Системы обработки балластных вод: проблемы и решения - Морские вести России

Системы обработки балластных вод: проблемы и решения

09.05.2016

Безопасность мореплавания

В 2014 году Международной конвенции по контролю и управлению судовыми балластными водами и осадками исполнилось 10 лет. По мнению многих судовладельцев, приобретенный к настоящему времени опыт показывает, что, несмотря на значительные капиталовложения на оснащение судов системами очистки, работоспособность этих систем не гарантируется во всех районах Мирового океана. Более того, такое заявление открыто содержится даже в действующем нормативном документе, регламентирующем процесс одобрения систем. Какие же встречаются проблемы? Насколько возможно их решение? Попробуем разобраться.

Олег Калинин, технический менеджер «СКФ Юником», к.т.н.

Сергей Минаков, технический суперинтендант

Долгий путь к ратификации

Проблема загрязнения территориальных вод чужеродными водными организмами считается общедоказанной. С целью контроля и ограничения такого загрязнения Международной морской организацией (ИМО) был разработан соответствующий документ. По состоянию на декабрь 2014 года Международная конвенция по контролю и управлению судовыми балластными водами и осадками (далее Конвенция) все еще не ратифицирована, хотя уже отпраздновала десятилетний юбилей. В качестве временной меры, действующей в течение переходного периода, было рекомендовано проводить замену судовых балластных вод в открытых районах моря (см. Резолюцию МЕРС.124(53) Руководство по замене балластных вод (Р6), ИМО, 2005).

Конвенция должна вступить в силу через 12 месяцев с момента ее ратификации 30 государствами, представляющими 35% мирового торгового тоннажа. Согласно различным прогнозам, ратификация ожидалась к концу 2013 года, затем 2014 года. В конце 2014 года, Конвенцию ратифицировали 43 государства с суммарным тоннажем 32,54% от мирового. При этом еще три государства (Италия, Аргентина и Япония) огласили о своей готовности ратифицировать Конвенцию, что в сумме даст 34,2%. В то же время Индонезия, Филиппины, Бельгия и Финляндия (в сумме флот дает более 2% мирового тоннажа) подтвердили, что находятся в процессе ратифицирования. Это дает основание полагать, что вероятность ратификации Конвенции в 2015 году достаточно велика.

За это время уже вступили в силу требования Береговой охраны США, регулирующие балластные операции в территориальных водах Соединенных Штатов, поэтому для крупных судоходных компаний, чьи суда работают по всему миру, вопрос о необходимости установки систем обработки можно считать решенным. Однако немедленно перед судовладельцем появляется следующий вопрос: какую систему (другими словами, какую технологию обработки) выбрать?

В настоящее время новые суда поставляются с верфей с уже установленными системами обработки балластных вод (ОБВ). К сожалению, опыт установки системы при постройке судна не может быть напрямую спроецирован на проект переоборудования судна в эксплуатации ввиду наличия многих факторов, некоторые из которых мы рассмотрим ниже. Несмотря на то что сегодня количество оборудованных судов уже измеряется сотнями, отзывов о надежности систем немного. Одна из причин – неиспользование системы ввиду отсутствия до недавнего времени требований по их применению. Это приводит к тому, что даже непосредственный производитель системы не имеет четкого представления о работе своей системы в реальных судовых условиях (за исключением тестирования при получении одобрения). Тем не менее опыт по эксплуатации накапливается и уже есть данные для анализа.

Проблемы одобренных систем

Как уже говорилось выше, требования Береговой охраны США уже вступили в силу и для соответствия существующего флота требованиям необходимо произвести оснащение судов системами обработки (для судов с объемом балласта от 1500 до 5000 м3 во время первого планового докования после 01.01.2014, для остальных судов – после 01.01.2016). В США требования по управлению балластными водами базируются на правилах Береговой охраны (USCG), разрешениях Агентства по защите окружающей среды (EPA) и требованиях отдельных штатов. Однако, несмотря на наличие требований, ни одна система ОБВ по состоянию на декабрь 2014 года не имеет типового одобрения службой Береговой охраны. Для получения такого одобрения системе ОБВ необходимо пройти отдельный процесс тестирования (стоимость которого, по словам производителей, составляет порядка 1 млн долларов США) в независимой одобренной лаборатории. Пока что назначены только две такие лаборатории, и тесты на одобрение начались. Первая сертификация ожидается не раньше середины 2015 года, а то и позже ввиду объема тестирования и процесса рассмотрения результатов. В качестве временной меры была принята программа систем альтернативного управления (AMS). Фактически это временное разрешение использовать систему ОБВ в территориальных водах США, выданное на основе результатов тестирования на одобрение ИМО сроком на 5 лет. Следует особо подчеркнуть, что наличие сертификата AMS не гарантирует получения окончательного одобрения системы ОБВ службой Береговой охраны. По результатам тестов, возможно, потребуется частичная модификация уже установленной системы или же ее полная замена, что повлечет за собой дополнительные расходы судовладельца.

