王 萍
(中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司 設(shè)計(jì)部, 遼寧 大連 116001)
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BALPURE壓載水處理系統(tǒng)在大型散貨船上的設(shè)計(jì)應(yīng)用
王萍
(中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司 設(shè)計(jì)部, 遼寧 大連 116001)
摘要BALPUER壓載水處理系統(tǒng)中,型號為BP-5500的產(chǎn)品是首次在大型散貨船上安裝。文章以此為例,結(jié)合大型散貨船壓載水系統(tǒng)的特點(diǎn),詳細(xì)介紹了該處理系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作過程及原理、系統(tǒng)設(shè)備布置、取樣點(diǎn)布置等情況,以此為今后同類型船舶的壓載水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用提供借鑒和幫助。
關(guān)鍵詞大型散貨船BALPURE壓載水處理系統(tǒng)電解中和
Design Application of BALPURE Ballast Water Treatment System on Large Bulk Carrier
WANG Ping
(Design Dep.in China Ship Design & Research Center Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001, China)
AbstractProduct typed BP-5500 is fitted on large bulk carrier for the first time in the BALPURE ballast water treatment system. Take it for example, combined with the character of ballast water system for large bulk carrier, the paper introduces the BALPURE system in detail, including primary components, working process and principle, equipment arrangement, sample point arrangement and etc. It can provide some references for designing application of ballast water system for similar ship in the future.
Keywords Large bulk carrierBALPURE ballast water treatment systemElectrolyzeNeutralization
0引言
國際海事組織(IMO)于2004年2月通過了《2004年國際船舶壓載水及沉積物控制和管理公約》(以下簡稱《公約》)。旨在通過對船舶壓載水和沉積物進(jìn)行控制和管理來減少并最終消除因有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移而對環(huán)境、人體健康、財(cái)產(chǎn)和資源造成的影響。船舶壓載水通常是通過壓載水置換和壓載水處理來管理的。壓載水置換要求僅是一種過渡性的管理措施,最終的壓載水管理目標(biāo)是必須對加裝到船上的壓載水進(jìn)行處理達(dá)到《公約》要求的D-2標(biāo)準(zhǔn),即壓載水排放性能標(biāo)準(zhǔn),才允許排放。目前實(shí)施這一目標(biāo)的主要手段是通過船舶安裝獲得型式認(rèn)可的壓載水處理系統(tǒng)(BWTS),對壓載水進(jìn)行處理來滿足。
目前,壓載水處理系統(tǒng)有十幾種技術(shù),BALPURE 壓載水處理系統(tǒng)是采用過濾+電解的分解,氯+中和的處理技術(shù)。電解處理法是通過電解裝置放出的次氯酸根離子來破壞細(xì)胞核,碳化還原后,通過ORP(氧化還原電位)來破壞細(xì)胞膜,從而實(shí)現(xiàn)殺菌處理。為了防止壓載水艙內(nèi)微生物的再生,要使壓載水中殘留一些次氯酸根。因此,壓載水在排出時,殘留的次氯酸根與硫酸鈉需中和后排出。
1大型散貨船壓載水系統(tǒng)的特點(diǎn)
散貨船對壓載水的依賴性高,通常在空載時(沒有貨物)要求全壓載航行,壓載泵的設(shè)計(jì)通常要求在一定的時間內(nèi)打進(jìn)或排出全部壓載水,以適應(yīng)快速的港口周轉(zhuǎn)時間。
