再经盐度计进入电解单元进行电解制氯，杀灭微生物。处理后的压载水分为2路：一路取样至TRO监测单元1，另一路经流量计输送至对应的压载舱。经TRO监测单元1分析后的取样水回流至主路(在流量计后)。在舷侧海水盐度不足以进行电解制氯时，盐度计会发出信号至压载水处理装置中控系统，船员启动海水添加泵，此时首尖舱、第2压载中舱或第3压载中舱的高盐度海水经海水添加泵注入盐度计前的总管，经充分混合输送至滤器。

2.2.2 排载作业

对应压载舱的压载水通过压载泵排至舷侧，在排载总管上设置取样口，至TRO监测单元1进行检测。在TRO监测单元1检测氯离子超出《压载水管理公约》限值时，启动中和药剂单元，并将合适用量的中和药剂注入取样口后的排载总管。在距离加药口约5倍管径的排载管路上设置TRO监测单元2取样口，进一步取样并检测氯离子的质量分数是否满足排放标准。在靠近排舷外口处设置序号为G2的取样口，用于第三方人员进行临时取样检测。在需要应急操作时，待处理的压载水可直接由旁通管路排至舷外，越过压载水处理装置的控制，但按压载水处理规范[4]要求，应急操作阀门的开关信号仍须发送至压载水处理装置系统进行记录并发出报警信号。

2.2.3 加药作业

在船舶装卸货工况中，中和药剂用量应满足17 000.00 m3/h压载水处理的要求。考虑不可预估的风险，中和药剂用量须按20 000.00 m3/h压载水处理进行设计。根据相关厂家的用量推荐(1 000.00 m3/h压载水排载，中和药剂用量为33 L/h，每周使用约10 h)[1]，项目所需要的中和药剂用量至少为660 L。由于厂家的中和药剂罐标准设计为600 L/个[1]，因此项目设置2个600 L中和药剂罐(塑料材质，外裹不锈钢存液筒)。

中和药剂为38%亚硫酸氢钠溶液[1]，属于危险化学品，在系统设计和布置时须额外考虑其安全性，须视情况根据对应船级社相关要求提交风险评估报告[6]供其审核。根据该船船型布置，在B甲板露天处设置中和药剂加注站。在需要加注时，船员在加注站连接管路，中和药剂通过不锈钢管路加注至中和药剂储存舱(位于艏部设备间5850平台，不锈钢316L材质)。在中和药剂罐需要补充溶液时，船员可通过手摇泵将中和药剂储存舱的药剂泵送至中和药剂罐(位于艏部设备间底层)。中和药剂储存舱和中和药剂罐均设置滴液盘，管路采用焊接连接，以减少可能的泄漏及船体结构腐蚀。在中和药剂储存舱附近设置洗眼装置，用于船员操作不当导致中和药剂飞溅身上等情况。中和药剂储存舱及中和药剂罐均布置在机械处所，需要良好的通风。中和药剂加注站、中和药剂储存舱、中和药剂罐和中和药剂注入口均布置在同舷，以减少化学品加注管路长度。中和药剂加注系统如图2所示。

图2 中和药剂加注系统

2.2.4 过滤能力

在该船压载水处理装置系统管路设计中，选用比压载水电解单元大1挡的滤器(滤器过滤能力增大，但同一种水质的过滤率不变)，即处理能力由2 000.00 m3/h增大至3 000.00 m3/h[1]。在设备和管路布置时，增加前置滤器和备用主滤器的预留空间和接口，以便船舶所有人后期根据实际情况决定是否需要增加1台前置滤器或主滤器。

3 结 语

如何衡量并选用合适的压载水处理装置型号和数量，需要综合考虑船舶航线水质特点、船舶作业和船型特点、电力负荷计算和船舶所有人特殊需求等制约因素。对于海淡水交替的港口，其压载水处理装置的选型比单一海水港口或单一淡水港口更为复杂，再加上火车滚装船的压载水处理装置具有短时注排的特点，进一步提高压载水处理装置的设计要求，因此需要通过各种研究分析才能选对产品。