船舶加裝脫硫系統(tǒng)對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)布置的影響

摘" " 要：船舶的脫硫系統(tǒng)由較多的設(shè)備組成，洗滌塔的尺寸大，涉及的管路系統(tǒng)較多。船舶加裝脫硫系統(tǒng)會(huì)對(duì)機(jī)艙底層和煙囪的設(shè)備布置、管路布置產(chǎn)生較大影響。同時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置產(chǎn)生影響，這也是比較容易忽略的部分。本文通過(guò)2700TEU集裝箱船加裝脫硫系統(tǒng)的項(xiàng)目，闡述船舶加裝脫硫系統(tǒng)對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置產(chǎn)生的影響以及機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)布置的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：脫硫系統(tǒng)；機(jī)艙通風(fēng)；布置優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U622.1" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Influence of Ship’s Desulfurization System Installation on the

Layout of Engine Room Ventilation System

CAI Kaihua，" LIU Qian

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited，" Guangzhou 511462 ）

Abstract： The ship’s desulfurization system is composed of many equipments， involving the size of the washing tower is large， and many pipeline systems. The installation of the ship’s desulfurization system will have a great impact on the equipment amp; piping layout in the engine room bottom and funnel. At the same time， it will also affect the layout of the ventilation system in the engine room， which is also easy to ignore. Through the project of adding desulfurization system to 2 700 FEU container ships of CSSC Huangpu Wenchong Shipping Co. Ltd.， this paper expounds the impact of adding desulfurization system to ships on the layout of engine room ventilation system and the optimization scheme of the layout of engine room ventilation system.

Key words： desulfurization system;nbsp; engine room ventilation;" layout optimization

1" " "引言

全球船舶每年排放硫氧化物（SOX）約為1 500萬(wàn)噸、氮氧化物（NOX）約為2 500萬(wàn)噸、顆粒物（Particulate Matter，PM）約為130萬(wàn)噸，船舶廢氣排放成為全球港口和海域的主要大氣污染源之一。自2015年1月1日起，在排放控制區(qū)域（Emission Control Area，ECA）內(nèi)實(shí)行0.1%燃油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)限值；自2020年1月1日起，在全球海域內(nèi)實(shí)行0.5%燃油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)限值[1]。隨著全球硫排放法規(guī)的生效，考慮到綜合成本與管理，為船舶加裝脫硫系統(tǒng)無(wú)疑成為更多船東的選擇。

2 700 TEU集裝箱船是一艘國(guó)際遠(yuǎn)洋集裝箱船，主要用于干貨集裝箱、冷藏集裝箱、危險(xiǎn)貨物集裝箱的運(yùn)輸。在船舶合同生效10個(gè)月后船東正式提出加裝脫硫系統(tǒng)，此時(shí)船舶的設(shè)計(jì)均已完成，準(zhǔn)備開工建造。

2" " 脫硫系統(tǒng)

2.1" "選擇脫硫系統(tǒng)

在脫硫系統(tǒng)的選擇上，有開式、閉式、混合式三種。開式脫硫系統(tǒng)，利用海水作為洗滌液，由于海水本身具有自然的堿度，系統(tǒng)組成比較簡(jiǎn)單，不需要存儲(chǔ)洗滌液和廢液，洗滌液可以直接排放到大海中，大大的節(jié)省了空間，在船舶廢氣洗滌系統(tǒng)中應(yīng)用最多[2]。所以本項(xiàng)目加裝的脫硫系統(tǒng)選用的是開式系統(tǒng)，主要由U型洗滌塔、海水泵以及控制與檢測(cè)系統(tǒng)組成，如圖1所示。開式脫硫系統(tǒng)工作的流程是由海水泵在海水總管上取海水，直接送至洗滌塔，利用海水中的堿性物質(zhì)中和煙氣中的SOX，吸收反應(yīng)后生成鹽類物質(zhì)，再通過(guò)洗滌水直接排出舷外。

2.2" "加裝脫硫系統(tǒng)

根據(jù)開式脫硫系統(tǒng)的原理圖，在項(xiàng)目原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上確定洗滌塔、海水泵的位置以及海水管的走向。

本項(xiàng)目的煙囪在船舶的中后部，煙囪的后部為集裝箱堆放區(qū)。由于洗滌塔的尺寸較大，無(wú)法布置在原煙囪里。經(jīng)過(guò)綜合分析，決定占用一部分集裝箱的堆放區(qū)域，從D甲板開始向后擴(kuò)大煙囪的面積，用來(lái)布置洗滌塔及相關(guān)管路和設(shè)備，如圖2所示。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院脫硫能力的計(jì)算，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了三臺(tái)海水泵。為了保證海水泵在各種海況下均可以吸到海水，海水泵需要布置在機(jī)艙底層[3]。綜合機(jī)艙內(nèi)的總體布局和海水總管的位置，三臺(tái)海水泵布置在機(jī)艙前壁，直接從海水總管上吸取海水。由于洗滌塔布置在尾部，海水泵布置在機(jī)艙前壁，所以從海水泵出來(lái)的海水管需要在機(jī)艙底層從前壁繞至尾部右舷后才能向上進(jìn)入洗滌塔，從洗滌塔出來(lái)的洗滌水向下到機(jī)艙底層后分別從船舶尾部?jī)蓚?cè)排出舷外。