Однако стоит упомянуть, что для выполнения требований Береговой охраны установка системы ОБВ напрямую не требуется. Судовладельцу предоставлены также опции сдачи балласта на береговые системы обработки (или другое судно), использование в качестве балласта коммунальной воды из водопроводной системы США, оставление балластной воды на борту судна. Насколько эти опции практичны в реальной жизни?

Конечно, для судовладельца и для экипажа судна более простым решением было бы сдавать балласт в портовые очистные сооружения или плавучую станцию обработки, модификация судна в таком случае будет незначительной. Но такие средства должны появиться как минимум в каждом порту государства, ратифицировавшего Конвенцию, иначе никакого практического смысла от Конвенции не будет. Такое решение в полном объеме маловероятно, хотя сопутствующие проекты уже прорабатываются – оказалось, гораздо проще переложить все проблемы на плечи и кошелек судовладельца. Тема береговой обработки интересна и привлекательна, но выходит за пределы данной статьи.

Что же касается Международной конвенции, то здесь все тоже не так гладко, несмотря на наличие на рынке уже большого количества одобренных систем. Ведь наличие сертификата одобрения не гарантирует работоспособности системы. Как говорится в параграфе 1.5 Руководящих принципов по утверждению систем управления балластными водами (Р8), «…однако одобрение системы не обеспечивает того, что данная система будет работать на всех судах или во всех ситуациях. Для удовлетворения требованиям Конвенции сброс должен отвечать указанному в правиле D-2 стандарту в течение всего срока эксплуатации судна» (см. Резолюцию МЕРС.174(58) Руководство по одобрению систем управления балластными водами (Р8), ИМО, 2008).

Таким образом, ответственность за работоспособность системы ложится полностью на плечи судовладельца.

На недавней 67-й сессии Комитета по охране окружающей среды ИМО были рассмотрены и одобрены меры, которые должны в некоторой степени помочь судовладельцам в вопросе выбора систем ОБВ, а также в некоторой мере защитить от применения санкций государством портового контроля тех, кто такие системы уже установил. Были затронуты вопросы типового одобрения систем и поднят вопрос о пересмотре технических стандартов и процедур тестирования. Однако когда ждать практических результатов и какие будут окончательные требования по отбору проб и проверке работоспособности систем в эксплуатации?

Выбор соответствующей установки

«Юником» уже несколько лет занимается проблемой выбора подходящих установок и их адаптации к судам под своим управлением. До недавнего времени это было в основном «упражнение на бумаге». Начав с общего обзора рынка, мы постепенно выделили ограниченное количество производителей, с которыми продолжаем более детальные переговоры, оценивая возможности реальной установки на все типы судов под нашим управлением. В то же время окончательно не сброшены со счетов производители, не прошедшие первоначальный отбор, – рынок систем ОБВ довольно динамичен сегодня, появляются как улучшенные версии систем, так и совсем новые системы, которые, надеемся, учли негативный опыт эксплуатации.

Как выбрать подходящую работоспособную систему, если маркетинг некоторых производителей, мягко говоря, лукавит. Теоретически любую систему возможно установить на любое судно, вопрос только в стоимости и сроках переоборудования судна. Поэтому и спешит производитель связать покупателя контрактом на закупку. Как не поверить, если типовое описание любой системы содержит такие фразы, как «проверенный надежный партнер», «превосходная надежность», «легкая в эксплуатации», «работает в воде любого типа», «модульная конструкция позволяет легко адаптировать к любому типу судна», и т.д и т.п. Что же кроется за такими фразами?

