前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的大洋勘探船压载水系统设计研究，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：分析和研究最新生效的几种常用压载水管理公约规范，调研和对比目前市场上常用的几种压载水处理措施，综合对比分析各种压载水处理技术并结合大洋勘探船的特点选择合适的压载水处理技术，设计研究一型经济和环保的压载水系统，并进行压载水处理装置设备选型、系统设计和相关设备布置等。
关键词：大洋勘探船；压载水处理；紫外线；电解；二氧化氯
0引言
海洋资源勘探开发的快速发展对海洋环境带来的污染日趋严重。有效控制海洋环境污染、加强海洋环境保护是海洋资源勘探开发产业可持续发展的必由之路。海洋资源勘探离不开大洋勘探船，大洋勘探船是目前全世界深海高技术的集成。目前中国海洋事业还较落后，设计建造属于自己的大洋勘探船迫在眉睫。一方面需要向海洋索取资源，另外一方面保护海洋环境也是当务之急，因此需设计环保型大洋勘探船，依靠现有技术尽可能把对海洋的污染降到最低。据统计，全球80％以上国际贸易量需依靠航运。从事国际贸易运输的商船已超过5万艘，每年带来的压载水排放达120亿t［1］。船舶压载水作为外来物种迁移载体，被全球环保基金组织列为当今海洋“四大危害”之首。为控制由船舶压载水排放引发的生物入侵等海洋环境问题，国际海事组织（IMO）制定了《国际船舶压载水和沉淀物控制与管理公约》（简称“压载水管理公约”），对压载水排放做出了具体规定，该公约于2017年9月8日起正式生效实施。鉴于压载水处理装置的相关规范都已成熟，资料较多，相关信息不再详述，本文主要结合在研项目探讨适合大洋勘探船的压载水处理装置型式及相关的设计和布置。
1压载水处理规范要求
压载水管理公约由前言、正文及附则构成。其中正文有22个条目，附则由规范及附录等24个部分构成。另外，附录主要由船舶压载水管理证书和船舶压载水管理记录簿构成。压载水处理装置、设备只有满足IMO性能指标才可取得IMO认证，随着多年的发展，能够获得IMO认证的厂家已有100多家。如果需涉足美国海域，还需满足USCG的要求。与IMO要求相比，USCG的要求更高，证书获取难度也更高。目前全球范围内压载水处理装置生产厂家获得USCG认证的只有17家，相较于IMO认证少了很多。鉴于美国在大洋勘探船方面的优势，对IMO、ABS和USCG压载水处理性能指标进行对比。从表1可以看出IMO与ABS性能指标要求基本一致，但是USCG性能指标要求明显更严格。
2压载水处理技术
目前压载水处理装置生产厂家较多，尽管各生产厂家型式各种各样，但按照处理方式的不同大致可分为机械处理法、物理法和化学法等3种。机械处理法包含最直接的过滤和旋流分离法；物理法包括单纯加热、紫外线处理和超声波处理等几方面；化学法包含得比较多，大致为通过化学物质的氧化还原作用对压载水进行杀毒。目前还没有一种单一的处理技术能够满足IMO性能指标要求。通常IMO将利用物理处理的方法称为G8准则，而利用化学处理的方法称为G9准则［2］。下面介绍3种常用的压载水处理技术。紫外线法。紫外线法是一种纯物理法。研究证实253．7nm波长的紫外线可有效杀死水生物种、细菌和其他病原体等。紫外线法是一种环保无污染的处理方法，设备布局简单、方便、灵活，海水、淡水皆适用，无需每日保养，无有毒有害副产物，不使用任何化学物质，目前市场份额约占45％。紫外线法的缺点：对浊度大的压载水处理能力有限，对过滤器要求高，耗电量大［3］，不适用于流量大的场合。同时，据调查研究，微生物受辐射后可通过自身修复机制修复受损组织结构，恢复细胞的正常功能，紫外辐射的剂量对生物灭活效果产生直接影响［4］。因此，需控制紫外线辐射剂量，做好日常维护，避免部分灯管损坏影响剂量。电解法。原理：海水是一种天然的电解质溶液，利用电解海水产生的次氯酸根离子来破坏细胞核，通常次氯酸钠含量在7．5～9．5mg／L就可有效消灭各种浮游海生物。电解法在海上的应用已较广泛，在防海生物设备中也早已成熟应用。由于电解法耗电低，非常适合大流量系统，目前市场份额约占35％。电解法的缺点：对水质有要求；氧化性较强的活性物质对以碳钢为主的压载舱会有腐蚀，浓度越高腐蚀越强；电解时有副产物氯气和氢气，当氯气浓度过高（小于4×10－7mg／m3是安全的）时会伤害人体和设备，氢气在空气中的浓度（低于1％是安全的）高于4％时就产生爆炸，已有电解法压载水处理装置因此而发生爆炸事件，所以需配备相关检测及通风设备。二氧化氯处理法。采用化学注入法来处理压载水。二氧化氯技术利用化学反应产生二氧化氯杀死压载水中的水生物种、细菌和其他病原体，不受盐度、湿度和水质等影响，功耗低、集成度高。该技术在水处理及工业应用中已有70多年的历史。
3选型和设计
