賈建雄

(中國船級社 浙江分社，浙江 寧波 315010)

船舶艙底水分離器存在的深層次缺陷

賈建雄

(中國船級社 浙江分社，浙江 寧波 315010)

針對業(yè)界廣泛使用的多種形式船舶機艙艙底水分離器存在的深層次問題，結(jié)合典型實例從設(shè)計原理和效用試驗等角度進行分析，認為采取該種方式設(shè)計的分離器不符合MARPOL本質(zhì)要求，綜合考慮近年來在港口國監(jiān)督和船舶檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的分離器典型缺陷，針對此缺陷提出解決方案。

船舶；機艙；艙底水分離器；深層次；缺陷；MARPOL公約

IMO海大第VII屆會上首次提出機艙艙底水分離器(以下簡稱分離器)的概念，制定了技術(shù)性能建議案A.233(VII),體現(xiàn)在MARPOL公約附則I第16節(jié)中，并于1983年10月20日正式生效。性能標準隨著海洋防污染的要求而歷經(jīng)修訂，并漸被引入公約而轉(zhuǎn)變?yōu)閺娭茖嵤Q議——由最初的A.393(X)(適用于1978年11月14日及以后安裝上船的設(shè)備)，至MEPC.60(33)(適用于1994年4月30日及以后安裝上船的設(shè)備)，再到MEPC.107(49)[1](適用于2005年1月1日及以后安裝上船的設(shè)備)。

目前，國內(nèi)多種品牌的油水分離器，其設(shè)計方式是將“15 ppm(體積分數(shù)15×10-6)艙底水報警裝置”作為其必備的元件，但1報警裝置的工作電源未與分離器的泵聯(lián)鎖，即當船員手動關(guān)閉報警裝置的電源后，分離器的泵仍然可以正常運行。這就導致此時設(shè)備排出的污水中的含油量不受控制，即使超標也能繼續(xù)排放，這樣就污染了海洋，違反了MARPOL附則I的本質(zhì)要求。

結(jié)合典型實例從設(shè)計原理和效用試驗等角度進行分析，認為采取該種方式設(shè)計的分離器是不符合MARPOL本質(zhì)要求的，同時通過近年來在港口國監(jiān)督和船舶檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的分離器典型缺陷的實例，提醒產(chǎn)品制造、檢驗、使用等各相關(guān)方引起重視。

1 某系列艙底水分離器設(shè)計舉例

1.1 某系列艙底水分離器工作原理簡述

圖1所示的分離器采用兩級分離模式，第一級采用重力分離，第二級采用過濾分離。一級和二級在同一個豎直金屬筒體內(nèi)，筒體上部是一級分離室，筒體下部是二級分離室。其基本原理是，污油水在柱塞泵正壓作用下進入腔體上部，由于密度差異，大油滴上浮到頂部，含小顆粒油滴的污水向下由環(huán)形室進入一級集油器，在其內(nèi)部分離。形成的較大油滴逆向上浮進入集油器，此時污水通過通道進入二級分離室進行分離，同時污水通過常開電磁閥26和常開電磁閥13向舷外排出，污水經(jīng)過26號閥后即接受體積分數(shù)15×10-6報警裝置(以下簡稱報警裝置)監(jiān)測。在排放的過程中，若污油水中油含量一旦大于體積分數(shù)15×10-6，則裝置給出信號，關(guān)停裝置發(fā)出動作，同時電磁閥26和13關(guān)閉、電磁閥14和8打開，污油水經(jīng)過二級分離室分離。在分離過程中，若裝置監(jiān)測到排出的污油水小于體積分數(shù)15×10-6，則電磁閥14關(guān)閉，同時電磁閥13打開。在此模式下，若持續(xù)一段時間(不同廠家規(guī)定的時間不同)污油水小于體積分數(shù)15×10-6，則電磁閥8與電磁閥26切換，再進入單一的一級分離模式[2]。

1.2 分離器和報警裝置技術(shù)標準

上述分離器和報警裝置的制造和形式認可標準均為MEPC.107(49)[3]決議(以下簡稱決議)。根據(jù)決議，分離器標準名稱為“體積分數(shù)15×10-6艙底水分離器”，是指：可以是一個分離器，一個過濾器，一個凝聚過濾器或其他裝置的任意組合，也可以是按流出物含油量不超過體積分數(shù)15×10-6設(shè)計的單一裝置。由此可見，不超過體積分數(shù)15×10-6是設(shè)備的根本要求，而報警裝置是起提醒作用并給自動關(guān)停裝置提供信號的。

