前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的大洋勘探船壓載水系統設計研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：分析和研究最新生效的幾種常用壓載水管理公約規范，調研和對比目前市場上常用的幾種壓載水處理措施，綜合對比分析各種壓載水處理技術并結合大洋勘探船的特點選擇合適的壓載水處理技術，設計研究一型經濟和環保的壓載水系統，并進行壓載水處理裝置設備選型、系統設計和相關設備布置等。
關鍵詞：大洋勘探船；壓載水處理；紫外線；電解；二氧化氯
0引言
海洋資源勘探開發的快速發展對海洋環境帶來的污染日趨嚴重。有效控制海洋環境污染、加強海洋環境保護是海洋資源勘探開發產業可持續發展的必由之路。海洋資源勘探離不開大洋勘探船，大洋勘探船是目前全世界深海高技術的集成。目前中國海洋事業還較落后，設計建造屬于自己的大洋勘探船迫在眉睫。一方面需要向海洋索取資源，另外一方面保護海洋環境也是當務之急，因此需設計環保型大洋勘探船，依靠現有技術盡可能把對海洋的污染降到最低。據統計，全球80％以上國際貿易量需依靠航運。從事國際貿易運輸的商船已超過5萬艘，每年帶來的壓載水排放達120億t［1］。船舶壓載水作為外來物種遷移載體，被全球環?；鸾M織列為當今海洋“四大危害”之首。為控制由船舶壓載水排放引發的生物入侵等海洋環境問題，國際海事組織（IMO）制定了《國際船舶壓載水和沉淀物控制與管理公約》（簡稱“壓載水管理公約”），對壓載水排放做出了具體規定，該公約于2017年9月8日起正式生效實施。鑒于壓載水處理裝置的相關規范都已成熟，資料較多，相關信息不再詳述，本文主要結合在研項目探討適合大洋勘探船的壓載水處理裝置型式及相關的設計和布置。
1壓載水處理規范要求
壓載水管理公約由前言、正文及附則構成。其中正文有22個條目，附則由規范及附錄等24個部分構成。另外，附錄主要由船舶壓載水管理證書和船舶壓載水管理記錄簿構成。壓載水處理裝置、設備只有滿足IMO性能指標才可取得IMO認證，隨著多年的發展，能夠獲得IMO認證的廠家已有100多家。如果需涉足美國海域，還需滿足USCG的要求。與IMO要求相比，USCG的要求更高，證書獲取難度也更高。目前全球范圍內壓載水處理裝置生產廠家獲得USCG認證的只有17家，相較于IMO認證少了很多。鑒于美國在大洋勘探船方面的優勢，對IMO、ABS和USCG壓載水處理性能指標進行對比。從表1可以看出IMO與ABS性能指標要求基本一致，但是USCG性能指標要求明顯更嚴格。
2壓載水處理技術
目前壓載水處理裝置生產廠家較多，盡管各生產廠家型式各種各樣，但按照處理方式的不同大致可分為機械處理法、物理法和化學法等3種。機械處理法包含最直接的過濾和旋流分離法；物理法包括單純加熱、紫外線處理和超聲波處理等幾方面；化學法包含得比較多，大致為通過化學物質的氧化還原作用對壓載水進行殺毒。目前還沒有一種單一的處理技術能夠滿足IMO性能指標要求。通常IMO將利用物理處理的方法稱為G8準則，而利用化學處理的方法稱為G9準則［2］。下面介紹3種常用的壓載水處理技術。紫外線法。紫外線法是一種純物理法。研究證實253．7nm波長的紫外線可有效殺死水生物種、細菌和其他病原體等。