壓載水管理要求對船舶設(shè)計(jì)建造的影響

曹艷東

(江門市南洋船舶工程有限公司， 廣東 江門 529145)

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壓載水管理要求對船舶設(shè)計(jì)建造的影響

曹艷東

(江門市南洋船舶工程有限公司， 廣東 江門 529145)

通過壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的要求，簡述了壓載水管理要求對船舶設(shè)計(jì)建造的影響，并通過分析不同原理的壓載水處理系統(tǒng)，簡述了船舶設(shè)計(jì)建造過程中需考慮的一些問題。

壓載水管理排放標(biāo)準(zhǔn)壓載水處理

0　前言

目前已有47個(gè)國家簽署了壓載水管理公約，國家數(shù)已達(dá)到公約要求的30個(gè)，但根據(jù)IMO組織的最新統(tǒng)計(jì)，公約國船隊(duì)的總噸位為34.56%，還未達(dá)到公約要求的35%，因此公約還暫時(shí)未達(dá)到生效條件。盡管如此，壓載水管理公約的實(shí)施，卻勢在必行，船舶設(shè)計(jì)建造過程中需考慮其影響，設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合考慮船舶特點(diǎn)、處理系統(tǒng)特點(diǎn)、布置和維護(hù)等因素。

1　壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)

(1) IMO壓載水管理公約壓載水排放D-1標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)已生效實(shí)施，多數(shù)掛旗國要求在船舶設(shè)計(jì)建造時(shí)必須滿足要求，除非IMO D-2標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)符合。

(2) IMO壓載水管理公約壓載水排放D-2標(biāo)準(zhǔn)。

生效條件為30個(gè)國家批準(zhǔn)，占35%世界商船總噸位，達(dá)到條件之日起12個(gè)月后生效。目前僅剩總噸位還未達(dá)到生效條件，預(yù)計(jì)2016年內(nèi)將達(dá)到生效條件，2017年內(nèi)生效實(shí)施。

(3) USCG“美國水域船舶壓載水活生物體排放標(biāo)準(zhǔn)”。

已經(jīng)生效實(shí)施。

(4) 壓載水排放D-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期(見表1)和USCG標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期(見表2)。

表1　壓載水排放D-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期

表2　USCG標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期

2　IMO D-1標(biāo)準(zhǔn)對船舶設(shè)計(jì)建造的影響

IMO壓載水管理公約壓載水排放D-1標(biāo)準(zhǔn)，主要是通過壓載水的置換來滿足要求，主要方法有順序法、溢流法、稀釋法以及順序法+溢流法。

(1) 順序法。

先將用于裝載壓載水的壓載艙抽空，然后用替換的壓載水重新注滿。

適用于所有船型，對船舶的剪力、彎矩、盲區(qū)有比較大的影響，主要應(yīng)用于散貨船和液貨船。該方法可能會(huì)增加船舶的剪力、彎矩，進(jìn)而增加全船結(jié)構(gòu)重量。

優(yōu)點(diǎn)：壓載水幾乎被完全有效地置換，對管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有影響，泵和管系的工作負(fù)荷只需稍微增加即可。

缺點(diǎn)：操作比較復(fù)雜、步驟多、置換時(shí)間長。需要比較復(fù)雜的壓載計(jì)劃以避免超出船舶強(qiáng)度、穩(wěn)性和縱傾的許可限制，同時(shí)需考慮動(dòng)載荷的影響，包括未滿艙的晃蕩等。這對大部分船舶意味著只能在平靜的海面進(jìn)行壓載水的置換工作。

(2) 溢流法。

將替換的壓載水泵入裝載壓載水的壓載艙內(nèi)，并允許水從溢流口或其他裝置流出。

適用于所有船型，主要應(yīng)用于散貨船、液貨船和中小型集裝箱船(8 000箱以下)，會(huì)增加壓載艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力和壓載艙局部構(gòu)件重量。壓載艙需增加空氣溢流管或公共空氣溢流系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：操作比較簡單，置換時(shí)間短，且對船舶的強(qiáng)度、穩(wěn)性和縱傾影響不大。

