滤器加紫外线压载水处理系统在多用途船上的应用 4页

NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2012年第4期（总第92期）滤器加紫外线压载水处理系统在多用途船上的应用潘韦枫，杨捷，朱海波（沪东中华造船（集团）有限公司，上海200129）摘要：对17300dwt加长型多用途船加装滤器及紫外线压载水处理系统的工作原理、系统组成、工作模式的功能及应用和设计思想进行分析研究，通过实船系统的设计，阐明了压载水处理装置的应用及国际海事组织对未来船舶新的规范要求。关键词：多用途船；压载水处理；系统工作原理；应用设计中图分类号：U663.85文献标识码：A文章编号：2095-4069(2012)04-0033-04Abstract:Thispaperanalyzesandstudiestheworkingprinciple,systemcomponents,functionsandapplicationsofvariousworkingmodes,aswellasthedesignconceptofthefilterplusultravioletrayballastwatertreatmentsysteminstalledona17300dwtlengthenedmulti-purposevessel.Throughthedesignofthevesselsystem,thispaperelaboratestheapplicationoftheballastwatertreatmentsystemandtheregulationrequirementsoftheInternationalMaritimeOrganizationforfuturevessels.Keywords:multi-purposevessel;ballastwatertreatmentsystem;systemworkingprinciple;applicationdesign0引言随着每年新船数量及其装载量的飙升，每年运转的船舶压载水携带大量的有害生物和病原体，会对海域发生污染。由此船舶压载水被全球环境保护基金组织认为是危及海洋生态系统的四大威胁之一，IMO（国[1]际海事组织）对此高度重视，于2004年通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》（以下简称公约），旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵，病原体传播导致的对环境、人类健康、财产及资源方面的损害。1压载水处理规范要求[2]压载水排放需符合IMO公约规定的D-2标准，该标准规定：1)按本条进行压载水管理船舶的排放，应达到每立方米中最小尺寸≥50m的可生存生物数量<10个，每毫升中最小尺寸<50m，≥10m的可生存生物数量<10个；并且，指示微生物的排放不应超过第2款中所述的规定浓度。2)作为一种人体健康标准，指示微生物应包括：(1)有毒霍乱弧菌（O1和O139）：每100mL中的数量<1个cfu（菌落形成单位）或每1g（湿重）浮游动物样品中的数量<1个cfu；(2)大肠杆菌：每100mL中的数量<250个cfu；(3)肠道球菌：每100mL中的数量<100个cfu。[3]公约附则中B-3条还规定，船舶压载水的排放控制分为两个阶段：3331)压载水容量为1500~5000m（包括1500m和5000m），在2014年以前应至少符合公约中压载水[4]更换的D-1标准，以后应至少符合压载水排放性能的D-2标准。332)压载水容量<1500m或>5000m，在2016年以前应至少符合压载水更换的D-1标准，以后应至少符合压载水排放性能的D-2标准。第一作者简介：潘韦枫，男，工程师。1956年生，1989年上海市造船工业职工联合大学自动化专业毕业，现从事船舶电气设计工作。收稿日期：2012-05-04\n34船舶与海洋工程2012年第4期截止到2012年3月，已有占世界商船总吨位26.5%的33个国家批准了压载水公约，一旦获得占全球总吨位35%的30多个国家批准生效后7年内，要求所有航行船舶都要搭载压载水处理系统。目前压载水处理的技术主要是：先过滤（去除大颗粒物质和悬浮物）；然后杀灭有害水生物和病原体，其方法有：紫外线法、电解法、除氧法、二氧化碳法、超声波法、臭氧法及其他方法。而主流技术为紫外线法和电解法。2压载水处理设备选型2.1德国RWO产品该产品是滤器+电解的处理方式：打压载时先通过滤器过滤掉>55m的颗粒、沉淀物和生物，再利用电化学消毒装置杀死遗留在水中的较小水生物和细菌，排放压载时，只通过消毒装置。其优点是：已在重吊船上安装使用，设计和安装熟悉。缺点是：模块化安装，滤器和电气控制箱尺寸大，安装不下。电解方式在处理纯淡水中效果有缺陷，它至少要带点盐的成分。2.2韩国TECHCROSS产品该产品是电解式处理方式。优点是：1)只需处理一次，如果处理后的压载水在压载舱存放时间超过半年，则排放压载水时还须处理；2)纯电气设备没有滤器，省了机械管路，节约了空间，安装方便。缺点是：1)2个电源整流器箱和2个电解模块之间要用铜排连接（DC13V，1000A）并且需要焊接，而且铜排长度不能长，产品的要求是3m。铜排的弯曲、焊接、与外界绝缘，对工艺提出了更高要求，增加成本。2)省了滤器，打压载水时只能经过海底阀的粗滤器，如果颗粒、沉淀物和生物较大，难以达到处理的精度和排放标准。电解方式处理效果与德国RWO产品相同。