船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)的改裝經(jīng)驗(yàn)分析

劉師衛(wèi)，李曉龍

（廣州文沖船舶修造有限公司，廣東 廣州 511485）

近些年，世界各國(guó)都開(kāi)始關(guān)注環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，在各領(lǐng)域都制定了與降低污染、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)有關(guān)的規(guī)章制度。2020 年實(shí)施了群球硫限制，基于《國(guó)際防止船舶造成污染公約》，提出船舶航行于硫排放控制區(qū)之外的區(qū)域時(shí)，所使用的燃料的硫含量必須控制在百分之零點(diǎn)五以下，這就要求高硫燃油船舶根據(jù)實(shí)際需求和情況混改脫硫裝置，旨在降低燃料燃燒過(guò)程中的硫排放，達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。這一限制會(huì)促使全球百分之三四十的船舶安裝廢氣洗滌器，給船舶的制造和運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，需采取有效的方案來(lái)應(yīng)對(duì)，加強(qiáng)對(duì)硫氧化物、顆粒物排放的管控，以提高船舶的脫硫率。

1 船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)工藝

船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)主要分為兩種模式：一種是開(kāi)環(huán)模式，另一種是閉環(huán)模式，可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行自由切換。整個(gè)工藝流程如下：首先，將廢氣混合式脫硫系統(tǒng)設(shè)置到開(kāi)環(huán)模式，然后將堿液?jiǎn)卧P(guān)閉，把海水泵打開(kāi)，通過(guò)水泵機(jī)將海水輸送至脫硫吸收塔中，再由噴嘴將海水輸送到塔中的每一閣噴淋層中。在煙氣冷卻器中經(jīng)過(guò)冷卻的煙氣會(huì)進(jìn)入吸收塔中，然后逆向接觸吸收液，與之產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，遵循自下而上的原則。脫硫之后的廢氣在出塔之后，會(huì)直接進(jìn)入氧化罐中，要打開(kāi)風(fēng)機(jī)然后處理廢液，完成液化處理之后的廢液在調(diào)節(jié)溫度、酸堿值之后，可以直接排出至舷外。其次，將廢氣混合式脫硫系統(tǒng)切換至閉環(huán)模式，運(yùn)行堿液?jiǎn)卧?，開(kāi)啟循環(huán)回流泵。整個(gè)吸收過(guò)程和開(kāi)環(huán)模式的工藝流程大致相同，同樣要對(duì)出塔后的廢液實(shí)施氧化處理，處理后的廢液會(huì)進(jìn)入緩沖罐中，可通過(guò)閃蒸法來(lái)紀(jì)念性處理，使二氧化硫氣體重新回到脫硫塔中繼續(xù)反應(yīng)，工藝水箱中處理剩余廢液[1]。

2 船舶安裝廢氣脫硫系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

在安裝船舶廢氣脫硫系統(tǒng)的時(shí)候面臨著一系列的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是全球船用燃油市場(chǎng)具有不確定性。直至2020年底，全球船隊(duì)中有百分之二的船舶安裝了廢氣脫硫裝置，2017 年底使用LNG 燃料的船舶約有上百艘，其中大部分船舶的主要航行區(qū)域是在排放要求非常嚴(yán)格的歐洲區(qū)域。對(duì)于船舶公司來(lái)說(shuō)，選擇何種排放措施來(lái)應(yīng)對(duì)國(guó)際規(guī)定限制仍然是問(wèn)題。由于市場(chǎng)存在不確定性因素，市場(chǎng)供應(yīng)方向會(huì)不斷地變化，造成高硫燃油存在緊缺問(wèn)題，不容易采購(gòu)。

二是從船東角度來(lái)看，其初期投資要面臨較大的經(jīng)濟(jì)壓力。開(kāi)式系統(tǒng)的脫硫裝置設(shè)備費(fèi)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低一些，而混合式廢氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用高達(dá)一百五十萬(wàn)美金，營(yíng)運(yùn)費(fèi)用也比較高，對(duì)船舶機(jī)艙空間要求較大，總改造費(fèi)用較高[2]。

