船用压载与舱底水系统：泵配置与自吸要求

一、压载与舱底水在船舶上的分工

上海蓝海泵业制造有限公司长期为散货船、油船与集装箱船配套压载泵、舱底泵与自吸泵组。压载系统通过注排海水调整吃水、纵倾与横倾，舱底水系统负责收集机舱与舵机舱积水并送交油污水分离设备，两套系统在实船布置中经常共用泵组。把功能边界先划清，才能判断哪些泵可以互为备用、哪些阀门必须锁闭，也才能解释船级社审图时反复追问的替代关系。

压载水系统与舱底水系统在管路上互相独立，在泵组上却常常交织。压载水系统的服务对象是全船压载舱，舱底水系统的服务对象是机舱底层、舵机舱、隔离舱与货舱污水沟。两者的设计工况差异明显，前者是大流量、低扬程，后者是小流量、大吸程，共用一台泵时必须在性能曲线上找到能同时覆盖两个工况的工作区间。

1. 压载水系统承担的三项任务

压载水的基础任务是调整船舶吃水与姿态。空载航行时通过压载舱注水，把螺旋桨浸没深度与艏部吃水维持在主机与舵效所需的范围；装卸货过程中通过舱间调驳抵消单侧装载造成的横倾；航行中还要借助压载水的分布调整船体梁弯矩与剪力，把总纵强度控制在允许包络之内。对集装箱船而言，压载水还承担补偿甲板堆箱高度带来的稳性高度损失。

压载舱通常布置在双层底、顶边舱、艏尖舱与艉尖舱。双层底舱容积大、重心低，注排对稳性高度的影响显著；顶边舱靠近舷侧，适合修正横倾；艏尖舱用于调整艏部吃水，减少埋首与甲板上浪。压载泵通过压载总管与各舱支管连接，支管阀多采用遥控蝶阀，泵的排量要与压载水处理系统的额定处理量在方案设计阶段就对齐，否则处理环节会成为整个注排作业的瓶颈。

2. 舱底水系统的收集范围

舱底水系统收集的是机舱底层花钢板以下的积水，来源包括主机与辅机的泄放、管路法兰渗漏、轴系填料函滴漏、分油机与锅炉排污以及舱壁冷凝水。管系由各舱吸口、泥箱、舱底水总管、舱底水舱与油污水分离设备串联而成，吸口布置需保证船舶横倾 5 度时仍能有效吸水，避免一侧吸口露出水面。

舱底水舱设有高位报警，舱底水泵按液位自动启停。含油舱底水不得直接排舷，必须经油污水分离设备处理并满足 15 ppm 的含油量限值，分离出的污油排入污油舱等待岸基接收。机舱内还要设污油水舱与清水舱的独立管路，防止含油污水与消防水、淡水系统串接。

3. 共用泵组的惯例与前提

压载泵兼作舱底水备用泵是造船界的通行做法。压载泵排量大、吸入口位置低，通过一条带锁闭阀的跨接支管接入舱底水总管，即可在舱底泵故障时承担抽吸任务。这种做法能减少机舱设备数量、降低布置难度，也便于集中维护。

这种做法成立的前提有三个：压载泵具备自吸能力或配有真空引水装置；跨接支管的吸入口能够到达舱底水舱的低位；跨接阀在正常航行时处于关闭并挂牌状态，防止压载水倒灌进舱底水系统。三者缺一，所谓备用就只是图纸上的备用，实船演习时无法真正投入使用。

• 压载泵的服务对象是压载舱，舱底泵的服务对象是机舱积水，两者的设计工况不同。
• 共用泵组时，跨接支管必须设止回阀与可锁闭截止阀，避免两套系统串水。
• 舱底水总管管径按各吸口同时使用时的流量确定，不按泵的额定排量确定。
• 压载水处理系统的取样点应设在处理单元出口，不设在压载泵出口。

二、排量与压头的确定方法

1. 排量由舱容与作业窗口倒推

压载泵的总排量按主要压载舱容积与允许作业时间倒推。常规散货船的压载作业窗口在 8 至 12 小时，油船与大型矿砂船更长，设计时按船东规格书给出的换舱时间取值。船厂在详细设计阶段会把总容积除以作业时间，再乘以 1.1 至 1.2 的裕量，得到泵组的总额定排量，随后按一用一备或两用一备分配台数。

需要提醒的是，压载泵排量不能只看泵样本的额定点，还要核对压载水处理系统在对应盐度与浊度下的额定处理量。泵的流量超过处理能力时，多余水量只能旁通，实际达标排放时间反而延长。压载水管理公约生效后，这一点从选型建议变成了系统匹配的硬约束。

