船舶加裝脫硫塔相關(guān)電氣工程設(shè)計

孟憲昊

(江南造船(集團)有限責(zé)任公司，上海 201913)

0 引 言

當(dāng)前船舶使用低硫燃油的優(yōu)勢是可靠性強，不過后期燃油和運營成本較高，其黏度較低，設(shè)備燃燒性能不強，因此有必要利用船舶改造，增加廢氣清洗系統(tǒng)(Exhaust Gas Cleaning System，EGCS)，完成脫硫塔加裝。通過解析脫硫塔加裝項目電氣工程設(shè)計環(huán)節(jié)，拓展輔助系統(tǒng)，完成電氣接口對接，依托電纜路徑和電源配電等方面對電氣工程設(shè)計工作提供指導(dǎo)。

1 脫硫塔類型和工藝原理

煙氣脫硫包含濕法和干法兩種。干法脫硫塔依托狀態(tài)處理產(chǎn)物，完成脫硫吸收。煙氣進入脫硫塔與脫硫劑相互混合，確保脫硫產(chǎn)物處于干狀模式。該方法可避免設(shè)備腐蝕，但脫硫率不高，反應(yīng)速度較小。濕法脫硫塔是指煙氣借助堿性溶液洗滌生成硫酸鹽，完成高效脫硫，但對設(shè)備要求較高。脫硫塔結(jié)合工作原理可分為開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)主要利用海水法完成脫硫，在脫硫塔中海水通過噴淋與煙氣充分混合，將硫氧化物(SOx)與海水中和排出，其優(yōu)勢是可就地取材，無須增加化學(xué)試劑，且穩(wěn)定性強[1]。但若海水溫度高、堿度低，則較易使脫硫設(shè)備失效。閉環(huán)系統(tǒng)為堿液模式，將淡水和強堿物質(zhì)NaOH混合，構(gòu)成堿性溶液，可加強對淡水的循環(huán)使用，降低殘液排放量?；旌舷到y(tǒng)將開環(huán)脫硫塔與閉環(huán)脫硫塔混合，繼承二者優(yōu)點，可靈活切換；但其控制與組成更加復(fù)雜，成本更高。從結(jié)構(gòu)型式上講，船舶脫硫塔一般分為單塔結(jié)構(gòu)型式(I型和U型)和雙塔結(jié)構(gòu)型式[2]，如圖1～圖3所示。

圖1 單塔結(jié)構(gòu)型式(I型)

圖2 單塔結(jié)構(gòu)型式(U型)

圖3 雙塔結(jié)構(gòu)型式

2 船舶加裝脫硫塔相關(guān)電氣工程設(shè)計分析

2.1 電源配電

加裝脫硫塔應(yīng)結(jié)合船舶原電力系統(tǒng)容量增加設(shè)備電源，設(shè)備類型包含藥劑泵、主控制柜電源、海水泵電源、海生物生長預(yù)防系統(tǒng)(Marine Growth Preventing System，MGPS)電源、循環(huán)系統(tǒng)泵、閥控設(shè)備和新增風(fēng)機，其中：MGPS電源和閥控設(shè)備應(yīng)使用電力分電箱中的備用開關(guān)；新增風(fēng)機、主控制柜電源、海水泵電源、循環(huán)系統(tǒng)泵和藥劑泵等設(shè)備可選擇主配電板中的備用開關(guān)。若系統(tǒng)容量無法滿足供電需求，應(yīng)結(jié)合具體情況進行工程設(shè)計。若電力系統(tǒng)的實際容量較低，則應(yīng)依據(jù)具體電力負荷和發(fā)電機容量選擇配電設(shè)計方案：(1)由于初始發(fā)電機組可契合系統(tǒng)電力需求，因此建議在配電板上增加供電開關(guān)，或增加配電屏連接配電板；(2)初始發(fā)電機組的容量較低，可適當(dāng)增加發(fā)電機和配電板，滿足船舶電力供應(yīng)需求。

2.2 電纜配置

(1)選擇電纜型號

在配置脫硫塔電源后，應(yīng)結(jié)合其額定功率科學(xué)選擇電纜型號。例如，在選擇通信線纜時，借助通信線纜傳遞的信號類型分析電纜屏蔽模式，且電纜需要獲取認可證書。在選擇電纜型號后，應(yīng)分析電纜載流量和設(shè)備額定功率對照表，確保所選的電纜可滿足設(shè)備持續(xù)工作所形成的電流，降低短時耐受電流的沖擊作用，契合設(shè)備運行環(huán)境的實際溫度變化。

(2)路徑設(shè)置

在選擇電纜型號后，應(yīng)制訂電纜敷設(shè)方案，加強電氣工程成本控制。在電纜敷設(shè)工程設(shè)計階段，最優(yōu)選擇不一定是最短路徑方案，因此在工程設(shè)計階段電纜拉放時，應(yīng)繞過船體的管道、墻結(jié)構(gòu)、高溫區(qū)域和設(shè)備維護空間。在針對水密艙壁和防火艙壁建設(shè)系統(tǒng)時，應(yīng)加強開孔強補和防水防火封堵，依據(jù)電纜具體拉放狀態(tài)選擇最低路徑[3]，因此應(yīng)降低電纜敷設(shè)總長度，減少電能的實際運輸損耗，節(jié)省成本。電纜長度越短則傳輸?shù)男盘査p性越低。船舶網(wǎng)絡(luò)電纜長度應(yīng)小于100 m，并結(jié)合局域網(wǎng)的實際共享需求，依據(jù)電纜最低彎曲半徑科學(xué)設(shè)計電纜轉(zhuǎn)彎位置，防止電纜出現(xiàn)機械損傷情況。由于電纜路徑規(guī)劃屬于綜合類作業(yè)，因此在規(guī)劃敷設(shè)路徑時應(yīng)規(guī)避船體，加強設(shè)備維護，結(jié)合實際情況選擇最佳路徑，滿足船舶運行安全要求。

