船舶脫硫改裝技術(shù)淺析

徐海軍

（南通中遠(yuǎn)海運船務(wù)工程有限公司，江蘇 南通 226006）

1 脫硫改裝概述

IMO MEPC70（國際海事組織海洋環(huán)境保護委員會第70次會議，2016 年10 月）規(guī)定，全球船舶廢氣硫排放限額從之前的3.5%降為0.5%，限硫令已經(jīng)于2020 年1 月1 日正式生效。船舶脫硫塔改裝市場日益火爆，脫硫改裝設(shè)計業(yè)務(wù)也隨之暴增。合理的脫硫塔布置方案，科學(xué)的相關(guān)服務(wù)艙室劃分，對于改裝設(shè)計工作的有序推進(jìn)，改裝工程的順利進(jìn)行，有效的改裝成本控制，都起到至關(guān)重要的作用。

脫硫改裝主要分為3 種形式：開式、混合式、閉式。3種方式互有優(yōu)缺點，不同的船東立足點不同，都有自己的考量和選擇。其中開式因為其原理簡單，改裝工程最小，周期最短，成本最低，具有短平快的修船特點，目前最受船東歡迎，但開式的最大弱點是不能真正減除硫化物對環(huán)境的破壞，只是從大氣污染改為海洋污染。未經(jīng)處理的洗滌水直排大海的方式越來越受到一些環(huán)保要求高的地區(qū)和國家的質(zhì)疑，已經(jīng)有部分國家或地區(qū)限制開式脫硫船舶的航行。因此混合式或閉式已成為部分船東的選擇，在市場上已經(jīng)占據(jù)一定的比例。

2 脫硫塔布置方案概述

脫硫改裝設(shè)計中，脫硫塔的布置設(shè)計，對后續(xù)管路路徑布置，老船結(jié)構(gòu)、管路、設(shè)備的改造影響較大，可以說，一個合理的布置方案，將直接影響到改裝成本和改裝周期。從筆者接觸的幾十個國內(nèi)外設(shè)計公司的脫硫改裝項目分析來看，目前主流改裝思路分為3 種。

第一種：老煙囪擴建，將原船老煙囪整體換新或局部修改擴大，使煙囪區(qū)域體積增大，新的脫硫塔、風(fēng)閘等各種設(shè)備全部裝在新的煙囪內(nèi)。此種方案多為國外設(shè)計公司的選擇，該方案優(yōu)點是改裝后整體性好，外形美觀，船舶重量增加較小，VCG (Vertical Center of Gravity)重心改變較小，對重量控制，穩(wěn)性等較為有利。但該方案缺點也非常明顯，增大了機艙的體積，因此機艙的通風(fēng)量、消防等均需重新考慮，需要重新校核，存在老的通風(fēng)量可能不夠，消防布置修改的風(fēng)險。而且此種方案很難做到整體單元預(yù)制，現(xiàn)場改裝工程量大，老管路修改、結(jié)構(gòu)修改等，大量現(xiàn)場作業(yè)，因此改裝周期長，改裝費用高。

第二種：獨立塔房設(shè)計。即在老煙囪尾部艇甲板上或煙囪一側(cè)設(shè)置獨立的脫硫塔房間，用來安裝新增的脫硫塔及相關(guān)設(shè)備。該方案的優(yōu)點是塔房整體性好，可以在船舶到廠前，做成一個整體的單元模塊，塔房內(nèi)部的脫硫塔，操作平臺，進(jìn)出海水管、廢氣管等全部安裝到位。待船舶進(jìn)廠后直接整體吊裝，現(xiàn)場秩序完成新老管系的對接和塔房結(jié)構(gòu)與老船體的合攏，老煙囪內(nèi)部管路僅需將老的廢氣管引出，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境良好，現(xiàn)場工作量小，施工周期短，費用成本低廉。且該方案機艙體積無變動，機艙的通風(fēng)、消防等均無需改動和重新計算。該方案的缺點是船舶重量增加較大（因為新增一個獨立塔房，相比第一種方案，重量增加約40 ～60 t），對船舶重心位置影響較大，尤其是對VCG (Vertical Center of Gravity)的影響較第一種方案較為明顯。因此穩(wěn)性和貨物的裝載能力也是不得不考慮的問題。該方案為南通中遠(yuǎn)船務(wù)在2018 年首創(chuàng)使用，后經(jīng)其他設(shè)計公司發(fā)揚光大推向全國，被國內(nèi)諸多設(shè)計公司借鑒采納[1]。

