船舶压载水管理系统在油船上的设计和应用_隋秀蔚.pdf

技术交流 Technical Communication 2023/1 船舶标准化工程师 43 船舶压载水管理系统在油船上的设计和应用船舶压载水管理系统在油船上的设计和应用1 1 隋秀蔚，尹海山，李 超（青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东青岛 266101）摘 要：摘 要：为降低压载水管理系统的风险，保障其稳定运行，对船舶压载水排放标准及主流压载水管理系统处理方法进行介绍，并以某加装青岛双瑞BalClor BWMS 压载水管理系统的30 万吨原油船为例，对系统原理、设备选型及设计要点进行深入分析。结果表明：该设计要点和注意事项可有效降低系统由于设计问题出现故障的概率，有益于系统可靠稳定运行和延长使用寿命。研究成果可为船舶压载水管理系统的设计和安装提供一定参考。关键词：关键词：压载水；排放标准；处理方法；压载水管理系统；设计要点 中图分类号：中图分类号：U664.8 文献标志码：文献标志码：A DOI：10.14141/j.31-1981.2023.01.008 Design and Application of Ballast Water Management System on Crude Oil Carrier SUI Xiuwei,YIN Haishan,LI Chao(SUNRUI Marine Environment Engineering Co.,Ltd.,Qingdao 266101,Shandong,China)Abstract:In order to reduce the risk of the ballast water management system and ensure its stable operation,the ships ballast water discharge standards and the treatment methods of the mainstream ballast water management system are described,and a 300 000 t crude oil carrier installed with Qingdao SUNRUI BalClor BWMS ballast water management system is taken as an example to deeply analyze the system principle,equipment selection and design points.The results show that the design points and precautions can effectively reduce the probability of system failure due to design problems,which is beneficial to reliable and stable operation of the system and prolonging its service life.The research results can provide some references for the design and installation of ship ballast water management system.Key words:ballast water;discharge standard;treatment method;ballast water management system;key point of design 作者简介：隋秀蔚（1986），女，硕士研究生、工程师。研究方向：电解法船舶压载水管理系统。0 引言引言 近年来，海洋环境保护、绿色航运成为业内关注焦点，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）日益重视由船舶压载水排放引起的生物多样性破坏问题。为解决船舶压载水引起的微生物入侵和污染问题，IMO 制定了 International Convention for the Control and Management of Ships Ballast Water and Sediments1，并于2017 年9月8日正式生效。该公约附则部分对压载水排放标准做出了严格规定，同时对现有船舶安装压载水管理系统（需要满足 D-2标准）提出了追溯要求。因此，近年来大量船舶加装各式各样的压载水管理系统，但由于缺乏实际经验、不熟悉系统原理，往往在系统设计、安装和调 44 船舶标准化工程师 2023/1 试过程中出现不少问题，这严重影响了船舶建造或改造周期，浪费了较多的人力、物力成本，也给后期船舶营运造成了隐患。本文结合多年压载水管理系统实船设计经验，对船舶压载水排放标准及主流压载水管理系统处理方法进行介绍，并以某加装青岛双瑞 BalClor BWMS 压载水管理系统的 30 万吨原油船为例，深入分析系统原理、设备选型及管路设计要点，以期降低系统风险，保障其稳定运行。1 船舶压载水排放标准和处理方法船舶压载水排放标准和处理方法 1.1 压载水定义及排放标准压载水定义及排放标准 船舶压载水指为控制船舶横倾、纵倾、吃水、稳性或应力而加装到船上的水及悬浮物质。IMO 发布的压载水公约和美国海岸警卫队（United States Coast Guard，USCG）发布的压载水管理法规分别对压载水排放标准进行了规定，具体见表1。根据 IMO 的最新要求，2022 年 6 月 1 日之后新交付或改装的船舶，均需按照相应排放标准强制进行生物有效性检测。USCG 法规不受IMO相关公约生效的限制，其管辖范围适用于所有航运在美国海域的商用船舶，并须单独进行船舶通用许可证（Vessel General Permit，VGP）相关测试。VGP 除对活性生物排放按照USCG 标准外，还对杀菌剂或残留物的瞬时最大质量浓度有严格要求，见表2。