黄骅港3 840 kW多功能环保拖船设计

李文钊，李靖宇，岳小林

(国能黄骅港务有限责任公司，河北 沧州 061113)

近年来，黄骅港煤炭港区的吞吐量稳定在2亿t左右，进出港船舶的数量庞大，溢油应急形势十分严峻。目前我国溢油应急船较少，且存在造价高、机动能力差、利用率低和应急响应慢等不足之处[1-2]。全回转拖船是沿海各港口海上活动的主要力量，但大多数将其功能定位于机动拖带、消防救生和护航任务，在溢油回收、生活污水处置和节能减排等环境保护方面较为落后。为此，综合考虑溢油回收船和拖船的作业特点，设计多功能拖船，兼具围油栏布放、溢油回收和溢油消除等环保功能。

1 船舶概况

黄骅港航道较长，进出港船舶以散货船为主，因此该船按照沿海航区、Al + A2海区及回收油闪点小于60 ℃的防火防爆防污染要求设计选型，在全回转拖船基础上配置溢油清除、回收驳运等系统和装置，满足《船舶污染清除单位应急清污能力评价导则》及相关法规的全部要求，确定船舶主要参数见表1。

表1 船舶主要参数

主推进装置由主柴油机、高弹性联轴器、轴系及附件、舵桨装置组成，双机总功率达3 840 kW，动力储备充足且可靠性强；舵浆采用2台SRP 430FP全回转Z型舵浆，既满足在港内狭窄水域应急响应航速13 kn的要求，又能在溢油清除作业1～4 kn低速时保持稳定，有较好的适航性和机动性能。该船溢油回收能力为150 m3/h，溢油储存能力为300 m3，在保持拖带作业的性能的同时，接近主力溢油回收船的能力[3]。

2 船舶系统设计特点

2.1 溢油回收系统

传统溢油应急船舶多为小船，且多为改装旧船，收油设备与船体难以达到最佳配置，收油效率较低。根据拖船结构和使用特点，设计溢油回收系统，如图1所示，主要配置两套DXS75下行带式收油机，该收油机由撇油器、动力站、吊带和钢丝绳等设备组成。同时，在其后甲板位置安装应急集装箱固定装置，装有围油栏及其布放设备的集装箱可以在应急处置时由岸吊整体吊运上船，用于海上浮油的快速围控。

图1 溢油回收系统布置

与两侧船体内嵌式收油机相比，收放式撇油器有布放灵活、航行阻力小和维修方便的优势。在主甲板首部设置1台1.5 t/12 m液压伸缩吊用于撇油器的布放，当船舶到达溢油海域后，通过伸缩吊布放撇油器，撇油器前端两侧接2条长4.5 m导流围油栏，2条导流围油栏的前端用一横杆撑开。作业时，用拖绳拖带撑杆两端并通过围油栏拖带撇油器前进，呈“V”形回收浮油；水表面与水混合的溢油经围油栏导入撇油器，油被撇油器收起，水从撇油器后端排出，浮油入集油油斗中；然后由集油斗上方油泵泵入溢油回收舱内，舱内污油水满后，可通过货油泵和国际通岸接头输送至岸上。

在该船主甲板中部左、右舷对称设置一对消油剂喷洒臂，平时收于舷边，工作时向两舷外侧张开，与船舶纵中呈90°状态。对于无法回收的浅薄浮油，可通过消油剂喷洒装置大面积喷洒消油剂进行消除。

2.2 生活污水处理系统

2.2.1 拖船生活污水处置难点

环保拖船绝大多数时间按拖船使用，而目前各港口拖船生活污水处置普遍面临诸多难题而无法达标排放：①船员技术水平不高，对于设备维护和菌种培养缺乏专业技能和经验，经处理的污水往往难达标；②环保新规GB3552—2018《船舶水污染物排放控制标准》施行，要求日趋严格；③拖船的生活污水处理装置水负荷波动大，原装置设计无法满足高峰期处理需求。部分拖轮通过设备改造提高其处理能力，但是系统很不稳定；④受拖船工作性质的限值，大部分时间拖船在港内作业及靠泊等待作业，从很大程度上不易达到《国内航行船舶与海上设施法定检验规则》中的排放条件；⑤尽管部分港口企业建设了上岸接收设施，但由于拖船机舱空间较小，很难设计较大容量的集污舱(柜)，故接收频次过多，影响拖船的生产，增加了船员的工作量。