3" " "對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的影響

機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)除了維持機(jī)艙溫度，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)以外，也要防止廢氣聚集，為工作人員提供良好的工作環(huán)境，更需要有效地節(jié)省資源，降低能耗[4]。增加脫硫系統(tǒng)后，本項(xiàng)目煙囪和機(jī)艙底層的設(shè)備、管系均有所修改，對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的布置也產(chǎn)生了一定的影響，主要體現(xiàn)在煙囪百葉窗安裝位置和機(jī)艙底層風(fēng)管布置兩方面。

3.1" "煙囪百葉窗

機(jī)艙的排風(fēng)百葉窗安裝在煙囪的后壁上，分布在橋樓甲板和羅經(jīng)甲板。增加脫硫系統(tǒng)后，橋樓甲板和羅經(jīng)甲板后壁的位置局部向后移動(dòng)。局部擴(kuò)大的部分與原煙囪相通，因此安裝在局部后移壁上的那部分百葉窗也需要隨著后壁移動(dòng)。

3.2" "機(jī)艙風(fēng)管

機(jī)艙底層的風(fēng)管布置在機(jī)艙的四個(gè)角落，如圖3所示。機(jī)艙底層的層高為3.3 m，除去上方結(jié)構(gòu)、電纜和管系的布置，風(fēng)管的布置高度約為2.1 m。脫硫海水管是通徑為600 mm的玻璃鋼管，從海水泵出來(lái)后向上布置在下平臺(tái)的反面，能夠布置的高度為2.2 m。在海水管繞行路徑上，洗滌塔廠家對(duì)海水管的布置高度有要求，要求海水管的布置高度只能升高不能降低，所以海水管需一直保持2.2 m以上的高度布置。從圖3可以看出，機(jī)艙底層風(fēng)管與海水管在路徑上有三處交叉，分別是機(jī)艙前壁、中尾部和尾部。機(jī)艙底層主通道凈高，是一個(gè)控制要點(diǎn)，該凈高滿足規(guī)范要求，才能實(shí)現(xiàn)趨熱降溫效果[5]。為保證層高，風(fēng)管與海水管在高度上無(wú)法避開。由于海水管的直徑較大，為減少加裝帶來(lái)的修改，這已然是能找到的最優(yōu)路徑。所以，急需對(duì)機(jī)艙底層的風(fēng)管進(jìn)行路徑優(yōu)化，以滿足海水管的布置。

綜上所述，增加脫硫系統(tǒng)對(duì)煙囪百葉窗的影響較小，修改安裝位置即可。然而對(duì)于機(jī)艙底層風(fēng)管布置來(lái)說(shuō)，需要優(yōu)化機(jī)艙底層風(fēng)管的布置，影響較大，所以下面只對(duì)機(jī)艙底層風(fēng)管的優(yōu)化方案進(jìn)行論述。

4" " 機(jī)艙底層風(fēng)管優(yōu)化方案

根據(jù)機(jī)艙內(nèi)設(shè)備、管路、風(fēng)管的實(shí)際布置情況，三處交叉所處的情況不同，采取優(yōu)化的方式也不盡相同。下面從局部降低風(fēng)管、末端風(fēng)口縮短以及路徑優(yōu)化三個(gè)方面對(duì)機(jī)艙底層三處交叉布置的風(fēng)管進(jìn)行優(yōu)化。

4.1" "局部降低

機(jī)艙中尾部左舷的送風(fēng)管與進(jìn)洗滌塔的海水管交叉布置，交叉位置在主機(jī)工具板的背面。這里是不需要操作和通行的地方，不受層高影響。針對(duì)此處交叉，采取的優(yōu)化方案則是將風(fēng)管局部降低，呈“凹”字形布置，如圖4所示，避開進(jìn)洗滌塔海水管。

4.2" "末端縮短

機(jī)艙尾部的送風(fēng)管與出洗滌塔排左舷外的海水管交叉布置，交叉位置在該段送風(fēng)管的末端。機(jī)艙通風(fēng)管系的布置，采用重點(diǎn)局部通風(fēng)，新鮮空氣送至主要的工作場(chǎng)所以及一些高溫處所[5]。這里的末端風(fēng)口只是改善該區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)情況，不是給特定設(shè)備送風(fēng)。針對(duì)此處交叉，采取的優(yōu)化方案則是直接將風(fēng)管的末端縮短，滿足該區(qū)域的送風(fēng)即可。

