卓 婧，黃曉峰

（1. 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院 交通技術(shù)系，浙江 杭州 310053；2. 杭州海事局船舶監(jiān)督處，浙江 杭州 310053）

0 引 言

根據(jù)有關(guān)研究：全球遠洋船舶每年排放的SO2總量為4.7×106～6.5×106t，占人為排放源的8%；全球船舶每年排放的NOx總量為5.0×106～6.9×106t，占全球NOx排放總量的15%；船舶排放的廢氣已成為大氣污染的重要來源之一，引起了國際社會的廣泛關(guān)注[1]。2016年交通運輸部印發(fā)《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實施方案》（交海發(fā)〔2015〕177號），對船舶尾氣SOx的排放進行控制。至此，我國開始采取船舶排放控制區(qū)措施。但是，依靠目前的技術(shù)水平還無法實現(xiàn)有效的實時監(jiān)控，僅在船舶到港時核查其是否持有書面的燃油轉(zhuǎn)換程序、《輪機日志》、《換油記錄表》或《油類記錄簿》和 IAPP（International Air Pollution Prevention）證書，并對船舶燃油進行抽檢，不能全面、有效地監(jiān)測船舶尾氣排放情況。同時，對于船舶采用的清潔能源、尾氣后處理方式等替代措施，無法直接檢測其是否存在SOx排放超標的問題。因此，開發(fā)新型尾氣實時監(jiān)控系統(tǒng)，對于協(xié)助港口國監(jiān)督檢查官高效地檢查船舶，維護國家利益和保護海洋環(huán)境而言，具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該船舶尾氣污染物排放監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)有的差分吸收光譜法煙氣檢測技術(shù)實時監(jiān)測船舶尾氣中SOx和NOx的濃度，通過航行記錄儀（Voyage Data Recorder, VDR）和船載自動識別系統(tǒng)（Automatic Identification System, AIS）實時記錄這些信息并將其傳送至海事中心，使港口海事主管機關(guān)能隨時掌握抵港船舶的燃油是否符合標準，以便及時準確地掌握船舶的污染物排放情況，有針對性地高效檢查船舶。船舶尾氣污染物排放監(jiān)控系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 船舶尾氣污染物排放監(jiān)控系統(tǒng)示意

系統(tǒng)的前端采集管經(jīng)一個支管伸入船舶排煙管，支管帶有濾網(wǎng)，可過濾煙氣中的顆粒物。系統(tǒng)開啟之后，煙氣檢測儀便開始實時檢測船舶尾氣中SOx和NOx的含量。檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)信號處理轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為對接AIS和VDR的數(shù)據(jù)，一路通過VDR進行實時保存，另一路通過AIS定時與船舶的一系列動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)一起通過自帶的甚高頻（Very High Frequency, VHF）天線傳送至海事信息中心。海事管理人員可對到港船舶傳來的尾氣監(jiān)測數(shù)據(jù)進行篩選，上船實地檢查是否存在尾氣污染物超標問題，并對存在該問題的船舶進行行政處罰。

煙氣檢測儀、采集管和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置均由海事主管機關(guān)進行鉛封，防止人為損壞。封裝檢測單元的電源由主電源和應急電源共同提供，防止船舶主電源失電后裝置無法使用。

2 主要技術(shù)和設備

該系統(tǒng)實時采集船舶尾氣中SOx和NOx的含量，并將其轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)值信號，其中：一路傳送至VDR保存，供后續(xù)取證使用；另一路傳送至AIS，由海事主管機關(guān)實時接收有關(guān)信息，判斷船舶是否存在污染物排放超標問題，便于其確切掌握船舶尾氣排放情況。系統(tǒng)運作流程見圖2。方案要點和主要技術(shù)如下。

2.1 煙氣檢測技術(shù)

1) 煙氣采集，船舶尾氣檢測需要的是一種簡單、能適應船舶惡劣檢測環(huán)境、能同時檢測多種氣體的檢測技術(shù)。差分吸收光譜法的靈敏度高，精密度好，分析范圍廣，分析速度快，可連續(xù)自動測定，維護保養(yǎng)簡單，可同時對SO2、NO和NO2等氣體的濃度進行檢測，是一種較為理想的氣體成分和濃度分析方法，在監(jiān)控船舶柴油機尾氣排放方面有其他技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢[2]。

圖2 系統(tǒng)運作流程

2) 煙氣成分分析，即SOx和NOx的含量。

3) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應的信號，傳輸給VDR和AIS。

4) 對整個煙氣檢測單元進行鉛封，防止船員破壞。

2.2 取樣氣路

考慮到柴油機尾氣成分較為復雜，尤其是顆粒物較多，若直接在煙道測量，既會嚴重影響測量效果，又會使顆粒物污染儀器。因此，對系統(tǒng)前端采集管加裝濾網(wǎng)，防止煙灰堵塞管道。后續(xù)可作一定的改進，在氣路系統(tǒng)中加入吹灰管系。

