解读船用电解式压载水处理装置

摘要： 2004年，国际海事组织（IMO）通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵，病原体传播导致的环境、人类健康、财产及资源方面损害。公约规定，从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备，到2017年所有远洋船舶均须安装压载水处理设备。船舶管理人员必须熟练地操作和管理好压载水处理系统。

关键词：船舶压载水排放 电解式压载水处理装置 电解式压载水处理装置安全操作

早在2004年，国际海事组织（IMO）通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》，旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵，病原体传播导致的环境、人类健康、财产及资源方面损害。公约规定，从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备，并对现有船舶实施追溯，到2017年所有远洋船舶均须安装压载水处理设备。船舶压载水管理系统就是对船舶排放海里的压载水进行处理的装置。对于船舶管理人员而言，必须尽快了解和熟练船舶压载水处理装置的原理、操作和管理。

1 船用电解式压载水处理装置的基本原理

船舶电解式压载水的处理装置在处理压载水具有高效率、低成本的功能。一般电解试压载水的处理过程分为“过滤”、“电解”、“中和”三步，如图1。

过滤：在压载过程中利用高过滤精度的自动反冲洗过滤器，对主管路压载水进行过 滤，过滤掉海生物和固体。

电解：从压载水主管路引一支路，然后通过电解单元支路进行电解使产生的次氯酸钠（NaClO）溶液，回注入压载水主管路，同主管路压载水混合压入压载舱，达到规定的杀菌效果。

中和：压载水排放时，当余氯浓度大于IMO规定值时，中和系统自动启动，向排载管注入中和剂，中和余氯。

2 船用电解式压载水处理装置的组成和基本工作原理

电解式压载水处理装置一般由：PLC（可编程逻辑控制器）控制板、控制箱、整流电源箱（多个整流模块并联供电）、压载泵、压载水流量计、自动反冲洗滤器、排污泵、增压变频泵、电解槽（多个电解槽并联）、自动阀、氢气分离气、氢气排风机、含氯监测器、中和液储存器、搅拌泵、投药泵及各种保护用监测传感器组成。

现在电解式压载水处理装置的每一个过程都是由PLC自动控制的，如果需要远程控制，则可通过远程PLC板（并联）进行遥控控制。

简图如下（粗线为海水管系，细线为通讯和电源线）：

电解试压载水处理装置主要有三部分组成：自动反冲洗过滤单元、电解单元、中和单元。

2.1 自动反冲洗过滤单元

自动反冲洗滤器单元由控制箱、压载泵、排污泵、压力检测仪表及相应的管路系统及几十μm的滤器组成，当压载泵起动后，首先通过滤器将大的海生物和固体物清除，在清除过程中，当滤器的压差大于0.6bar时滤器进行反冲洗，如果压差大于0.8bar时发出滤器压差高报警，此时需要增加反冲洗量或停止系统工作进行人工清洗。反冲洗的污水由排污泵排入污水舱或直接排入海中，如果没有压差高产生自动反冲洗时滤器将定时进行反冲洗。由于滤器的孔径过细所以要求在此滤器的前部再增加较粗的滤器或在较干净的水域进行压载水的压入。

2.2 电解单元

电解单元主要有自动控制系统、增压变频泵、整流电源、电解槽、电动阀、含氯监测器、盐度传感器、除氢装置组成。当压载泵起动后，通过流量传感器和盐分传感器进行监测连锁，当压载水的流量大于至少一个电解槽所需流量及盐分大于3PSU时，电解单元开始工作，电解单元是有几个电解槽组成的，按压载水的排量所需电解槽的进出口电动阀可自动打开，增压变频泵将压载总管中的压载水排量的百分之一到二的压载水抽入电解单元进行电解，电解后含高浓度（几百PPM）的次氯酸纳溶液再回注入压载总管，混合后经含氯监测器检测（按D-2标准，当压载水中次氯酸纳含量在7.5MG/L-9.5MG/L内时，浮游生物、病原体、幼虫孢子等都能有效杀灭），电解的电流量的大小是通过整流后的直流电按设定的含氯监测器值7.5MG/L进行自动调节的。

由于压载水的压力波动，所以就需配备增压变频泵，电解单元的增压变频泵的排量是根据压载泵的排量波动通过流量计的监测数据信号可自动调节的，这样通过电解单元的压载水可保持与压载泵的排量比例稳定，含氯监测器检测到的值也可保持稳定。