第三種：裸塔布置。該方案沒有獨立的塔房，脫硫塔及所有連接管路全部露天布置。目前來看，主要為中國電建的塔采用此方案，其他脫硫塔廠家均要求設(shè)置用于保護脫硫塔的塔房（或煙囪）。裸塔布置雖然具有第一種和第二種的綜合優(yōu)點，但是脫硫塔及其連接管路全部露天布置，對塔體的減震和防腐提出了更高的要求，因此在設(shè)計的時候，如何有效的減震也是必須要著重考慮的因素。且該類布置通常將脫硫塔布置在機艙棚頂甲板上，塔體高度較高，對船舶重心TCG (Transverse Center of Gravity)的影響也較為明顯。因脫硫塔及大量連接管路全部露天布置，外觀上看起來較為凌亂，整體性及美觀性沒有第一、第二種方案好。裸塔布置方案目前并沒有成為主流。

3 混合式、閉式技術(shù)特點概述

混合式和閉式脫硫改裝因其洗滌原理較開式更為復(fù)雜，改裝工程量大，改裝周期長，成本較高，目前還未成為主流。相較開式，閉式增加了更多的服務(wù)艙室用以儲存燒堿和洗滌廢水。燒堿被海水稀釋后在脫硫塔內(nèi)部霧化與廢氣充分接觸，發(fā)生化學(xué)綜合反應(yīng)，以達(dá)到對尾氣脫硫的目的，洗滌后的廢水需收集在獨立的儲存艙室，靠岸后由專門的機構(gòu)對洗滌廢水進(jìn)行處理。其中混合式又多了一道功能，在無限制的海域或地區(qū)，通過閥門的操作，洗滌廢水可同開式一樣直排大海。

從環(huán)保的角度考慮，閉式對尾氣的處理最為徹底，對環(huán)境的污染最小，基本實現(xiàn)零污染。選擇閉式的船東應(yīng)當(dāng)?shù)玫綐I(yè)界的認(rèn)可和尊重，但是閉式需要設(shè)置獨立的燒堿儲存艙和洗滌水收集艙，而為了減小洗滌水量以減小洗滌水收集艙的容積，勢必提高洗滌水的HP 值和單位體積洗滌水中氫氧根（-OH）的含量，以提高綜合反應(yīng)效能，因此閉式需消耗大量的燒堿（通常為NaOH 或MgOH），并需設(shè)置較大容積的燒堿儲存艙室。為了減小對船舶重心VCG (Vertical Center of Gravity)的影響，以減小對船舶穩(wěn)性的影響，通常情況下，盡可能低的布置這些較大液艙，但較低的液艙布置，卻導(dǎo)致這些液艙的設(shè)計壓頭又隨之增大，對艙室的結(jié)構(gòu)強度要求隨之更高，因此結(jié)構(gòu)加強工作也隨之更大，因此在布置液艙的時候需要綜合考慮，盡量做到二者皆顧，以達(dá)到最佳的平衡。通常在船舶尾部或靠近尾部區(qū)域找一個老的空艙或壓載艙進(jìn)行改制，將其改為洗滌廢水的儲存艙。但不管是用空艙還是老壓載艙改制，而洗滌水密度一般為1.1 g/cm3左右，比海水大(海水為1.025 g/cm3)，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，需按深艙考慮，來設(shè)計艙壁壁板厚度和壁板扶強材。而絕大多數(shù)情況下，老的壁板厚度和扶強材規(guī)格都是不滿足新的設(shè)計要求，即老的結(jié)構(gòu)強度不夠，因此需要做大量的額外加強以滿足新的強度要求。而洗滌水從脫硫塔出來，經(jīng)沉淀艙、溢流艙等服務(wù)艙室，最終流向洗滌水儲存艙，需要綜合考慮管路路徑的布置，從而盡可能小的影響原船結(jié)構(gòu)、設(shè)備和原船管路電纜等。眾所周知，尾部區(qū)域，結(jié)構(gòu)、管路、電纜等復(fù)雜繁多，空間非常有限，既要考慮管路路徑的簡化，又要考慮現(xiàn)場作業(yè)空間，這對新增管路的布置也提出了較高的要求。

