船舶舱底水蒸发柜的原理及应用分析

张晓荣，王福秋，刘成波

（1. 青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071；2. 青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071；3. 山东海运股份有限公司，山东青岛266034）

船舶舱底水蒸发柜的原理及应用分析

张晓荣1，王福秋2，刘成波3

（1. 青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071；2. 青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071；3. 山东海运股份有限公司，山东青岛266034）

本文针对传统的舱底水处理存在的一些弊端，根据实际情况提出一种蒸发浓缩处理舱底水的方法；并对该方法的实用性进行了分析，以及提出新船加装与旧船改造此装置应考虑的问题；最后得出结论：用此种方法几乎实现了舱底水的零排放，达到了节能、减排和保护海洋环境的多重作用，操作简单，便于管理，经济实用，是一种值得在船舶上推广的应用技术，对大型航运公司船舶管理有一定的借鉴意义。

舱底水蒸发柜应用分析

0　引言

1）更加严格的排放标准

近年来由于燃油品质的下降，船员的精简，相关的防污染和环保公约与法规不断的强化，致使船上的废油与舱底水处理的问题越来越突出。随着国际、国内形势的不断发展，环保意识的增强和科技水平的发展，大多数国家制订了更加严格的地方排放标准。如美国联邦法规和美国阿拉斯加的排放标准、 澳大利亚西海岸排放标准、 我国 《中华人民共和国海洋环境保护法》规定的排放标准等。《MARPOL 73/78防污公约》也在不断修正，对油污水处理设备技术条件要求更加严格，要求油污水分离装置不仅能分离重油、 轻油，而且还能分离含有表面活性剂的含油污水。目前油污水的排放指标仍为小于 15 mg /L（15 ppm），但部分国家已提出了小于 5 mg /L（5 pp m）的新要求。针对越来越严格的排放标准迫使船舶公司必须做出应对措施，舱底水蒸发柜能够很好的解决这一难题。

2）传统舱底水处理方法存在的问题

目前船用油水分离器基本采用重力分离、过滤分离和聚结分离相结合的设计，传统的油水分离器在实际的使用过程中存在着诸多问题：

a）设备操作较复杂，容易发生误操作。此种设备要求在启动、停止前均需打清水（海水）并同时要求开启和关闭一系列有关的阀门和油浓度报警装置等，不经意的操作失误，往往会造成设备的失效和装置的损坏，除了要花高价钱去紧急安排供应所需备件和安排厂家工程师上船维修等，甚至还会在PSC检查中常常因为船员不熟悉油水分离器的操作规程或设备故障而发生滞留。

b）设备关键部件易脏堵。一般一到二个月就需清洗或更换易脏堵部件，增加了船员的劳动强度，有的还需生产厂家专门清洗。

c）分离效率低及关键部件易损坏。由于现行的油水分离器分离效率低，有时来不及分离船舶所产生的舱底水或由于关键部件失灵而导致油水分离器不能使用，所以有些缺乏责任心和法规环保意识薄弱的船员将部分机舱油污水偷偷排人海水中，造成公海污染，在PSC检查中被发现而造成重大缺陷且违反有关法律及法规。

d）分离效果差。对乳化严重的油污水，其处理效果很难达到不超过15PPm的规定，有些对乳化严重的污油水几乎没有多大效果。

e） 在操作时系统需要连续监测，工作不稳定，经常容易出现误报警，自动停止运行，需船员随时在旁调试和解决故障。

3）防污染缺陷在PSC检查滞留项目中比重大

近年来船舶防污染设备一直是PSC检查的重点项目，在船舶防污染方面出现问题极其容易造成船舶的滞留。根据2008-2012年国家海事相关部门公布船舶滞留数据，防污染设备操作的滞留缺陷占所有缺陷的8.74%，排在所有滞留项目的第三位，如图1。尽管舱底水处理装置不会对船舶安全航行造成直接影响，但是，一旦出现问题导致船舶滞留，将给公司造成重大损失。所以在船舶运营管理中，对防污染设备要格外重视。

据上述分析，油水分离器存在的问题是急待解决的，因此研制出一种操作简单、维修方便、体积小、分离量大、能适应各种乳化程度的新型舱底水处理设备以替代现有的油水分离器，是改善船舶油污水处理状况的有效良药，是增强商船适应各个港口和增强竞争能力的必不可少的装备，也是航运公司应对越来越严格的排放标准的迫切需求。