三是訂貨和修船廠改裝安排有一定的困難，這是因?yàn)榛旌鲜綇U氣脫硫系統(tǒng)的改裝對(duì)廠家提出了較高的要求，很難實(shí)現(xiàn)快速供貨，而且部分廠家對(duì)這一系統(tǒng)的認(rèn)知還不夠深入。

3 船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)的有效改裝

3.1 廢氣混合式脫硫系統(tǒng)改裝概況

本項(xiàng)目中需要加裝廢氣混合式脫硫系統(tǒng)改裝的船舶是180000DWT 散貨船。在該船舶航行過(guò)程中，為應(yīng)對(duì)個(gè)別港口禁排開(kāi)式脫硫塔的要求，滿足租家特殊需求，則需要加裝混合式脫硫裝置，主要是在現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)中增設(shè)濕式廢氣清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用在于即使船舶使用的是含硫量達(dá)到百分之三點(diǎn)五的重燃油，其仍然能夠達(dá)到當(dāng)下的低硫排放要求，開(kāi)式狀態(tài)下的排煙含硫，從效果上來(lái)看等同于燃燒含硫量為百分之零點(diǎn)五的燃料，閉式狀態(tài)下的排煙含硫，從效果上來(lái)看則等同于燃燒含硫量為百分之零點(diǎn)一的燃料[3]。

本項(xiàng)目中船舶采用的是混合式煙氣脫硫系統(tǒng)，既可以在開(kāi)式狀態(tài)下進(jìn)行作業(yè)，也可以于閉式狀態(tài)下運(yùn)行。如若處于開(kāi)式系統(tǒng)中，那么循環(huán)水泵會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中直接從海底把海水輸送至脫硫塔，排煙中的酸性物質(zhì)能夠和海水中的堿性物質(zhì)中和，在一定程度上降低含硫量。脫硫塔排除的洗滌水，不可直接排出，要先對(duì)其進(jìn)行處理，然后排出舷外。船舶航行至淡水區(qū)域的時(shí)候，海水中的堿性物質(zhì)含量會(huì)下降，此時(shí)其與排煙中的酸性物質(zhì)無(wú)法起到有效的中和，那么則需要使用閉式系統(tǒng)，循環(huán)使用脫硫塔中的洗滌水，直接使用冷卻器來(lái)輸送，可適當(dāng)添加一定量的堿液，以增加洗滌水的堿含量，滿足循環(huán)水的使用需求。

