海洋平台生活污水的有效回收与控制

摘 要：本文简述了世界各国船舶与海洋平台上的生活区供水系统的用途、重要性和发展状况；介绍了几种常规的供水系统形式。通过对常规压力式供水系统经常存在的问题和原因分析，提出了具体的解决方案，并分析了解决方案可行的原因。 关键词：船舶与海洋平台；压力式供水；存在的问题；解决方案 

中图分类号：U664 文献标识码： A随着全球海洋资源开发，全球的船舶与海洋平台建造得到了大力发展，船舶与海洋平台的功用和性能也越来越先进，其上工作人员数量在不断增加，人员的生活条件也不断提高，生活区的上下水系统虽不很复杂，但却直接影响着工作人员的生活质量、进而影响工作质量甚至船舶和平台的安全，因此需要设计和施工人员予以足够认识。现文根据多年从事船舶与海洋平台管系原理及管路布置设计的经验以及与多个项目业主的沟通交流和有关文献的研究，对船舶与海洋平台生活区供水系统常存在的问题及解决方案进行一些探讨，以期对从事这方面工作的人员有所裨益。 1 船舶与海洋平台生活区供水系统 生活区供水系统通常主要包括：洗涤水供应系统、卫生水供应系统和饮用水供应系统。洗涤水供应系统又包括冷水供应系统和热水供应系统。以往的船舶和海洋平台大小便具的冲洗水使用海水或江水，从上世纪80年代以来，大中型船舶及海洋平台使用淡水作为卫生水已日益普遍，只有小型船舶有的仍用舷外水作业为卫生水，而这类小型船舶通常配备的人员少、生活楼较小，供水系统简单，不易出问题，因此本文中只探讨大中型船舶及海洋平台的生活水系统，并将洗涤水和卫生水供应系统共称为卫生水供给系统。 1.1 供水系统的形式 根据船舶和海洋平台大小和用途的不同，供水方式的要求也有差异，目前主要分为重力式和压力式两种。 1.1.1 重力式 重力式供水系统适用于小型船舶或在停泊作业时要求尽量减少振动及噪声的科学调查船舶及平台。该系统通常在高于最高用水器具一定高度处设置重力水箱，根据箱内水位的变化控制补水泵自动起停。这种重力式供水系统的优点是用水处的出水压力稳定，即使是离重力水柜较远处的压力变化也不大。它的缺点是：重力水柜需要安装在高于最高用水设施一定高度处并且占有一定的容积，若位于温度可能低于0℃的环境内，还需采取防冻和温度监测措施，所以目前该种供水方式应用较少，鉴于此本文不做重点讨论。 1.1.2 压力式 压力式供水系统是船舶与海洋平台最常用的一种供水方式，它是由压力水柜内保持一定的水压或由变频水泵和缓冲罐组成的变频供水装置根据管路内的压力变化自动起停向各用水处供水。对于热水供应系统，使用具有加热功能的热水压力柜或其它承压加热装置直接与淡水压力柜或变频供水装置相连向各用水处供水。为使生活区内热水管内热水始终保持高温，热水管路常设成循环式。压力式供水系统所占容积小，近年来采用压力水柜与日用水泵/热水循环泵组成单元结构更紧凑。另外安装位置和高度如不受水舱的影响，其布置将更灵活，因此该供水方式得到广泛应用。 1.2解决方案 根据上述压力式供水系统常存在的问题及原因分析过程，我们可以很容易地找到解决问题的途径，即：提高压力柜和泵压力、减小高低层甲板之间的总管压差、增大高层甲板管路的流量系数和流通面积、减小低层甲板管路的流量系数和流通面积。其中提高压力柜和泵压力也将增加采购成本，同时相应也会增加低层甲板管路的压力而导致洗涤用水类器具开启时水量过大而费水以及阀门和水龙头过早损坏等后果，所以最有效是后三种。根据管路压力公式，高低层甲板之间的总管压差由甲板之间的高差和管阻决定，管阻又由管路的阻力系数、流速、管子内径及长度决定，高差由层高决定无法改变；根据流量系数公式，流量系数也由管路的阻力系数、管子内径及长度决定；这三者很明显相互关联，所以我们不能通过单一的途径来解决问题，需要将这三种途径合三为一来考虑。