2. 压头要覆盖静扬程与管路阻力

压载泵的扬程由静扬程、沿程阻力与局部阻力三部分组成。静扬程按压载舱顶或排舷口至泵轴中心的高差计算，取所有工况中的包络值；沿程阻力按达西公式估算，钢管的海水设计流速通常取 2 至 3 m/s，流速过低会造成泥沙沉积，过高则加剧冲刷腐蚀。

局部阻力来自滤器、弯头、阀件与管件，计算时按等效长度折算。全部阻力叠加后再加 0.05 至 0.1 MPa 的余量，用于覆盖滤器堵塞与阀门开度不足带来的额外损失。压载泵的吸入侧还要核算汽蚀余量，NPSHa 应比泵样本给出的 NPSHr 高出 0.5 m 以上。

3. 兼作舱底泵时的工况校核

压载泵与舱底泵的设计点差异很大。压载工况是大流量、低扬程，舱底工况是小流量、大吸程，同一台泵在舱底工况下运行时工作点会向左偏移，流量下降、扬程上升，轴功率反而可能超出电机额定值。这个现象在实船调试中并不罕见，表现为电机过载或泵体发热。

解决办法是设回流管把多余流量引回舱底水舱，或采用变频驱动把转速降到对应流量点。回流管上装节流孔板与截止阀，孔板孔径按泵的允许流量下限计算；变频方案则要把控制逻辑与液位信号联动，避免频繁启停造成电机温升。

• 压载泵排量按舱容除以换舱时间计算，并乘以 1.1 至 1.2 的裕量。
• 扬程计算书需列出注水、排舷、舱间调驳三种工况，取包络值。
• 小流量工况必须设回流或变频，不能靠关小出口阀长期节流。
• 泵的 NPSHa 应比 NPSHr 高出 0.5 m 以上，并按液位下限核算。

三、MARPOL 附则 I 与压载水管理公约的约束

1. 附则 I 对含油舱底水的排放条件

《国际防止船舶造成污染公约》1973 年文本与 1978 年议定书合称 MARPOL 73/78，其附则 I 针对油类污染，于 1983 年 10 月 2 日生效。附则 I 对机器处所舱底水的排放设定了需要同时满足的条件：船舶处于航行途中，不在特殊区域之内，含油量不超过 15 ppm，且船上装有符合要求的滤油设备与 15 ppm 报警装置。

这四个条件是与的关系，缺一不可。任一条件不满足，舱底水只能留在船上等待岸基接收，或者转入污油水舱继续存放。特殊区域内的要求更严，排放前需核对当航次所处海域，不能沿用一般海域的操作习惯。船上还应保存油污水接收单据，作为排放合法性的证明。

2. 油污水分离设备与 15 ppm 报警

按附则 I 的要求，400 总吨及以上的船舶应装设油污水分离设备，处理后含油量不超过 15 ppm，并配有报警与自动停止排放的联锁。设备前的舱底水舱容积要能容纳一个航次的预估积水量，舱底水泵的排量则要与分离设备的额定处理量匹配。

泵选得过大，分离器来不及处理，水会在舱底水舱与分离器之间反复循环，既增加能耗也让操作人员误以为系统在处理。泵选得过小，舱底水抽不干，机舱底层长期积水会加速舱底板的腐蚀。合理的做法是按分离器额定处理量的 0.8 至 1.0 倍选泵，并在管路上设流量计。

3. 压载水管理公约的时间线

《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》于 2004 年 2 月 13 日通过，2017 年 9 月 8 日生效。公约给出两套标准：D-1 标准要求在大洋中完成压载水置换，D-2 标准要求通过处理系统把生物指标降到规定限值。2017 年 9 月 8 日及以后建造的船舶须直接满足 D-2，此前建造的船舶在换证检验时完成改造。

泵组配置随之改变。压载泵的流量、压头要与过滤加消毒的处理单元匹配，处理单元带来的额外阻力要计入扬程；取样口的位置要在管路上预留，且取样点前后的直管段长度满足检测要求。改造项目还要复核原有压载泵的电机功率，处理单元投入后系统阻力上升，工作点偏移可能导致电机过载。

• MARPOL 附则 I 自 1983 年 10 月 2 日起生效，含油舱底水排放执行 15 ppm 限值。
• 《油类记录簿》的机器处所作业部分需逐项记录舱底水排放、转驳与接收。
• 压载水管理公约 2004 年 2 月 13 日通过、2017 年 9 月 8 日生效，D-2 为标准路径。
• 压载泵与处理系统的流量偏差宜控制在正负 10% 以内。

