国际海事组织于2004年通过《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》 （简称公约），2017年该公约正式实施，并于2019年对我国生效。公约规定2017年9月8日以后建造的船舶需满足压载水管理标准D-2要求，2017年9月8日之前建造的船舶，也需要在后续换证时强制实施D-2标准^[1]。

公约提出后，压载水处理技术以及其在船舶上的应用开始被广泛的关注和研究。压载水处理有多种不同的方法，每种方法具有其不同的技术特点^[2～5]，比如电解式压载水处理装置要求压载水具有一定的盐度时才能有效工作，需要船体内存储一定量的高盐度海水满足低盐度水域使用需求^[6]。而不同的船型，如大型半潜船、科考船、散货船以及油船等，由于压排载时间、管路设计等的不同，在新造船压载水处理系统的设计，或者现有船舶加装时都有不同设计要点和注意事项^[7-10]。

大型舰船为适应作战使用需求，需要具有较强的生命力和较高的系统可靠性，压载水系统的使用和设计具有特殊的要求。在现有舰船进行压载水处理装置加装时，需要根据本舰压载水系统和所加压载水处理装置的特点，进行装置的适应性分析，解决加装过程中遇到的技术重难点，提出完整的装置选型、布置、管路设计和系统控制方案。

压载水系统用于船舶姿态的调整，典型舰船压载水系统原理如图1所示。因为对可靠性要求高，该压载水系统设2台压载泵，分别布置在前、后2个机舱。2台泵可同时工作，必要时也可单独工作调节船舶姿态。此外为提高船舶的集成优化水平，2台压载泵同时兼做舱底排水以及消防泵，用作压载功能时，泵的排量为200 m³/h，扬程20 m，不同模式可以通过泵的控制箱进行切换。系统管路采用双总管式，并按照左前、左后、右前和右后将压载舱分为4个区，不在同一区域的任意2个压载舱可以互相调拨，系统的机动性好，可以灵活配合船舶的姿态调整。在压载水处理装置加装的过程中，需结合现有管路和阀门的设置，综合考虑公约和装置使用要求，从布局、管系、控制等方面考虑装置的适应性。

图 1 典型舰船压载水系统原理图 Fig. 1 Schematic diagram of a typical ship's ballast water system

采用不同压载水处理方法的装置各具特点，本文以基于物理法的压载水处理装置加装为例进行分析。如图2所示，压载水首先通过过滤装置滤去直径大于50 μm的颗粒物或海洋生物，然后通过紫外线进行消毒灭菌，卸载时流程相同。该类型压载水处理装置的优势是结构简单，不添加化学药剂，不生成危险气体，无残余化学物质，不会对人员和船舶造成危害。但是在压载水卸载时需要进行二次处理，需要进行特殊的控制逻辑设计。

图 2 物理法压载水处理装置工艺流程图 Fig. 2 Process flow chart of physical ballast water treatment device

装置起动时由于紫外线消毒装置功率较低，通过液位传感器监测紫外线消毒单元内部水量，当液位达到100%后，装置自动遥控停止压载泵同时关闭装置进出口阀门，待紫外线功率达到要求时，再自动开启阀门和压载泵。这种控制方式即保证了消毒效果，又避免了回流管路的设置，系统简单，减少了对外部空间的占用。但是由于过滤装置反冲洗会产生污水，装置需设计排污管路将反冲洗污水排回压载舱（卸载时）或者排至舷外（加载时）。

压载水处理装置容量需与压载泵排量相匹配。如前所述，压载水系统设有前、后2台压载泵，排量均为200 m³/h。因为对压载时间没有定量要求，考虑加装空间和成本，加装1台容量200 m³/h的压载水处理装置即可。加装后在进行压载水处理作业时，仅能运行1台压载泵与压载水处理装置进行匹配工作，因此压排载时间将是加装前的2倍，该操作模式将在压载水管理计划中予以明确。此外，对加装后船舶的电力负荷进行核算，电力负荷满足船舶使用要求，否则应对压载水处理装置的形式和容量进行重新选择。

在选择装置加装位置时，所选择的位置要保证所加装设备及其管路、阀附件不应影响其他设备的操作和维护保养，不阻碍机舱逃生通道的通行。综合考虑空间布局，压载水处理装置加装在后机舱平台甲板左舷，高度在压载泵出口上方约5 m。

根据压载水处理装置原理，装置设有1个压载水进口，用于接收压载泵驳运来的压载水，1个压载水出口，将处理后的压载水排进压载舱或舷外，1个排污口用来将过滤装置的反冲洗污水排放至舷外（加载时）或者回舱（卸载时）。