3.2 船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)改裝內(nèi)容

本項(xiàng)目中船舶廢氣混合式脫硫系統(tǒng)改裝內(nèi)容主要包含以下幾點(diǎn)：

一是改裝船體。在船舶制作過(guò)程中，原有的船體中并沒(méi)有為安裝脫硫系統(tǒng)做好準(zhǔn)備工作，其需要于原船基礎(chǔ)上增設(shè)脫硫塔、冷卻泵和供水泵、廢水處理器等設(shè)備，以及循環(huán)柜、堿液儲(chǔ)存柜和廢水儲(chǔ)存柜等船柜[4]。另外，還需要設(shè)置GRE 管路，管路口徑應(yīng)當(dāng)稍大一些。布置脫硫塔的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，先制作簡(jiǎn)易的脫硫塔布置圖，然后按照?qǐng)D中的設(shè)計(jì)要求來(lái)執(zhí)行作業(yè)，以保障脫硫塔的正常運(yùn)行。在船舶原來(lái)的煙囪后面，需增設(shè)一閣洗滌塔間，由B甲板面開(kāi)始連接好洗滌塔間和煙囪，要注意一定的美觀性。洗滌塔間的前端部分不僅要和煙囪相連，還要和原來(lái)的機(jī)艙棚連成一體；洗滌塔間的后端部分，則要在甲板上使用六個(gè)立柱來(lái)進(jìn)行支撐。支柱的作用在于傳遞新煙囪的載荷至主甲板，支柱優(yōu)先選擇的位置應(yīng)當(dāng)是主甲板上墻結(jié)構(gòu)位置，其中橫向強(qiáng)結(jié)構(gòu)是最優(yōu)先的選擇，這是因?yàn)榇皺M向運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度比較大。一旦船舶的主甲板下沒(méi)有穩(wěn)定的墻結(jié)構(gòu)，缺乏支柱支撐，那么則需要新增支柱，增加主板強(qiáng)結(jié)構(gòu)。船舶中新設(shè)計(jì)的煙囪結(jié)構(gòu)具有設(shè)備質(zhì)量較大的特帶點(diǎn)，重心相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，支撐力并不大，設(shè)備自身質(zhì)量并不小，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需要根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以確定新煙囪的結(jié)構(gòu)尺寸。新煙囪與原有煙囪的運(yùn)行頻率有所不同，要通過(guò)科學(xué)評(píng)估來(lái)判斷兩個(gè)煙囪是否會(huì)形成嚴(yán)重共振。

本項(xiàng)目中的船舶可布置空間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，能夠?qū)⒃瓉?lái)的救生艇通道予以保留，直接在救生艇通道對(duì)接新煙囪底平臺(tái)，并保留救生艇通道平臺(tái)下的兩排支柱。由于泊纜繩占用了主甲板強(qiáng)橫梁位置，那么則可以將支柱布置在甲板縱桁位置。洗滌塔間周圍可使用平板艙壁，內(nèi)部需設(shè)置垂向扶強(qiáng)材，多道垂直桁應(yīng)當(dāng)設(shè)置在C 甲板上，也可以設(shè)置四道水平環(huán)梁[5]。除此之外，混合式脫硫系統(tǒng)中還需要設(shè)置排水儲(chǔ)存柜、堿液柜、泄放柜，這些船柜要保持一定的獨(dú)立性，其結(jié)構(gòu)尺寸要與標(biāo)準(zhǔn)要求相符，需對(duì)液艙的動(dòng)載荷進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。一般情況下，獨(dú)立艙柜的結(jié)構(gòu)尺寸偏大一些，構(gòu)件均朝外設(shè)計(jì)，其目的在于提高獨(dú)立艙柜運(yùn)行的循環(huán)性，避免堿液腐蝕，在端部連接方面的設(shè)計(jì)突破了常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，連接型式上有所不同。

本項(xiàng)目船舶中增設(shè)了一個(gè)公共脫硫塔，采用的是文丘里式進(jìn)口段。公共的總管上需要連接各個(gè)設(shè)備的排煙，然后再將其輸送至脫硫塔進(jìn)口位置，經(jīng)過(guò)脫硫塔的洗滌之后，將煙霧排放至大氣中。在實(shí)際設(shè)置過(guò)程中，每一個(gè)排煙管都需要配備脫硫塔旁通裝置，如若是燃燒低硫油，則可利用旁通管路來(lái)進(jìn)行作業(yè)，加強(qiáng)對(duì)脫硫塔的保護(hù)?？筛鶕?jù)廠家推薦來(lái)給煙氣隔離閥設(shè)計(jì)適宜的空氣密封裝置，廠家要提供合適的風(fēng)機(jī)、控制設(shè)備。