1.3 此設(shè)計的優(yōu)缺點

我國許多分離器均采用此種工作原理，即污油水優(yōu)先在一級分離模式下運行并直接排出，同時接受監(jiān)測；在排出管路上污油水大于體積分數(shù)15×10-6后二級分離器才真正開始，而且若二級分離排出的污油水持續(xù)一段時間濃度小于體積分數(shù)15×10-6，則又會自動轉(zhuǎn)入只有一級分離器工作的狀態(tài)。不同設(shè)備的設(shè)計結(jié)構(gòu)不同，如采用多個獨立的分離筒(部分設(shè)備分三級分離)，排出閥采用氣動或電動三通閥等(見圖2)，但工作原理均類似。西方國家多采用的是污油水均經(jīng)過多級分離器進行初分離和精細分離后再排出的設(shè)計方式。

符合IMO要求的精濾芯由于其精細的過濾功能而十分昂貴，前者設(shè)計方式充分保護了精濾芯，為船東節(jié)約成本。據(jù)調(diào)研，大多數(shù)分離器末級分離室安裝2～4個精濾芯，若損耗的頻繁，會給船東增加不少成本。后者設(shè)計方式，如果分離器安裝在總噸位10 000以下的船上，且船舶不進入MARPOL附則I的特殊排放區(qū)域，則可以免裝報警裝置。但是采用前者設(shè)計方式的設(shè)備，如果船舶總噸小于10 000，即使不進入特殊排放區(qū)域也需要安裝體積分數(shù)15×10-6報警裝置，因為其是確保設(shè)備排出的污油水小于體積分數(shù)15×10-6的必備監(jiān)測單元。

2 存在的深層次缺陷

2.1 報警裝置停止工作后，給送泵仍然可以運行

經(jīng)效用試驗，開啟設(shè)備待其正常運行后，如果關(guān)停報警裝置[4]的電源(如圖3在報警裝置箱內(nèi)設(shè)有電源開關(guān))，則分離設(shè)備的控制箱仍然有電(見圖4)，而且污油水給送泵仍然可以繼續(xù)運行。此時，電磁閥處于原始狀態(tài)，即電磁閥26和13保持常開，電磁閥8和14保持常閉。經(jīng)核查電路圖，整個報警裝置的電源均由此開關(guān)控制。

2.2 排出閥向舷外排出方向保持常開

經(jīng)核實，污油水排出電磁閥13向舷外排出方向保持常開(如圖1)，這樣的設(shè)計極為普遍。分離設(shè)備有多種結(jié)構(gòu)形式，排出管路上的閥也有多種。國內(nèi)許多分離設(shè)備排出管路上的閥在停止工況和初始運行工況下，污油水排出閥向舷外排出方向保持常開。

2.3 造成的缺陷

上述2.1和2.2導致的直接后果是，污油水可通過分離設(shè)備直接排出舷外，而不會通過精濾芯，不會在包含裝置上有記錄產(chǎn)生。即先將報警裝置的電源關(guān)閉，再對艙底水分離器控制箱供電并啟動污油水給送泵，此時艙底水進入分離設(shè)備內(nèi)部并通過電磁閥閥26直接從一級排出，之后經(jīng)過電磁閥13排出舷外，而報警裝置因無電而始終處于未監(jiān)測狀態(tài)。因為沒有監(jiān)測，系統(tǒng)將始終保持啟動后的工作狀態(tài)，污油水可源源不斷地排出舷外。

3 極易被忽視的缺陷

就該分離器而言，經(jīng)核查還存在如下缺陷，且此類缺陷極易被忽視。

3.1 私自更換給送泵

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，設(shè)備給送泵的排量是1.0 m3/h，真空高度為5 m，但銘牌顯示設(shè)備的處理能力是0.5 m3/h。根據(jù)決議“給送泵的排量不應(yīng)超過體積分數(shù)15×10-6艙底水分離器額定容量的110%，泵和電機的規(guī)格應(yīng)記在形式認可證書上”判斷并核實，船東私自更換了給送泵。

3.2 報警裝置取樣點的位置不合理

分離器取樣是通過設(shè)置在其排出管上的取樣管實現(xiàn)的，樣品通過取樣管進入油份計內(nèi)部后排向艙底?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，報警裝置取樣點設(shè)置在排出管的水平管段上，見圖5。經(jīng)反復效用試驗，從取樣管終端排出的樣品流量小、流速緩、壓力小，不滿足決議要求。