一般的管路设计方法，将压载水进口管路接至压载泵出口截止止回阀后、遥控阀前。但是经实船勘验，由于压载泵出口截止止回阀与遥控阀V10距离较近，没有加装支管空间。因此考虑空间限制，为了减小牵连工程，同时兼顾前、后2台压载泵与压载水处理装置的匹配使用，将压载水处理装置入口管路连接在后机舱右舷的压载水总管上，连接点尽量靠近压载水处理装置，如图3所示。这样加装后前、后压载泵可分别通过压载水处理装置进行作业，可靠性保持不变，同时新加管路长度减小，成本降低。

图 3 压载水处理装置加装原理图 Fig. 3 Schematic diagram of installation of ballast water treatment device

因为压载水处理装置布置在左舷，2台压载泵均位于右舷，处理后的压载水排放管路如果接至右舷，管路较长，也会与原船其他管路产生干涉，所以将排舷外管路接至左舷舱底泵排舷外管路遥控阀V13前。这样管路方便布置，牵连工程小，可降低建造成本。此外，为了在加载时可以将处理后的压载水输送至任意压载舱，图3装置压载水出口进舱管路就近接至后机舱左舷压载水总管。各个压载舱的加载和卸载作业通过遥控阀门的控制实现。

完成管路系统的原理设计和三维放样后，还需要进行管路阻力的校核，验证加装压载水处理装置后压载泵的扬程是否满足压载水的输送要求，其中额定流量下压载水处理装置的压力约降0.06 MPa。分别搭建系统加载和卸载2种工作模式的管路阻力计算模型，并选择最远最不利压载舱舱进行计算。管路阻力计算结果见表1，从计算结果可以看出，加装压载水处理装置后，原压载泵的扬程仍满足使用要求。

表 1(Tab. 1)

表 1 管路阻力计算结果 Tab. 1 Calculation results of pipeline resistance 计算工况 水泵流量/ m3·h−1 水泵压力/ MPa 压载水处理装置前压力/ MPa 最远压载舱加载 198 0.20 0.15 最远压载舱卸载 170 0.21 0.17

表 1 管路阻力计算结果 Tab.1 Calculation results of pipeline resistance

规范要求，压载水处理装置的旁通行为应该激发报警并记录，通过遥控阀控制逻辑的设计来实现系统的不同作业模式和旁通报警功能，加装后压载水处理系统共有加载模式、卸载模式、调载模式和非压载模式4种作业模式。不同作业模式可以通过压载水处理装置控制箱进行切换，不同模式下主要阀门的控制逻辑见表2，在该模式下任一要求关闭的阀门如果处于打开状态，则视为发生旁通，自动触发报警并记录。

表 2(Tab. 2)

表 2 设备和关键遥控阀门控制逻辑 Tab. 2 Equipment and key remote control valve control logic 作业模式 运行设备 关键阀门控制逻辑 加载模式 压载水处理装置、 前压载泵或后压载泵 遥控阀V1，V2，V5，V6关闭 卸载模式 压载水处理装置、 前压载泵或后压载泵 遥控阀V16和V17关闭 调载模式 任一压载泵 或两泵同时运行 遥控阀V16和V17关闭 非压载模式 任一压载泵或两泵同时运行（用于消防或舱底疏排水） 遥控阀V9和V12关闭

表 2 设备和关键遥控阀门控制逻辑 Tab.2 Equipment and key remote control valve control logic

压载水处理装置和前后2台压载泵具有联动功能，开启压载水处理装置自动起动1台压载泵，压载泵可以进行手动切换。因为压载泵兼有舱底排水和消防功能，所以设非压载模式，非压载模式下压载泵从压载舱吸水的总管阀门关闭并被监控，防止压载水未经处理排放。

本文对大型舰船压载水处理装置加装的适应性进行分析，提出了加装装置的选型方法和详细的加装方案，并总结了系统改造设计过程的重难点问题及解决办法。所提压载水处理装置加装方案经建造实践证明了合理可行，满足相关规范要求，并有效控制了施工成本，可以为舰船压载水处理装置的加装提供参考和指导。

由于目前经过认可的压载水处理装置类型较多，在方案论证时，要结合船型特点来匹配压载水处理装置，进行系统的设计，尽量减少牵连工程。此外，从所提方案可以看出，合理的控制系统设计也是压载水处理装置加装的关键，可以通过控制系统的设计简化管路系统，使加装后系统满足规范要求。