混合式脫硫系統(tǒng)改裝船水處理間單元模塊化設(shè)計(jì)

秦亞峰,張文兵,魏伯明

(上海華潤(rùn)大東船務(wù)工程有限公司,上海 202155)

根據(jù)國(guó)際海事組織IMO通過的《廢氣清洗系統(tǒng)導(dǎo)則(2015)》(MEPC.259(68)決議)及MARPOL公約要求，于2020年1月1日起，全球區(qū)域船舶燃油硫含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不超過0.5%，或采用經(jīng)認(rèn)可的廢氣洗滌系統(tǒng)降低船舶動(dòng)力裝置排放的SOx，使之滿足燃油硫含量的規(guī)定。各大航運(yùn)公司主要有3種方式：①燃料前處理方式，即船舶直接采用符合規(guī)定的低硫油；②替代燃料方式，即使用天然氣等清潔能源；③安裝廢氣處理裝置方式，即脫硫系統(tǒng)。

脫硫塔廢氣洗滌設(shè)備分為開式、閉式和混合式3種。開式模式采用海水作為洗滌液，不需要任何化學(xué)品，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，不需要存儲(chǔ)洗滌液和廢液。閉式模式不受海水鹽度和溫度限制，可在全球海域航行，洗滌廢液存儲(chǔ)在廢水艙中，不污染海洋[1]?；旌夏Ｊ郊婢唛_式和閉式2種模式的優(yōu)點(diǎn)，可靈活切換，安裝后船舶可在全球海域航行。但是，混合模式系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，初期安裝成本高，系統(tǒng)維護(hù)成本高。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

德國(guó)某系列14 000 TEU超大型集裝箱船是我公司承接的第1條混合式脫硫改裝項(xiàng)目，該船系統(tǒng)復(fù)雜，合理制定施工工藝是項(xiàng)目改裝成功的關(guān)鍵。該脫硫項(xiàng)目主要的改裝工程包括以下幾個(gè)方面。

1)煙囪整體換新，新煙囪內(nèi)包含主、副2個(gè)脫硫塔，其中主脫硫塔負(fù)責(zé)主機(jī)及2臺(tái)輔機(jī)的煙氣處理，副脫硫塔負(fù)責(zé)另外2臺(tái)輔機(jī)及燃油鍋爐的煙氣處理。

2)在7#貨艙(鄰機(jī)艙)第2層甲板新增脫硫塔洗滌水處理間(以下簡(jiǎn)稱水處理間)，用于在閉式模式下處理脫硫塔產(chǎn)生的廢水。

3)機(jī)艙右舷空艙改裝為Mg(OH)2艙。

4)機(jī)艙左舷底部新增海底閥箱。

其中又以水處理間設(shè)備布置最為密集，如按常規(guī)所有設(shè)備船上安裝，生產(chǎn)周期將極大延長(zhǎng)，無法滿足合同交船要求。

經(jīng)過組織討論研究，水處理間必須采用預(yù)制艙室單元模塊(PMCU)設(shè)計(jì)[2]，通過設(shè)備單元的預(yù)舾裝，加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)管理，才可以大幅度節(jié)約改裝周期。圖1為水處理間單元模塊船上吊裝示意圖。

圖1 水處理間單元模塊船上吊裝示意圖

2 水處理間單元模塊設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)水處理間單元模塊預(yù)制，我公司主要在以下幾個(gè)方面做了設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

2.1 吊裝方案

水處理間位于7#貨艙第2層甲板以上，分為上下2層，艏艉端壁、底部甲板利用原船結(jié)構(gòu)，橫截面為門字型，圖2為水處理間橫剖面示意圖。

圖2 水處理間橫剖面示意圖

由于分段結(jié)構(gòu)形式不完整，底部缺失，無法完成預(yù)舾裝。首先，需要增加底部公共基座；其次，需確保水處理間結(jié)構(gòu)吊裝安全。

公共基座距第2層甲板高度為500 mm，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、設(shè)備布置、管系及電纜支架、設(shè)備操作及維護(hù)空間、通道等因素，各專業(yè)平衡后確定最終方案。

公共基座上眾多設(shè)備質(zhì)量約40 t，吊裝時(shí)必須與分段艙壁有效固定；通過公共基座延伸,與艙壁結(jié)構(gòu)焊接，同時(shí)在豎直方向增加臨時(shí)加強(qiáng)，將公共基座與甲板強(qiáng)橫梁、縱桁等連接固定，臨時(shí)加強(qiáng)工裝圖中應(yīng)包含以上相關(guān)要求。

吊裝安全是水處理間單元模塊方案的重中之重，通過3D結(jié)構(gòu)建模及有限元軟件計(jì)算分析，校核水處理間分段整體吊裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形情況等，編寫有限元計(jì)算分析報(bào)告，并提交船東審核通過。圖3為分段吊裝綜合應(yīng)力云圖，最大應(yīng)力89.3 MPa,遠(yuǎn)低于材料屈服強(qiáng)度(235 MPa)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

