賈榮強，朱 杰，杜占海

(1.大連中遠海運重工有限公司，遼寧 大連 116113；2.中國船級社大連分社，遼寧 大連 116000；3.浙江友聯(lián)修造船有限公司，浙江 舟山 316281)

1 船舶硫排放控制處理方式

自2020年1月1日以后，除排放控制區(qū)以外的全球其它海域,船用燃油的最大硫含量質(zhì)量百分數(shù)不得超過0.5%。目前，為實現(xiàn)這一目標的技術(shù)有3種：①燃料前處理方式：采用專門的工藝對燃油進行脫硫處理，船舶直接使用符合規(guī)定的低硫燃油；②替代燃料方式：使用天然氣、甲醇等清潔燃料；③廢氣處理方式：安裝脫硫系統(tǒng)裝置，把廢氣中的 SOx清除，達到與使用低硫燃油等效的減排效果[1]。越來越多的新建船舶和營運船舶采用了廢氣處理方式以應(yīng)對限硫令，脫硫系統(tǒng)分為開式、閉式和混合式，3種脫硫系統(tǒng)的優(yōu)缺點[2]見表1。船東可結(jié)合船舶負荷、自身空間、主要運營水域的法規(guī)等營運需求進行選擇，以滿足船舶在不同排放控制區(qū)域的航行要求。根據(jù)DNV GL統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前3種脫硫系統(tǒng)的市場占比為開式71%，閉式14%，混合式15%，現(xiàn)階段主要采用開式系統(tǒng)。

表1 3種脫硫系統(tǒng)的優(yōu)缺點

2 船舶脫硫系統(tǒng)改裝施工

船舶加裝脫硫系統(tǒng)已成為各大修船廠的主要工程業(yè)務(wù)，船舶原有空間上的限制給前期的脫硫系統(tǒng)設(shè)計、施工增加了難度；由于大多數(shù)船舶在營運過程中，船東對改裝施工周期要求較高，加上現(xiàn)場復(fù)雜的施工環(huán)境，給脫硫系統(tǒng)改裝進度、質(zhì)量的可控性帶來了挑戰(zhàn)。某18 000 TEU集裝箱船(雙主機)有2臺主機軸帶發(fā)電機、1臺蒸汽透平發(fā)電機、3臺柴油發(fā)電機，根據(jù)該船特點，僅對2臺主機采用了開式脫硫系統(tǒng)改裝，其原理示意圖見圖1，鍋爐及柴油發(fā)電機繼續(xù)使用低硫油[3]以滿足環(huán)保要求。該船的開式脫硫系統(tǒng)改裝包括新加脫硫海水泵、濾器、沖洗泵、脫硫塔、海水排放監(jiān)測單元、排煙監(jiān)測系統(tǒng)、氣封風(fēng)機、配電盤、變壓器、變頻器、船舶防海生物系統(tǒng)等設(shè)備和閥門的安裝，排煙管、海水系統(tǒng)管路、空氣控制管路、閥門控制管路施工及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)的修改和電纜鋪設(shè)。

2.1 脫硫系統(tǒng)管路材料的比較與選擇

脫硫系統(tǒng)中管路主要選用玻璃鋼、不銹鋼和鋼塑復(fù)合管，鋼塑復(fù)合管即碳鋼管系內(nèi)部打砂，噴塑料-聚乙烯處理，俗稱噴塑。少量系統(tǒng)采用碳鋼鍍鋅管或塑料管，表2為脫硫系統(tǒng)主要管路材料的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點。

2.2 玻璃鋼管系及支架的設(shè)計與施工

玻璃鋼管系廣泛應(yīng)用于船舶脫硫系統(tǒng)改裝，由于船舶高速或高負荷運轉(zhuǎn)時，船舶振動尤其是機艙、煙囪區(qū)域會加劇，因此玻璃鋼管系的支架及管卡型式對于降低管系振動、保證管系正常運轉(zhuǎn)尤為重要。玻璃鋼管系支架分為導(dǎo)向式支架、固定式支架和法蘭式支架[4]。法蘭式支架主要應(yīng)用于管系的泵出口位置及脫硫塔周圍，同時在脫硫塔周圍通常設(shè)計安裝有膨脹節(jié)。之前多采用非環(huán)抱式管卡，而現(xiàn)在采用的全環(huán)抱式管卡，其寬度增加，內(nèi)部采用膠皮墊。

圖1 開式脫硫系統(tǒng)原理示意圖

表2 脫硫系統(tǒng)主要管路材料的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點

玻璃鋼管支架的位置通常通過玻璃鋼管系應(yīng)力分析計算選取，支架的位置及焊接位置的支撐強度對管路系統(tǒng)的可靠性非常重要。某集裝箱船試航(主機功率50%時)過程中，管系的振動較大，經(jīng)查該管為脫硫塔進水管系，存在支架距離管系彎頭、拐彎處稍遠，同時支架沒有焊接在主要結(jié)構(gòu)上的問題，焊接的面板反面也沒有進行加強處理，現(xiàn)場對支架進行了修改，故障消除。

脫硫系統(tǒng)改裝通常需要將玻璃鋼管設(shè)計、安裝至煙囪區(qū)域，由于空間上的限制，玻璃鋼管安裝后與未安裝絕緣的排煙管距離較近，有的地方甚至低于25～50 mm，排煙管無法正常安裝絕緣材料時，會導(dǎo)致玻璃鋼管的局部溫度較高，超出使用溫度的極限。對于此類情況，可采用二氧化硅氣凝膠絕緣材料對排煙管包裹處理，二氧化硅氣凝膠隔熱性優(yōu)良，具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，可達到0.013～0.016 W/(m·K),低于靜態(tài)空氣的導(dǎo)熱系數(shù)0.024 W/(m·K),從而保證其絕緣隔熱效果。

