加裝脫硫洗滌塔的資源瓶頸及解決方案

江衛(wèi)東，趙志堅(jiān)

(中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，上海 200135)

根據(jù)國(guó)際防止船舶造成污染公約(MARPOL 73/78 公約)附則六的規(guī)定，自2020年1月1日起，船上使用的任何燃油硫含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)，由現(xiàn)行的不超過(guò)3.5%降為不超過(guò)0.5%，硫氧化物排放控制區(qū)則是維持現(xiàn)行的燃油硫含量不超過(guò)0.1%[1]。

目前符合公約要求的解決途徑有以下3種[2]：一是使用硫含量0.5%以下的燃油，如：低硫餾分油(船用輕柴油(MGO)或船用重柴油(MDO))、混合燃油、生物燃油；二是使用替代燃料，如：液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、甲醇；三是使用替代方案，主要是指安裝MARPOL 公約認(rèn)可的廢氣脫硫洗滌塔。因此，使用何種方式來(lái)適應(yīng)即將到來(lái)的限硫令成為新建船舶和現(xiàn)有船舶迫切需要解決的問(wèn)題。

1 低硫排放方案的選擇

1.1 3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)

①使用低硫的MGO。優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備及系統(tǒng)幾乎沒(méi)有改變。缺點(diǎn)是：使用成本高，僅適合短時(shí)間在硫氧化物排放控制區(qū)域航行的船舶。②使用LNG。優(yōu)點(diǎn)是：使用成本低，硫排放值接近零。缺點(diǎn)是：要增加LNG系統(tǒng)和使用雙燃料的主機(jī)、發(fā)電機(jī)及鍋爐，并且船舶要在加氣配套設(shè)施比較完善的航行區(qū)域航行。③使用脫硫洗滌塔。優(yōu)點(diǎn)是：可以在任何區(qū)域使用高硫燃油，適合長(zhǎng)時(shí)間在控制區(qū)航行。缺點(diǎn)是：洗滌裝置體積較大，機(jī)艙布置相對(duì)比較困難。

1.2 脫硫洗滌塔的經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)鹿特丹2019年5月29日的燃油價(jià)格[3]：IFO380 為400.5 美元/噸,MGO 為599.5 美元/噸,二者差價(jià)為199 美元 /噸。由此可以得出4種主要油輪在加裝脫硫洗滌塔后的效益分析，見(jiàn)表1。從表1可以看出，油輪加裝脫硫洗滌塔相對(duì)于使用MGO的收益是十分明顯的，并且預(yù)計(jì)在2～3年內(nèi)就可以回收加裝設(shè)備的成本。同樣對(duì)于散貨船來(lái)說(shuō)，因其航速與油輪接近，收益比例也會(huì)類(lèi)似；而集裝箱船，則因?yàn)樗暮剿佥^高、油耗較大，收益效果會(huì)更加明顯。此外，現(xiàn)有的營(yíng)運(yùn)船改裝成LNG燃料的條件(如需要雙燃料主機(jī)、發(fā)電機(jī)及鍋爐)基本都不具備。因此，選擇加裝脫硫洗滌塔是現(xiàn)有營(yíng)運(yùn)船舶相對(duì)簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的解決方案。

表1 主要油輪加裝脫硫洗滌塔的效益分析表

1.3 脫硫洗滌塔的型式

目前脫硫洗滌塔的型式主要為濕式和干式。船舶使用的脫硫洗滌塔型式以濕式為主，濕式洗滌塔根據(jù)其原理不同又分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)，其特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表2，系統(tǒng)主要原理見(jiàn)圖1。

圖1 不同型式濕式脫硫洗滌塔系統(tǒng)原理圖

表2 不同型式濕式脫硫洗滌塔系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)比表

2 脫硫洗滌塔安裝現(xiàn)狀及趨勢(shì)

表3及表4是DNV-GL對(duì)脫硫洗滌塔安裝現(xiàn)狀及趨勢(shì)的研究結(jié)果[4]。他們預(yù)計(jì)2019年全球?qū)惭b2 094套洗滌塔系統(tǒng)，平均每天安裝5.8套。其中大多數(shù)是屬于對(duì)現(xiàn)有船舶的改裝，共有1 679套，占80.6%，其余19.4%的洗滌塔屬于新造船安裝。根據(jù)DNV-GL的數(shù)據(jù)，在已確定安裝的3 286套洗滌塔系統(tǒng)中有3 250套屬于濕式洗滌塔，占98.9%。盡管目前對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)洗滌塔的洗滌水排放還存在爭(zhēng)議，但這種系統(tǒng)占船東訂購(gòu)的大部分。已安裝洗滌塔系統(tǒng)中有2 643套屬于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，占洗滌塔總數(shù)的80.4%，占濕式洗滌塔總數(shù)的81.3%。其余的為542套混合系統(tǒng)、65套閉環(huán)系統(tǒng)和36套其他系統(tǒng)。另外，根據(jù)英國(guó)勞氏船級(jí)社LR的統(tǒng)計(jì)，在安裝脫硫洗滌塔的船舶中，有超過(guò)30%的船舶載重噸在40 000以上。船東希望在營(yíng)運(yùn)船舶上及時(shí)安裝脫硫洗滌塔，以便滿(mǎn)足2020年1月1日生效的限硫令。