我公司為某船廠設(shè)計(jì)的18萬噸散貨船壓載水系統(tǒng)是環(huán)形總管式,一條環(huán)形管包括2條主壓載管布置在管隧內(nèi),支管到各個壓載艙;配備2臺壓載泵,布置在機(jī)艙內(nèi);另設(shè)1根獨(dú)立的掃艙主管在管隧內(nèi);2臺掃艙噴射器布置在機(jī)艙內(nèi)。這個系統(tǒng)允許壓載泵從一個壓載艙或海底閥箱吸水,排放到舷外或另一側(cè)壓載艙內(nèi)。
以往考慮到尾尖艙的容積小、需要的壓載泵流量小、管路安裝的便利等因素,尾尖艙的壓載和排載是通過船上的艙底消防總用泵進(jìn)行的。但按照《公約》的要求,所有的壓載水都要滿足D-2標(biāo)準(zhǔn),這樣需要為尾尖艙內(nèi)的壓載水單獨(dú)設(shè)立1套壓載水處理系統(tǒng)。如果這樣設(shè)計(jì),不僅機(jī)艙內(nèi)底的管路布置更加緊張,還增加了船廠的建造成本。因此,尾尖艙的壓載水處理也是通過主壓載泵進(jìn)行的,壓載水管路也連接到壓載環(huán)形總管上。
2BALPURE 壓載水處理系統(tǒng)的組成
BALPURE是德國SEVERN TRENT DE NORA 公司的壓載水處理裝置,本船的BALPURE壓載水處理系統(tǒng)是世界上第1臺產(chǎn)品,主要參數(shù)如下。
型號: BP-5500;
壓載水處理能力: 5 500 m3/h;
處理系統(tǒng)的管徑: DN100;
需要的海水流量: 40 m3/h;
需要的中和劑(硫酸鈉)流量: 38 L/h;
風(fēng)機(jī)流量: 2 266 m3/h;
風(fēng)機(jī)出口管徑: DN200;
功率消耗: 344 kW;
過濾器的壓降: 0.5 bar;
控制空氣壓力: 6~10 bar。
本船BALPURE 壓載水處理系統(tǒng)遵守下列條款。
(1) 《船舶壓載水及沉積物的控制和管理國際公約》(2004),D-2壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 《壓載水管理系統(tǒng)的認(rèn)可導(dǎo)則》(G8導(dǎo)則)。
(3) 《使用活性物質(zhì)的壓載水管理系統(tǒng)的認(rèn)可程序》(G9導(dǎo)則)。
(4) 船級社對船用設(shè)備的相應(yīng)規(guī)范和要求。
公約正式生效后,這個系統(tǒng)也需要滿足IMO和國際海上航行相關(guān)港口當(dāng)局的要求。
本船處理系統(tǒng)主要由下列三個部分構(gòu)成。
(1) 電解單元(Electrolyser skid): 包括電解器、直流電源、電流整流器、控制板、氫氣分離器、稀釋氫氣的風(fēng)機(jī)和通風(fēng)豎管、相應(yīng)的閥件和附件、控制儀器及電源連接。
BALPURE設(shè)備船上用電接口是通過使用MODBUS網(wǎng)絡(luò),以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議連接實(shí)現(xiàn)的,所有的輸入、輸出接口都使用CAT-5線。另外,由船廠提供的GPS輸入,也被要求為數(shù)據(jù)資料記錄位置。
(2) 中和藥泵單元(Sulfite pump unit):這個安裝好后的單元包含1個可變的速度計(jì)量(注入)泵,相應(yīng)的控制和電源連接。另外,這個中和單元還配置1個殘留氧化劑的分析儀(ROA),這是個獨(dú)立的設(shè)備,帶1個獨(dú)立的監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)指示器,PLUS POWER和信號傳輸連接。在壓載水排放期間,這個設(shè)備被用于監(jiān)測和中和控制。
(3) 雙聯(lián)壓載水濾器:這是個完全自動化、自清洗,目數(shù)為40 μm的過濾器,共2臺,并聯(lián)使用,可以移動或過濾掉50 μm以上的大顆粒物質(zhì)。按照IMO/MEPC150(55)《有利于船上沉積物控制的船舶設(shè)計(jì)和建造導(dǎo)則》的要求,減少了壓載水艙內(nèi)泥沙和沉積物的堆積。
3本壓載水處理系統(tǒng)的基本工作過程及原理
首先需要說明的是:本船壓載水處理系統(tǒng)并不處理全部的壓載水,而是將少量海水送進(jìn)電解單元,在電解池中生成一種殺滅劑。按照本系統(tǒng)處理能力5 500 m3/h的容量來看,從船上供給到壓載水處理系統(tǒng)的電解海水約需40 m3/h,海水溫度在15℃~50℃之間,壓力在0.5 bar~6.0 bar,海水鹽度在18 PSU~36 PSU。本船中央冷卻器海水出口溫度約是45℃,出口壓力是2.0 bar,海水鹽度大約是32 PSU,滿足處理系統(tǒng)電解海水的要求。因此,需要電解的海水從中央冷卻器海水出口供給是一個最佳選擇,并且正常航行時,至少1臺中央冷卻器一直是運(yùn)行著的。