Как уже сказано выше, рано или поздно системы ОБВ ставить придется. И выбор подходящей системы необходимо начать уже сегодня. При рассмотрении в данной статье проблем выбора и установки мы будем базироваться на примере нефтеналивных судов, однако в большой степени многие вопросы применимы и к другим типам судов.

К сожалению, при отсутствии достаточного опыта водообработки в таких объемах в индустрии морского транспорта, сегодня выбор системы приходится делать больше на основании маркетинговых материалов производителей и научном описании технологии, а также на собственных предпочтениях и налаженных долгосрочных контактах с некоторыми производителями. Однако после такого предварительного выбора накапливаемый практический опыт вносит свои коррективы. Сегодня уже доступно больше информации по надежности и работоспособности систем, что позволяет скорректировать планы по переоборудованию флота. «Юником» продолжает накапливать такой опыт, который учитывается как при постройке новых судов, так и при выборе системы для дооборудования существующего флота.

По опыту компании «Юником», алгоритм выбора системы ОБВ для дооборудования судна простым не назовешь. Более того, одна и та же система может не подойти для одинаковых по назначению, но построенных на разных верфях или даже работающих в разных регионах судов, поэтому для каждой серии судов необходимо проводить индивидуальный анализ возможности установки. Это является основной проблемой для владельца разнопланового флота – выбором одной системы ограничиться не получится.

Какие же вопросы надо рассмотреть при выборе системы ОБВ? Условно критерии можно разделить на конструктивные, эксплуатационные и финансовые.

Влияние конструктивных особенностей судна

Конструктивные особенности судна должны предварительно ограничить выбор только тех систем, которые физически возможно установить на борту. Рассматривая нефтеналивные суда, можно отметить два основных типа балластной системы: с погружными балластными насосами и с обыкновенными, как правило, находящимися в насосном отделении. Для танкера первичный «отсев» систем производится по наличию сертифицированного оборудования для установки в опасных зонах – так называемое взрывозащищенное исполнение. Далее необходимо оценить реальные возможности электростанции, ведь при проектировании судна запас мощности мог быть не заложен. Основной процесс обработки балластных вод происходит при выгрузке груза, что является самым энергоемким процессом на танкере, к которому теперь добавляется новый потребитель немалой мощности. Если в качестве грузовых и балластных насосов применяются электрические приводы (непосредственные или через систему гидравлики), свободной мощности может и не быть. Для начала необходимо ориентироваться на расчетные режимы загрузки электростанции, однако в некоторых случаях можно сделать поправку, основываясь на реальном операционном профиле судна.

Например, на флоте под техническим управлением компании «Юником» имеется серия танкеров типоразмера Panamax с гидравлической грузовой системой FRAMO (установлены два погружных балластных насоса производительностью 1500 м3/ч каждый). Несмотря на то что только три из семи силовых гидравлических модуля имеют электропривод, а остальные – дизельный, заводской расчет электростанции требует при грузовых операциях работы всех трех дизель-генераторов (мощностью 800 кВт каждый) с загрузкой в 83%. Очевидно, что запас электроэнергии невелик, и выбор доступных систем сильно ограничен.

К оценке энергопотребления системы ОБВ необходимо подходить аккуратно, предоставляемая изначально информация не всегда корректна и требует уточнения. Например, для систем, принцип действия которых зависит от свойств воды, энергопотребление во многих случаях указывается при нормальных условиях, являющихся идеальными для данной системы. Однако при запуске система может потреблять в два раза больше энергии, пока процесс обработки не стабилизируется. Также при работе в регионе с отличными от «нормальных» свойствами воды (например, низкая соленость, низкая температура, мутная вода и т.д.) энергопотребление некоторых типов систем будет расти.

Приведем несколько примеров оценки энергопотребления, рассматривая полную производительность балластной системы. Возьмем танкер с балластными насосами суммарной производительностью 2000 м3/ч. Наиболее низкое энергопотребление имеет биоцидная система (около 10 кВт). При этом энергопотребление не зависит от свойств воды, и система может серьезно рассматриваться для установки на суда с маломощной электростанцией (обратной стороной медали является потребление химии, на кон ставятся расходы на закупку и логистика поставок, а также далеко не в последнюю очередь оцениваются возможные опасности для здоровья экипажа). Ультрафиолетовые системы в нормальных условиях при указанной производительности потребляют 100-150 кВт, однако максимальное энергопотребление составляет около 200 кВт. Система, обрабатывающая балласт при взятии на борт с помощью инертного газа, также не зависит от свойств воды и имеет постоянное энергопотребление около 70 кВт (однако следует помнить о потреблении топлива газогенератором).