若压载水系统所使用或产生的杀菌剂及其衍生物未列在表2或美国环保署的国家推荐水质标准中，则至少在使用前120天通知美国环保署，并提供相关的水生毒性数据。表1 IMO和USCG压载水处理排放标准 活性生物 IMO D-2 USCG-阶段1 USCG-阶段2 加利福尼亚州标准 有毒霍乱弧菌 0.01 cfu/mL 0.01 cfu/mL 0.01 cfu/mL 0.01 cfu/mL 大肠杆菌 2.50 cfu/mL 2.50 cfu/mL 1.26 cfu/mL 1.26 cfu/mL 肠道球菌 1.00 cfu/mL 1.00 cfu/mL 0.33 cfu/mL 0.33 cfu/mL 表2 VGP对杀菌剂或残留物的排放标准 杀菌剂或残留物 瞬时最大质量浓度限值/(g/L)二氧化氯 0 200 氯 0 100 臭氧 0 100 过乙酸 0 500 过氧化氢 1 000 1.2 船舶压载水处理方法船舶压载水处理方法 根据处理原理和方式的不同，船舶压载水处理方法主要可分为机械处理、物理处理和化学处理等2。机械处理主要包括过滤法和旋流分离法等。过滤法利用固定式筛网或带有反冲洗功能的滤芯对海水中较大微生物和杂质进行过滤，其对较小的微生物处理效果不佳，若提高滤器精度来进行完全过滤，则成本较高且滤器极易堵塞，可行性较差3。旋流分离法利用高速水流旋转运动的离心力和各物质间 存在的相对密度差来去除海水中大多数的微生物和颗粒物质，但对与海水密度相近的微生物的处理效 果较差。物理处理主要包括紫外线法和超声波法等。紫外线法利用紫外线的辐射改变或破坏微生物的脱氧核糖核酸（DeoxyriboNucleic Acid，DNA）结构，从而达到杀菌的目的。紫外线法技术成熟，简捷方便，且无二次污染，应用较为广泛，可杀死大部分微生物，但杀菌效果受水浑浊度的制约较大，耗电量大4。超声波法利用空化作用杀菌，同样存在能耗大、处理水量有限的问题。化学处理法主要包括氯或氯化物法、羟基灭菌法和臭氧处理法等。氯或氯化物法是通过电解海水技术交流 Technical Communication 2023/1 船舶标准化工程师 45 或直接加入次氯酸盐来产生次氯酸，利用其超强的氧化性杀灭海水中的微生物。电解海水技术成熟，应用广泛，但会造成二次污染。在排放压载水时，需要加入中和药剂来减少其对海洋环境产生的不良影响。羟基灭菌法，又称高级催化氧化法，该方法借助羟基自由基的高氧化电位和强氧化能力对船舶压载水进行杀菌和灭菌5。杀菌后羟基与氢离子结合成为水，不会产生二次污染，但该方法耗电量较大。臭氧处理法利用臭氧超强的氧化性进行杀菌，其氧化还原电位可达到2.07 V，足以杀灭海水中所有微生物。该方法不会产生二次污染，但配置成本较高，长期使用会对压载舱产生腐蚀。压载水处理方法还有脱氧处理法、絮凝处理法和有机杀生剂法等其他方法6，此处不赘述。在选择压载水处理方法时，要考虑压载水盐度、浊度和温度等海水特性对处理效果和可靠性的影响。1.3 国内外主流船舶压载水管理系统类型国内外主流船舶压载水管理系统类型 1.2 小节介绍的各种压载水处理方法均存在一定的局限性，不能满足 IMO 和 USCG 对船舶压载水处理的要求。目前，国内外主流压载水管理系统大都将2种或2 种以上处理方法结合使用。国内外常用压载水管理系统类型见表3。表3 国内外常用压载水管理系统类型汇总 名称 制造商 处理方法 BalClor BWMS 青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司 过滤支路电解中和 Ocean Guard 海德威科技集团（青岛）有限公司 过滤高级催化氧化 Blue Ocean Shield 威海中远造船科技有限公司 过滤紫外线法 Pure Ballast Alfa Laval 过滤紫外线法/TiO2 Optimarin Ballast Optimarin 膜技术紫外线法 Ecochlor BWTS Ecochlor 过滤ClO2 NK-O3 Blue Ballast System NK O3 Pruimar TM 三星重工业株式会社 过滤支路电解中和 Electro-CleanTM System Techcross 主路电解中和 2 压载水管理系统实船设计安装案例压载水管理系统实船设计安装案例 本船为新造30万吨原油船，挂旗国为马绍尔群岛共和国，入籍挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV），无限航区。该船选用青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司的BalClorBWMS 系统。2.1 BalClor压载水管理系统原理及设备选型压载水管理系统原理及设备选型 2.1.1 设备原理 BalClor压载水管理系统由滤器、电解单元和加药单元等处理模块，监测控制系统和取样设施组成，采用“高效过滤电解制氯余氯中和”处理技术，原理如下：1）高效过滤。当海水压载时，使用过滤精度为50 m的自动反冲洗滤器对海水进行过滤，过滤掉尺寸大于50 m的大部分浮游生物及固体颗粒。2）电解制氯。取适量过滤后的海水加入电解单 元，电解海水产生高质量浓度次氯酸钠溶液，通过加药单元将次氯酸钠溶液注入压载水主管路。经总 残余氧化性物质（Total Residual Oxidants，TRO）分析仪检测氯离子质量浓度值在6.59.0 mg/L 后，放压载水进舱，在舱内进行浮游生物、病原体和细菌的灭活工作，使压载水排放满足IMO和USCG的相关标准。3）余氯中和。在压载水排载过程中，若余氯质量浓度小于0.1 mg/L，无须启动中和单元，可直接进行排载；若余氯质量浓度大于0.1 mg/L，则启动中和单元，向排载管路中注入中和药剂，中和残余的氯离子。中和药剂流量大小由控制系统根据TRO分析仪反馈的质量浓度信息自动控制，使排出的压载水达到排放标准。2.1.2 设备选型 本船海水压排载管系由主压排载管系和艉尖舱压排载管系构成。其中，主压排载管系在泵舱区域设置2台压载泵（额定流量为