缺點(diǎn)：雙層底和艏艉尖艙難以徹底沖洗，可能引起超壓損壞、泵和管系超負(fù)荷，且不適合在寒冷的環(huán)境操作。

(3) 稀釋法。

替換的壓載水從用于裝載壓載水的壓載艙頂部注入并同時(shí)以相同流速從底部排出，艙內(nèi)水位在壓載水更換作業(yè)過程中保持不變。用稀釋法置換壓載水的船舶，每一壓載水艙連續(xù)泵入水量達(dá)到三倍艙容應(yīng)視為符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

適用于所有船型，主要應(yīng)用于大型集裝箱船(8 000箱以上)。

優(yōu)點(diǎn)：因艙內(nèi)水位在壓載水置換作業(yè)過程中保持不變，對總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有影響。

缺點(diǎn)：壓載艙需增加注入系統(tǒng)，成本非常高。操作比較復(fù)雜，置換時(shí)間長。(一臺(tái)壓載泵注入的同時(shí)另一臺(tái)壓載泵排出三倍壓載艙容積的壓載水)。

(4) 順序法+溢流法。

部分壓載艙采用順序法，其余壓載艙采用溢流法。

適用于所有船型，主要應(yīng)用于散貨船和液貨船。以不增加或少量增加船舶的剪力和彎矩為前提，先確定可以采用順序法壓載水置換的壓載艙，其余的艙做溢流法壓載水置換。

船舶的剪力、彎矩可能稍有增加，溢流法置換的壓載艙需增加空氣溢流管，且增加局部構(gòu)件重量。

優(yōu)點(diǎn)：與順序法和溢流法相比，對總體、結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)(重量)影響最小，綜合成本最低。

缺點(diǎn)：操作復(fù)雜、置換時(shí)間長。

目前船舶上應(yīng)用較多的是順序法+溢流法。

3　IMO D-2標(biāo)準(zhǔn)對船舶設(shè)計(jì)建造的影響

(1) 壓載水處理系統(tǒng)發(fā)展概況。

目前已有57個(gè)壓載水處理系統(tǒng)獲得主管機(jī)關(guān)型式認(rèn)可，滿足IMO D-2壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)，具備裝船條件。其中部分系統(tǒng)已獲得USCG AMS(替代管理系統(tǒng))認(rèn)證，但尚無一家獲得USCG認(rèn)可(有24家已申請USCG認(rèn)可)。

(2) 壓載水處理系統(tǒng)對不同船型的影響。

配備壓載水處理系統(tǒng)對船舶的艙室空間、發(fā)電機(jī)容量、壓載泵壓頭等有比較大的影響。不同類型船舶壓載能力和壓載泵流量差別很大，同時(shí)，有的船型對壓載水的依賴性強(qiáng)，如液貨船和散貨船；有的船型對壓載水依賴性弱，如集裝箱船。不同船型，受影響程度不同。同等噸位的散貨船和液貨船發(fā)電機(jī)容量小、壓載泵容量大，而集裝箱船發(fā)電機(jī)容量大、壓載泵容量小。以配備電解法壓載水處理系統(tǒng)為例，散貨船和液貨船機(jī)艙空間可能要加大，發(fā)電機(jī)容量增加約20%，壓載泵壓頭增加5 m，而集裝箱船機(jī)艙空間和發(fā)電機(jī)容量可以不變，壓載泵壓頭增加5 m。由此可以看出，配備壓載水處理系統(tǒng)對散貨船和液貨船影響較大，對集裝箱船影響較小。

(3) 不同原理壓載水處理系統(tǒng)對船舶設(shè)計(jì)建造的影響。

目前壓載水處理系統(tǒng)的處理原理主要有：紫外線、電解、電催化、臭氧、脫氧、膜分離等。不同原理壓載水處理系統(tǒng)的工作流程和技術(shù)特點(diǎn)各不相同，下文將介紹目前采用較多的紫外線法和電解法。

紫外線法工作原理：過濾+滅活。

特點(diǎn)：前處理+后處理模式，全流通處理。系統(tǒng)原理簡單、設(shè)備體積適中、安裝方便。壓載和排載均需處理，耗電量高。適用于各類水質(zhì)，水的濁度和含沙量影響處理效果和耗電量。瞬間殺滅有害生物，適合于短航程。無殘余殺滅能力，抑制再生能力差，但后處理可保證處理效果。處理過程不產(chǎn)生易燃、易爆氣體，安全性好。該方法為物理處理方法，不產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，對環(huán)境無二次污染。