电解槽是电解式压载水处理装置中的核心，它的压力、压差、温度值是否在安全工作范围内对于电解式压载水处理装置是非常重要的，所以需配备压力、压差、温度等监测传感器进行监测，一般电解槽设计的最大压力为6bar、压差为0.8bar、温度为70℃，当压力超过4 bar 、压差超过0.6bar、温度超过55℃时电解槽应停止工作采取反冲洗、清通和降低电解电流值的方法进行安全处理。

在电解过程中为确保产生的氢气不会产生爆炸的危险（国标规定氢气在空气中的含量低于1%时是安全的，含量高于4%时就可以产生爆炸），还需配备除氢气的分离器装置和排气装置将氢气从电解槽中分离出来并排放入大气中，通过氢气监测传感器，当监测到产生的氢气含量大于0.8%时配备的强力排风机就要自动工作，将氢气含量值保持在安全范围内，如果装置中氢气的含量达到大于2%时，压载水处理装置的电解槽需立即停止工作，此除气装置在电解式压载水处理装置中是不可缺少的，曾有一家企业生产的电解式压载水处理装置因没有氢气分离器和强排风除气装置在试验时发生爆炸事故，严重威胁到设备和人员的安全。

同样，在电解过程中还会产生氯气，当氯气泄漏在空气中并浓度过高时，人体和机械都将受到伤害，一般说，氯气在空气中的含量在0.4ppm以下时是安全的，所以还需配备氯气监测传感器，当空气中的氯气含量大于0.5ppm时就需发出报警进行通风处理。

2.3 中和单元

中和单元由储存器、中和剂、搅拌泵、投药泵组成，中和单元用来中和经过杀菌灭活后的压载水中残留的氧化剂。中和液的加入量由排载时总管中的排量和排载水中含氯监测器监测的浓度值决定。中和液的化学成分为Na2S2O3（大苏打），Na2S2O3 和残留氧化剂反应生成的 NaCl 和 Na2SO4 对海洋环境无污染。按IMO的要求，排出的压载水含浮游生物应在每立方100个以下，并且含次氯酸纳在0.1―0.2MG/L以下，当排出的压载水经含氯监测器检测大于0.1―0.2MG/L时中和装置将混合搅拌好的大苏打水中和液注入压载水出口总管，直到排出的压载水达到排放标准。一般来说，压载舱中的压载水次氯酸纳含量会每天衰减，并在5天左右衰减完毕，只有在5天内将压载水排出时次氯酸纳的含量才会大于0.1～0.2MG/L，此时才会需要中和装置进行中和。

在电解式压载水处理装置中，必须要有各种保护和报警才能确保设备和人员的安全，所以就需配备各种安全的保护。

主要的安全保护和报警要有：电解槽压差高报警、电解槽流量低报警、电解槽温度高报警、电解槽压力高报警、氢气含量高报警、氯气含量高报警、排风和风压低报警、含盐值低报警、排出含氯监测器检测值超限报警、整流电源装置故障报警、氢气传感器故障报警、氯气传感器故障报警、流量传感器故障报警、控制系统故障报警等等。

3 船用电解式压载水处理装置的操作、维护与管理

船用电解式压载水处理装置的基本操作过程：

（1）检查设备内外所有手动阀门应处在正确位置。

（2）将控制柜面板下方的“本控/远控”开关调制“本控”位置，并将“锁屏/解锁”开关调至“解锁”。

（3）系统供电，进入操作初始界面。

（4）压载水操作

按下“AUTO”键进入自动运行模式：

①根据实际运行需求，需选择压载模式，如左舷压载、右舷压载、艉尖舱压载。

②确保系统的取水管路、气路等已经调好，并且确保药剂也都已经加好。

③确认压载泵已经启动，此时操作界面中的压载泵运行指示灯会变为绿色，并且面板有主管路流量显示。待主管路流量计有一定的流量显示后，按下“START”按键，系统进入自动运行状态。

④压载过程结束后，点击“STOP”按键，待压载泵停止后压载水系统结束运行。

（5）排载操作：

①将控制面板下方的“本控/远控”开关调制“本控”位置，并将“锁屏/解锁”开关调至“解锁”位置下。

②系统供电，点击“AUTO”进入自动控制界面，点击屏幕下方的“DEBAL”按键，进入排载自动控制界面。排载过程运行前，确保中和罐的中和药剂充足，且在有效期内；确保TRO的取水管路、气路等已经调好，并且确保药剂也都已经加好。