根據(jù)決議，從分離器通向報警裝置的排放管路提取樣品的船上布置應(yīng)以足夠的壓力和流量，提供有真實代表性的流出物樣品。

結(jié)合決議6.1.1，將取樣點更改至垂直管段后，各指標明顯改善，報警響應(yīng)時間明顯縮短。

3.3 排出管上無取樣點

現(xiàn)場管路顯示，分離器排出管上無取樣點，無法提取樣品。進一步核查說明書，未顯示設(shè)有取樣點(見圖1)。取樣點的作用是提取樣品供實驗、船舶營運中化驗及港口國監(jiān)督。決議6.1.1對取樣點有明確要求，因此應(yīng)該設(shè)置。

4 缺陷產(chǎn)生的原因、后果

4.1 對于深層次缺陷

1)決議明確：裝置應(yīng)設(shè)有一種電氣/電子裝置，該裝置應(yīng)由制造廠預(yù)先設(shè)定為當流出物含油量超過體積分數(shù)15×10-6時啟動[5]。無論何時艙底水報警裝置失效，需要預(yù)熱時間或由于其他原因停止工作，該裝置也應(yīng)自動運行。分析本案，報警裝置包含油份計、報警、記錄等多個設(shè)備，然而其與泵的電源不聯(lián)鎖、排出閥常開，致使不滿足在設(shè)備運行時報警裝置自動運行的要求。

2)這樣的設(shè)計和功能可減少船員填寫油類記錄簿(填寫記錄簿繁瑣、易錯)，節(jié)約精濾芯，這也是船員船東的確存在的想法，然而這一缺陷更是推濤作浪。例如，船舶機艙內(nèi)原本有0.5 t艙底油污水，在船舶某航次航行過程中，船員將機艙底內(nèi)1 t污油水收集入污油水艙。之后，船員將此1 t污油水通過油水分離器直接排出舷外(不開啟報警裝置，只開啟給送泵)。整個過程中，污油水的收集和排出均不記入油類記錄簿的D和E部分。很顯然，這樣的設(shè)計和做法違反了MARPOL的精神實質(zhì)，其行為與在正常航行狀況下將艙底污油水直接用艙底總用泵排出舷外無本質(zhì)的區(qū)別，設(shè)備的認可和檢驗沒有做到公約本質(zhì)要求，會造成海洋環(huán)境污染，甚至面臨巨額罰金[6]。

4.2 對于更換泵

1)按照證書恢復給送泵(真空高度為2 m)后，進行效用試驗，無法汲取機艙尾部和左舷污水井的艙底水(設(shè)備布置在右舷)；單獨汲取艙底水艙污油水，從流量流速判斷運行異常。

因機艙狹小，設(shè)備被安裝在機艙底層靠舷側(cè)的一小平臺上，經(jīng)測量泵的位置距污油水艙底約超過2 m，加上管路彎曲及內(nèi)壁摩擦等造成的流體阻力，吸入困難不難理解。

進一步分析船舶批準圖紙(見圖6)，設(shè)備污油水進口直接連通污油水艙和多個污水井，管線長，彎曲處多。更換泵的目的是確保分離設(shè)備的有效運行，但根本原因是沒有合理布置管路和設(shè)備，沒有在船舶設(shè)計階段選擇合適的設(shè)備，應(yīng)考慮實際情況選擇給送泵真空度大的設(shè)備。

2)分離設(shè)備可直接汲取污水井的污油水而不需要經(jīng)過率先收集這一環(huán)節(jié)，導致記錄油類記錄簿的D和E部分得不到應(yīng)有的記錄、存在前后矛盾，污油水的管理失控會導致船舶被港口當局滯留。

5 解決方案及結(jié)論

1)對于深層次缺陷，在產(chǎn)品設(shè)計階段應(yīng)確保滿足MEPC.107(49)決議4.2.7的要求；對于集成型報警裝置，應(yīng)確保其與泵的供電連鎖；或者報警裝置與舷外排出閥連鎖，開啟報警后污水僅回流艙底。同時，排出閥應(yīng)為常閉閥，在設(shè)備啟動及運行初期，污油水應(yīng)回流艙底(確保污油水在系統(tǒng)中充分流動、油份計有效監(jiān)視)，之后根據(jù)報警裝置的監(jiān)測情況和軟件設(shè)定情況改變開關(guān)狀態(tài)。

2)關(guān)于艙底水管路設(shè)計及布置。應(yīng)杜絕分離器吸入管直接連接日用艙底水管系，這樣的連接表面上可減少收集污油水的麻煩，但污油水管理存在盲區(qū)，不符合MARPOL的精神實質(zhì)。

