船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案研究

趙群

摘 要：全球船舶廢氣排放造成大氣污染問題日益嚴(yán)重，根據(jù)國(guó)際海事組織（IMO）通過的國(guó)際防止船舶造成污染公約（MARPOL）要求，我國(guó)船舶廢氣排放控制提上日程。本文針對(duì)目前船舶廢氣脫硫系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)船舶廢氣脫硫電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一種新型船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案。

關(guān)鍵詞：廢氣脫硫;船舶廢氣;電氣控制

中圖分類號(hào)：X736.3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0116-03

隨著航運(yùn)業(yè)發(fā)展，全球船舶保有量激增，導(dǎo)致船舶廢氣排放污染問題產(chǎn)生。根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國(guó)船舶每年排放含硫廢氣為1054噸，加強(qiáng)船舶廢氣排放控制已經(jīng)成為防污染的全球共識(shí)。國(guó)際海事組織（IMO）海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)

（MEPC）在2008年通過了國(guó)際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案，對(duì)全球船舶含硫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定在2020年以后在所有船舶上實(shí)施與監(jiān)控，MARPOL附則Ⅵ對(duì)船舶SOx排放限值要求如圖1所示。并通過多次會(huì)議確定船舶使用燃油含硫標(biāo)準(zhǔn)與加裝廢氣脫硫裝置標(biāo)準(zhǔn)。按照規(guī)定來看，以后船舶廢氣排放控制只有兩條路，一是使用低硫燃油，這將加大船舶運(yùn)行成本;二是安裝船舶廢氣處理裝置，這也是目前各個(gè)船舶首選方案。隨著2020年全球疫情的暴發(fā)導(dǎo)致船舶改造生產(chǎn)效率降低，留給我國(guó)船舶廢氣改造的時(shí)間并不多了。

1船舶廢氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

自從國(guó)際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案制定以來，我國(guó)船舶廢氣控制不斷進(jìn)行，尤其是在2018年左右船舶廢氣排放改造處在鼎盛時(shí)期，市場(chǎng)上各種廠家不同方案，主要形成三種模式，如表1所示，包括前置式使用低硫燃油，后置式安裝廢氣處理裝置，替代式新能源燃料使用。各種方案都具有各自特點(diǎn)，但目前市場(chǎng)中采用較多的是后置式安裝廢氣處理裝置來控制含硫廢氣排放方案。而后置式安裝廢氣處理裝置方案分為干式法與濕式法。干式法一般利用堿性化學(xué)品作為吸收劑，中和船舶廢氣中含硫氧化物，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高，不適合船舶使用。濕式法是利用海水作為吸收劑對(duì)船舶廢氣進(jìn)行噴淋洗滌，并且海水是天然堿性溶液，可以提高吸收率，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，所以得到普遍應(yīng)用。

目前市場(chǎng)上廠家使用較多的濕式法廢氣處理又分為開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)以及二者可切換的混合式系統(tǒng)。如表2濕式法開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)以及混合式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比所示，開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)在功能用途上各有優(yōu)缺點(diǎn)，但為了到達(dá)國(guó)際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案的要求，目前市場(chǎng)上廠家多設(shè)計(jì)為混合式系統(tǒng)。

2船舶廢氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前使用較多的混合式廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)主要包含洗滌塔、循環(huán)柜、處理單元、控制與檢測(cè)系統(tǒng)以及各類泵及儲(chǔ)存柜等，如圖2混合式脫硫技術(shù)的船舶廢氣脫硫系統(tǒng)所示。其中虛線為開環(huán)系統(tǒng)工作流程，海水通過水監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量進(jìn)水PH/PAH/TUB值，送洗滌塔噴淋吸收廢氣，通過水處理單元檢測(cè)水質(zhì)含量，最后派出船外，沉淀物送污泥艙。閉環(huán)系統(tǒng)工作流程，海水通過冷卻裝置冷卻閉環(huán)系統(tǒng)淡水溫度，閉環(huán)淡水加堿液后進(jìn)入洗滌塔吸收中和硫化物，到水處理檢測(cè)出水PH/PAH/TUB值，排除部分廢水后回循環(huán)艙加淡水與堿液再次循環(huán)，沉淀物進(jìn)污泥艙，污泥艙沉淀物到岸處理?；旌鲜綇U氣洗滌脫硫系統(tǒng)結(jié)合開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)船舶航行場(chǎng)所不同要求進(jìn)行兩種模式切換，既保證了符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又兼顧船舶航行成本經(jīng)濟(jì)效益要求。

3船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案

目前，船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制模式較多，不同廠家各有方法，主要集中DCS控制方式與PLC控制方式。DCS控制系統(tǒng)即分散控制系統(tǒng)，主要以模擬量測(cè)量進(jìn)行系統(tǒng)控制，完成集中操作與組態(tài)控制，實(shí)用與大型系統(tǒng)。隨著PLC不斷發(fā)展，高端PLC功能與DCS功能差異越來越小，但PLC的通用性與易操作性是DCS無法比擬的。

