BALPURE压载水处理系统在大型散货船上的设计应用

王　萍

(中船重工船舶设计研究中心有限公司 设计部， 辽宁 大连 116001)



BALPURE压载水处理系统在大型散货船上的设计应用

王萍

(中船重工船舶设计研究中心有限公司 设计部， 辽宁 大连 116001)

摘要BALPUER压载水处理系统中，型号为BP-5500的产品是首次在大型散货船上安装。文章以此为例，结合大型散货船压载水系统的特点，详细介绍了该处理系统的基本构成、工作过程及原理、系统设备布置、取样点布置等情况，以此为今后同类型船舶的压载水处理系统设计选用提供借鉴和帮助。

关键词大型散货船BALPURE压载水处理系统电解中和

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

国际海事组织(IMO)于2004年2月通过了《2004年国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约》(以下简称《公约》)。旨在通过对船舶压载水和沉积物进行控制和管理来减少并最终消除因有害水生物和病原体的转移而对环境、人体健康、财产和资源造成的影响。船舶压载水通常是通过压载水置换和压载水处理来管理的。压载水置换要求仅是一种过渡性的管理措施，最终的压载水管理目标是必须对加装到船上的压载水进行处理达到《公约》要求的D-2标准，即压载水排放性能标准，才允许排放。目前实施这一目标的主要手段是通过船舶安装获得型式认可的压载水处理系统(BWTS),对压载水进行处理来满足。

目前，压载水处理系统有十几种技术，BALPURE 压载水处理系统是采用过滤+电解的分解，氯+中和的处理技术。电解处理法是通过电解装置放出的次氯酸根离子来破坏细胞核，碳化还原后，通过ORP(氧化还原电位)来破坏细胞膜，从而实现杀菌处理。为了防止压载水舱内微生物的再生，要使压载水中残留一些次氯酸根。因此，压载水在排出时，残留的次氯酸根与硫酸钠需中和后排出。

1大型散货船压载水系统的特点

散货船对压载水的依赖性高，通常在空载时(没有货物)要求全压载航行，压载泵的设计通常要求在一定的时间内打进或排出全部压载水，以适应快速的港口周转时间。

我公司为某船厂设计的18万吨散货船压载水系统是环形总管式，一条环形管包括2条主压载管布置在管隧内，支管到各个压载舱；配备2台压载泵，布置在机舱内；另设1根独立的扫舱主管在管隧内；2台扫舱喷射器布置在机舱内。这个系统允许压载泵从一个压载舱或海底阀箱吸水，排放到舷外或另一侧压载舱内。

以往考虑到尾尖舱的容积小、需要的压载泵流量小、管路安装的便利等因素，尾尖舱的压载和排载是通过船上的舱底消防总用泵进行的。但按照《公约》的要求，所有的压载水都要满足D-2标准，这样需要为尾尖舱内的压载水单独设立1套压载水处理系统。如果这样设计，不仅机舱内底的管路布置更加紧张，还增加了船厂的建造成本。因此，尾尖舱的压载水处理也是通过主压载泵进行的，压载水管路也连接到压载环形总管上。

2BALPURE 压载水处理系统的组成

BALPURE是德国SEVERN TRENT DE NORA 公司的压载水处理装置，本船的BALPURE压载水处理系统是世界上第1台产品，主要参数如下。

型号： BP-5500；

压载水处理能力： 5 500 m3/h；

处理系统的管径： DN100；

需要的海水流量： 40 m3/h；

需要的中和剂(硫酸钠)流量： 38 L/h；

风机流量： 2 266 m3/h；

风机出口管径： DN200；

功率消耗： 344 kW；

过滤器的压降： 0.5 bar；

控制空气压力： 6～10 bar。

本船BALPURE 压载水处理系统遵守下列条款。

(1) 《船舶压载水及沉积物的控制和管理国际公约》(2004)，D-2压载水性能标准。

(2) 《压载水管理系统的认可导则》(G8导则)。

(3) 《使用活性物质的压载水管理系统的认可程序》(G9导则)。

(4) 船级社对船用设备的相应规范和要求。

公约正式生效后，这个系统也需要满足IMO和国际海上航行相关港口当局的要求。

本船处理系统主要由下列三个部分构成。

(1) 电解单元(Electrolyser skid): 包括电解器、直流电源、电流整流器、控制板、氢气分离器、稀释氢气的风机和通风竖管、相应的阀件和附件、控制仪器及电源连接。

BALPURE设备船上用电接口是通过使用MODBUS网络，以太网传输控制协议连接实现的，所有的输入、输出接口都使用CAT-5线。另外，由船厂提供的GPS输入，也被要求为数据资料记录位置。

(2) 中和药泵单元(Sulfite pump unit)：这个安装好后的单元包含1个可变的速度计量(注入)泵，相应的控制和电源连接。另外，这个中和单元还配置1个残留氧化剂的分析仪(ROA),这是个独立的设备，带1个独立的监测系统，系统指示器，PLUS POWER和信号传输连接。在压载水排放期间，这个设备被用于监测和中和控制。