2下面就这三种途径提出了具体的2.1修改常规的供水系统方案（或者说上水模式） 常规的由供水总管从低层甲板就开始分支路供水模式，打破常规采用优化后新的供水方案，根据上述的重力式供水系统的优点来模仿其供水方式，即：淡水供水总管由压力柜直接上到最高层甲板后，再从高处开始往下逐层分支路供水；热水供水管从低层甲板一直上到最高层甲板后再从高处开始往下逐层通过每层的循环管路串联式供水，考虑到管路维修需要，每层的热水回水总管上设有常关的旁通阀。 为了准确分析出两种方案的优缺点，首先，假设两种方案中淡水泵和热水循环泵的压力及排量均分别相同；淡水压力柜至高层甲板之间的上水总管管材、管径和配管设计也基本相同（上水总管都是沿管子通道内侧上下竖直布置）；热水压力柜至高层甲板之间的上水总管管材、管径也相同，上水总管也都是沿着管子通道内侧上下竖直布置；各层甲板的支路总管、支管在两方案中也全部相同；所有甲板的支路流量均不为零。其次考虑分析在常规供水系统方案中用水高峰时流量和压力受影响最大的甲板和受影响最小的甲板-主甲板在两种供水方案中有什么相异之处。 2.2压力问题 高层甲板淡水和热水上水总管压力根据公式P=Pb-Pz-Pj，其中Pj和Pb在两种方案中完全相同，因此只与压力柜至高层甲板的上水总管阻力有关。在常规供水系统方案中上水总管内的水流从低层甲板开始分配至每层甲板，每升高一层甲板总管内的流量就相应减小一部分，管子的流速也会相应减小（假设每层甲板的管径相同），而新方案中管子流速在这几层甲板之间却无变化，因此管路的沿程阻力新方案比常规方案要大；而常规方案上水总管比新方案多三路支管，因此局部阻力新方案比常规方案要小，这样二者之和的管路总阻力很难分出孰大孰小，因此两方案中高层甲板淡水和热水上水总管压力大小只能根据具体项目确定的具体详细供水系统参数计算来得出结果，如果新方案的计算最小压力对将来器具使用有影响，则在不增加配管设计难度的前提下，设计者可以通过采用内表面光滑并耐腐蚀（沿程阻力系数小）的管材和适当增加上水总管管径等方式来减小水管阻力以达到增加上水压力目的。 在新方案中，根据公式P=Pb-Pz-Pj，其中Pj和Pb在两种方案中也是完全相同，因此也只与压力柜至主甲板上水总管的阻力有关。对于淡水，上水总管内的水流从主甲板升至高层甲板后，再往下开始分配至每层甲板，从压力柜至主甲板上水总管的管子长度比常规方案中要至少多出主甲板至高层甲板高度的2倍，同时上水总管比常规方案中还要多分有三路支管，因此管路的总阻力很显然新方案比常规方案要大，所以主甲板上水总管压力新方案比常规方案小。对于热水，上水总管内的水流从主甲板升至高层甲板后，流经高层甲板的环形支路，再往下依次流经每层甲板的环形支路后（每层甲板的热水环形支路串联，而非常规方案中的并联）返回热水循环泵，很明显从压力柜至主甲板上水总管的管子长度及管件比常规方案中要多出好多，管子流速也始终未变，因此管路的总阻力很显然新方案比常规方案要大，所以主甲板上水总管压力新方案比常规方案小。 2.3流量问题 新方案中每层甲板之间的淡水管路和热水管路采用的连接型式不同，其中淡水为并联，热水为串联，整个热水管路的流量均相同并等于热水循环泵的排量，因此我们只需要分析淡水管路流量。 主甲板和高层甲板的淡水支路总管流量根据流量公式，主要由这两层甲板管路的流通面积、流量系数和压力决定。其中，主甲板：支路总管流通面积和流量系数均相同，压力新方案比常规方案小，因此新方案比常规方案流量小；高层甲板：支路总管流通面积和流量系数均相同，压力根据上述分析和简单推理无法得出最终结论，因此流量大小尚需根据具体项目的具体系统压力详细数据计算结果来确定，但新方案中各层甲板的支路总管上水水流均需经由高层甲板处的上水总管，上水总管的流量等于泵的排量或各层甲板流量之和，并不受下面各层甲板的各支路流量分配比例影响，因此不存在常规方案中可能出现的由于低层甲板水流过大（或者说实际流量分配并不与设计预期相符）而导致高层甲板上水总管和支路总管水量很少或无水现象。 通过以上分析，采用优化供水系统原理的途径是行之有效的。 2.4配管设计 这里所说的配管设计主要包括：管线布置、管线支撑。 通过以上两种典型供水系统的管路压力和流量分析，我们知道影响管路压力和流量分配的因素主要有几方面，其中决定管路静压的甲板层数、层高都是供水方案设计前就已定型；加大水泵容量对改善部分管路压力、流量有一定作用，但同时也会额外增加电力消耗及低处甲板用水器具压力；而当流量指标确定后管路阻力完全由系统方案（包括原理、管材和管径的选择）和配管设计等决定，系统方案在前期方案设计阶段已基本定型，管线布置决定着管线长度、附件的数量以及位置，管线支撑决定着管路实际运行过程中管线的变形量，这些都是影响管路阻力的关键因素。 3结语 生活区供水系统在船舶与海洋平台上虽算不上一个最复杂和最重要的系统，但它却与我们居住在楼房内的人们使用的自来水一样重要，直接影响着其上工作人员的生活质量、进而影响工作质量甚至船舶和平台的安全，因此我们要予以足够重视。 参考文献 [1]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册-轮机分册[M].北京：国防工业出版社，1999. [2]《轮机工程手册》编委会.轮机工程手册[M].北京：人民交通出版社，1994. [3]长江船舶设计院.内河船舶设计手册-动力分册[M].北京：人民交通出版社，1989.