Наиболее сложно оценить энергопотребление систем, принцип действия которых основан на электролизе малого потока. Эти системы физически не могут работать при соленостях ниже 10-15 PSU, где их потребляемая мощность находится на уровне 130-200 кВт (одновременно уменьшая жизненный цикл электродов), в то время как при нормальных условиях (соленость 36 PSU) потребляемая мощность снижается до 100 кВт и ниже. Необходимо помнить также об отрицательном влиянии на энергопотребление температуры забортной воды, во многих случаях малый поток необходимо будет подогревать, если температура воды ниже 10-15 градусов Цельсия, что приводит к дополнительным затратам энергоресурсов и увеличению стоимости установки. Даже при использовании возможной утилизации тепла из системы охлаждения в МКО для судов, работающих продолжительное время в холодных районах, необходимо рассмотреть отдельную установку подогрева воды.

По заявлениям производителя, электролизная система полного потока способна работать при уменьшении солености до 1 PSU с мощностью выше 150 кВт, при нормальных условиях мощность уменьшится в два раза. Для электрокаталитической системы при солености ниже 3 PSU заявленное энергопотребление составляет около 140 кВт, в то время как для более соленой воды энергопотребление находится на уровне 40 кВт. Для танкера с суммарной производительностью балластных насосов 5000 м3/ч указанные выше мощности возрастают в 2-3 раза.

Следующий немаловажный фактор – наличие места на борту для размещения системы ОБВ. Даже на танкере класса «суэцмакс» с насосным отделением установка габаритной системы может быть осуществлена только на палубе (в специально сконструированном помещении). С большой вероятностью это может повлечь за собой замену или модернизацию грузовых насосов или установку бустерного насоса для обеспечения достаточного напора. Например, один из производителей, осуществлявший осмотр танкера типоразмера «афрамакс» (суммарная производительность балластных насосов 5000 м3/ч), заявил, что его система ОБВ может быть вписана по требованию судовладельца в габариты насосного отделения, однако трубопроводы балластной системы в таком случае к системе ОБВ подведены быть не могут ввиду их большого диаметра... Невероятно, но факт.

На рисунках приведены два возможных варианта размещения системы ОБВ на борту танкера с погружными балластными насосами системы FRAMO. На рисунке 1 – общая конструкция секции балластного танка с установленным балластным насосом и фильтром системы ОБВ, размещенным в насосном отделении. На рисунке 2 показаны дополнительные трубопроводы, необходимые для подключения фильтрующего элемента к насосу. На рисунке 3 – размещение фильтрующего элемента и ультрафиолетовой камеры системы ОБВ на палубе в специальном контейнере (контейнер условно не показан).

Самым слабым местом вариантов, приведенных на рисунках, по нашему мнению, является необходимость установки фильтрующего оборудования. Мало того что беспроблемная работоспособность фильтра с фильтрующими свойствами 40-50 мкм вызывает вполне обоснованные опасения (которые, впрочем, уже получили практическое подтверждение), так их установка фактически требует наибольшего объема модернизации балластной системы. Некоторые производители в своих рекламных проспектах делают упор на модульность конструкции и легкость адаптации, но по факту, если система в своем составе имеет фильтр, такое преимущество модульной конструкции практически нивелируется, и затраты на установку могут даже возрасти.

Рис. 1. Вариант установки фильтрующего элемента в подпалубном пространстве

Рис. 2. Схема дополнительных трубопроводов для подключения фильтра

Рис. 3. Моделирование установки фильтра и УФ-модуля на палубе

Проблемы эксплуатации

Эксплуатационные критерии базируются на операционном профиле судна. Некоторые системы требуют химикаты для процесса обработки – логистика должна быть проверена, и возможность снабжения химикатами должна быть гарантирована. Некоторые системы имеют длительное, до нескольких дней, время обработки воды (или же, в зависимости от системы, время самораспада окислителей). Такие системы не подходят для судов, работающих на коротком плече, – появятся вынужденные простои судна, что никак не сделает судно более привлекательным для фрахтования. Некоторые системы требуют для запуска процесса обработки воды определенной солености. Эти системы сами по себе неработоспособны в пресной воде и, что более важно для морского флота, в воде с низкой соленостью. Их производители предлагают решение под условным названием «ахтерпик».

