一種船舶殘油蒸發(fā)除水裝置設(shè)計(jì)方案

鄭慶國(guó) 郭晟江

摘要：船舶的殘油處理需要符合《國(guó)際防止船舶造成污染公約》的要求，保證海洋環(huán)境安全。文章介紹了船舶殘油處理的相關(guān)措施，給出了一個(gè)具體的船舶殘油蒸發(fā)除水裝置設(shè)計(jì)方案，并論證了設(shè)計(jì)方案的可行性。采用該設(shè)計(jì)可以安全、有效地將船舶殘油中的大量水分蒸發(fā)掉，較大地減少船舶殘油存量?；诖耍霸诓捎梅贌?、駁運(yùn)或排岸接收等方式處理殘油時(shí)，可顯著節(jié)省成本。

關(guān)鍵詞：船舶;殘油;蒸發(fā)柜

0 背 景

國(guó)際防止船舶造成污染（MARPOL）公約附則I附錄II規(guī)定了國(guó)際防止油污（IOPP）證書(shū)和附錄格式，附錄中3.2項(xiàng)為殘油艙內(nèi)留存殘油的處理措施，附錄內(nèi)給出了3個(gè)選項(xiàng)：3.2.1是殘油（油泥）焚燒爐;3.2.2是適用于燃燒殘油（油泥）的輔鍋爐;3.2.3是其他可以接受的措施，需要詳細(xì)說(shuō)明。其中3.2.3項(xiàng)是主管機(jī)關(guān)或其授權(quán)的人員根據(jù)船舶實(shí)際情況，在該項(xiàng)附錄中勾選并注明適合本船的其他可接受措施[1]。主管機(jī)關(guān)認(rèn)可的接收措施包括：殘油艙水分蒸發(fā)、殘油再循環(huán)使用或駁至油船SLOP艙等。目前，船舶大部分選擇通過(guò)駁船接收船舶殘油，送至相關(guān)港口的集中污油處理廠進(jìn)行處理。采用殘油艙水分蒸發(fā)的船舶，很多屬于殘油艙水分自然蒸發(fā)方式，在IOPP證書(shū)中不需要簽注[2];同時(shí)其水分蒸發(fā)量無(wú)法定量計(jì)算，也無(wú)法定量記錄在油類(lèi)記錄簿中?；谠摫尘爸?，設(shè)計(jì)了一種船用殘油蒸發(fā)除水裝置，屬于強(qiáng)制蒸發(fā)除去污油中的大部分水分，符合在IOPP證書(shū)附錄3.2.3項(xiàng)簽注“EVAPORATION”（蒸發(fā)），同時(shí)可以準(zhǔn)確定量記錄殘油除水的量。

1 船舶殘油蒸發(fā)除水裝置設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目的

船舶殘油蒸發(fā)除水裝置的設(shè)計(jì)目的，是有效減少船舶殘油中的水分，從而減少殘油焚燒或接收等船舶防污染處理殘油的數(shù)量。使用常規(guī)燃油燃料的船舶，在燃油分離凈化的過(guò)程中，將產(chǎn)生1%左右的殘油[3]。船舶滑油在分離凈化的過(guò)程中，沖洗水同樣會(huì)進(jìn)入到船舶殘油存儲(chǔ)艙。所以船舶殘油中的含水量比較高，平均可以到達(dá)50%以上。在配有焚燒爐、燃燒殘油的輔鍋爐等防污染設(shè)備的船舶，處理殘油的時(shí)候，由于殘油中的水分含量較高，需要消耗較多用于燃燒殘油的輕油或重油。通常船舶設(shè)計(jì)存儲(chǔ)殘油的污油艙容積不是很大，在一定周期內(nèi)，殘油的存量將會(huì)達(dá)到艙容的上限，在不能及時(shí)通過(guò)焚燒的方式處理掉殘油時(shí)，存儲(chǔ)的殘油需要通過(guò)駁至油船SLOP艙接收的方式來(lái)處理。如今，全球各地港口對(duì)船舶殘油接收方面在不斷收緊要求，接收殘油的成本越來(lái)越高，船舶支付這方面的費(fèi)用成本也在增加。在全球新冠肺炎疫情影響之下，很多港口無(wú)法安排油船接收船舶殘油，使得船舶在殘油處理方面的困難越來(lái)越大。設(shè)計(jì)船舶殘油蒸發(fā)除水裝置，可以用較低的成本大幅度減少船舶殘油的存量，減少殘油駁出處理的次數(shù)，降低殘油處理的費(fèi)用，有效緩解船舶在殘油處理方面的困難。