(3) 双联压载水滤器：这是个完全自动化、自清洗，目数为40 μm的过滤器，共2台，并联使用，可以移动或过滤掉50 μm以上的大颗粒物质。按照IMO/MEPC150(55)《有利于船上沉积物控制的船舶设计和建造导则》的要求，减少了压载水舱内泥沙和沉积物的堆积。

3本压载水处理系统的基本工作过程及原理

首先需要说明的是：本船压载水处理系统并不处理全部的压载水，而是将少量海水送进电解单元，在电解池中生成一种杀灭剂。按照本系统处理能力5 500 m3/h的容量来看，从船上供给到压载水处理系统的电解海水约需40 m3/h，海水温度在15℃～50℃之间，压力在0.5 bar～6.0 bar，海水盐度在18 PSU～36 PSU。本船中央冷却器海水出口温度约是45℃，出口压力是2.0 bar，海水盐度大约是32 PSU，满足处理系统电解海水的要求。因此，需要电解的海水从中央冷却器海水出口供给是一个最佳选择，并且正常航行时，至少1台中央冷却器一直是运行着的。

当船舶进行压载操作时，每台压载泵从海底总管吸水，经处理系统的反冲洗滤器单元，通过压载总管进入到各压载舱。过滤器能滤掉50 μm及以上的生物和沉淀物，滤掉的海水及残渣经反冲洗泵(BFP)排出舷外。同时，从中央冷却器海水出口供给的少量海水，通过增压泵单元泵到电解单元，这部分海水通过电解可以获得高浓度的次氯酸(即生物杀灭剂)，经分配模块把次氯酸注入到压载总管中，随大量海水进入到各压载舱中，次氯酸可以杀灭压载舱中的生物。电解分离后产生的氢气，通过管路连接，配置带防火网的鹅颈透气头，引入到开敞甲板上安全的地方，离开热源3 m以上。

当船舶排载时，电解单元停止工作，压载泵从各压载舱吸入压载水，同时，中和药泵单元把药剂分别注入到每台压载泵进口管路处和扫舱泵进口管路处，中和处理结束后，压载水方可排出舷外。

4取样点的布置

按照IMO/MEPC173(58)《压载水取样导则》(G2导则)的要求，D-2标准符合性检查的取样，应尽实际可能在排放管路中靠近排放点的位置进行。本系统的取样点就布置在压载水排舷外的总管上，高度距船舶基线7 200 mm,高于机舱地板2 000 mm左右，这个位置对于将来取样装置的安装也是便利的。在压载水的两条环形总管上、扫舱总管上及排舷外总管上共设置了4个监控点。

压载水处理系统原理图如图1所示。

图1　压载水处理系统原理图

5处理装置的布置

BALPURE系统装置的特点是占地面积小，易于操作。为了布置压载水处理系统的各个设备，我们在机舱布置设计初期，就考虑需要提供1个独立的空间来布置这些设备，以便容易安装和维护。因此，在母型船的基础上，按照机舱现有的结构，增加了1层平台，面积是正常平台的一半，并增设了斜梯、栏杆、通风设备、起吊眼板及照明等，专门用于电解单元，增压泵单元、分配模块以及中和单元等设备的布置，2台过滤器分别布置在底层压载泵附近，这些也满足设备厂家需要布置在非危险区域的要求。压载水处理系统布置图如图2所示，管路的材质、连接方式、仪表和控制设备的安装，以及通舱管件的材质和型式等完全按照设备厂家的要求进行施工安装。

图2　压载水处理系统布置图

6处理系统的试验

设备最终安装在船上后，进行了装置的运行试验及报警和控制的模拟试验。为了取得LR型式认可证书，本系统的性能及取样试验已经在工厂里进行完毕，无需在船上重复试验。

7结束语

公约生效条件为30个国家，占35%世界商船总吨位，达到条件之日起12个月后生效。距IMO最新通报，目前总吨位数已达到34.61%，距离生效条件仅差0.39%。而公约要求，不同时间建造的船舶，应符合D-2压载水排放性能标准，目前满足这一标准基本上是通过船舶安装获得型式认可的压载水管理系统来实现。

压载水处理系统的选用是一个十分复杂的问题，一方面与船舶的船型、压载的需求、船舶航线有关；另一方面受处理系统的处理技术、能力、尺寸、压降、功率、防护等级及防爆等因素的限制。目前，没有一个处理系统能对所有船舶都适用，而且已经推出的处理系统没有一个获得所有权威机构的认可，本船的压载水处理系统已经投入使用一年多，但迄今获得的经验还很有限。因此，选用合适的压载水处理系统是非常重要的。

参考文献

[1]韩国船级社轮机技术部.船用压载水处理系统指南[S].2010.

[2]CCS.中国船级社(2014年)技术通告第22号总第144号[S].2014.

[3]中国船级社.压载水公约实施指南(2014)[S].2014.

中图分类号U662

文献标志码A

作者简介：王萍(1969-)，女，高级工程师，主要从事船舶轮机和管系的详细设计工作。