Суть метода – заранее запасать воду с «хорошей» соленостью в специально выделенном для этого танке, обычно для этой цели предлагается ахтерпик. То есть логистика и управление балластом выходит на совсем другой уровень, ведь необходимо планировать наличие запаса соленой воды! Возможные при этом проблемы уменьшенной грузовместимости, увеличенной осадки, изменения дифферента и прочие эксплуатационные ограничения умалчиваются, несмотря на достаточное количество уже установленных систем такого типа. Взамен, как ответ на вопрос: «Где брать такую воду, если судно долгое время будет работать в регионе с низкой соленостью?», некоторые производители предлагают устанавливать дополнительно рассольный танк, где соленый раствор будет готовиться вручную, с использованием сухой соли.

Немаловажную часть эксплуатационной оценки составляет использование системы экипажем. Для танкера, где до настоящего времени все действия были направлены на снижение риска загрязнения окружающей среды нефтепродуктами при одновременном снижении численности экипажа, теперь появляется еще одна критическая задача – контроль работы системы ОБВ, ведь судно будет находиться под угрозой задержания, если качество воды в откачиваемом балласте не будет соответствовать нормам. В идеальном случае система не должна требовать никаких вмешательств во время работы, включаться/выключаться одной кнопкой, автоматически подстраиваться под режим работы балластной системы. Пока такое управление доступно далеко не во всех системах. Экипажи жалуются на забивающиеся фильтры при заходах в реки, на постоянно выходящую сигнализацию о скорости протока воды, о недружелюбном интерфейсе систем и необходимости ручного конфигурирования перед запуском. Некоторые системы даже при смене режима работы или остановке/запуске дополнительного насоса требуют полной остановки и изменения параметров вручную. Сегодня имеется возможность в сложных случаях просто обойти систему – это конструктивно закладывается для балластировки в критических для судна ситуациях.

Однако с вступлением Конвенции в силу такие действия будут значительно усложнены. По существующим нормативам не требуется обрабатывать балласт при его приеме на борт, ведь нормируется качество откачиваемой воды (попутно отметим, что существуют на рынке также технологии, производящие обработку балласта в рейсе). Поэтому при взятии балласта без обработки (при неисправности системы или ее неработоспособности из-за свойств воды) в рейсе необходимо будет произвести полную смену балласта с его обработкой при взятии на борт. Более простой проточный метод будет неприменим – воду необходимо будет выкачать из каждого танка в полном объеме и тщательно зачистить остатки. А если опять же переход короткий? А если погода штормовая? Все эти проблемы затрудняют нормальную работу экипажа как в процессе грузовых операций, так и в рейсах.

Основные факторы планирования бюджета

В то время, когда фрахтовые ставки снижаются и доходы судовладельца падают, необходимо выделить немалые ресурсы на переоборудование флота. Стоимость установок ОБВ неразумно высока и является ощутимым ударом по бюджету любого судовладельца. Особенно учитывая тот факт, что фактической окупаемости системы (за очень малым и довольно условным исключением) не существует. Необходимо также принять во внимание, что эксплуатационные расходы могут быть значительными.

Рассмотрим некоторые примеры расходов, опять же на примере танкера с балластными насосами суммарной производительностью 2000 м3/ч (произведен просчет индивидуальных систем для каждого балластного насоса, также в оценочную стоимость включена отдельная установка для обработки воды в ахтерпике, который не входит в общую балластную систему типового танкера).

Для одного такого судна закупочная стоимость систем с электролизом малого потока находится на уровне $600-800 тыс., системы электролиза и электрокатализа полного потока стоят около $600 тыс. За биоцидную систему придется выложить более $700 тыс., а за установку инертного газа более $900 тыс. Ультрафиолетовые системы стоят порядка $700-800 тыс. Для танкера же с суммарной производительностью балластных насосов 5000 м3/ч (а это суда типоразмеров «афрамакс» и «суэцмакс») указанные выше стоимости возрастают в два, а то и более раз.