二是改裝機(jī)裝。在對(duì)船舶機(jī)裝進(jìn)行改裝的時(shí)候：

首先，要合理布置主設(shè)備。脫硫塔煙囪應(yīng)當(dāng)設(shè)置在船舶原煙囪的后部，舵機(jī)室中要布設(shè)循環(huán)柜、堿液儲(chǔ)存柜，設(shè)計(jì)廢水儲(chǔ)存柜的時(shí)候，可分割原船靠近機(jī)艙的壓載水艙，機(jī)艙中則需要布設(shè)其他主要的機(jī)械設(shè)備。堿液儲(chǔ)存柜、洗滌水循環(huán)柜都是獨(dú)立布置，排防水儲(chǔ)存柜則靠近于機(jī)艙的壓載艙，同樣要進(jìn)行分割設(shè)置。需注意的是，在新設(shè)計(jì)過(guò)程中，要盡量避免船柜改建對(duì)原有系統(tǒng)的影響，必要的改建不可減少，新增船柜需根據(jù)實(shí)際情況和結(jié)構(gòu)狀況來(lái)進(jìn)行合理布設(shè)，如在機(jī)艙中設(shè)置冷卻器、帶奶設(shè)備、系統(tǒng)泵等[6]。

其次，要合理設(shè)計(jì)廢水處理系統(tǒng)。需將循環(huán)柜和污水處理裝置相連接，以便于有效凈化循環(huán)柜中的洗滌水，由污水儲(chǔ)存柜來(lái)儲(chǔ)存污水處理裝置中分離出來(lái)的污水，可在能夠進(jìn)行排放的區(qū)域?qū)?chǔ)存柜中的污水排出舷外；設(shè)計(jì)堿液供給系統(tǒng)的時(shí)候，則一定要確保洗滌水的含堿度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求來(lái)利用堿液供給泵自動(dòng)補(bǔ)充氫氧化鈉溶液，所補(bǔ)充的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)當(dāng)為百分之五十。在舵機(jī)室中設(shè)置氫氧化鈉溶液儲(chǔ)存柜，內(nèi)部需要按照要求進(jìn)行特涂，要根據(jù)閉式循環(huán)運(yùn)行的耗量需求來(lái)確定氫氧化鈉溶液儲(chǔ)存柜的容積，滿足洗滌水循環(huán)柜對(duì)氫氧化鈉的需求，以起到有效的凈化作用。在堿液儲(chǔ)存柜中，還要增設(shè)電加熱器，將堿液的儲(chǔ)存、傳輸控制在適宜溫度范圍內(nèi)，并且還要設(shè)置二十?dāng)z氏度的低溫報(bào)警和四十?dāng)z氏度的高溫報(bào)警，加注站需設(shè)置在開(kāi)敞甲板左右。

再者，需合理設(shè)計(jì)其他系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)氫氧化鈉溶液加注總管的時(shí)候，還需要于總管和泵附近增設(shè)洗眼器及其藥水。淡水日用系統(tǒng)提供了清洗水，原船控制空氣系統(tǒng)中引出了控制空氣，需根據(jù)實(shí)際情況和需求，來(lái)設(shè)計(jì)新增船柜的測(cè)深、透氣裝置；新增設(shè)的煙囪和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，則要設(shè)置甲板泄水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。原船難以找到足夠的空間放置容量較大的排放水儲(chǔ)存艙，因此需要將現(xiàn)有的壓載水艙進(jìn)行改造，可根據(jù)壓載水艙的實(shí)際情況，多輪對(duì)比后選出合適的改造方案，如本項(xiàng)目是將8 號(hào)和9 號(hào)壓載水艙儲(chǔ)存艙進(jìn)行分割，在其頂邊艙位置設(shè)計(jì)排放水儲(chǔ)存艙，整個(gè)儲(chǔ)存艙的艙容達(dá)到九百六十立方米，能夠滿足于脫硫系統(tǒng)運(yùn)行需求。改裝之后還需要關(guān)注于船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，必須保證其穩(wěn)定性，可根據(jù)所選擇的布置方案來(lái)計(jì)算重量和重心，判斷這一改裝是否會(huì)影響船舶的穩(wěn)定性[7]。