2.3美国HYDE产品该产品是滤器过滤+紫外线消毒处理方式，与上述两家的产品相比，优势是：它的滤器比德国产品尺寸小得多，而且防爆。紫外线方式在纯淡水中处理效果比电解方式好；它的电气控制箱和电源箱的尺寸也均比上述两家产品尺寸要小得多，该产品安装灵活，可采用模块式安装，也可以分散安装。3压载水处理装置在船上的应用3.1系统工作原理3.1.1滤器3滤器提供的流量是：600m/h。滤器系统由含有能俘获和储存固体颗粒的堆状碟片的单元组成。滤器在每次进行压载作业后进行自动反冲洗一遍。为了压载水操作的连续性，要求保持系统压降在30~70kPa，当系统压降达到70kPa时，系统进行反冲洗。通常过滤情况下，压载水从外部流入内部，此时滤芯碟片通过弹簧及压力差被紧紧地压在一起，驱使压载水流入各槽内并且俘获杂质，从而起到过滤作用，确保其过滤精度为55m。滤器单元交替的反冲洗过程是通过预先设定的70kPa压力差来执行完成的。此时增压泵自动启动，使系统压力升高。在反冲洗过程中，大约有1%过滤后的压载水从内部流向外部，此时进口阀关闭，同时泻放阀自动打开。最终使被滤器俘获的杂质通过泻放块而有效地被冲洗掉。3.1.2紫外线消毒单元紫外线消毒单元是目前尺寸最小的，紫外线灯管使用的水温为20~+80℃，UV腔室保持了最低的压降和最大的保持时间。UV单元有3档功率自动调节，可以实现有效节能。该系统采用了与水流方向成垂直角度的高能量输出的中压灯管，灯管是套在石英套管内，不与外界的水接触。石英套管带有电动马达驱动的自动清洁刷，从而确保了连续可靠的紫外线消毒，在此过程中无需添加任何化学药剂。3.2系统组成和工作模式压载水处理电气系统见图1，该装置设计了4种工作模式：1)打压载水模式：系统在打压载水期间，通过自动滤器进行过滤，用来清除沉渣和较大的浮游生物，再经过紫外线消毒装置，消灭或失活有机物和细菌，但当滤器压差达到7kPa的时候，开始自动反冲洗。\n潘韦枫，等：滤器加紫外线压载水处理系统在多用途船上的应用35图1压载水处理电气系统2)排放压载水模式：系统在排放压载水期间，通过紫外线消毒装置把长期沉淀的压载水再进行消毒，使其达到国际海事组织（IMO）规定的排放标准。3)扫舱模式：在压载水排放到压载舱底部，而压载泵无法吸取舱底剩余压载水时，喷射器手动工作，把剩余的压载水吸出，通过紫外线消毒装置再进行杀菌消毒，从而达到IMO规定的排放标准。4)互拨模式：这种模式就是紫外线消毒装置不参加工作，但压载舱里的调拨水经过紫外线消毒装置，使之在压载舱之间相互调拨压载水。在这种模式里，还有应急模式，当压载水处理装置故障不能使用时，只能直接打压载水。在这种应急模式下，必须把压载水处理装置完全隔离掉，此时当监测报警系统的电脑里监测到两个隔离阀（图2中的WBV36和WBV35）关闭，旁通阀（图2中的WBV33）打开，压载泵运行的工况，会同时产生一个信号，送回到压载水处理装置的电气控制箱，用来记录，以方便日后在当地核对检查。3.3压载水处理装置功能的扩展原有的压载水处理装置是一个独立的自动控制加连续的监测系统，其不与外部系统有接口。只需在电气控制箱上选择相应的工作模式启动，该装置就自动运行，并连续监测滤器系统和紫外线消毒系统及相关控制阀的工作状态。为更方便有效地工作，对其电气控制箱进行了功能扩展：1)增加GPS接口，是为了让压载水处理装置的电气控制箱能及时记录下船打压载水时的区域位置，时间和日期，以便当地核对和打印。2)增加与船监测报警系统的接口，在其电气控制箱上增加一个就地和遥控选择开关和连接一个（ModbusRTU）通讯接口。这样既可就地操作，也可遥控操作，也就是把电气控制箱上的操作功能整合到船监测报警系统上。目的是方便操作，减少下机舱巡视的次数，减轻劳动强度。扩展的主要功能是命令和反馈：1)由监测报警系统到电气控制箱的是命令信号：主要是起动打压载；起动排放压载；停止打压载和排放压载；起动和停止扫舱模式；起动和停止互拨模式。2)由电气控制箱到监测报警系统的指示报警信号：主要是系统压力、紫外线强度、水的温度、水的流速、紫外线灯泡寿命、反冲洗次数的指示。进口阀、出口阀、冷却阀、旁通阀和扫舱阀的位置指示。反冲洗状态、紫外线灯泡冷却、系统运行、系统旁路、应急停止状态的指示。增压泵过载、电源箱高温、灯泡故障、清洁刷故障的报警等。只要在电脑上选择某种模式，再按起动，压载水处理装置则按照所选定的模式自动运行，它的运行情\n36船舶与海洋工程2012年第4期况全部反映在电脑上，便于驾驶室，机舱集控室和船舶办公室的电脑上能实时观察到系统的工作。见图2。考虑到设备测试和检修的方便，还在图2设置了手动操作的命令和指示，主要有打开和关闭压载水处理系统内的进口阀、旁通阀、出口阀、冷却阀和扫舱阀；滤器反冲洗开始；灯管清洁刷工作等。以便在电脑上清楚地了解每个设备的状况。3个控制室的电脑不能同时操作，只能相互请求位置转换来进行操作，并可在其位置上进行锁定。图2压载水处理系统4结语随着环境保护越来越受到全球的重视，IMO对船舶的排放，及时制定了措施和规范，压载水处理装置也随之产生，为保护海洋环境作出更大的贡献。【参考文献】[1]IMOBWM/CONF/36,internationalconventionforthecontrolandmanagementofShips’ballastwaterandsediments[S],2004.[2]RegulationD-2,ballastwaterperformancestandard[S].[3]RegulationB-3,ballastwatermanagementforships[S].[4]RegulationD-1,ballastwaterexchangestandard[S].