四、自吸能力：舱底泵的硬指标

1. 吸上高度、自吸时间与汽蚀余量

舱底泵吸入口通常高于舱底水面，泵壳内又常存空气，能否把水吸上来取决于自吸能力。工程上把吸上高度定义为泵吸入口中心至液面下限的垂直距离，船用舱底泵一般控制在 4 m 以内，管路不得出现 U 形高点，否则气体会在弯头处积聚形成气阻。自吸时间按厂家型式试验数据核对，验收时以 5 分钟内稳定出水作为经验界限。

自吸能力与汽蚀余量是两个概念。自吸解决的是泵壳与吸入管内空气的排除问题，汽蚀余量解决的是叶轮入口处的压力裕度问题。前者靠泵体储液与气液分离结构实现，后者靠降低安装高度、加大吸入管径、减少弯头来保证。选型时两项都要校核，只谈自吸高度不谈 NPSH 的方案在热态或低液位时往往失效。

2. 自吸泵的工作机理

自吸泵在泵体出口侧设有气液分离室，停机后泵壳内保留一部分液体。启动时叶轮把存液与吸入管内的空气一起搅动，形成气液混合物排入分离室，气体从出口排出，液体经回流孔回到叶轮入口，循环若干次后吸入管内形成真空，水被引入泵体。整个过程不需要外部真空源，适合舱底水含气、含杂、液位频繁波动的场合。

自吸泵的短板在于效率。回流孔带来的内泄漏使其效率比同参数的普通离心泵低几个百分点，回流孔还容易被舱底水中的棉纱、漆皮与铁锈堵塞，堵塞后自吸时间明显延长甚至完全丧失自吸能力。因此舱底水吸入口前必须设泥箱与滤网，滤网通流面积不小于吸入管截面的 3 倍，并纳入日常清掏计划。

3. 真空引水装置与引水罐

真空引水装置由真空泵、气水分离器、电磁阀与液位电极组成，启动前先把泵壳与吸入管内的空气抽走，形成负压后水在大气压作用下进入泵体，液位电极检测到满水后启动主泵。这套装置适合大排量的离心式舱底泵，泵本身不需要自吸结构，效率较高，缺点是增加了一套真空系统，管路复杂。

引水罐是另一种常见方案。罐体容积按吸入管容积的 2 至 3 倍选取，罐内常存液体，泵启动时罐内液体在重力作用下灌入泵体，把空气顶出，罐内形成负压后把舱底水吸入。引水罐结构简单、无需外接动力，但占用机舱空间，罐体液位需要设视镜与补液管，长期停用时罐内液体可能蒸发或泄漏。

4. 三种引水方式的适用边界

选择哪种引水方式，取决于泵的排量、机舱空间与自动化程度。中小排量的舱底泵优先选自吸泵，结构紧凑、控制简单；大排量的压载泵兼作舱底泵时，真空引水装置更合适，主泵可以选效率较高的单级双吸离心泵；机舱空间紧张、又不想增加真空泵的场合，引水罐是折中方案。

射流引水依赖消防水或压载水的工作压力，在消防泵未启动时不能使用，一般只作为应急手段。无论采用哪种方式，吸入管的气密性都是前提。法兰垫片、螺纹接头、压力表接头是漏气高发点，安装后应做负压保压试验，把真空度维持在 -0.05 MPa 并保持 10 分钟，观察压力回升情况。

• 自吸泵适用于 50 立方米每小时以下的舱底水工况，优点是无需外部真空源。
• 真空引水装置适用于大排量离心泵，需设真空度下限报警与主泵启动联锁。
• 引水罐容积按吸入管容积的 2 至 3 倍选取，罐顶设排气阀与补液管。
• 任何引水方式都要求吸入管气密，投运前做负压保压试验。

五、海水腐蚀与船级社材料要求

1. 电偶腐蚀、缝隙腐蚀与流速

海水是强电解质，船用泵的腐蚀形态以电偶腐蚀、缝隙腐蚀与冲刷腐蚀为主。泵体若采用铸铁而叶轮采用青铜，两种金属在海水中的电位差会驱动电偶腐蚀，铸铁一侧成为阳极，腐蚀速率随流速与温度上升而加快。法兰垫片搭接不齐、焊缝咬边、螺栓孔间隙会形成缝隙，缝隙内氧浓度低，成为点蚀的起点。