③压载泵启动后，根据排载的需要，点击界面对应的“START”按键，即可实现排载的自动运行。在系统排载时，压载水管理系统的中和剂先以最大流量注入主管路中，随后则根据主管路TRO检测到的余氯浓度和主管路的流量来自动控制中和剂的注入量。一旦排出水中氯离子的浓度高于规定值，控制面板中将显示排出口TRO高的报警信号，收到报警后，请及时检查中和单元加药是否通畅或药剂是否过期。

④排载过程结束后，点击“STOP”按钮，并停止压在泵，结束中和过程。

4 系统常见故障（不会导致设备停机）及排除

船用电解式压载水处理装置在系统运行时，如果出现报警信号，系统在报警信息栏出现详细报警内容，并在本控及远程系统做出声光报警反应以提示操作人员。

报警分为两类报警：

一般报警不会导致设备停机，但出现报警信息后应及时消除。

4.1 主管路流量超限报警

故障排除：调节主管路阀门使主管路流量低于系统设置的报警值。

4.2 电解单元进口压力高报警

故障排除：在调节电解单元流量的过程中，优先调节海水泵至电解单元模块之间的阀门，若需要微调时再调节电解单元内部的调节阀，保证稳定工作时，电解单元进口压力表示数小于3bar。

4.3 过滤器压差高报警

故障排除：若长时间出现过滤器压差高报警，需要拆开过滤器并清洗滤芯。

4.4 TRO故障报警

故障排除：先查看出现报警的TRO显示屏。

（1）若出现WATR报警，及说明TRO未取到水或取水不足，请按照以下步骤检查：

①检查确保主管路中有水，且需要保证一定的流量。

②检查TRO的取样阀门是否处于打开状态，需要保证其在打开状态。

③气动泵的气压不足，需适当调大调压过滤器的压力。一般为2～4bar。

④保证TRO内部与外部的取水管路都是通畅的，无杂物将其堵塞。

（2） 若出现NPRG报警，说明TRO排泄不畅。需要检查排泄管路是否通畅，并保证排泄管路中无正压。

（3）若出现WCAL报警，说明水位校准无效，需要重新手动加药一次，如果报警依然存在，需重新启动TRO。

（4）若出现RGNT报警，说明TRO未取到试剂，需要手动加药一次，保证透明的取药管中充满试剂。

4.5 过滤器压差高报警。故障排除：若长时间出现过滤器压差高报警，需要拆开过滤器并清洗滤芯。

4.6 排出口TRO浓度高报警。故障排除：

①适当提高中和单元加药管路中的压力，一般为1～2bar。

②检查中和单元加药管路是否通畅，需保证加药管路通畅，无杂物堵塞。

5 系统常见故障（会导致设备停机）及排除

严重报警有可能导致设备无法正常运行甚至设备损坏，因此出现此类报警系统会自动停机，直至报警信息消除后才可继续运行。

5.1电解槽压差高报警

故障排除：此故障是由于初始运行时，由于水柱冲击造成的，故在调节电解单元流量时，优先调节海水泵至电解单元模块之间的阀门，若需要微调时再调节电解单元内部的调节阀，保证稳定工作时，电解单元进口压力表示数小于3bar。此报警需要手动复位后，才能重新启动系统。

5.2 氢气断线报警、氯气断线报警以及EDU流量计断线报警

故障排除：根据图纸，检查接线，维修完毕后，需要手动复位，才能重新启动系统。

5.3 海水泵或风机等故障报警

故障排除：检查接线，确保没问题，并检查相应的断路器是否跳闸。检查没问题后，手动复位，才能重新启动系统。

防爆TRO的指示灯没有处于常绿状态

故障排除：

（1）保证通向防爆TRO的气路通畅，并已经有压缩气体通入箱内。请将通入TRO箱的压缩空气调为3―5bar。

（2）保证防爆TRO箱不漏气，若有漏气现场，请进行密封处理。

电解式压载水处理装置的缺点是不能在淡水中进行工作，为解决这个问题，需要有一个专用的舱保存海水。当需要在淡水区域进行压载水压入时，电解槽的专用给水泵抽取此舱的海水进行电解，电解后的含次氯酸纳的海水注入压载水总管进行混合，混合后经含氯监测器检测，在达到7.5MG/L―9.5MG/L值后同样可以达到杀灭浮游生物、病原体、幼虫孢子等的效果。

6 结束语

随着2017年临近，国际海事组织（IMO）按照《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》对所有远洋船舶均须使用压载水处理设备。目前电解式压载水处理装置在船舶上逐步进入安装，在国内也有多家公司生产，但其基本工作原理、操作和管理大致相同，通过对电解式压载水处理装置解读，帮助广大船员在过渡期提前对其设备原理理解，以迎接船舶的全面使用。