2.3 數(shù)據(jù)實時保存

通過VDR實時保存煙氣檢測單元傳輸過來的SOx和NOx含量數(shù)據(jù)，以便海事工作人員上船調(diào)查取證。

2.4 檢測數(shù)據(jù)實時發(fā)送

將煙氣檢測單元傳輸過來的SOx和NOx含量數(shù)據(jù)傳輸至AIS，通過AIS自身的VHF發(fā)射天線，將這些數(shù)據(jù)與船舶自身的動態(tài)數(shù)據(jù)一起實時發(fā)送至海事信息中心。

3 系統(tǒng)的優(yōu)點

3.1 直接實時監(jiān)測

MARPOL公約附則Ⅵ要求控制船舶尾氣污染物排放，現(xiàn)有的手段是檢測船舶燃油和主機自身的改進是否符合船級社對IAPP的要求，是一種間接手段。該系統(tǒng)對船舶尾氣采取實時抽樣的方式，直接檢測當前階段船舶尾氣中的污染物排放值，更加具有說服力。

3.2 監(jiān)管效能提高

當前海事主管機關(guān)檢查船舶尾氣污染物排放的方式一般是上船抽取燃油油樣，并將其送到相關(guān)機構(gòu)進行檢測，一般需3d左右的時間出結(jié)果；另一種是通過快速測硫儀判斷船舶使用燃油的硫含量，將其作為初步判斷依據(jù)。前者時間較長，執(zhí)法效率較低；后者雖然可初步判斷污染物排放情況，但設備需廣泛配備使用，且檢測的污染物單一（僅僅是硫含量），無法檢測船舶尾氣中的 NOx等其他主要污染物。該系統(tǒng)可實時采集船舶尾氣中的SOx和NOx，并將其傳送至海事信息中心，直接獲取船舶當前的尾氣污染物排放數(shù)據(jù)?？蓪κ盏降男畔⒃O定臨界值，若船舶排放的污染物超過設定的標準值，則該船舶在系統(tǒng)屏幕上顯示報警紅色標記，更加具有針對性，即使是初步判斷，其數(shù)據(jù)的廣泛性也更強，不需要執(zhí)法人員每次都攜帶儀器，一方面能大大降低海事工作人員上船采集油品的勞動強度，另一方面便于對采集的排放數(shù)據(jù)進行記錄，方便海事工作人員調(diào)查取證和對證據(jù)進行保存，符合智慧海事的要求。

3.3 可靠性高，預留擴展功能

2013年6月28日，歐盟委員會向歐洲議會和理事會提交關(guān)于“歐盟海運CO2排放MRV”（以下簡稱“規(guī)則”）的立法建議。該規(guī)則于2015年7月1日生效，第一個報告期從2018年1月1日開始，對國際海運溫室氣體減排立法有重要影響[3]。就CO2數(shù)據(jù)收集方式而言，本文對該規(guī)則進行了梳理，提供了4種油耗或尾氣排放的監(jiān)測方法，這4種方法的基本原理和適用性見表1。

表1 規(guī)則提供的油耗或尾氣排放監(jiān)測方法

規(guī)則中涉及的監(jiān)測方法、排放報告程序、核實機構(gòu)的認可、核實程序和港口國檢查信息通報等技術(shù)問題都為原則性表述，在實際執(zhí)行過程中會遇到很多具體問題。規(guī)則還指出，雖然目前僅有針對船舶CO2排放和船舶能效的相關(guān)數(shù)據(jù)，但理論上該機制可應用于SOx和NOx等其他排放物。

由于船上現(xiàn)有的記錄無法用來推算這些數(shù)據(jù)，現(xiàn)有測量技術(shù)的可靠性無法保證，且成本較高，為推動MRV規(guī)則盡快實施，該規(guī)則暫時僅針對CO2，但不排除進一步拓展的可能性。

該裝置的優(yōu)勢在于能直接檢測，精確度較高。此外，為后期實施海運溫室氣體MRV機制提供了預留接口，以后可繼續(xù)進行功能開發(fā)，實時上報溫室氣體排放數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

隨著智能航運的不斷發(fā)展，海事的智能監(jiān)管將逐漸受到關(guān)注，本文提出的船舶尾氣污染物排放監(jiān)控系統(tǒng)一方面可方便、直接地監(jiān)控船舶尾氣污染物排放情況，預留碳排放數(shù)據(jù)收集功能，另一方面可大大減少海事工作人員上船采集油品等的勞動強度；同時，便于對采集的排放污染物數(shù)據(jù)進行記錄，方便海事工作人員調(diào)查取證及對證據(jù)進行保存，順應智慧海事的要求。