圖3 分段吊裝綜合應(yīng)力云圖

2.2 管系設(shè)計(jì)

水處理間分段為上、下2層，其中，下層甲板設(shè)備安裝在公共基座上，下層甲板主要設(shè)備包括：1#水循環(huán)單元2臺(tái)熱交換器(板冷)、2臺(tái)急冷泵、3臺(tái)吸收泵；2#水循環(huán)單元2臺(tái)吸收泵、 1個(gè)供給模塊以及設(shè)備配電板、脫硫控制柜等。海水管、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂管(GRE)、SUS316不銹鋼管布置密集，預(yù)舾裝難度大，作業(yè)空間狹小。上層甲板布置有2#水循環(huán)單元1臺(tái)熱交換器、就地清洗(CIP)酸堿調(diào)節(jié)單元、過濾單元、濃縮池單元、廢物柜、壓濾機(jī)等，圖4為水處理間3D模型。

圖4 水處理間3D模型

為了滿足單元模塊預(yù)制的要求，生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)編制信息全面、完整及規(guī)范的托盤管理表，圖紙上規(guī)定的組件，都必須體現(xiàn)。

管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)采用Cadmatic軟件3D建模，在設(shè)計(jì)公司提供的設(shè)備布置圖基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，再干涉檢查。

管系實(shí)用手冊(cè)應(yīng)參考原船圖紙，全面、準(zhǔn)確、詳細(xì)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)一致，設(shè)計(jì)前獲得船東認(rèn)可，如墊片、支架、管夾、色標(biāo)、銘牌以及表面處理標(biāo)準(zhǔn)等。所有GRE管路支架采用供貨廠家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，盡量布置在公共基座上或甲板反面強(qiáng)結(jié)構(gòu)上，以達(dá)到分段預(yù)裝的要求。

管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量在安裝圖上標(biāo)出閥門遙控管、液位測(cè)量管等走向以及支架位置；各類開孔圖上的各種要素尺寸要全面、清晰、合理，標(biāo)出船體型材的測(cè)量基準(zhǔn)線。應(yīng)合理安排并盡可能減少調(diào)整管數(shù)量，泵、冷卻器等的進(jìn)出口盡量為放樣管，合龍管放在其他合理位置，以便加快管路的定位安裝及合龍。分段內(nèi)調(diào)整管的安裝，應(yīng)在貫通件焊接后進(jìn)行，水處理間艙柜內(nèi)的注入、排出、測(cè)量等管路及吸口的安裝高度要清楚地反映在安裝圖上，如吸口與防沖擊板的距離要求為D/4～D/3(D為吸口管通徑)等。

管系安裝應(yīng)有必要的安裝要領(lǐng)，標(biāo)出閥件的安裝方向(注意相似閥件控制空氣接口數(shù)量的區(qū)別)；管系設(shè)計(jì)應(yīng)考慮閥件拆卸維護(hù)的需要，閥件進(jìn)出口管必要時(shí)增加法蘭。

管系設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件，與吊裝臨時(shí)加強(qiáng)干涉或者跨越分段合龍口的設(shè)備、管路、舾裝件等，應(yīng)提前擺放到位，并有效臨時(shí)固定，如壓濾機(jī)單元、配電板等。

2.3 舾裝設(shè)計(jì)

鐵舾件設(shè)計(jì)應(yīng)注意與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)，確保設(shè)備開啟、維護(hù)的空間，如所有傳感器位置應(yīng)有直梯或平臺(tái)等，方便人員操作；舾裝平臺(tái)的安裝階段應(yīng)充分考慮其他專業(yè)的施工需要，不宜過早，以免引起返工。

2.4 電氣設(shè)計(jì)

水處理間布置有配電板，電纜支架原先布置在公共基座下方，容易與結(jié)構(gòu)干涉；而且公共基座高度僅500 mm，電纜敷設(shè)難度大，最小彎曲半徑難以保證。經(jīng)實(shí)船勘驗(yàn)，優(yōu)化了電纜布置,將水處理間公共基座所安裝設(shè)備電纜支架下降，改為布置在原船第2層甲板反頂，空間足夠，極大的減輕了施工強(qiáng)度，避免了狹小空間作業(yè)。

3 結(jié)束語

水處理間通過采用單元模塊化設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了整體吊裝上船，預(yù)舾裝完整性較高，優(yōu)化了生產(chǎn)管理，確保14 000 TEU系列混合式脫硫改裝項(xiàng)目按期交付。目前，混合式船舶脫硫系統(tǒng)改裝市場(chǎng)發(fā)展前景較好，相對(duì)開式脫硫系統(tǒng)而言，單船產(chǎn)值較大；科學(xué)合理的制定施工方案，采用單元模塊技術(shù)預(yù)制水處理間分段，可以有效的縮短改裝周期，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。