化學品船電解法壓載水處理系統設計要點

摘 要：過濾器是壓載水處理系統的關鍵設備，其安裝位置影響系統運行的穩定性，通常要求過濾器靠近壓載泵布置。化學品船壓載泵采用浸沒在壓載艙的深井泵，這導致了過濾器安裝位置受限，帶來一系列連鎖問題。本文從過濾器、加藥點及TRO（總氧化性物質）取樣點布置等多個方面，分析了化學品船電解法壓載水處理系統的設計要點，從而為類似船型安裝電解法壓載水處理系統提供解決方案。

關鍵詞：化學品船;壓載水處理;過濾器

中圖分類號：U662.3

文獻標識碼：A

1 前言

2012年3月23日美國海岸警衛隊（簡稱USCG）發布《美國水域船舶壓載水活生物體排放標準》規則，各國壓載水處理設備廠商迅速向該組織提交了相關資料開展USCG認證工仵。目前已有超過35家壓載水處理系統供應商完成認證T作，正式取得USCG型式認可證書。據統計，目前全球用于壓載水處理系統的技術有十幾種，根據理化特性不同可以分為：機械處理法、化學處理法和物理處理法[1]。在獲得USCG批準的壓載水處理系統中，電解海水法占據了大部分比例，它屬于化學處理法的一種。

青島雙瑞壓載水處理系統（簡稱：BaClor@BWTS）是國內第一家，也是全球第四家獲得USCG證書的廠家。該廠家采用的即是電解海水法，且屬于支路電解方式：壓載時，海水首先通過過濾器，然后從過濾器出口管路上取一小部分海水進入電解單元，電解產生的氧化劑重新注入壓載主管路，隨主管路海水一同進入壓載艙從而實現壓載水處理目的;排載時，直接向主管路加入中和藥劑中和過量的氧化劑，以滿足排載濃度要求。

過濾器作為壓載水處理系統（ BWMS）主要設備，其安裝位置影響系統的運行穩定性，為了減少壓損，通常要求過濾器靠近壓載泵安裝。化學品船壓載泵采用深井泵，過濾器無法靠近壓載泵安裝，必須更換其它位置，由此將帶來一系列其它問題，下面就該問題展開分析，并列出設計要點。

2 過濾器的作用及安裝位置要求

2.1 過濾器的作用

過濾器作為BWMS的關鍵設備，采用的是白動反沖洗濾器，其工作原理如下.海水白進水口進入過濾器，水中的雜質逐漸積聚在濾網的內表面，干凈的海水經出水口流出。當白清洗功能被啟動時，過濾器排污口處排污閥打開，在濾網外部工作壓力（即過濾器出口壓力）和外界大氣壓差（即排污口出壓力）的作用下，濾網表面附著的雜質顆粒隨水流沖出，通過排污閥排掉;在一個白清洗周期結束時，排污閥關閉;隨著過濾的繼續進行，水中雜質繼續在濾網內表面堆積，過濾器開始下一個白清洗周期。在清洗過程中，過濾器

正常過濾不間斷。

2.2過濾器安裝位置要求

從過濾器工作原理可以看出，其反沖洗是依靠過濾器出口和排污口的壓差將附著在濾網內壁上的雜質沖出，然后通過排污口排掉。因此，保持一定的壓差可提高過濾器的反沖洗效果。根據市場上常用的過濾器廠家提供的標準，該壓差應不小于1.6 haIJ[2]。過濾器排污口通常設有排污泵，因此排污口壓力可以認為是零，而過濾器出口壓力取決于壓載泵的揚程以及過濾器的安裝位置。為提高出口壓力，要求壓載泵有足夠的揚程且過濾器需要靠近壓載泵出口布置，以減少壓力損失。

化學品船的壓載泵通常采用浸沒在壓載艙的深井泵，壓載艙內充滿海水。在過濾器本體上安裝有馬達、壓力變送器、壓差變送器等電氣設備，無法靠近壓載泵布置，因此必須尋找其它合適的空間布置。考慮到過濾器的體積相對較大，結合化學品船船型特點，比較適合安裝過濾器的位置只有甲板區域，因此可在甲板合適位置單獨設置房間安裝過濾器及其附屬設備，如圖1所示。

當過濾器安裝在甲板時，由于過濾器距離壓載泵的高度差比較大，約在20 m以上，而壓載泵揚程通常為25-30m，此情況下從壓載泵出口到過濾器入口的管路壓力損失非常大，已無法滿足過濾器反沖洗對壓差的要求，因此需提高壓載泵的揚程，根據實際情況不同，一般壓載泵揚程至少需提升至40 m以上。

3 加藥點和壓載TRO取樣的作用及取樣點布置

3.1加藥點和壓載TRO取樣的作用

支路電解的原理是從過濾器出口取一部分海水進入電解單元，然后將電解產生的氧化劑重新注入至主管路，此過程稱為加藥。

氧化劑加注到主管路后與主管路中的海水混合，為保證壓載水處理效果，要求混合后的氧化劑濃度在一定數值范圍內。該濃度值是經過船級社或其它機構認證的，需滿足該認證要求并持續監測氧化劑濃度，因此在加藥點后面管路要設置壓載TRO取樣點，用于從主管路連續取水檢測氧化劑的濃度是否達標并用于PLC（可編程邏輯控制器）的反饋調節。因此，對于壓載TRO取樣點的要求有如下兩點：一是保證此取樣點能夠順利取上海水，二是保證此取樣點處的氧化劑已經與海水充分混合均勻，從而保證TRO讀數的準確性。