Стоимость установки системы ОБВ сложно запланировать как единую для всех судов. Расходы будут сильно разниться в зависимости от выбранной установки, типа и конструктивных особенностей судна (если условия для установки системы не были предусмотрены судостроительной верфью заранее). Для больших установок вес компонентов, особенно при заполнении водой, является существенным, и соответствующие местные усиления конструкции должны быть предусмотрены во многих случаях. С учетом габаритов системы (или отдельных компонентов) и стесненных условий на судне, возможно, придется проводить дополнительные работы, не связанные непосредственно с установкой, но обеспечивающие условия для работ. Также стоимость будет зависеть от расценок судоремонтного предприятия.

Так, например, одна и та же спецификация по установке системы ОБВ для танкера с двумя погружными насосами (производительность каждого 750 м3/ч) была предоставлена для предварительного расчета двум судоремонтным предприятиям. В результате при стоимости самого комплекта системы ОБВ на это судно в размере $670 тыс. (включая модификацию балластных насосов) один СРЗ предоставил смету на $330 тыс., второй – на $550 тыс. И это без учета расходов на закупку и установку отдельной системы для ахтерпика! В то же время стоимость установки системы производительностью 500 м3/ч на другом судне составила $190 тыс.

Однако после приобретения установки расходы судовладельца не заканчиваются. Для фильтра одного из ведущих производителей, чье оборудование используется в нескольких типах систем ОБВ, замена фильтрующего элемента может потребоваться через 5-7 лет, а в зависимости от эксплуатации системы стоимость элемента составляет около $6 тыс. Количество таких фильтрующих элементов на борту будет зависеть от производительности системы ОБВ. К примеру, для системы производительностью 5000 м3/ч количество фильтрующих элементов составляет 8 штук.

Для производства электроэнергии необходимо сжечь топливо, а ведь для ультрафиолетовых систем энергию надо потреблять в полном объеме не только при взятии балласта, но и при его откачке. Системы, работающие на принципе инертного газа, имеют прямое потребление топлива. Биоцидные системы не потребляют топливо и почти не потребляют электроэнергию, однако сами химикаты дешевыми не назовешь – около $7 тыс. придется потратить на обработку около 65 000 м3 воды, что примерно сопоставимо с приведенными расходами на работу ультрафиолетовой системы.

Заключение

Как видно, нюансов при выборе подходящей системы ОБВ немало. Мы попытались раскрыть только самые основные моменты. При проработке реального проекта появляются дополнительные условия, которые тоже вносят свои коррективы. Например, имеется возможность установить систему обработки производительностью, достаточной для работы только одного балластного насоса. Но какой при этом будет эффект на грузовые операции судна и для каждого ли судна такая опция применима? Ведь наша цель – предоставить фрахтователю судно в таком техническом состоянии, которое не допустит простоев.

Задача установки систем ОБВ на самом деле сложная и трудозатратная. Мы можем порекомендовать судовладельцам не откладывать решение в долгий ящик, а начать проработку установки уже сегодня. Сроки поставки системы составляют в среднем около полугода, проработка инженерного проекта в зависимости от сложности может занять до трех месяцев. Одобрение Регистром проекта установки тоже требует времени – от 30 рабочих дней до 8-10 недель в различных классификационных обществах. Конечно, указанные сроки не точны и могут быть сокращены, если условия для установки благоприятны. Но, с другой стороны, может потребоваться повторное рассмотрение, если будут затребованы изменения в проекте, что увеличит сроки.

По различным подсчетам, количество судов в мире на такое переоборудование составляет более 70 тысяч. После вступления требований в силу ожидается увеличение спроса как на системы, так и на сопутствующие услуги по их установке.

Время принимать решения.

Морской флот №1 (2015)

ПАО СКФ
IV ежегодная конференция ежегодная конференция: «SMART PORT: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭКОЛОГИЧНОСТЬ»
Восточный Порт 50 лет
НПО Аконит
Подписка 2024
Вакансии в издательстве
Журнал Транспортное дело России
Морвести в ТГ