流速的影响是双向的。流速低于 1 m/s 时，海生物与泥沙容易沉积，沉积物下方形成氧浓差电池；流速高于 3 m/s 时，铜合金表面的保护膜被冲刷剥离，腐蚀速率快速上升。管路设计应把工作流速控制在 1 至 3 m/s，泵的吸入侧更低一些，避免弯头与变径处出现局部高速区。

2. 过流部件与轴封的材质组合

船用海水泵的过流部件通常按以下组合选材：泵壳采用铸铁加内衬或直接采用双相不锈钢 2205，叶轮采用青铜 ZCuSn10Zn2 或双相不锈钢，泵轴采用 316L 或 2205，轴套采用陶瓷或碳化硅，机械密封的动静环采用碳化硅对碳化硅或碳化硅对石墨，弹性件采用氟橡胶或三元乙丙橡胶。

铜镍合金 B10 与 B30 在海水管路与热交换器上应用广泛，抗冲刷性能优于青铜。材质组合还要考虑与船体系统的兼容，泵体与钢管之间、泵体与铜合金阀件之间必须用绝缘垫片隔开，螺栓采用不锈钢时要在螺纹处涂防咬合剂，避免装配后咬死。

3. 船级社认可与试验

船用泵属于船级社强制检验产品，需按中国船级社《钢质海船入级规范》及相应产品检验规则取得船用产品证书。送审资料包括泵的性能曲线、汽蚀余量曲线、材料清单、焊接工艺与无损检测报告。泵体水压试验按设计压力的 1.5 倍执行，保压时间不少于 10 分钟，试验后及时排空并干燥。

型式认可与单件检验是两条路径。批量供货的标准化泵型可以申请型式认可，取得证书后按批次抽检；非标泵型或大排量泵组按单件检验处理，每台都要提交材料证明与试验记录。船东在技术协议中往往还会附加振动、噪声与涂层要求，这些指标应在下单前与泵厂确认。

• 泵壳、叶轮、轴、轴套的材质需在材料清单中逐项列明牌号与标准号。
• 与海水接触的螺栓、螺母采用 316 或 2205，安装时涂防咬合剂。
• 水压试验压力取设计压力的 1.5 倍，保压不少于 10 分钟。
• 涂层按船级社要求配套，环氧底漆加中间漆加面漆，总干膜厚度不低于 250 微米。

六、机舱布置、检修空间与自动控制

1. 吸入口与防吸空

舱底水吸口设在机舱底层各水密分舱的较低位置，吸口杯下缘距舱底板 15 至 25 mm，杯口加装滤网，滤网孔径按泵的通流能力选取。吸口不能设在主机座、轴系与海底门正下方，以免被油污与杂物掩埋。吸口管的弯头数量要控制，从吸口到总管的水平段应有不小于 1% 的坡度，坡向吸口。

压载泵的吸入口同样要避开压载舱的加强筋与舱底沉淀区，吸口下方设吸口箱，箱体四周开孔，孔的总面积不小于吸入管截面的 2 倍。舱内注入压载水时，吸入口周围会出现旋涡，液位降到吸口以上一定高度时旋涡会把空气卷入，这个高度称为临界淹没深度，布置时应予留出。

2. 检修与吊装空间

泵组周围的检修空间在机舱布置阶段就要预留。泵端与舱壁、管系之间的净距不小于 600 mm，电机尾部留出抽转子的轴向空间，泵体上方设吊装眼板或工字钢梁，起重量按泵组总重的 1.5 倍配置。机械密封更换需要拆卸联轴器与泵盖，若泵端紧贴舱壁，检修只能整体吊出。

阀组的手轮朝向也要在布置图上标出。压载泵出口的蝶阀、舱底泵进口的截止阀、跨接支管的锁闭阀，手轮应朝向通道一侧，避免操作人员跨越管路。压力表与真空表装在泵的进出口直管段上，表盘朝向巡检通道，表面刻度覆盖泵的工作范围并留出余量。

3. 液位控制与自动排放

舱底水舱设高高位报警与自动启泵液位，压载舱设液位遥测与溢出报警。控制逻辑通常是：液位达到启泵值时启动舱底泵，降到停泵值时停机，高高位时触发报警并强制启动备用泵。泵的干转保护通过电流、流量与液位三个信号综合判断，任一信号异常即停机。

自动排放还要与油污水分离设备联锁。分离器出口的含油量监测仪检测到超过 15 ppm 时，三通阀自动把水回流到舱底水舱，同时触发报警。这套联锁的取样点应设在分离器出口的垂直管段上，取样管不得有死水段，否则监测值会滞后于实际排放水质。