表3 脫硫洗滌塔安裝數(shù)量累計(jì)表

表4 不同型式脫硫洗滌塔分布表

3 安裝脫硫洗滌塔的資源瓶頸

3.1 設(shè)備供貨瓶頸

全球三家最大型的脫硫洗滌塔供應(yīng)商——瓦錫蘭、阿法拉伐和亞拉船舶技術(shù)公司擁有50%市場(chǎng)占有率[5]。目前這些設(shè)備生產(chǎn)商手上的訂單已經(jīng)排得相當(dāng)?shù)臐M(mǎn)，船東可能在2020年1月之前無(wú)法在這幾家廠(chǎng)商訂購(gòu)安裝設(shè)備。而目前選擇市場(chǎng)上其余的20多家小型設(shè)備生產(chǎn)商也需要7～9個(gè)月的等待期，并且這些脫硫設(shè)備生產(chǎn)商絕大多數(shù)都沒(méi)有裝船使用的經(jīng)驗(yàn)。這就為設(shè)備安裝及試驗(yàn)過(guò)程中留下技術(shù)不達(dá)標(biāo)的隱患。曾有修船廠(chǎng)首次使用某廠(chǎng)家的脫硫洗滌塔，海試了4、5次才通過(guò)測(cè)試的案例。

3.2 設(shè)計(jì)瓶頸

1)設(shè)計(jì)人力資源配備不足。在短時(shí)間內(nèi)要集中改裝多種不同船型、不同脫硫設(shè)備，并且每條船要制作30多份船級(jí)社送審圖紙和40多份3D施工圖，絕大部分修船廠(chǎng)設(shè)計(jì)人力資源配備不足。

2)設(shè)備及管系定位的尺寸不準(zhǔn)。修船廠(chǎng)大多數(shù)情況下不是該船的建造廠(chǎng)，因此沒(méi)有機(jī)艙改裝部分原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精確定位，這會(huì)使設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)因定位不準(zhǔn)而導(dǎo)致設(shè)備及管系不能安裝的問(wèn)題。

3)脫硫洗滌塔設(shè)備的選型偏大。部分船東會(huì)提出按照船舶主輔機(jī)及鍋爐額定功率之和的廢氣排放來(lái)計(jì)算匹配脫硫洗滌塔，使得選用的脫硫洗滌塔容量偏大，相應(yīng)的海水系統(tǒng)容量變大，成本增加；同時(shí)也因?yàn)樵O(shè)備及系統(tǒng)尺寸變大，使設(shè)備布置困難，也進(jìn)一步增加了后期的安裝施工工作量。

3.3 塢資源不足

目前全國(guó)有30萬(wàn)噸級(jí)大塢22個(gè)，其中有不到半數(shù)的船廠(chǎng)具有安裝脫硫洗滌塔的資質(zhì)和能力。面對(duì)1 000條以上大型船舶的脫硫洗滌塔改裝任務(wù)，大塢資源顯得嚴(yán)重不足，給修船企業(yè)在大船加裝洗滌塔訂單的承接上帶來(lái)困難。

3.4 試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)缺乏

1)試驗(yàn)油品的問(wèn)題。目前全球供應(yīng)的高硫燃油是以硫含量為3.5%來(lái)限定的，因此，在脫硫洗滌塔設(shè)備試驗(yàn)時(shí)用該硫含量的燃油會(huì)使得測(cè)試結(jié)果直觀可靠。但目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能夠購(gòu)買(mǎi)到的燃油硫含量為2.6%～2.7%。需要在項(xiàng)目初期考慮這些問(wèn)題。

2)舷外排水的PH值測(cè)定。對(duì)于采取開(kāi)式系統(tǒng)的脫硫洗滌塔設(shè)備，IMO規(guī)范要求舷外4 m處排出的水PH≥6.5。試驗(yàn)時(shí)如何進(jìn)行測(cè)試來(lái)證明結(jié)果符合要求也需要在項(xiàng)目初期考慮。

3.5 防腐蝕問(wèn)題

1)舷外排水口周?chē)耐垦b問(wèn)題。許多船東會(huì)要求對(duì)舷外開(kāi)口在半徑4 m范圍內(nèi)的船體外板做特涂處理，以防止外板被腐蝕。LR船級(jí)社提醒修船企業(yè)要重視船東的相關(guān)防腐要求對(duì)船舶塢期造成的影響。

2)脫硫洗滌塔設(shè)備相關(guān)管路的材料及涂裝要求。開(kāi)式脫硫洗滌塔洗滌水的PH值一般會(huì)小于2，對(duì)排出管路及閥件具有較強(qiáng)的酸性腐蝕，因此管路及相關(guān)閥件的防腐要求就顯得尤為重要。