1.2 設(shè)計(jì)原理

船舶殘油蒸發(fā)除水裝置的核心部件蒸發(fā)柜，采用蒸汽加熱蒸發(fā)除水的原理[4]。將殘油駁至設(shè)有充足蒸汽加熱盤(pán)管的蒸發(fā)柜，利用船舶蒸汽的熱量，通過(guò)熱交換，將殘油中的水分蒸發(fā)出來(lái)。蒸發(fā)柜配有機(jī)械抽風(fēng)，抽吸水蒸氣，通過(guò)管系排到機(jī)艙外面的大氣空間。在蒸發(fā)柜頂部設(shè)有對(duì)裝式的兩個(gè)錐形集油罩，可以有效地將水蒸氣中攜帶的油霧阻擋下來(lái)，凝聚成油滴，滴落回蒸發(fā)柜內(nèi)部，起到防止油霧被帶到大氣中造成污染。蒸發(fā)柜側(cè)面配有液位計(jì)，可以準(zhǔn)確顯示其容積，用于記錄殘油除水量。

1.3 設(shè)計(jì)方案

船舶殘油蒸發(fā)除水裝置設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，主要包括殘油存儲(chǔ)艙、駁運(yùn)泵、蒸發(fā)柜、抽風(fēng)機(jī)等。其殘油管路可連接到船舶污油管路之上，如圖1所示。

1.殘油存儲(chǔ)艙;2.殘油駁運(yùn)泵;3.空氣攪拌管;4.蒸汽加熱盤(pán)管;5.蒸發(fā)柜;6.注入管;7.集油罩;8.抽風(fēng)機(jī);9.防火罩;10.液位計(jì);11.溢油管;12.泄放口

1.3.1 設(shè)計(jì)方案描述

船上的殘油，從分油機(jī)排渣口，主、副機(jī)泄油槽，各油柜放殘口等不同部位，收集到殘油存儲(chǔ)艙1內(nèi)。用殘油駁運(yùn)泵2，通過(guò)注入管6，將殘油駁運(yùn)至蒸發(fā)柜5內(nèi)。蒸發(fā)柜5內(nèi)布置上、下兩層蒸汽盤(pán)管4，連接到船舶蒸汽管系。加熱蒸汽進(jìn)口管上可以安裝自動(dòng)調(diào)溫閥，連接安裝在蒸發(fā)柜上的溫度傳感器，就可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)溫閥來(lái)控制殘油蒸發(fā)的溫度和速度。蒸發(fā)柜底部安裝有帶多個(gè)噴嘴的空氣管3，接到船舶壓縮空氣管系，用小流量的空氣注入來(lái)攪拌蒸發(fā)柜里的殘油，增強(qiáng)殘油中污水的蒸發(fā)效果。經(jīng)過(guò)蒸汽盤(pán)管加熱，蒸發(fā)柜里殘油中的水分汽化。在蒸發(fā)柜的上部，設(shè)有2個(gè)對(duì)裝的錐形集油罩7，用于蒸氣抽出過(guò)程中，阻擋蒸氣攜帶的油霧。油霧逐步凝結(jié)在集油罩表面后，匯集成油滴，依靠重力沿錐形表面滴落回蒸發(fā)柜內(nèi)部。蒸氣上升通過(guò)集油罩后，由抽風(fēng)機(jī)8 抽吸并排到機(jī)艙外部的大氣中，管路的出口裝有防火罩9。蒸發(fā)柜側(cè)壁上裝有液位計(jì)10，可以準(zhǔn)確顯示柜子的容積。蒸發(fā)柜上部設(shè)有“U”型溢流管11，油位較高時(shí)殘油可以溢流出去，回流到殘油存儲(chǔ)艙，同時(shí)“U”型管形成水封可以防止水蒸氣從溢流管逃逸，降低蒸發(fā)效果。蒸發(fā)柜底部設(shè)有泄放管路，用于將蒸發(fā)水分后的高濃度殘油泄放到殘油存儲(chǔ)艙。

1.3.2 蒸發(fā)柜尺寸配置

蒸發(fā)柜容積設(shè)計(jì)不用太大，根據(jù)船舶的油耗，殘油每日的產(chǎn)生量，和機(jī)艙里擺放位置的空間，來(lái)配置不同尺寸的蒸發(fā)柜。油耗在30 t/ d的船舶，裝配1.5～2 m3的蒸發(fā)柜就可以。較小體積的蒸發(fā)柜設(shè)計(jì)，具有占用機(jī)艙空間小，系統(tǒng)布置靈活，成本低，消耗蒸汽量少等優(yōu)點(diǎn)。