3.2加藥點和壓載TRO取樣點布置

電解單元取水來白過濾器出口，電解之后產生的藥劑重新注入主管路，因此加藥點也是在過濾器出口之后的管路上。在過濾器出口設有調節閥（見圖2），其作用如下：一是當過濾器正常工作時，必須保證經過過濾器的海水流量是穩定的，也即通過此調節閥的開啟程度來調節主管路海水流量;二是當過濾器啟動自動反沖洗時，必須保證出口和排污口有足夠的壓差，以保證反沖洗的效果，也即此閥門開度一般會減小，來保證過濾器出口的壓力足夠。因此，若加藥點布置在調節閥前，如al點所示位置，當反沖洗時此處背壓較大，有可能出現氧化劑加不進去的問題[2]，所以對于普通船型，加藥點應布置在濾器出口調節閥后，如a2點所示位置。

加藥點后設置壓載TRO取樣點c1，用于監測主管路中電解液濃度是否達標并用于PLC反饋調節。為提高TRO取樣的準確度，通常要求取樣點和加藥點有一定距離，以保證加入的電解液與主管路海水能夠充分混合，加藥點和取樣點的布置如圖3所示。

過濾器放置在甲板，距離壓載艙的落差較大。通常，濾器出口管路在甲板上水平布置一段后便豎直向下進入壓載艙，而壓載艙處于整個船的最底層，當過濾器出口有海水流出時會形成虹吸現象，在虹吸作用下過濾器出口調節閥后面的壓力可達負壓，導致TRO無法取到海水，尤其是在空艙壓載的情況下，虹吸現象更加嚴重，因此在設計時必須予以考慮。優化的設計方案如圖4所示：將al點和c1點布置到調節閥前面，此時可通過適當調節閥的開度來保證閥前壓力為正壓，從而確保TRO能夠取到海水;另外，由于調節閥后壓力很低（有可能為負壓），此時即使調節閥的開度，調節閥前面的正壓也不會很大，因此將加藥點al布置在調節閥前也可以保證氧化劑的的正常加注。

為了進一步減小由于虹吸現象導致的調節閥后形成負壓，調節閥后面的管路可設置成倒U型彎，高度不小于2m。通過采取上述聯合方式，來確保TR能夠順利取到海水。

4 排載TRO取樣點和生物取樣點布置

4.1排載TRO取樣點和生物取樣點的作用

根據《規范》要求，排載時必須保證壓載艙內海水中殘留氧化物濃度小于0.1 ppm，因此在排舷外口處需設置排載TRO取樣，用于連續檢測殘留氧化劑濃度并用于PLC反饋調節。對于排載TRO取樣點的要求：一是該點要靠近排舷外口處;二是保證此取樣點能夠順利取上海水。

當船舶靠港時，港口國檢查官有權登船對處理后的壓載水進行取樣，檢驗該船壓載水處理是否滿足要求，因此必須設置生物取樣口，其要求：一是該點要靠近排舷外口處，并方便人員取樣的操作;二是保證此取樣點能夠順利取上海水。

4.2排載TRO取樣點和生物取樣點的布置

排載TRO取樣點、生物取樣點都要求布置在靠近排舷外口的管路上。而針對化學品船，其壓/排載管路、排舷外口等都處于充滿海水的壓載艙內，如設備、管路布置在此處，一旦發生故障，則人員無法進入艙內對其進行檢修，因此應避免在壓載艙內布置BWTS相關設備和管路。

鑒于上述原因，可將排載TRO取樣點c2、生物取樣點dl前移至甲板以上的過濾器出口管路上。由于排載時過濾器無需工作，因此可在過濾器進口和出口設置旁通管路及旁通閥：排載時，旁通閥開啟，艙內海水經旁通閥、倒U型管排出至排舷外口;同壓載取樣一樣，排載時也存在虹吸現象導致取水困難的問題，為此在設計時需將排載TRO取樣點c2和生物取樣點dl均布置在旁通閥前，如發生取樣困難，可通過適當調小調節閥的開度來保證閥前壓力。

優化后的化學品船BWTS設計簡圖，如圖5所示。

5 總結

通過上述分析，針對化學品船安裝壓載水處理系統，總結如下設計要點：

（1）過濾器可放置在甲板，且壓載泵揚程需提高至40m及以上;

（2）過濾器出口管路應設置倒U型彎，且高度差不小于2m;

（3）加藥點和壓載TRO取樣點布置在過濾器出口調節閥前;

（4）在過濾器進、出口設置旁通閥，排載要流經過濾器旁通管路;

（5）排載TRO取樣點和生物取樣點設置在旁通閥前面。

參考文獻

[1]潘錦成.船舶壓載水處理技術及處理系統方案研究[J].上海造船，2011 （ 2）64.

[2] Operating instnwtions for automatic filter type 6.1 8.3.

[3]李超.工藝設計指導文件[S].2020.