1　舱底水蒸发柜概述

为解决这些问题已研制出一套自动的闭式舱底水处理系统。该系统采用一种利用船舶余热蒸发浓缩方法而不是传统的机械分离法，无需将废水排入海中，实现船舶余热利用，舱底水零排放，对海洋零污染，达到节能、减排双重作用。

1）结构组成

舱底水蒸发柜装置结构图如图2，舱底水蒸发柜外形图见图3，水柜舱底水入口与机舱污水泵出口管相通，水柜上部设有道门便于水柜清洁，水柜内设有利用蒸汽加热的盘管用于加热污水使其蒸发浓缩，柜子外表面附有防止水箱热量外散、增强加热效果的隔热层，水柜内设有高低液位传感器与控制面板相连接，且装有液位计及测量管，可有效监测水柜中的液位，水柜的上部装设有管径稍大的蒸汽排气管，如排气管较长，为增加排气效果，可在蒸汽排气管装下端安装排气风扇从而有助于将水柜内的蒸汽排出水柜，水柜的下部还设有放残口将浓缩的污油放至污油柜中。在柜子的85%容积的位置还装有管径比进口管大1.25倍的溢流管，在污水满溢的情况下可流回污水柜。

2）舱底水蒸发柜的工作原理

首先将污水柜中的污水通过污水泵驳排至舱底水蒸发柜中，当舱底水蒸发柜中高液位传感器检测到液位升至高位时停舱底水泵。当船舶在海上定速航行时，废气锅炉的蒸发量远远大于蒸汽的消耗量，选择此时让舱底水蒸发柜开始工作，不需要额外的能量消耗，达到节能作用。打开舱底水蒸发柜中蒸汽加热盘管的进出口阀，对舱底水蒸发柜中的污水进行加热浓缩，当产生水蒸气时，蒸汽排气扇开始工作，将蒸汽通过蒸汽排气管排出，与此同时，水柜中的污水被浓缩，液位开始下降，当舱底水蒸发柜中的液位降低至液位传感器低位时发出报警，停止加热与排气，浓缩油渣由放残口排除至污油舱，无任何废水排入海中，实现零排放、零污染。

2　舱底水蒸发柜的优势分析

1）设备简单，占用空间小，便于改造安装。舱底水蒸发柜主要有水柜、加热器、排气系统、液位检测系统、以及放残管路等组成。系统简单，占用空间小，便于在机舱布置，在新船加装与旧船改造此系统容易，初次加装成本低，经济效益好。

2）操作简单、稳定可靠、便于管理、减少船员劳动强度。此设备除蒸汽排气风机外（如排气管路较短，此排气扇可以不安装）无其它运动部件，运行安全可靠，不易出现故障，便于管理，几乎不需要维修保养工作，减少船员劳动强度。

3）分离效果好，实现零排放。传统的油水分离器对乳化严重的油污水，其处理效果不佳。此设备采用通过蒸汽加热的方式，将舱底水中的水分蒸发，将剩下的少量污油回收处理，对污水适应能力强，分离效果好，实现舱底水零排放、零污染。

4）舱底水蒸发柜投入使用后，几乎不需要油水分离器投入运行，可以避免油水分离的损坏，节约备件，减小维修成本，减少船员的工作量，也可以避免船员在工作中做假，直接将污水排入海中，将会导致环境污染和PSC检查出现重大缺陷。

5）达到节能、减排双重作用。此系统可以回收利用船舶余热，只需选择主机高负荷时投入运行，此时废气锅炉蒸发量远远大于蒸汽消耗量，利用多余的蒸汽加热污水使其蒸发，不需要消耗额外能量；其被浓缩的少量污油可以进行回收，实现零排放，达到节能，减排双重作用。

图1　2008-2012年船舶滞留项目统计

图2　舱底水蒸发柜装置结构图

图3　舱底水蒸发柜外形图

3　舱底水蒸发柜装船需考虑问题

该装置新船装船或旧船改造将面临的问题：

1）认证检验

在改造舱底水蒸发柜之前，所有的改造图纸要送到船级社审图并且得到船级社的认可批准后方可实施，因此装置有利于船上污水有效简单的处理以达到防污和环保效果，往往会得到船级社积极和快速的批复。使用此设备对污水处理时，需要主管轮机员在《油类记录簿》中污水处理项中记录。