如圖3所示，將整個(gè)船舶廢氣脫硫系統(tǒng)劃分為廢氣控制、海水控制、循環(huán)水控制、堿液供給、洗滌處理五個(gè)部分，每個(gè)單元都有自己完成的作用，又相互關(guān)聯(lián)。廢氣系統(tǒng)主要對(duì)發(fā)電機(jī)、主機(jī)、鍋爐燃燒后產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行傳送到洗滌塔，經(jīng)洗滌塔后經(jīng)過氣體分析儀進(jìn)行含硫量分析，從而控制廢氣排放量，達(dá)到最佳脫硫效率。海水控制主要將海水輸送到冷卻器與洗滌塔，在開環(huán)狀態(tài)時(shí)，海水噴射到洗滌塔中吸收廢氣，對(duì)廢水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，分析酸堿PH值、多環(huán)芳烴PAH值、水質(zhì)濃度TUB值，調(diào)節(jié)給水量達(dá)到最佳脫硫狀態(tài)。閉環(huán)式利用冷卻裝置冷卻閉環(huán)循環(huán)水溫度，保證中和反應(yīng)。循環(huán)水控制主要完成淡水在洗滌塔中吸收，并利用堿液控制系統(tǒng)提供堿液中和廢水中酸度，在經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)儀分析水質(zhì)含量，調(diào)整循環(huán)水流量與堿液加入量。洗滌水處理主要是對(duì)洗滌后廢水進(jìn)行處理，在開環(huán)時(shí)水質(zhì)分析儀參數(shù)達(dá)標(biāo)狀態(tài)下直接排出船外，閉環(huán)式根據(jù)水質(zhì)分析儀測(cè)量值，適當(dāng)排廢液后添加淡水。

實(shí)際本系統(tǒng)利用3個(gè)西門子高端PLC組成船舶廢氣脫硫電氣控制系統(tǒng)，如圖4電氣控制系統(tǒng)關(guān)系圖所示，上訴單元中多個(gè)被測(cè)信號(hào)通過信號(hào)采集單元SAU與PLC3相連，各個(gè)閥門、泵通過控制單元VCU與PLC3相連，并與放置在駕駛室的HMI觸摸控制屏PC3相連，起到測(cè)量、設(shè)置、控制作用，PLC1與上位機(jī)PC1相連作為本地處理單元，放置在脫硫控制室，PLC2與上位機(jī)組PC2成遠(yuǎn)端遙控處理單元，放在集控室，三個(gè)PLC利用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行信息傳遞，并與船舶機(jī)艙公共報(bào)警系統(tǒng)，船舶GPS系統(tǒng)，船舶航行記錄儀相連，實(shí)施匯總廢氣處理信息等。所用電源取自配電屏，并由獨(dú)立配電單元PSU，保證整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)與船舶電站供給相匹配，避免影響其他電力設(shè)備。整個(gè)電氣控制系統(tǒng)控制由PLC程序結(jié)合HMI觸摸屏PC3程序設(shè)計(jì)完成，利用PID控制方案對(duì)廢氣、海水、循環(huán)水進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制。

4 結(jié)語

綜上所述，船舶廢氣排放控制處理以安裝后置式船舶廢氣脫硫設(shè)備為主，但船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案多種多樣，本系統(tǒng)采用工業(yè)PCL解決方案，設(shè)備組成簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)低廉，但功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定。為今后船舶廢氣脫硫系統(tǒng)與船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的整合奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭路，朱慶焱.對(duì)基于DCS的船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案探討[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2019（07）：10-11+14.

[2]王偉，劉雪雷，基于DCS的船舶廢氣脫硫系統(tǒng)電氣控制方案[J].船舶工程，2018，40（S1）：230-232.

[3]劉城君，蘇玉棟，王飛，張文濤.船舶廢氣開環(huán)脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（13）：22-23.

[4]張劍，王在忠.船舶廢氣脫硫設(shè)備的應(yīng)用管理[J].中國(guó)海事，2021（06）：64-66.

[5]王興，劉真斌.船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)的改裝經(jīng)驗(yàn)[J].科技與創(chuàng)新，2021（10）：65-66.

[6]朱江.船舶脫硫塔改造電氣設(shè)計(jì)[J].船舶物資與市場(chǎng)，2021，29（04）：13-14.

[7]郭志強(qiáng)，詹波.脫硫改裝的電氣設(shè)計(jì)[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2021，54（01）：28-34.

[8]賈榮強(qiáng)，朱杰，杜占海.船舶脫硫系統(tǒng)的改裝和調(diào)試[J].中國(guó)修船，2020，33（06）：8-11.

[9]孫鑫祥.船舶脫硫塔改造電氣設(shè)計(jì)分析[J].船舶物資與市場(chǎng)，2020（01）：28-29.

[10]陸國(guó)華，陸樂.船舶脫硫塔改造電氣設(shè)計(jì)[J].船舶物資與市場(chǎng)，2019（11）：72-73.