電解法工作原理：過濾+滅活+中和。

特點(diǎn)：前處理模式，注入式處理。系統(tǒng)原理簡單、設(shè)備體積適中、安裝方便。耗電量、壓降、能耗適中。處理淡水需加鹽柜或壓載艙預(yù)留海水，增加了成本。處理效果不受水的濁度和含沙量影響。滅活時(shí)間長，適用于長航程。作用時(shí)間長，能抑制微生物再生。處理過程產(chǎn)生的氫氣通過風(fēng)機(jī)排至外界，但仍需注意避免氫氣聚集。該方法為化學(xué)處理方法，易產(chǎn)生二次污染。

不同壓載水處理系統(tǒng)的處理原理不同，需要的處理設(shè)備也不同，在船舶設(shè)計(jì)建造中要考慮對壓載系統(tǒng)以及設(shè)備布置的影響，具體內(nèi)容如表3所示。

表3　不同壓載水處理系統(tǒng)的對比

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因此，在壓載水處理系統(tǒng)的選用過程中，設(shè)計(jì)者要綜合考慮處理系統(tǒng)特點(diǎn)、主要處理設(shè)備、布置和維護(hù)等多種因素。特別是對新造船舶來說，要重點(diǎn)考慮壓載水處理系統(tǒng)布置空間和維修空間。在選用壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)保證能順利地在船上安裝，同時(shí)也需要考慮其后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)，包括與船舶壓載系統(tǒng)的共用、取樣、控制和監(jiān)測等。

另外，在選用壓載水處理系統(tǒng)時(shí)，也要綜合考慮船舶的電站容量與處理系統(tǒng)電功率的適應(yīng)性。

4　USCG對船舶設(shè)計(jì)建造的影響

USCG與IMO D-2標(biāo)準(zhǔn)對船舶設(shè)計(jì)建造的影響基本相同，但有以下問題需要重點(diǎn)關(guān)注。

(1) 目前有部分壓載水管理系統(tǒng)已獲得USCG AMS(替代管理系統(tǒng))認(rèn)證，但尚無一家獲得USCG認(rèn)可(有24家已申請USCG認(rèn)可)。

(2) 根據(jù)USCG“美國水域船舶壓載水活生物體排放標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)則要求：2018年12月1日以后， 新造船配備的壓載水管理系統(tǒng)的USCG AMS證書將失效。在美國水域進(jìn)行壓載水管理的船舶，必須重新安裝經(jīng)USCG認(rèn)可的壓載水管理系統(tǒng)或?qū)狠d水排至岸上處理(處理費(fèi)用很高)。

(3) 如果新造船已配備的壓載水管理系統(tǒng)在2018年12月1日前沒有取得USCG認(rèn)可，將面臨更換壓載水管理系統(tǒng)的重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

5　結(jié)束語

目前，已簽署了公約的國家船隊(duì)總噸位為34.56%，即將達(dá)到35%的生效條件，壓載水管理公約的實(shí)施勢在必行。即使是非公約國船籍的船舶，在需要停靠公約國的港口時(shí)，也必須滿足公約要求。通過介紹載水排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的要求以及分析不同原理的壓載水處理系統(tǒng)，簡述了其對船舶設(shè)計(jì)建造的影響以及要考慮的一些問題，希望可以對船舶的設(shè)計(jì)建造提供一定的幫助，不足之處請批評(píng)指正。

[1]中國船級(jí)社.國際造船新公約新規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2013.

[2]DNV.Ballast Water Management Convention[S].2013.

[3]LR.IMO Safety & Enviromental Regulations[S].2015.

Influence of Ballast Water Management on Ship Design and Shipbuilding

CAO Yan-dong

(Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co., Ltd.， Jiangmen Guangdong 529145, China)

The influence of ballast water management on ship design and shipbuilding according to the ballast water discharge standard was introduced briefly, and the questions considered during ship design and building by analysis different ballast water treatment system were also proposed.

Ballast water managementDischarge standardBallast water treatment

曹艷東(1981-)，男，工程師，主要從事船舶機(jī)裝設(shè)計(jì)工作。

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