當(dāng)船舶進(jìn)行壓載操作時,每臺壓載泵從海底總管吸水,經(jīng)處理系統(tǒng)的反沖洗濾器單元,通過壓載總管進(jìn)入到各壓載艙。過濾器能濾掉50 μm及以上的生物和沉淀物,濾掉的海水及殘?jiān)?jīng)反沖洗泵(BFP)排出舷外。同時,從中央冷卻器海水出口供給的少量海水,通過增壓泵單元泵到電解單元,這部分海水通過電解可以獲得高濃度的次氯酸(即生物殺滅劑),經(jīng)分配模塊把次氯酸注入到壓載總管中,隨大量海水進(jìn)入到各壓載艙中,次氯酸可以殺滅壓載艙中的生物。電解分離后產(chǎn)生的氫氣,通過管路連接,配置帶防火網(wǎng)的鵝頸透氣頭,引入到開敞甲板上安全的地方,離開熱源3 m以上。
當(dāng)船舶排載時,電解單元停止工作,壓載泵從各壓載艙吸入壓載水,同時,中和藥泵單元把藥劑分別注入到每臺壓載泵進(jìn)口管路處和掃艙泵進(jìn)口管路處,中和處理結(jié)束后,壓載水方可排出舷外。
4取樣點(diǎn)的布置
按照IMO/MEPC173(58)《壓載水取樣導(dǎo)則》(G2導(dǎo)則)的要求,D-2標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查的取樣,應(yīng)盡實(shí)際可能在排放管路中靠近排放點(diǎn)的位置進(jìn)行。本系統(tǒng)的取樣點(diǎn)就布置在壓載水排舷外的總管上,高度距船舶基線7 200 mm,高于機(jī)艙地板2 000 mm左右,這個位置對于將來取樣裝置的安裝也是便利的。在壓載水的兩條環(huán)形總管上、掃艙總管上及排舷外總管上共設(shè)置了4個監(jiān)控點(diǎn)。
壓載水處理系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
圖1 壓載水處理系統(tǒng)原理圖
5處理裝置的布置
BALPURE系統(tǒng)裝置的特點(diǎn)是占地面積小,易于操作。為了布置壓載水處理系統(tǒng)的各個設(shè)備,我們在機(jī)艙布置設(shè)計(jì)初期,就考慮需要提供1個獨(dú)立的空間來布置這些設(shè)備,以便容易安裝和維護(hù)。因此,在母型船的基礎(chǔ)上,按照機(jī)艙現(xiàn)有的結(jié)構(gòu),增加了1層平臺,面積是正常平臺的一半,并增設(shè)了斜梯、欄桿、通風(fēng)設(shè)備、起吊眼板及照明等,專門用于電解單元,增壓泵單元、分配模塊以及中和單元等設(shè)備的布置,2臺過濾器分別布置在底層壓載泵附近,這些也滿足設(shè)備廠家需要布置在非危險區(qū)域的要求。壓載水處理系統(tǒng)布置圖如圖2所示,管路的材質(zhì)、連接方式、儀表和控制設(shè)備的安裝,以及通艙管件的材質(zhì)和型式等完全按照設(shè)備廠家的要求進(jìn)行施工安裝。
圖2 壓載水處理系統(tǒng)布置圖
6處理系統(tǒng)的試驗(yàn)
設(shè)備最終安裝在船上后,進(jìn)行了裝置的運(yùn)行試驗(yàn)及報(bào)警和控制的模擬試驗(yàn)。為了取得LR型式認(rèn)可證書,本系統(tǒng)的性能及取樣試驗(yàn)已經(jīng)在工廠里進(jìn)行完畢,無需在船上重復(fù)試驗(yàn)。
7結(jié)束語
公約生效條件為30個國家,占35%世界商船總噸位,達(dá)到條件之日起12個月后生效。距IMO最新通報(bào),目前總噸位數(shù)已達(dá)到34.61%,距離生效條件僅差0.39%。而公約要求,不同時間建造的船舶,應(yīng)符合D-2壓載水排放性能標(biāo)準(zhǔn),目前滿足這一標(biāo)準(zhǔn)基本上是通過船舶安裝獲得型式認(rèn)可的壓載水管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
壓載水處理系統(tǒng)的選用是一個十分復(fù)雜的問題,一方面與船舶的船型、壓載的需求、船舶航線有關(guān);另一方面受處理系統(tǒng)的處理技術(shù)、能力、尺寸、壓降、功率、防護(hù)等級及防爆等因素的限制。目前,沒有一個處理系統(tǒng)能對所有船舶都適用,而且已經(jīng)推出的處理系統(tǒng)沒有一個獲得所有權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可,本船的壓載水處理系統(tǒng)已經(jīng)投入使用一年多,但迄今獲得的經(jīng)驗(yàn)還很有限。因此,選用合適的壓載水處理系統(tǒng)是非常重要的。
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中圖分類號U662
文獻(xiàn)標(biāo)志碼A
作者簡介:王萍(1969-),女,高級工程師,主要從事船舶輪機(jī)和管系的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。