6 艙底水分離器其他典型缺陷舉例

全面分析近年來各港口國監(jiān)督合作組織(MOU)就分離器和報警裝置開出的缺陷，典型缺陷舉例如下。

6.1 技術(shù)類缺陷

1)反沖洗裝置。按照MEPC.107(49)制造的報警裝置上未安裝反沖洗裝置，或盡管已經(jīng)安裝但管路上存在手動控制閥門，或有一部分設(shè)備安裝了反沖洗裝置，但開啟反沖洗后無法達到?jīng)Q議“每當為做清潔工作或恢復零位而使用清水時，均啟動警報”的要求。

2)再循環(huán)裝置。再循環(huán)裝置未按照MEPC.60(33)或MEPC.107(49)設(shè)置，仍然存在不少船舶是用兩個截止閥替代三通閥。兩個閥的控制是獨立的，違背決議“再循環(huán)設(shè)備的安裝應(yīng)能防止在所有工作條件下出現(xiàn)任何繞過油水分離器的情況”。

3)響應(yīng)時間。多個設(shè)備報警裝置的響應(yīng)時間超過決議4.2.6和6.2.1的5 s和20 s的要求而被滯留[6]。

4)報警裝置配置。部分船舶被發(fā)現(xiàn)經(jīng)常航行在MARPOL附則I的特殊排放區(qū)域，總噸位小于1 000，但未安裝報警裝置。

6.2 管理類缺陷

1)打印機或記錄裝置。打印機不能正常打印或記錄裝置不能調(diào)取歷史記錄也是常見的缺陷。

2)排出閥關(guān)不嚴[7]。分離器排出管路上氣動三通閥或排出電磁閥因橡膠老化或者閥芯被雜物卡住而關(guān)不嚴(見圖7)，致使超標后污油水仍向舷外排放。這一缺陷頻發(fā)，后果嚴重，曾多次導致船舶被滯留。

3)濾芯。無法證明已更換的濾芯是原廠還是經(jīng)過認可或與設(shè)備匹配的產(chǎn)品。

4)校驗。未按照決議4.2.11對報警裝置進行校核，或者已校驗但不是由制造廠或制造廠指定的廠家進行。

5)私自更換報警裝置。經(jīng)調(diào)研，由于部分設(shè)備校驗周期長，船東便更換了公司備用的報警裝置。該行為本身是符合決議的，但船東未核實其與設(shè)備的匹配性、未申請附加檢驗修改相關(guān)證書報告。特別是原設(shè)備不具有打印功能(只能調(diào)取歷史數(shù)據(jù))，不能留存近18個月的信息在船上，不滿足決議4.2.9。

6)防備蓄意操控。這一缺陷主要表現(xiàn)在：一方面，部分裝置箱體內(nèi)接線端子裸露，且要害點無鉛封或封條，裝置很容易被通過短路等方式越過其監(jiān)控功能；另一方面，在船舶營運過程中，沒有做到“每次接觸體積分數(shù)15×10-6艙底水報警裝置均需拆去封條”的管理[8]。

[1] IMO.修訂的船舶機器處所艙底水防污染設(shè)備指南和技術(shù)條件:MEPC.107(49)[S],2003.

[2] 王守城.基于PLC的油水分離器遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2016(1):124-127.

[3] 傅毅能.有關(guān)MEPC.107(49)決議的幾點啟示[J].水上消防，2014(5)：16-21.

[4] 金文波.艙底水分離器報警系統(tǒng)的含油量指示器覺故障處理[J].天津船舶，1995(1)：46-47.

[5] 張曉霞.船舶油水分離器中油份的測量不確定度評定[J].廣東化工，2016(12)：252-256.

[6] 馬如中.15 mg/L艙底水分離器處理重油及乳化液的技術(shù)探討[J].船海工程，2010(6)：38-40.

[7] 吳曉陽.船舶油水分離器的使用與維護分析[J].裝備制造技術(shù)，2015(4):31-33.

[8] 于世永.某船舶油水分離器的選型設(shè)計及改進[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院學報，2015(6)：24-27.

On the Deep Level Defects of Ship Bilge Water Separator

JIA Jian-xiong

(Zhejiang Branch of China Classification Society, Ningbo Zhejiang 315010, China)

In light of the typical cases, some deep level defects in many types of ship bilge water separator were investigated from views of the design principle and utility test, finding that the common designed separators is not in conformity with the essential requirements of MARPOL. According to the typical defects found in the process of PSC and ship inspection in recent years, some solutions were set forth.

ship; machine space; bilge water separator; deep level; defect; MARPOL

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.038

2016-08-14

賈建雄(1986—)，男，碩士，工程師

U664.5

A

1671-7953(2017)02-0161-05

修回日期：2016-09-14

研究方向:船舶輪機檢驗及相關(guān)規(guī)范