淺談運(yùn)營(yíng)船舶脫硫改造設(shè)計(jì)

任韶琦，薛晨昊

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

根據(jù)MARPOL公約附則6修正案的要求規(guī)定：在排放控制區(qū)域（ECA），2010年7月1日后，燃油中的含硫量須低于1%；2015年1月1日后，燃油中的含硫量須低于0.1%；而在非排放控制區(qū)域，2020年1月1日后，燃油含硫量不得超過(guò)0.5%。隨著脫硫技術(shù)的日益完善，脫硫設(shè)備生產(chǎn)廠家的數(shù)量日漸增加，則有可能進(jìn)一步降低購(gòu)買設(shè)備的費(fèi)用及安裝成本，這也是眼下船東選擇最多的方案。結(jié)合運(yùn)營(yíng)船的實(shí)際情況，在改造設(shè)計(jì)的過(guò)程中選用合適的軟件平臺(tái)將會(huì)事半功倍；Intergraph Smart 3D軟件支持一系列對(duì)象的導(dǎo)入與導(dǎo)出，可有效提高模型設(shè)計(jì)的效率，并及時(shí)完成設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的優(yōu)化。

1 船舶尾氣脫硫系統(tǒng)

目前，船舶尾氣洗滌脫硫系統(tǒng)（ECCS）主要分為以下3類：濕式廢氣脫硫、干式廢氣脫硫及半干式廢氣脫硫。

目前已開(kāi)發(fā)成功并實(shí)船應(yīng)用的船舶尾氣后處理脫硫系統(tǒng)主要是濕法脫硫。

W? rtsil?公司開(kāi)發(fā)的船舶廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)包括閉式洗滌系統(tǒng)（NaOH添加劑）、開(kāi)式洗滌系統(tǒng)（海水）以及混合洗滌系統(tǒng)（海水/淡水）。W? rtsil?閉式淡水洗滌技術(shù)，使用NaOH中和廢氣中的SOX。該裝置可脫除99%的SOX、5%～11%的NOX及30%～60%的PM；該系統(tǒng)運(yùn)行需要3 kW/MW的電力，系統(tǒng)淡水消耗量0.1 m3/MW·h。W? rtsil?開(kāi)式洗滌系統(tǒng)利用海水的天然堿性吸收SOX，可脫除約93%的硫化物、80%的PM、約15%的氮氧化物以及約8%的HC，系統(tǒng)排出的廢水符合IMO排放水要求，但增加了約2%的能源消耗。W? rtsil?混合洗滌系統(tǒng)（海水/淡水）能夠在閉式淡水洗滌和開(kāi)式海水洗滌2種模式間切換，可滿足船東不同要求。

哈爾濱工程大學(xué)已開(kāi)展了船舶廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)利用了閉式淡水洗滌技術(shù)。系統(tǒng)樣機(jī)已于2015年3月在中船動(dòng)力鎮(zhèn)江柴油機(jī)廠的臺(tái)架上進(jìn)行了約4 000 kW的柴油機(jī)廢氣凈化試驗(yàn)，其脫硫率能夠滿足MARPOL公約附則VI的SOX排放限值要求。

總而言之，濕式洗滌系統(tǒng)有3種不同的實(shí)現(xiàn)形式：1）海水洗滌廢氣（開(kāi)式模式）；2）淡水洗滌廢氣（閉式模式）；3）海水/淡水洗滌廢氣（混合模式），通過(guò)開(kāi)式、閉式及混合式不同形式對(duì)比（見(jiàn)圖 1）對(duì)比，我們可以直觀地看到3種形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 開(kāi)式、閉式及混合式洗滌系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比圖

