應(yīng)對(duì)低硫燃油新規(guī)范的船舶技術(shù)方案

高潔 李光楠

摘 要：文章參考各船級(jí)社和公約規(guī)范要求，結(jié)合市場(chǎng)上低硫燃油處理方法，介紹滿足SOx排放要求的處理排放系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)和安裝運(yùn)行情況。

關(guān)鍵詞：低硫燃油；船舶改裝；規(guī)范要求；廢氣排放

1 概述

隨著人類環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，環(huán)境污染問題已經(jīng)被高度重視，船舶燃燒的油料中的含硫量過高，會(huì)引起金屬設(shè)備和環(huán)境污染，因此國際海事組織的相關(guān)規(guī)定也對(duì)船舶燃燒設(shè)備的SOx排放控制進(jìn)行了新的規(guī)范和要求。

2 低硫燃油及使用的介紹

首先，我們來介紹一下船舶柴油機(jī)可燃燒的油料。一般我們?cè)跊]有排放要求的海域燃燒的是重油即HFO，他的粘度高，成本低，但是含硫量高達(dá)4.5%，燃燒后的SOx污染嚴(yán)重。在大部分有含硫量限制的港口，船舶一般燃燒柴油即MDO，他的粘度低，硫含量為1.5%，比較純凈。在專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)如夏威夷、澳洲、珠海、長(zhǎng)江海域等200海里內(nèi)，船舶須燃燒低硫燃油即L.S.HFO，硫含量為3.5%，成本高于HFO。在SOx嚴(yán)格控制排放區(qū)域，如歐盟港口，船舶必須燃燒船用輕柴油即MGO，他的硫含量?jī)H為0.1%，但是粘度極低，只有1.4cSt～6cSt，在使用時(shí)可以控制油料溫度來調(diào)整粘度。低硫油的閃點(diǎn)極低，相對(duì)其他燃油很危險(xiǎn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮相應(yīng)管路應(yīng)避開高溫區(qū)域。低硫油成本在四種燃油中屬于最高，所以船舶運(yùn)營(yíng)商在考慮選用柴油機(jī)和鍋爐時(shí)，油料消耗問題會(huì)特別關(guān)注。

鑒于以上油料的特性，只有低硫油MGO可滿足越來越高的廢氣排放要求。在柴油機(jī)燃燒低硫油時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)SOLAS要求，機(jī)艙A類處所不允許含有閃點(diǎn)低于60℃的燃油。所以在機(jī)艙A類處所低硫油需進(jìn)行冷卻處理或者加入添加劑。（2）由于MGO粘度和潤(rùn)滑性極低，燃油泵可能無法建立油膜而損傷設(shè)備或者加速磨損等不良現(xiàn)象，因此，MAN公司規(guī)定低速機(jī)燃油進(jìn)機(jī)前最小粘度為2cSt，高速機(jī)燃油進(jìn)機(jī)前粘度為1.5cSt。（油料的粘度可通過溫度的高低而調(diào)整）在系統(tǒng)中增加冷卻設(shè)備并安裝系統(tǒng)高溫報(bào)警設(shè)備，防止冷卻系統(tǒng)異常故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法工作。在油料進(jìn)機(jī)前單獨(dú)設(shè)立低粘度的低硫油輸送泵，防止燃油輸送泵不必要的磨損。（3）船舶輔助設(shè)備的選用需適合低硫油燃燒的特性，尤其是法蘭、儀表、彎頭等管系附件。（4）低硫油艙的容積需滿足規(guī)范要求，并且如不在A類處所，必須有一個(gè)縱向艙壁與機(jī)艙邊界連接，而且要避開加熱盤管。（5）根據(jù)全球各海域要求不同，船舶為了燃油經(jīng)濟(jì)性，需進(jìn)行燃油轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換時(shí)，由于各油料的特性不同，必須考慮油料的融合性。通常規(guī)定重油HFO-低硫重油L.S.HFO-柴油MDO-低硫油MGO。在此混油過程中，每分鐘油溫升降不得超過2℃。船舶必須編制燃油轉(zhuǎn)換程序和使用須知，并納入船上安全管理體系中，按此執(zhí)行。（6）如船舶長(zhǎng)期使用低硫油，需要將柴油機(jī)的汽缸油換為低堿值油品（TBN40），否則會(huì)導(dǎo)致缸套與活塞之間產(chǎn)生過多的沉淀物，對(duì)機(jī)器造成損傷。所以，在船舶設(shè)計(jì)時(shí)需設(shè)立兩個(gè)汽缸油日用艙，分別用于儲(chǔ)存高堿值和低堿值汽缸油。（7）低硫油的密度和發(fā)熱值比較低，燃燒后產(chǎn)生的功率低，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)的啟動(dòng)困難，影響船舶整體操縱性。由于低硫油中的芳香烴含量較高，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排煙溫度升高。因此，機(jī)艙內(nèi)必須制定加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控的措施和應(yīng)急預(yù)案。（8）鍋爐系統(tǒng)一般有單獨(dú)的燃油泵連接至燃燒器，根據(jù)規(guī)范要求，鍋爐需增加單獨(dú)的低硫油管系及泵組、流量計(jì)、壓力表和控制液壓元件等。另外在爐膛內(nèi)燃燒低硫油時(shí)，火焰的強(qiáng)度、亮度等狀態(tài)與之前燃燒不一致，可能導(dǎo)致火焰檢測(cè)裝置對(duì)燃燒情況產(chǎn)生誤測(cè)，并進(jìn)行切油、停爐等動(dòng)作。所以，在選用鍋爐燃燒器的時(shí)候需要選擇適用于低硫油燃燒的燃燒器和與其匹配的火焰探測(cè)器。