压载水系统的作用是调整吃水、浮态和稳性，调整压载水可满足船舶各种装载及适航要求［6］。不同类型船舶对压载水的依赖有较大区别，比如集装箱船对压载水依懒性低，而散货船和油船的依懒性高，依赖性的高低会影响泵的排量选择。大洋勘探船属于工作船，对压载水的依赖性相对较低，因此配置2台300m3／h的压载泵。随着压载水管理公约的生效，压载水系统的设计又需考虑环保要求，选择一种适合大洋勘探船的压载水处理装置成为压载水系统设计的重要一环。
3．1设备选型
压载水处理装置的选型涉及面广泛：一方面需满足船舶本身要求，如处理时间、空间要求和压载泵的排量等；另一方面，压载水处理装置系统属于新产品，还在不断发展中，不同处理技术各有优缺点，需综合考虑。本着适用性（处理效果好，适合安装）、前瞻性（设备使用寿命长，当前技术争论小）、经济性（采购成本合理，运营成本较低）、安全性（从设备运行到维修保养全程安全及环保）等几大原则，结合船舶特点，选择一种适合大洋勘探船的压载水处理装置。表2为第2节介绍的3种压载水处理技术的比较，参数按照2台300m3／h的压载泵来配置。结合表2和大洋勘探船的特点，对3种压载水处理技术逐一分析比较。（1）适用性。3种压载水处理技术都有已取得IMO及USCG认证的厂家；二氧化氯法需化学存储罐，整个设备较庞大；电解法和二氧化氯法更适用于排量大的场合，比如货运船，对于大洋勘探船这类布局较紧凑的工作船来说不合适；紫外线处理单元虽然安装在管路中，但是由于大洋勘探船压载泵排量小，其对管路布置方面的影响不大。（2）前瞻性。由于大洋勘探船以海上作业为主，因此压载水处理装置使用频率不高。3种技术方案的寿命都没问题，但是相对而言紫外线法是目前争议较少的压载水处理技术。（3）经济性。在价格上，紫外线法最贵；在运营上，由于紫外线功耗高，因此也是紫外线法最贵。但是，由于大洋勘探船以海上勘探为主，压载水处理装置使用频率低、压载泵排量低、功耗相对于整船的电力负荷来说影响较小，而且通常在码头使用，因此不需要单独考虑发电机组配置。（4）安全性。电解法和二氧化氯法都存在安全隐患：电解法包括对压载舱潜在的腐蚀、船舶安全以及人身安全等；二氧化氯法需装有化学品，若使用和管理不当，则化学品会对设备及人造成伤害。紫外线法是目前较为环保和安全的压载水处理装置。综上所述，大洋勘探船选择紫外线法压载水处理装置。
3．2系统设计
压载水系统设计要点如下：（1）采用环式管路设计，实现压载舱之间压载水互相调拨，提高船舶稳性。（2）压载水管路系统设计成不管是装卸压载水还是扫舱等工况，压载水都可经过压载水处理装置，做到全方位处理压载水，确保满足环保要求。（3）压载水舱贯穿全船，为了操作的便捷，均采用远程控制阀门，即阀门遥控。（4）由于船舶底部布置了管弄，遥控阀门选用系统设计较简单的电液式，省却了液压管路、液压泵、液压器件、液压柜等附属设备及附件，阀门布置在管弄内，方便后期维护保养。（5）鉴于压载水系统以含盐量较高的海水为主，海水对管路具有腐蚀性，管路材料选择需兼顾耐蚀性和经济性，需在材料价格与耐蚀性之间找到平衡点。常用的海水管路材料耐蚀性能递增顺序：钢、镀锌钢、铝黄铜、铜镍合金、70－30铜镍合金。表3为常用管路材料对比［7］。通过综合比较，压载水系统管系选择玻璃钢管。
3．3系统布置
压载水系统主要设备（包括压载水处理装置集成单元、压载泵、配电箱等）布置图如图2所示。压载水处理装置集成度较高，整个系统和舱室的布置较宽松，维修和保养空间充足，但是在布置时需注意紫外线电源柜与控制箱之间保持适当距离，以避免电源柜强电对控制箱面板及精密仪器的影响。
4结语及展望
虽然目前能够满足压载水管理公约的压载水处理装置厂家较多，但都存在着各自的问题，随着深入的实践和研究，会有更多的问题暴露出来，相关的规范要求也会不断升级，压载水处理技术也会逐步提高。比如中国某船企推出的新型压载水处理技术利用高新生物陶瓷复合材料和超微细化水处理技术产生好氧环境分解细菌、藻类等微生物，是一种纯物理、低能耗、环保无污染的处理技术。虽然该技术尚处于研发试验阶段，但是其代表着人类环保意识的提高，通过提高各种技术做到在人类发展的同时尽可能降低对环境的影响，实现人类与自然环境的和谐共处。
参考文献
［1］张立冬．压载水管理系统在船上的安装［J］．中国船检，2016（8）：99－101．
［2］包国治，孙玉科，陈宁．船舶压载水处理装置系统设计［J］．江苏船舶，2012（5）：21－25．
［3］袁成岗，胡峰．船舶压载水处理技术的比较分析［J］．科教文汇（下旬刊），2012（12）：94－95．
［4］李天琦，杨盈，徐俪轩，等．紫外辐照技术处理船舶压载水的应用优势与存在问题［J］．海洋科学前沿，2018，5（4）：128－133．
［5］中国船级社．压载水公约实施指南［S］．北京：人民交通出版社，2015．
［6］中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会．船舶设计实用手册：轮机分册［M］．3版．北京：国防工业出版社，2013．
［7］阳利军，张国庆，李妍．海洋平台海水管道管材选择［J］．全面腐蚀控制，2014（10）：50－52，57．
作者:鲁建 陶富平 尹艳 单位:上海外高桥造船有限公司