2 運(yùn)營(yíng)船舶脫硫系統(tǒng)改裝流程

尾氣洗滌脫硫系統(tǒng)布置范圍較廣，且洗滌塔體積均相對(duì)較大，給設(shè)計(jì)、安裝帶來(lái)諸多困難。隨著公約生效時(shí)間的臨近，國(guó)內(nèi)外各大船運(yùn)公司的船東都在加大對(duì)改造脫硫設(shè)備的投資。在新造船設(shè)計(jì)時(shí)，可先預(yù)留好設(shè)備安裝位置及接口方式，以便后期加裝；但是對(duì)于營(yíng)運(yùn)船舶的加裝而言，結(jié)合涉及的船期、實(shí)際運(yùn)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜程度等方面的綜合考慮，可知改造十分困難。因此，在實(shí)船改造的過(guò)程中，摸索出1套相對(duì)適合運(yùn)營(yíng)船脫硫改造的設(shè)計(jì)方案。

首先，初步收集改造目標(biāo)輪的主要船型參數(shù)，并基于這些基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)備初步選型；根據(jù)船東認(rèn)可的初步選型方案，派員進(jìn)行實(shí)船3D掃描，同時(shí)要求船東提供更詳細(xì)的原船圖紙；其次，基于3D掃描的模型以及原船圖紙，展開(kāi)詳細(xì)的設(shè)計(jì)并送審；完成退審后，在3D掃描的模型背景中進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模、出圖；最后，生產(chǎn)部門根據(jù)圖紙施工，并調(diào)試交付。如圖2所示。

圖2 脫硫改造作業(yè)流程

3 Intergraph Smart 3D軟件平臺(tái)3D掃描模型應(yīng)用

3.1 脫硫改造設(shè)計(jì)的主流方法

目前實(shí)際開(kāi)展脫硫改造設(shè)計(jì)基于不同的軟件平臺(tái)有主流的有3種方案。

1）直接使掃描的3D點(diǎn)云模型導(dǎo)入到生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)為背景，進(jìn)行脫硫系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)。

2）基于掃描的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)第三方逆向軟件逆向建好背景模型導(dǎo)出合適格式的背景模型文件，導(dǎo)入現(xiàn)有三維設(shè)計(jì)軟件作為參考背景。

3）基于初略的三維逆向模型進(jìn)行改造生產(chǎn)設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)后導(dǎo)出改造設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)到 Navisworks軟件，并把3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)也輸入Navisworks軟件中，而后合并2個(gè)數(shù)據(jù)模型檢查干涉，在回到三維設(shè)計(jì)軟件修改模型，反復(fù)此操作直至完成最合理的設(shè)計(jì)。

3種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表2。

表2 三種設(shè)計(jì)模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.2 基于Intergraph Smart 3D平臺(tái)進(jìn)行改造生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)用

基于以上3種優(yōu)劣情況分析，在預(yù)算允許的情況下，我們選用基于Intergraph Smart 3D平臺(tái)的產(chǎn)品中的第一種點(diǎn)云導(dǎo)入方式進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

目前市面上3D掃描儀型號(hào)、功能均很多，基本都能基于自帶軟件導(dǎo)出STP格式的點(diǎn)云工程模型。在導(dǎo)出 STP格式后文件后，在 Intergraph旗下的cyclone點(diǎn)云處理軟件中把點(diǎn)云stp文件另存成imp格式文件（如果在cyclone中拼接可以省去此步驟）；接著打開(kāi)cyclone選中第二個(gè)帶有（unshared）選項(xiàng)，選擇此選項(xiàng)為本機(jī)使用，則調(diào)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)將會(huì)比較流暢，而后右鍵database。如圖3所示。

ADD下一步為命名和調(diào)入imp文件目錄，如圖4所示。

不要關(guān)閉cyclone，打開(kāi)Intergraph Smart 3D調(diào)入在Cyclone中命名好的imp文件；選擇Intergraph Smart3的模型調(diào)取命令，并勾選Poin Cloud，選中在cyclone中命名好的點(diǎn)云模型；最后，在Intergraph Smart 3D命令欄中點(diǎn)擊導(dǎo)入點(diǎn)云命令即可直接在點(diǎn)云背景模型下進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。如圖5所示。