4.3" "路徑優(yōu)化

機(jī)艙前壁的送風(fēng)管與海水管交叉布置，交叉位置在風(fēng)管的中段，且在通道上方受層高限制，不能通過(guò)簡(jiǎn)單的局部降低和末端縮短的方式進(jìn)行優(yōu)化，需要從根本上解決問(wèn)題—重新規(guī)劃風(fēng)管路徑。

1）路徑的選擇

機(jī)艙前壁的風(fēng)管共布置四個(gè)風(fēng)口，以海水管為分隔，兩個(gè)在左側(cè)，兩個(gè)在右側(cè)，風(fēng)量均來(lái)自機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道。海水管左側(cè)兩個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量若不從機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道上獲取，那就需要單獨(dú)布置一路風(fēng)管負(fù)責(zé)這兩個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量，就可以不與海水管交叉布置。按此思路，優(yōu)化后的路徑為海水管右側(cè)兩個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量依舊從機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道中獲取，維持原設(shè)計(jì)；海水管左側(cè)兩個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量則從上一層平臺(tái)機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道上獲取，從起吊區(qū)域邊上位置設(shè)計(jì)一路垂直向下的風(fēng)管，布置在海水管的左側(cè)單獨(dú)負(fù)責(zé)兩個(gè)風(fēng)口向機(jī)艙底層送風(fēng)，從而避開海水管，如圖5所示。

2）風(fēng)量的分配

風(fēng)管的路徑確定后，有起吊區(qū)域邊垂直風(fēng)管和機(jī)艙前壁結(jié)構(gòu)風(fēng)道兩路風(fēng)管向機(jī)艙底層送風(fēng)，這兩路風(fēng)管的風(fēng)量需重新分配。新增垂直風(fēng)管的風(fēng)量為海水管左側(cè)兩個(gè)風(fēng)口風(fēng)量之和，機(jī)艙前壁的結(jié)構(gòu)風(fēng)道的風(fēng)量為海水管右側(cè)兩個(gè)風(fēng)口風(fēng)量之和。根據(jù)重新分配后的風(fēng)量計(jì)算垂直風(fēng)管和結(jié)構(gòu)風(fēng)道的風(fēng)速、設(shè)計(jì)尺寸等參數(shù)，如表1所示。

3）風(fēng)道的修改

風(fēng)量重新分配后，機(jī)艙前壁結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量減小，該風(fēng)道內(nèi)的流通面積也相應(yīng)減小。由于結(jié)構(gòu)風(fēng)道的板材已下料，本著修改簡(jiǎn)單、修改量少的原則，故在風(fēng)道內(nèi)增加隔板，起到減小風(fēng)道流通面積的作用。隔板是一塊中空的結(jié)構(gòu)板，中空的面積則為結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)實(shí)際流通的面積，隔板的中空尺寸按照表1的長(zhǎng)、寬即可。

4）風(fēng)口的位置

機(jī)艙底層對(duì)通風(fēng)的要求高，布置風(fēng)管時(shí)要合理設(shè)計(jì)出風(fēng)口[5]，所以優(yōu)化后的風(fēng)口位置盡量與原方案中風(fēng)口位置保持一致，確保通風(fēng)效果。在原方案中，海水管左側(cè)靠近舷側(cè)的風(fēng)口是朝向尾部送風(fēng)，同樣的，優(yōu)化后的風(fēng)口從垂直風(fēng)管上向舷側(cè)開支管偏向尾部送風(fēng)。優(yōu)化后垂直風(fēng)管布置在機(jī)艙斜梯和吊口之間，海水管左側(cè)靠近船中的風(fēng)口若按照原方案向尾部開支管則會(huì)影響機(jī)艙斜梯的正常通行。對(duì)比優(yōu)化前后方案，垂直風(fēng)管的位置與原風(fēng)口所處的位置一致，所以采用在垂直風(fēng)管的底面加裝格柵送風(fēng)的方案代替原風(fēng)口，如圖6所示。

5" " "結(jié)論

在船舶加裝脫硫系統(tǒng)的過(guò)程中，由于機(jī)艙已成型，遵循修改簡(jiǎn)單、修改量少的原則，通過(guò)局部降低、末端縮短以及路徑優(yōu)化的方式對(duì)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，為今后集裝箱船加裝脫硫系統(tǒng)時(shí)機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考?，F(xiàn)將機(jī)艙通風(fēng)布置的優(yōu)化總結(jié)如下：

1）在滿足層高及不影響使用的情況下，可以局部降低風(fēng)管的高度，成“凹”字型布置，避開障礙；

2）不是給特定設(shè)備送風(fēng)的風(fēng)口可以適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)或縮短，保證該區(qū)域內(nèi)的送風(fēng)，維持機(jī)艙內(nèi)溫度；

3）優(yōu)化機(jī)艙風(fēng)管的走向，重新分配風(fēng)量，新舊風(fēng)口位置保持一致，完成區(qū)域送風(fēng)，確保通風(fēng)效果；

4）結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量減小后，在結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)增加隔板，減小風(fēng)道內(nèi)的流通面積，完成結(jié)構(gòu)風(fēng)道的改造。

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