4 瓶頸問(wèn)題的解決對(duì)策

1)盡量選用有裝船業(yè)績(jī)的設(shè)備供應(yīng)商。應(yīng)從技術(shù)及商務(wù)的源頭上，選擇有實(shí)際裝船業(yè)績(jī)的設(shè)備廠(chǎng)家，并且考慮合適的采購(gòu)提前量。即使是船東自供設(shè)備，船廠(chǎng)也必須了解該設(shè)備的交付業(yè)績(jī)及實(shí)船安裝調(diào)試過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題，防止問(wèn)題再發(fā)生。

2) 設(shè)計(jì)人員配備、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及設(shè)備選型等要有預(yù)案及充分研究。提前做好設(shè)計(jì)人力資源的協(xié)調(diào)是順利進(jìn)行脫硫洗滌塔改裝設(shè)計(jì)的可靠保障，必要時(shí)可以借助外協(xié)力量甚至是新造船的設(shè)計(jì)人員，以確保設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展。對(duì)于船舶設(shè)備的定位，需要通過(guò)3D掃描儀進(jìn)行船舶現(xiàn)場(chǎng)掃描測(cè)量以獲得定位數(shù)據(jù)。目前具有專(zhuān)業(yè)3D掃描測(cè)量的公司比較少，因此需要提前協(xié)調(diào)以確保及時(shí)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)脫硫洗滌塔設(shè)備的選型，其廢氣處理容量大小可以根據(jù)船舶的主輔機(jī)及鍋爐最高實(shí)際負(fù)荷時(shí)的廢氣排放選型。可以提供船舶工況表，以便船東填寫(xiě)，明確設(shè)備選型依據(jù)，在合同初期予以考慮。

3)要優(yōu)先選用不進(jìn)塢的方式加裝脫硫設(shè)備。研究表明，有相當(dāng)數(shù)量的大型船舶是可以通過(guò)壓載水調(diào)整船舶浮態(tài)來(lái)滿(mǎn)足由加裝洗滌塔引起的海底門(mén)、排出口修改及船底油漆施工的空間要求，這將是節(jié)省船塢資源和降低修船成本的最佳選擇。對(duì)某9 400 TEU集裝箱船進(jìn)行船舶浮態(tài)計(jì)算后，確定了通過(guò)調(diào)整壓載水可以使船舶達(dá)到的最大艏傾，并且進(jìn)一步確認(rèn)了浮出水面空間完全可以滿(mǎn)足加裝海底門(mén)、加裝排出口、涂裝和試驗(yàn)等的施工要求。

4)對(duì)試驗(yàn)相關(guān)燃油中的硫含量及洗滌水PH值的測(cè)試方法要在合同初期與船東確定。可以使用2.6%～ 2.7%的含硫油進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)燃油硫份與排氣及洗滌水中硫成分的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)證明試驗(yàn)最終結(jié)果是否符合要求；可以通過(guò)要求設(shè)備廠(chǎng)家提供設(shè)備的計(jì)算流體力學(xué)報(bào)告，以避免采取風(fēng)險(xiǎn)較高的小船實(shí)測(cè)PH值。這2種替代試驗(yàn)方式對(duì)船級(jí)社來(lái)說(shuō)是可以接受的[6]。

5)合理選用防腐措施，確保管系及閥件的防腐性能。舷外開(kāi)口周邊特涂不是規(guī)范強(qiáng)制要求的內(nèi)容，這需要在合同初期向船東進(jìn)行說(shuō)明，因?yàn)檫@項(xiàng)施工會(huì)影響塢期或者讓本不進(jìn)塢的大船必須進(jìn)塢。另外，按照船舶機(jī)艙管路設(shè)計(jì)要求，洗滌水的排出管可考慮選用耐腐的玻璃鋼管或聚乙烯涂塑管。當(dāng)選用鋼管時(shí)，可以在排放管路段加設(shè)加厚犧牲管，并隨船配送一定數(shù)量的犧牲管以供船上維護(hù)使用。對(duì)于閥件則可以選用耐腐蝕性能強(qiáng)的超級(jí)雙相不銹鋼材質(zhì)。

在2020年1月1日的船舶排放限硫令實(shí)施前后,船舶加裝脫硫洗滌塔的業(yè)務(wù)會(huì)一直處于高峰時(shí)期，這對(duì)于船廠(chǎng)來(lái)說(shuō)是機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)并存的階段。船廠(chǎng)必須結(jié)合自身資源優(yōu)勢(shì)，充分考慮到脫硫洗滌塔在采購(gòu)、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試環(huán)節(jié)中可能的不利因素，并選擇合適的應(yīng)對(duì)預(yù)案，這樣才能使得脫硫洗滌塔的安裝作業(yè)及時(shí)順利的進(jìn)行，也為洗滌塔在船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的安全運(yùn)行提供保障。