圖6為3D軟件直接進(jìn)行點(diǎn)云模型設(shè)計(jì)的效果。

圖3 導(dǎo)入點(diǎn)云選項(xiàng)

圖4 imp文件路徑

圖5 Intergraph Smart 3D點(diǎn)云加載

圖6 3D數(shù)據(jù)效果圖

4 使用點(diǎn)云進(jìn)行脫硫設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

可以調(diào)入整個(gè)模型或按分段調(diào)入，不卡的情況下可考慮調(diào)入整層或整個(gè)模型，見(jiàn)圖7。

在可接受的范圍內(nèi)，盡量稀釋點(diǎn)云導(dǎo)入量在軟件界面的可視效果，以便保證運(yùn)行效率。見(jiàn)圖8。

圖7 區(qū)域化分割調(diào)取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

由于飛行模式相對(duì)有卡頓現(xiàn)象，因而不建議使用。同時(shí)，其它平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小命令基本可滿足設(shè)計(jì)要求。

5 運(yùn)營(yíng)船舶脫硫改造在設(shè)計(jì)階段的注意事項(xiàng)

運(yùn)營(yíng)船舶為了保證后續(xù)航程，進(jìn)廠時(shí)間往往較短，在煙囪、機(jī)艙區(qū)域等有限空間內(nèi)進(jìn)行如此大的工程施工，對(duì)船廠管理、設(shè)備以及環(huán)境的要求很高。因此，在改造設(shè)計(jì)階段就要打破以往船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)或傳統(tǒng)修船模式的壁壘。設(shè)計(jì)提前介入并全程與船廠各部門的工程師保持密切的合作與溝通。

圖8 點(diǎn)云可視效果刷新按鈕

首先結(jié)合掃描數(shù)據(jù)以及原船布置圖等資料，做好改造目標(biāo)船的拆舊策劃。合理的拆舊策劃可以為船廠爭(zhēng)取到4天～5天的改造安裝施工時(shí)間，相對(duì)于短短30天不到的改造工期，這樣可節(jié)約更多可貴的時(shí)間成本。

其次結(jié)合實(shí)船采購(gòu)設(shè)備的情況，可以考慮在船進(jìn)廠前展開(kāi)生產(chǎn)預(yù)制工作，如若船東選型的設(shè)備對(duì)煙囪拆舊量大，則一般采用煙囪整體新造的模式，提前預(yù)制煙囪結(jié)構(gòu)分段，管系、脫硫塔設(shè)備提前進(jìn)廠進(jìn)行預(yù)舾裝工作；船舶進(jìn)廠后，直接把整個(gè)煙囪切割后，對(duì)新煙囪模塊進(jìn)行整體吊裝。機(jī)艙區(qū)域水泵、水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)備也可有效利用模塊化的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行單元預(yù)裝，且將來(lái)船舶進(jìn)廠后再進(jìn)行整體安裝。這樣可以有效將現(xiàn)代化成組造船技術(shù)有效運(yùn)用在修理改造項(xiàng)目中，同樣能為船廠改造脫硫工程爭(zhēng)取到寶貴的施工時(shí)間。

此外，在材料的選用上，特別是 SMO254、SS2207、SS2205等高反腐性能的管系材料，其施工工藝設(shè)計(jì)要結(jié)合船廠的施工能力，提前做好工藝評(píng)定工作。

6 結(jié)論

由于人類對(duì)深海探索力度的加強(qiáng)以及對(duì)環(huán)保意識(shí)的不斷升級(jí)，船舶的節(jié)能減排、防污治理改造會(huì)不斷遇到新的挑戰(zhàn)。本文主要側(cè)重描述了在Intergraph Smart 3D軟件中使用點(diǎn)云進(jìn)行運(yùn)營(yíng)船舶脫硫設(shè)計(jì)的應(yīng)用及實(shí)際改造工程中的困難點(diǎn)。綜合考慮了實(shí)際運(yùn)營(yíng)船舶改造工程施工與設(shè)計(jì)交互式促進(jìn)的指導(dǎo)思想。