1.3.3 裝置的操作

殘油蒸發(fā)除水裝置操作比較簡(jiǎn)單，手動(dòng)操作時(shí)，啟動(dòng)殘油駁運(yùn)泵，將蒸發(fā)柜中的殘油液位補(bǔ)充到80%左右，停泵。開(kāi)啟蒸汽加熱盤(pán)管的進(jìn)出口閥，將蒸汽進(jìn)口調(diào)溫閥設(shè)定在80℃～90℃。在油溫升高到設(shè)定溫度后開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)。蒸發(fā)一段時(shí)間，液位下降一半，或者下降到一定液位后不再變化，表明殘油中的水分基本蒸發(fā)完。停掉抽風(fēng)機(jī)和蒸汽加熱，打開(kāi)蒸發(fā)柜泄放閥，將除水后的殘油泄放回殘油存儲(chǔ)艙，然后可以進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。

殘油蒸發(fā)除水裝置可以設(shè)計(jì)成全自動(dòng)操作。采用PLC程序控制，在蒸發(fā)柜側(cè)壁，裝上高、低低位浮子開(kāi)關(guān)用于控制駁運(yùn)泵的啟停[5]。另設(shè)有低位報(bào)警浮子開(kāi)關(guān)，用于切斷蒸汽加熱和關(guān)停抽風(fēng)機(jī)，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)轉(zhuǎn)入自動(dòng)模式后，程序首先啟動(dòng)駁運(yùn)泵，由駁運(yùn)泵輸送殘油到蒸發(fā)柜，液位升高到高位浮子動(dòng)作，關(guān)停駁運(yùn)泵;然后，程序控制開(kāi)啟蒸汽加熱調(diào)溫閥，在殘油溫度達(dá)到設(shè)定值后，自動(dòng)開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī);隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，液位下降到低位浮子開(kāi)關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)控制關(guān)閉抽風(fēng)機(jī)，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口調(diào)溫閥;程序控制開(kāi)啟蒸發(fā)柜泄放閥，將蒸發(fā)除水后的殘油泄放回殘油存儲(chǔ)艙，此時(shí)控制系統(tǒng)屏蔽低位報(bào)警，在泄放閥開(kāi)啟一段時(shí)間后，當(dāng)液位下降到低低位時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉泄放閥，同時(shí)再次啟動(dòng)駁運(yùn)泵，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)自動(dòng)循環(huán)過(guò)程。

1.3.4 其他細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

（1）蒸發(fā)柜底部設(shè)有空氣攪拌管，壓縮空氣通過(guò)其管壁上的多個(gè)噴嘴進(jìn)入殘油柜，在殘油蒸發(fā)的過(guò)程中起到攪拌的作用，提高蒸發(fā)效率。

（2）蒸汽盤(pán)管分兩層設(shè)計(jì)，確保加熱蒸發(fā)效果的同時(shí)，還增加了加熱的冗余度和靈活度。

（3）采用對(duì)裝式的錐形集油罩，提高了油霧的凝結(jié)效果。

（4）抽風(fēng)機(jī)為防爆式，確保運(yùn)轉(zhuǎn)中的安全。

（5）整個(gè)柜體和抽氣管路配有隔熱層，用于減少熱量損失。

2 船舶殘油蒸發(fā)除水裝置設(shè)計(jì)可行性分析

2.1 設(shè)計(jì)方案的可行性

船舶殘油蒸發(fā)除水裝置的設(shè)計(jì)，符合國(guó)際防止船舶造成污染（MARPOL）公約中IOPP證書(shū)附錄3.2.3項(xiàng)簽注“EVAPORATION”（蒸發(fā)）的要求。2011年，海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)（MEPC）制定了MEPC.1/CIRC.736/REV.2通函《油類(lèi)記錄簿第I部分—機(jī)器處所的作業(yè)（所有船舶）的作業(yè)記錄指導(dǎo)》，為船員提供關(guān)于如何以正確的代碼和項(xiàng)目編號(hào)在油類(lèi)記錄簿中記錄各種操作[6]，其中“例8”是關(guān)于殘油艙水分的蒸發(fā)導(dǎo)致艙容物減少，如何在油類(lèi)記錄簿記錄，具體記錄內(nèi)容如圖2所示。

在政策上，該設(shè)計(jì)可行，有可操作性。船舶如果選擇了該設(shè)計(jì)方案，將殘油蒸發(fā)除水裝置及系統(tǒng)圖遞交給相應(yīng)船級(jí)社進(jìn)行審圖，得到認(rèn)可和確認(rèn)后，在IOPP證書(shū)附錄3.2.3項(xiàng)簽注“EVAPORATION”（蒸發(fā)）作為認(rèn)可處理方式。由于蒸發(fā)柜帶有準(zhǔn)確的液位計(jì)，可以定量記錄殘油除水的數(shù)量，這在油類(lèi)記錄簿中的記錄就能更加清晰記錄殘油的存量。處理后的殘油，含水量很低，再通過(guò)焚燒爐等防污染設(shè)備處理，將會(huì)更加容易。這樣船舶在殘油存儲(chǔ)量上，能夠減輕較大的壓力，在可以延長(zhǎng)安排殘油駁船接收的周期，使得船舶在殘油管理上更加便捷。