2.2.2 生活污水处理、储存及驳运系统

针对上述问题，采用生活污水在船预处理、储存和上岸处理相结合的新方法并对关键系统进行设计，其处理流程见图2。

图2 生活污水处理系统原理示意

根据船舶作业特点，结合相关海事法规和环保要求，从生活污水处理装置选型配置、集污柜设计和排岸接收设施设计建设三方面着手，建立完备的拖船生活污水处理系统，见图3。

图3 生活污水处理系统组成

机舱设置1台满足12人使用的生活污水处理装置，该装置的排放满足IMO.MEPC.227(64)决议要求；结合用水负荷、排岸周期和舱内空间等因素，在机舱设置1个生活污水舱，容积为10.93 m3，满足航程中收集生活污水的要求；主甲板上设置生活污水排岸接头，靠岸时由生活污水排放泵将生活污水舱内的污水排到岸上的接收设施中。该系统收集处理过程全自动控制，并具有故障自动报警功能，可大幅提升其自动化水平和环保性能。

2.3 燃油在线监测系统

当前部分沿海及远洋货船建立类似燃油监测系统，取得了较好的效果，但港口拖船上的相关应用较少。港作拖船和传统浮油回收船大多采用传统的燃油管理模式，即用量油尺人工测量油舱后查阅舱容表计算存量，然后每月汇总后计算平均油耗。这种方式获得的数据缺乏时效性，不利于节能管理。另外，驾驶员在作业过程中无法实时掌握用车与油耗的数量关系，难以总结出节能又高效作业的方法。

针对上述问题，设计了燃油在线监测系统，包括船载系统和岸基两部分，见图4。

图4 燃油在线监控系统组成

船载系统通过船舶上的显示系统、数据采集系统得到船舶的实时动态和燃油消耗信息，并利用通信网络将实时数据发送到后台服务器。岸基部分由大屏幕显示器、服务器、应用软件及数据中心集成，管理人员通过电脑，可实时查询船舶动态信息等数据，实现船舶远程在线管理的功能。

根据船舶主机、辅机、锅炉等燃油消耗设备参数及管路特性，在燃油管路上增加流量计，测量设备的燃油供油量、燃油回油量，通过采集模块内部对设备燃油消耗量进行监测。如图5所示，流量计前后两端安装截止阀，在传感器的旁路加装旁路截止阀，以便对传感器校正、修理或更换时，不影响用油设备正常的使用。

图5 流量计安装示意

2.4 防海生物污染系统

港作拖船停泊时间较长，管内海水流速较低，致使管系内极易发生海生物污染。海生物会造成海水滤器、管路、换热器堵塞和腐蚀，严重影响拖轮安全航行。另外，冷却系统堵塞会降低热交换效率，增加燃料成本；清除海水系统内的污染物要投入巨大的人力和财力。

电解铜铝(铁)电极式防海生物装置在大型货船上的应用较为广泛，但拖船等小型船舶较少。该装置由控制箱、电解槽或阀箱、联接电缆及防腐防污电机组成，其电极选择铜、铝(铁)材料。其工作原理是铜阳极在海水中电解产生微量铜离子，当海水管系中有这些含微量铜离子的海水流过时，能有效地抑制海生物在其中生长，从而起到防堵作用。铝或铁阳极电解后产生少量氢氧化铝或氢氧化铁沉淀物，其附着在海水管系内壁上，形成一层很薄的保护层，进而可防止海生物生成并起到防腐作用。该系统安装方式通常采用安装在海底阀箱直接电解式或在舱内设置电解槽的间接电解式装置，前者存在阳极更换难的缺点，而后者占用舱内空间较大。结合拖船实际情况，对海水滤器及滤网结构进行改造后安装防海生物装置，并设置旁通管路联接海底阀箱。此时海水滤器起到电解槽的作用，兼顾了直接式安装空占用空间小、易于维护和间接式安装使用灵活的优点。

3 结论

黄骅港3 840 kW环保拖船的设计实现了溢油应急处置和船舶利用率的最优匹配，新型生活污水处理、燃油在线监测和防海生物污染等技术的应用大幅提高了自身环保水平，具有较大的社会效益和经济效益。