4 開式缺點的思考

純開式的改裝，更多的是為了應(yīng)付限硫令的法規(guī)運營而生，多少有些投機取巧的嫌疑，絕大部分開式，并未在洗滌水中添加任何用以綜合硫化物的燒堿制劑，僅靠弱堿性的海水來洗滌廢氣，雖然理論可行，但排入大海中的洗滌水難免還帶有不少未經(jīng)綜合掉的硫化物和其他有害物質(zhì)，而該部分硫化物和反應(yīng)后的硫酸鹽以及其他有害物質(zhì)，對海洋環(huán)境也會造成一定的污染，從眾多項目的排舷外管出口位置安裝掩耳盜鈴的十字?jǐn)U散器，用邊界海水稀釋排出的洗滌廢水的辦法來降低硫濃度，以滿足CFD 模型計算時對PH 值的要求，不難看出，實際洗滌廢水中的PH 值較低，海水與硫化物反應(yīng)不夠充分（硫化物與水混合形成的硫酸或亞硫酸含量較高），只是為了滿足計算數(shù)據(jù)，采用了自欺自人、掩耳盜鈴的方式來滿足送審數(shù)據(jù)要求。其實從實際使用的角度出發(fā)，十字?jǐn)U散器的安裝也是有害無利，擴散器的安裝屬于熱工作業(yè)，對排舷外管的涂層有一定的傷害，不管后續(xù)的鍍鋅還是油漆涂層，長年累月，焊接位置將是防腐的弱點。再者十字?jǐn)U散器占去了較大的排舷外出口的截面積，有的甚至占去了接近50%的截面積，將嚴(yán)重影響排舷外管的排泄能力。十字?jǐn)U散器安裝在排舷外管口位置，有海洋垃圾或海洋生物附著造成管口擁堵的風(fēng)險[2]。

5 新形勢的沖擊

隨著國際油價的一路暴跌，國際股市更是哀鴻遍野，不斷刷新下跌的歷史記錄，國際經(jīng)濟的大衰退已經(jīng)成為大概率事件，這一觀點已經(jīng)被國際社會和機構(gòu)廣泛認(rèn)可，航運貿(mào)易需求今明兩年可能會更加乏力，而原油價格的暴跌，船舶燃油成本的降低，都對脫硫改裝市場造成了無法估量的影響和沖擊?？梢灶A(yù)計，2020 年下半年，可能會陸續(xù)出現(xiàn)脫硫改裝訂單的撤單，而那些本來就處在觀望態(tài)勢的航運企業(yè)，可能會決定暫緩甚至放棄脫硫塔的安裝，畢竟對于船東來說，即使最簡單的開式脫硫改裝，一條船也要超過200 萬美金的改裝成本，而面對如今低廉的燃油油價，加之脫硫塔安裝將增加船舶約200 來噸的自重，導(dǎo)致船舶穩(wěn)性變差，燃油消耗變多，長期來看，脫硫塔改裝已經(jīng)逐漸失去成本優(yōu)勢?？梢灶A(yù)見，今明兩年的脫硫改裝市場將會撲朔迷離，前途未卜。各大修船企業(yè)應(yīng)提前做好功課，應(yīng)對新形勢的沖擊。當(dāng)然，現(xiàn)在科技日新月異，世界經(jīng)濟必將回血重暖，國際油價持續(xù)回升，世界貿(mào)易需求持續(xù)旺盛，脫硫改裝隨之又將迎來春天。