2.3 接口設(shè)置

在完成加裝脫硫塔后，應(yīng)借助船舶報警與監(jiān)測系統(tǒng)(Alarm and Monitoring System，AMS)監(jiān)測脫硫塔的實際運行情況，顯示脫硫塔運行狀態(tài)、報警和啟動詢問等信息，結(jié)合鍋爐、輔機和主機系統(tǒng)信息確保脫硫塔高速運行。依據(jù)設(shè)計過程協(xié)調(diào)多種設(shè)備接口，加強設(shè)備的科學(xué)對接。在加裝脫硫塔時，應(yīng)結(jié)合新增系統(tǒng)集成配套模式完成確認。例如：在海水泵與系統(tǒng)融合時，應(yīng)增加MGPS系統(tǒng)和海水進口濾器：若脫硫塔增加排水舷口和海水進口，則應(yīng)設(shè)置手搖泵。由于廠商不同，因此設(shè)計的脫硫塔系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)需求具有差異性，在電氣工程設(shè)計階段應(yīng)結(jié)合主系統(tǒng)實際情況選擇輔助系統(tǒng)，完成功率配比，加強供電規(guī)劃設(shè)計。

脫硫塔屬于新加裝設(shè)備，在完成加裝后仍屬于系統(tǒng)有機組成結(jié)構(gòu)，在船舶運行階段需要借助AMS系統(tǒng)功能顯示脫硫塔模式。例如，監(jiān)控內(nèi)容如下：1號和2號脫硫塔啟動詢問；1號和2號脫硫塔運行模式；報警過程；等等。脫硫塔可在系統(tǒng)內(nèi)獲得船舶狀態(tài)信息，例如主機運行模式、鍋爐運行模式和輔機運行情況等。借助系統(tǒng)功能接口可在設(shè)計階段協(xié)調(diào)并考慮設(shè)備廠商對接情況，接口類型包含廢棄的閥控接口、全球定位系統(tǒng)(GPS)接口和互聯(lián)網(wǎng)接口。通信接口劃分為串口信號和干觸點信號，由于不同脫硫塔和船型設(shè)備廠家對接口要求具有差異性，因此項目設(shè)計接口數(shù)量具有差異性。在設(shè)計階段應(yīng)科學(xué)核查廠家資料，羅列接口清單，確保接口類型統(tǒng)一。例如，確定接口信號相同，明確傳送協(xié)議，獲取相同的解碼信息和內(nèi)容。若條件允許，則應(yīng)留置備用接口，優(yōu)化故障切換和接口升級模式。

2.4 輔助系統(tǒng)

設(shè)置脫硫塔輔助系統(tǒng)需要結(jié)合其集成度進行確認，若加裝的脫硫塔系統(tǒng)包含密封風(fēng)機，則在加裝設(shè)計階段應(yīng)向風(fēng)機提供電源。若缺少集成密封風(fēng)機則需完成功率配比、加強風(fēng)機選型采購，實現(xiàn)供電系統(tǒng)安裝。若新增脫硫塔需要的電源電制與當(dāng)前電源電制不契合，可借助變壓器契合脫硫塔的實際用電需求。例如：原有船舶無GPS接口提供給脫硫塔，則應(yīng)新增GPS接口；若脫硫塔的主控柜無輔機排氣閥單元，則應(yīng)增加閥控系統(tǒng)。由于廠商不同，因此脫硫塔配置的輔助系統(tǒng)具有差異性，在電氣工程設(shè)計階段應(yīng)核查系統(tǒng)實際需求，加強對輔助系統(tǒng)的電氣工程設(shè)計。

2.5 拓展部分

由于系統(tǒng)工作原理具有差異性，因此脫硫塔包含閉環(huán)、開環(huán)和混合等模式，混合脫硫塔自身完整度較高，可達成零排放目標，但其存在投入成本高和空間占比大的情況。當(dāng)前船舶普遍使用開環(huán)脫硫塔，在加裝階段留置拓展口，并在電氣工程設(shè)計方面增加電纜通道和配電系統(tǒng)裕量，在冷卻系統(tǒng)和藥劑泵等結(jié)構(gòu)完成電纜敷設(shè)和配電容量。當(dāng)前排放要求較高，因此大部分脫硫塔需要加裝閉環(huán)脫硫塔，并在其中留置零排放拓展口。在加裝脫硫塔時，應(yīng)結(jié)合成本需求配置電纜通道和配電系統(tǒng)，增加電氣工程設(shè)計的實際裕量，為后續(xù)增設(shè)存儲泵、循環(huán)系統(tǒng)泵、藥劑泵、冷卻系統(tǒng)和水處理單元留置電纜路徑和配電容量。

3 結(jié) 語

在低硫政策背景下，需要對船舶進行完整的加裝脫硫塔電氣工程設(shè)計，可科學(xué)減少船用燃油中的硫的質(zhì)量分數(shù)，節(jié)省脫硫成本，使其滿足國際船舶的實際排放標準。因此，加裝脫硫塔電氣工程設(shè)計應(yīng)科學(xué)規(guī)劃電纜敷設(shè)和電源配置，加強對輔助系統(tǒng)和接口的設(shè)計處理，提升電氣工程設(shè)計裕量，優(yōu)化脫硫過程，促進船舶行業(yè)持續(xù)發(fā)展。