紫外線法是一種環保無污染的處理方法，設備布局簡單、方便、靈活，海水、淡水皆適用，無需每日保養，無有毒有害副產物，不使用任何化學物質，目前市場份額約占45％。紫外線法的缺點：對濁度大的壓載水處理能力有限，對過濾器要求高，耗電量大［3］，不適用于流量大的場合。同時，據調查研究，微生物受輻射后可通過自身修復機制修復受損組織結構，恢復細胞的正常功能，紫外輻射的劑量對生物滅活效果產生直接影響［4］。因此，需控制紫外線輻射劑量，做好日常維護，避免部分燈管損壞影響劑量。電解法。原理：海水是一種天然的電解質溶液，利用電解海水產生的次氯酸根離子來破壞細胞核，通常次氯酸鈉含量在7．5～9．5mg／L就可有效消滅各種浮游海生物。電解法在海上的應用已較廣泛，在防海生物設備中也早已成熟應用。由于電解法耗電低，非常適合大流量系統，目前市場份額約占35％。電解法的缺點：對水質有要求；氧化性較強的活性物質對以碳鋼為主的壓載艙會有腐蝕，濃度越高腐蝕越強；電解時有副產物氯氣和氫氣，當氯氣濃度過高（小于4×10－7mg／m3是安全的）時會傷害人體和設備，氫氣在空氣中的濃度（低于1％是安全的）高于4％時就產生爆炸，已有電解法壓載水處理裝置因此而發生爆炸事件，所以需配備相關檢測及通風設備。二氧化氯處理法。采用化學注入法來處理壓載水。二氧化氯技術利用化學反應產生二氧化氯殺死壓載水中的水生物種、細菌和其他病原體，不受鹽度、濕度和水質等影響，功耗低、集成度高。該技術在水處理及工業應用中已有70多年的歷史。
3選型和設計
壓載水系統的作用是調整吃水、浮態和穩性，調整壓載水可滿足船舶各種裝載及適航要求［6］。不同類型船舶對壓載水的依賴有較大區別，比如集裝箱船對壓載水依懶性低，而散貨船和油船的依懶性高，依賴性的高低會影響泵的排量選擇。大洋勘探船屬于工作船，對壓載水的依賴性相對較低，因此配置2臺300m3／h的壓載泵。隨著壓載水管理公約的生效，壓載水系統的設計又需考慮環保要求，選擇一種適合大洋勘探船的壓載水處理裝置成為壓載水系統設計的重要一環。
3．1設備選型
壓載水處理裝置的選型涉及面廣泛：一方面需滿足船舶本身要求，如處理時間、空間要求和壓載泵的排量等；另一方面，壓載水處理裝置系統屬于新產品，還在不斷發展中，不同處理技術各有優缺點，需綜合考慮。本著適用性（處理效果好，適合安裝）、前瞻性（設備使用壽命長，當前技術爭論?。?、經濟性（采購成本合理，運營成本較低）、安全性（從設備運行到維修保養全程安全及環保）等幾大原則，結合船舶特點，選擇一種適合大洋勘探船的壓載水處理裝置。表2為第2節介紹的3種壓載水處理技術的比較，參數按照2臺300m3／h的壓載泵來配置。結合表2和大洋勘探船的特點，對3種壓載水處理技術逐一分析比較。（1）適用性。3種壓載水處理技術都有已取得IMO及USCG認證的廠家；二氧化氯法需化學存儲罐，整個設備較龐大；電解法和二氧化氯法更適用于排量大的場合，比如貨運船，對于大洋勘探船這類布局較緊湊的工作船來說不合適；紫外線處理單元雖然安裝在管路中，但是由于大洋勘探船壓載泵排量小，其對管路布置方面的影響不大。（2）前瞻性。由于大洋勘探船以海上作業為主，因此壓載水處理裝置使用頻率不高。3種技術方案的壽命都沒問題，但是相對而言紫外線法是目前爭議較少的壓載水處理技術。（3）經濟性。在價格上，紫外線法最貴；在運營上，由于紫外線功耗高，因此也是紫外線法最貴。