• 吸口杯下缘距舱底板 15 至 25 mm，滤网通流面积不小于吸入管截面的 3 倍。
• 泵端检修净距不小于 600 mm，上方设起重量为泵组总重 1.5 倍的吊点。
• 舱底水舱设高高位报警，触发后强制启动备用泵并记录。
• 15 ppm 监测仪与三通回流阀联锁，取样点设在垂直管段。

七、配置清单与常见误区

1. 配置清单

压载与舱底水系统的泵组配置可以按下面的清单逐项核对。清单的排列顺序与管系图上的设备编号一致，便于采购、审图与交船试验三方对照。每一项都对应一个可验证的参数，不写“按厂家标准”这类无法验收的表述。

• 压载泵两台，单台排量按舱容与换舱时间确定，一用一备。
• 舱底泵一至两台，具备自吸能力或配真空引水装置。
• 压载泵至舱底水总管的跨接支管，设止回阀与可锁闭截止阀。
• 15 ppm 油污水分离设备及报警、自动停止排放联锁。
• 压载水处理系统及取样口、流量计、压力表。
• 液位遥测、高高位报警与泵组自动启停控制柜。
• 泵体、叶轮、轴封的备件包与专用拆装工具。

上海蓝海泵业制造有限公司位于上海市青浦区赵巷新城经济开发区二区30号，船用泵选型与配套问题可致电 021-39889996 / 39889995 咨询。供货范围可按船级社产品证书、船东规格书与管系图三方要求逐项确认。

2. 常见误区

现场容易出现的偏差集中在三处：把泵样本上的自吸高度直接当作安装高度，忽略吸入管阻力与海拔对真空度的影响；用压载泵替代舱底泵却不设跨接阀的锁闭措施，压载水倒灌进舱底水舱；按泵的额定排量选舱底水管径，导致吸口流速过高、噪声与汽蚀同时出现。这些问题在交船试验时未必暴露，却在营运中反复造成故障。

另有一类偏差来自对公约的理解。部分船东认为装了油污水分离设备就可以随时排放，忽略了在航、不在特殊区域与 15 ppm 三个条件；也有船舶在压载水处理系统投运后未复核泵的扬程，处理单元阻力使泵的工作点左移，压载作业时间超出预期。把公约条款与泵的性能曲线放在一起核对，能避免大部分返工。

• 自吸高度按样本值减 0.5 至 1 m 使用，并计入吸入管阻力。
• 跨接支管的阀门必须可锁闭并挂牌，防止误开串水。
• 舱底水管径按吸口同时使用时的流量确定，不按泵额定排量。
• 海水管路异种金属连接处加绝缘垫片，避免电偶腐蚀。
• 泵长期小流量运行应设回流管，不能靠关小出口阀节流。

八、常见问题

问：压载泵可以直接当舱底泵用吗？

可以，但必须通过带止回阀与可锁闭截止阀的跨接支管接入。依据是船级社对舱底水系统备用能力的要求，替代关系要能在管系图上体现，且压载泵需具备自吸能力或配真空引水装置，航行时跨接阀保持关闭。

问：舱底泵的自吸高度按多少设计比较稳妥？

建议按泵吸入口中心至液面下限不超过 4 m 设计，并在此基础上留 0.5 至 1 m 的余量。原因是吸入管的沿程阻力、弯头局部阻力与海水温度升高带来的汽化压力上升都会吃掉一部分有效吸程，样本值是在清水常温条件下测得的。

问：MARPOL 附则 I 中的 15 ppm 是什么口径？

15 ppm 指含油量的质量浓度限值，即每千克排放水中含油不超过 15 毫克。这一限值由附则 I 规定，配套的油污水分离设备与 15 ppm 报警装置需经船级社型式认可，排放还需同时满足在航与不在特殊区域的条件。

问：压载水处理系统投运后，原有压载泵需要更换吗？

多数情况下需要复核泵的流量与压头，未必整台更换。处理系统的过滤与消毒单元会带来额外阻力，泵的扬程要相应提高；泵的流量超过处理系统额定处理量时，实际达标排放时间会延长。改造前应取得处理系统厂家给出的阻力曲线，再与泵的性能曲线叠加核算。

问：海水泵的叶轮选青铜还是双相不锈钢？

含沙量高、流速大的工况优先选双相不锈钢 2205，清洁海水工况可选青铜 ZCuSn10Zn2。青铜的抗污着性能较好、成本较低，但在高流速下的冲刷腐蚀速率上升较快；双相钢的强度与耐点蚀能力更强，焊接与加工要求也更高。