3 船舶結(jié)構(gòu)和設(shè)備的技術(shù)方案和檢驗(yàn)

3.1 船舶結(jié)構(gòu)

由于低硫油閃點(diǎn)比較低，需要增加單獨(dú)的低硫油儲(chǔ)存艙，并設(shè)立空艙與重油儲(chǔ)存艙等高溫結(jié)構(gòu)隔絕，靠近溫度較低的柴油儲(chǔ)存艙，同時(shí)取消柴油澄清艙。

3.2 船舶設(shè)備

根據(jù)以上MAN要求，船用低速柴油機(jī)MGO進(jìn)機(jī)粘度必須高于2cSt，那么低硫油需要被冷卻到22℃以下才能達(dá)到要求，船上的海水（25℃）和淡水（36℃）冷卻均無法達(dá)到該要求，因此我們加入CHILLER冷卻單元。CHILLER單元采用的是工業(yè)制冷循環(huán)方法。主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、預(yù)冷卻器、水泵、冷卻水柜和各檢測(cè)儀表等組件組成，在蒸發(fā)器中使用氟利昂（R404A）和淡水進(jìn)行熱交換冷卻淡水，冷卻后的淡水進(jìn)入CHILLER單元的板式冷卻器與低硫油完成熱交換，冷卻低硫油，使其達(dá)到使用要求。預(yù)冷卻器通常連接在低硫油日用艙出口，可提前冷卻低硫油增加MGO粘度，并且減少低硫油循環(huán)時(shí)的升溫。CHILLER單元通常布置在臨近主機(jī)開口出的同一層平臺(tái)的相鄰位置，預(yù)冷卻器布置在低硫油日用艙附近。鍋爐系統(tǒng)上需增加低硫油供給泵，并給予相應(yīng)的換油電氣控制系統(tǒng)。

3.3 船舶管系

由于增加MGO油料以及設(shè)備，船舶管系也需增加和修改相應(yīng)系統(tǒng)。在供油單元出口處增加三通閥以實(shí)現(xiàn)MDO＼MGO的互相轉(zhuǎn)換，并增加蒸汽調(diào)節(jié)閥來控制蒸汽供給。在燃油輸送系統(tǒng)中，增加MGO加油站至儲(chǔ)存艙的管路、儲(chǔ)存艙分別至柴油輸送泵和燃油分油機(jī)的管路。在燃油凈化系統(tǒng)中增加燃油分油機(jī)至低硫油日用艙的進(jìn)油以及回油管路。另外，相應(yīng)的淡水系統(tǒng)也需要修改，增加中央冷卻水至CHILLER壓縮機(jī)、冷凝器和預(yù)冷卻器的管路，技術(shù)水壓力柜至CHILLER水柜的管路。

3.4 船舶檢驗(yàn)

如船舶根據(jù)新的規(guī)范要求進(jìn)行了改裝，增加了低硫油處理設(shè)備修改了相應(yīng)的管系，根據(jù)SOLAS和MAPOL公約，需申請(qǐng)入級(jí)船級(jí)社進(jìn)行上船檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：船級(jí)社的審圖部門審核滿足船級(jí)社和公約的要求并且按圖施工；為推進(jìn)及主系統(tǒng)供油的兩個(gè)油艙容量必須能供船舶推進(jìn)裝置最大持續(xù)功率以及發(fā)電機(jī)裝置在海上正常負(fù)荷下工作至少8小時(shí)。檢驗(yàn)后，需完成以下文件并保留在船上：船舶評(píng)估報(bào)告；改造方案；設(shè)備操作手冊(cè)；低硫油轉(zhuǎn)換程序；航海日志和輪機(jī)日志；船級(jí)社簽發(fā)的檢驗(yàn)報(bào)告和證明文件等。

另外需要特別提醒，根據(jù)2010年1月1日生效的《歐盟關(guān)于停泊歐盟港口船舶安全實(shí)施使用低硫燃油的建議案》（COMMISSION RECOMMEN-DATION of 21 December 2009 on the safe implementation of the use of low sulphur fuel by the ships at berth in Community ports），在歐盟港口停靠的船舶如果被查出不滿足低硫油的相關(guān)規(guī)定，將審查能否提供可以證明船舶已經(jīng)滿足該要求而做了相應(yīng)準(zhǔn)備的證據(jù)，比如已經(jīng)簽訂的改造合同、經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的改造方案等。

4 結(jié)束語

目前正值世界船舶制造業(yè)的高峰期，新出臺(tái)的廢氣排放控制規(guī)范在一段時(shí)間內(nèi)給各大船舶運(yùn)營(yíng)商、船廠以及設(shè)計(jì)公司出了一個(gè)難題，如何在短時(shí)間內(nèi)不影響船舶的建造和航行使用并且符合廢氣排放控制規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的修改，對(duì)大家來說都至關(guān)重要。文章詳細(xì)解析了在船舶改裝時(shí)的注意事項(xiàng)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并闡述了各規(guī)范要求、油料的處理方法以及設(shè)備的設(shè)計(jì)、布置和安裝問題，希望能給國內(nèi)外各造船廠、船舶運(yùn)營(yíng)商以及設(shè)計(jì)公司提供有力的技術(shù)支持。相信隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，排放要求也會(huì)越來越高，市場(chǎng)上主流的油料處理技術(shù)會(huì)逐漸被推廣使用并形成具有規(guī)模性的生產(chǎn)模式，為船舶的環(huán)保型提供更廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

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