但是，由于大洋勘探船以海上勘探為主，壓載水處理裝置使用頻率低、壓載泵排量低、功耗相對于整船的電力負荷來說影響較小，而且通常在碼頭使用，因此不需要單獨考慮發電機組配置。（4）安全性。電解法和二氧化氯法都存在安全隱患：電解法包括對壓載艙潛在的腐蝕、船舶安全以及人身安全等；二氧化氯法需裝有化學品，若使用和管理不當，則化學品會對設備及人造成傷害。紫外線法是目前較為環保和安全的壓載水處理裝置。綜上所述，大洋勘探船選擇紫外線法壓載水處理裝置。
3．2系統設計
壓載水系統設計要點如下：（1）采用環式管路設計，實現壓載艙之間壓載水互相調撥，提高船舶穩性。（2）壓載水管路系統設計成不管是裝卸壓載水還是掃艙等工況，壓載水都可經過壓載水處理裝置，做到全方位處理壓載水，確保滿足環保要求。（3）壓載水艙貫穿全船，為了操作的便捷，均采用遠程控制閥門，即閥門遙控。（4）由于船舶底部布置了管弄，遙控閥門選用系統設計較簡單的電液式，省卻了液壓管路、液壓泵、液壓器件、液壓柜等附屬設備及附件，閥門布置在管弄內，方便后期維護保養。（5）鑒于壓載水系統以含鹽量較高的海水為主，海水對管路具有腐蝕性，管路材料選擇需兼顧耐蝕性和經濟性，需在材料價格與耐蝕性之間找到平衡點。常用的海水管路材料耐蝕性能遞增順序：鋼、鍍鋅鋼、鋁黃銅、銅鎳合金、70－30銅鎳合金。表3為常用管路材料對比［7］。通過綜合比較，壓載水系統管系選擇玻璃鋼管。
3．3系統布置
壓載水系統主要設備（包括壓載水處理裝置集成單元、壓載泵、配電箱等）布置圖如圖2所示。壓載水處理裝置集成度較高，整個系統和艙室的布置較寬松，維修和保養空間充足，但是在布置時需注意紫外線電源柜與控制箱之間保持適當距離，以避免電源柜強電對控制箱面板及精密儀器的影響。
4結語及展望
雖然目前能夠滿足壓載水管理公約的壓載水處理裝置廠家較多，但都存在著各自的問題，隨著深入的實踐和研究，會有更多的問題暴露出來，相關的規范要求也會不斷升級，壓載水處理技術也會逐步提高。比如中國某船企推出的新型壓載水處理技術利用高新生物陶瓷復合材料和超微細化水處理技術產生好氧環境分解細菌、藻類等微生物，是一種純物理、低能耗、環保無污染的處理技術。雖然該技術尚處于研發試驗階段，但是其代表著人類環保意識的提高，通過提高各種技術做到在人類發展的同時盡可能降低對環境的影響，實現人類與自然環境的和諧共處。
參考文獻
［1］張立冬．壓載水管理系統在船上的安裝［J］．中國船檢，2016（8）：99－101．
［2］包國治，孫玉科，陳寧．船舶壓載水處理裝置系統設計［J］．江蘇船舶，2012（5）：21－25．
［3］袁成崗，胡峰．船舶壓載水處理技術的比較分析［J］．科教文匯（下旬刊），2012（12）：94－95．
［4］李天琦，楊盈，徐儷軒，等．紫外輻照技術處理船舶壓載水的應用優勢與存在問題［J］．海洋科學前沿，2018，5（4）：128－133．
［5］中國船級社．壓載水公約實施指南［S］．北京：人民交通出版社，2015．
［6］中國船舶工業集團公司，中國船舶重工集團公司，中國造船工程學會．船舶設計實用手冊：輪機分冊［M］．3版．北京：國防工業出版社，2013．
［7］陽利軍，張國慶，李妍．海洋平臺海水管道管材選擇［J］．全面腐蝕控制，2014（10）：50－52，57．
作者:魯建 陶富平 尹艷 單位:上海外高橋造船有限公司