2.2 營(yíng)運(yùn)船加裝的可行性

由于殘油蒸發(fā)除水裝置中的核心設(shè)備蒸發(fā)柜的體積很小，整個(gè)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。蒸發(fā)柜很容積被安放在機(jī)艙內(nèi)，蒸汽和壓縮空氣在船上也非常容易獲得，增加殘油管系與船舶的污油管系相連，連接電源到控制箱等，進(jìn)行較小的修改量就能完成改造。在船舶塢修期間或航修期間就能進(jìn)行加裝。船舶一般設(shè)有多個(gè)殘油收集的艙柜，有燃油分油機(jī)油渣柜，滑油分油機(jī)油渣柜，燃油泄放艙，滑油泄放艙，殘油沉淀柜，殘油存儲(chǔ)艙等。殘油駁運(yùn)泵的吸口管路都與各收集艙柜相連，在泵的出口管路上，增加一個(gè)分支管，引入蒸發(fā)柜，利用原船的殘油駁運(yùn)泵就能建立起一個(gè)新的封閉系統(tǒng)。不同的殘油收集艙柜，其水分的含量不同，如滑油分油機(jī)油渣柜，收集的殘油基本上都是清洗水。可以單獨(dú)將該柜子的殘油駁到蒸發(fā)柜處理，這樣有針對(duì)性地對(duì)不同殘油收集柜進(jìn)行處理效果會(huì)更好。

2.3 新造船預(yù)設(shè)的可行性

在新造船中，選擇殘油蒸發(fā)除水裝置，會(huì)更加方便可行。在初始設(shè)計(jì)的時(shí)候，將船舶整個(gè)殘油系統(tǒng)和蒸發(fā)柜進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，在船級(jí)社審圖期間就可以得到認(rèn)可，交船的時(shí)候IOPP證書(shū)附錄中就可直接簽注“EVAPORATION”（蒸發(fā)）作為認(rèn)可處理方式。在設(shè)計(jì)中將蒸發(fā)柜布置在較高的位置，使其處理后的殘油靠重力就可以泄放到殘油存儲(chǔ)艙，同時(shí)可以縮短抽氣管路從蒸發(fā)柜到機(jī)艙外部空間的距離，減少水汽冷凝回流的量;將殘油存儲(chǔ)艙設(shè)計(jì)在機(jī)艙的最底層，專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)蒸發(fā)柜處理后的殘油，通過(guò)逐個(gè)對(duì)其他殘油收集艙柜的殘油進(jìn)行蒸發(fā)，這樣可以有效避免殘油的重復(fù)處理。

2.4 選用殘油蒸發(fā)除水裝置的優(yōu)點(diǎn)

選用殘油蒸發(fā)除水裝置，可以為船舶節(jié)省成本，減少殘油管理的壓力。隨著海洋防污染要求的逐步提高，船舶殘油處理的成本也在提高。船舶采用駁至油船SLOP艙的接收措施，都要給接收方支付一筆費(fèi)用。采用該設(shè)計(jì)后，可以減少殘油接收的次數(shù)與數(shù)量。通過(guò)殘油蒸發(fā)除水裝置處理后的殘油，含水量很低，還可以再次利用。例如配有燃燒殘油輔鍋爐的船舶，處理后的殘油可以作為燃料。在新船的設(shè)計(jì)中，還可以減小各殘油收集艙柜的容積，節(jié)省機(jī)艙空間。

3 結(jié) 論

船舶殘油蒸發(fā)除水裝置的設(shè)計(jì)是基于船舶實(shí)際情況，按照具體規(guī)范要求，利用基本的蒸汽加熱除水原理，是安全可靠，成本低，可行性強(qiáng)的一項(xiàng)設(shè)計(jì)，能夠符合國(guó)際防止船舶造成污染公約要求，對(duì)于船舶殘油管理有著積極作用。

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實(shí)用新型專(zhuān)利名稱：一種船載油渣脫水裝置

專(zhuān)利號(hào)：ZL202020968675.6

作者簡(jiǎn)介：

鄭慶國(guó)，工程師，輪機(jī)長(zhǎng)，船舶投資室經(jīng)理，（E-mail）zhengqg@chipolbrok.com.cn，13671991296