2）系统布置

a）舱底水蒸发柜安装在一个离蒸汽管比较近的地方，并与舱底水泵排出管相连接。舱底水蒸发柜安装在比集控室更高的位置，这样可以缩短蒸汽排出管的长度，有助于透气效果，蒸汽排气管安装在蒸发柜的出口直达烟囱顶部，一般蒸汽排气管的直径为80 mm～100 mm，在蒸汽排气管的底部安装风机，用来提高蒸发效率。或者柜子安装在较低的位置而通气管也在较低的位置（例如舵机房等）通入大气。安装方案可因船而异，尽量周全考虑，以力求达到以最少的费用来安装最便利和最有效的装置。

b）舱底水蒸发柜的要有足够大容积，大约1.5 m³～2.5 m³，其蒸发率至少为 1.0 m³/天～2.0 m³/天，可以保证将全船每天产生的舱底水全部蒸发。

c）蒸发柜的钢板厚度至少要10 mm～12 mm，本体包有绝热材料，减少热量损失，提高蒸发效率。

d）舱底水蒸发柜建议安装两层蒸汽加热盘管，蒸汽加热盘管的进出口与就近的蒸汽管相连接。

e） 在蒸发柜总容积的85%处安装溢流管，通向舱底水柜，在蒸发柜的较低处安装放残阀，将蒸发浓缩后残留的污油放至污油柜。

f）为了更好的监测蒸发柜中被蒸发舱底水的蒸发温度，可考虑安装有温度计或温度探头。

3）投资成本

根据调研，某国外知名船舶管理公司的近40%船舶装有该设备（包括新船安装和旧船改造）。航行船舶安装费用约8000～10000美元，包括设备、管系、船级社费用等。新建船船舶与船厂坞修时安装大约需要6000美元左右。由于中远集团船队规模较大，可以选择指定船厂或设备供应商批量改造，形成规模效应可以节约更多成本。

4　结论

随着全球船舶数量的增加，船舶含油污水对海洋的污染越来越严重。各个国家和国际组织越来越重视海洋环境的保护，对环境保护的要求不断提高，特别是发达国家以及特殊水域针对其自身特点和技术水平，提出了高于《MARPOL 73/78防污公约》的要求。传统的船舶油污水分离装置单纯依靠机械分离已经无法满足 MEPEC.107（49）决议的相关规定。本文介绍的新型舱底水处理装置，打破传统的机械分离，通过加热蒸发的方式对油水进行分离，不仅可以提高其分离乳化油的能力，而且实现了舱底水零排放，设计巧妙，性能优良，操作简单，便于改装，经济实用。

［1］ 范则阳. 分布式船舶舱底进水报警装置的开发与应用［J］. 船电技术，2013，（07）：12-14.

［2］ 杨青松，雷渡民，余鹏.某型船舱底材料氢脆敏感性实验研究［J］. 中国修船，2013.

Principle and Application Analysis of Bilge Water Evaporator Tank

Zhang Xiaorong1，Wang Fuqiu2，Liu Chengbo3
（1.Qingdao Ocean Shipping Mariners College，Qingdao 266071，Shandong，China； 2. Qingdao Ocean Shipping Mariners College ，Qingdao 266071，Shandong，China； 3. Shandong Shipping Corporation，Qingdao 266034，Shandong，China）

In allusion to traditional dealing with the bilge water, this paper puts forward one approach to processing the bilge water via evaporating and concentrating. Firstly, it develops the analysis of the practicability of this system, introduces the problems occurring in the process of installment in the new vessels and remoulding in the old ones. Secondly, this paper briefly presents common problems in operation and management of the system when the system goes into operation. Finally, the paper concludes that this approach realizes “zero release” of the bilge water, reaches targets of energy conservation, emission reduction and the protection of the marine environment, and deserves to be generalized for the management of large-scale shipping companies.

bilge water; evaporator tank; application analysis

U663

A

1003-4862（2015）09-0041-04

2015-07-09

中国远洋运输（集团）总公司应用研究计划项目（2015-1-H-010）

张晓荣（1980-），男，工程师。研究方向：轮机工程教学与研究。