最后，還要設(shè)計(jì)堿液供給系統(tǒng)。需要控制好洗滌水的含堿度，可利用堿液供給泵自動(dòng)補(bǔ)充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之五十的氫氧化鈉溶液，使之流入洗滌水循環(huán)柜中，在舵機(jī)室中設(shè)置氫氧化鈉溶液儲(chǔ)存柜，并對(duì)內(nèi)部進(jìn)行特涂處理，容積要滿足相關(guān)要求，保障閉式循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。堿液儲(chǔ)存柜中還應(yīng)當(dāng)增設(shè)電加熱器，其作用在于使堿液一直處于其規(guī)定溫度范圍中，需要設(shè)置低溫預(yù)警。

此外，使用鋼管內(nèi)涂環(huán)氧漆來(lái)沖洗管路或是用于海水冷卻中，GRE 管路則適用于洗滌水系統(tǒng)中，所使用的GRE 管路材料質(zhì)量和規(guī)格應(yīng)當(dāng)滿足于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，氫氧化鈉溶液系統(tǒng)中需要使用不銹鋼316L，一般情況下所使用的管路材料盡量與原船所使用的材料相同。

三是改裝電裝。電裝改裝中的內(nèi)容包含了配電盤、火警探頭、聲光報(bào)警設(shè)備、機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、全球定位儀系統(tǒng)等。改裝配電盤的時(shí)候要增設(shè)供電開(kāi)關(guān)，并科學(xué)計(jì)算短路電流，同時(shí)要設(shè)置大功率詢問(wèn)接口；改裝火警探頭的時(shí)候，則需要根據(jù)規(guī)范要求在洗滌塔中增設(shè)火警探頭，可與高信譽(yù)廠家合作，于原來(lái)訂單中增設(shè)探頭；改裝聲光報(bào)警設(shè)備的時(shí)候，需要于船舶圍井C 甲板中增設(shè)揚(yáng)聲器、報(bào)警燈柱，同樣要和相關(guān)廠家協(xié)調(diào)簽訂變更單；改裝機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的時(shí)候，則要增加脫硫報(bào)警信號(hào)，根據(jù)要求來(lái)修改原有的訂單和軟件。需要注意的是，一旦機(jī)艙發(fā)生火災(zāi)，則必須及時(shí)切斷脫硫裝置中的密封風(fēng)機(jī)，要在集控室中設(shè)置脫硫塔的應(yīng)急停止按鈕，以便于緊急情況下快速操作；改裝全球定位儀系統(tǒng)的時(shí)候，要結(jié)合脫硫系統(tǒng)的實(shí)際需求，來(lái)提供全球定位儀信號(hào)，需由船廠進(jìn)一步落實(shí)，使用適宜的備用電纜。

四是改裝變頻裝置及諧波。在脫硫裝置運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)有效的變頻控制技術(shù)來(lái)管控循環(huán)泵和海水泵。所制造的脫硫裝置要能夠在一定程度上減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，應(yīng)當(dāng)滿足于船級(jí)社要求，廠家需提供相應(yīng)的諧波計(jì)算報(bào)告。

五是在進(jìn)行涂裝修改的時(shí)候，不僅要對(duì)洗滌間及其舾裝、管系進(jìn)行涂裝，還要做好舷外外板的特殊涂裝，與此同時(shí)要將乙烯酯鱗片漆涂抹排舷管內(nèi)，完成焊接施工之后要做好補(bǔ)涂工作。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為減少硫的排放量，應(yīng)當(dāng)重視船舶廢氣混合式脫硫裝置改裝工作，需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的方案，保證脫硫裝置的正常運(yùn)行。穩(wěn)定而高效的脫硫系統(tǒng)，必須引入先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，配備完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅要從硬件方面著手改裝，還需要安裝相應(yīng)的自動(dòng)化軟件。系統(tǒng)中所有監(jiān)測(cè)到的排放數(shù)據(jù)、水況數(shù)據(jù)，都應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的記錄和儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存時(shí)間至少要在一年半以上。要生成專業(yè)的檢查報(bào)告，為工作人員的操作提供可靠的參考依據(jù)。