脫硫塔設(shè)備通常布置在機艙內(nèi)較高的位置，其振動較大，為此脫硫塔頂部和底部均設(shè)計安裝了減震支撐，因此與脫硫塔相連管系除了要設(shè)計膨脹節(jié)外，管系支架還通常采用滑動式，以減小因振動產(chǎn)生的應(yīng)力，避免造成管系損壞。

洗滌塔的洗滌水泄放管路通常也采用玻璃鋼管，洗滌水通過舷側(cè)鋼質(zhì)短管和機艙內(nèi)本地控制的舷側(cè)閥進行舷側(cè)排放，技術(shù)設(shè)計時容易忽略此管路。按規(guī)范要求，其舷側(cè)閥門除了能本地控制外，還能在機艙外(如散貨船舵機艙或集裝箱船廊道內(nèi))進行遙控開關(guān)。

2.3 管系的防腐選擇與施工

改裝施工過程中，與脫硫塔相連管系通常設(shè)計為不銹鋼管，改裝后，多條船舶脫硫塔進口管系出現(xiàn)管系泄漏問題，后期將連接脫硫塔的不銹鋼管全部更改為鋼塑復(fù)合管，故障消除。

開式脫硫系統(tǒng)排舷外的洗滌水在管系內(nèi)測量pH值為3.5～5.8，因此舷外管及其外板區(qū)域均采取特殊油漆——玻璃鱗片樹脂處理，施工質(zhì)量要求較高，溫度要求10 ℃以上，在冬天施工時，通常將該區(qū)域搭設(shè)腳手架，用防火布包圍起來，內(nèi)部采用熱風(fēng)幕進行加熱、保溫。由于該油漆黏度較高，油漆泵容易堵塞，施工時應(yīng)多加注意。脫硫塔頂部排煙管內(nèi)部油漆通常也使用該類油漆。

2.4 電氣設(shè)備安裝空間的通風(fēng)設(shè)計

脫硫塔及相關(guān)設(shè)備的安裝區(qū)域通常設(shè)計為增加與原機艙棚一體的外擴獨立空間，其通風(fēng)設(shè)計容易被忽視或遺漏，該空間內(nèi)沒有設(shè)置相應(yīng)的有效通風(fēng)系統(tǒng)(如供風(fēng)風(fēng)道)，而是僅僅把機艙棚尾部上方的通風(fēng)百葉窗移至新增空間的結(jié)構(gòu)后壁上，在沒有有效通風(fēng)狀況下，會導(dǎo)致煙囪內(nèi)設(shè)備處于高溫的工作環(huán)境下，尤其是設(shè)備上的電氣元件。布置于新增空間角落里的設(shè)備氣體檢測儀，在此環(huán)境下容易導(dǎo)致故障。規(guī)范要求電氣設(shè)備(尤其是布置在角落處的設(shè)備)的工作環(huán)境溫度應(yīng)在0～45 ℃，工作環(huán)境溫度超過45 ℃，則除了在封閉空間新加百葉窗外，還應(yīng)增加工藝孔，與原船空間相連，確保通風(fēng)效果，使溫度滿足規(guī)范要求。

3 船舶脫硫系統(tǒng)調(diào)試

船舶脫硫系統(tǒng)改裝結(jié)束后，需要進行碼頭調(diào)試和船舶試航調(diào)試。碼頭調(diào)試主要對脫硫海水泵、三通閥、氣封風(fēng)機、船舶防海生物系統(tǒng)、舷外閥、變壓器、變頻器及配電箱等新加設(shè)備進行試驗，側(cè)重于電氣設(shè)備送電及信號調(diào)試、泵的磨合試驗、設(shè)備管路系統(tǒng)的密性試驗。船舶試航調(diào)試側(cè)重于脫硫系統(tǒng)在主機不同功率狀態(tài)下使用高硫油時，管系、設(shè)備振動情況，關(guān)注主機油耗變化、排煙脫硫效果、排出海水是否超標等運行數(shù)據(jù)狀況。

1)根據(jù)規(guī)范要求，在本地控制站和集控室設(shè)置緊急停機裝置，手動停止系統(tǒng)運行，并打開廢氣旁通裝置。出現(xiàn)以下狀態(tài)時系統(tǒng)會自動停止運行: ①脫硫塔廢氣進口溫度過高； ②廢氣通過脫硫裝置的壓降過高(背壓超過燃油燃燒裝置允許的最大值之前應(yīng)發(fā)出報警)；③ 洗滌水供應(yīng)壓力過低；④ 脫硫塔水位過高。有些船舶還設(shè)計了污水井報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)一種是利用原機艙底部污水井報警點，設(shè)計成船舶底部單側(cè)所有污水井同時報警時，脫硫系統(tǒng)停止運行；另外一種是新加污水井報警點，根據(jù)玻璃鋼管系布置路徑及其周圍狀況，在容易出現(xiàn)管系破損位置下方的相對可封閉位置新加污水井及報警點，一旦該點報警，脫硫系統(tǒng)也會停止運行。安裝該系統(tǒng)可以避免在海水管系出現(xiàn)泄漏時，因停車不及時而導(dǎo)致的大量海水淹沒機艙設(shè)備。

2)船舶主機在不同負荷狀態(tài)下，需監(jiān)測海水進出口及排煙參數(shù)。船舶試航調(diào)試過程中，船舶主機在25%、50%、75%，90%負荷狀態(tài)下，脫硫系統(tǒng)需進行0.1%、0.5%脫硫排放模式下運轉(zhuǎn)試驗，海水排放監(jiān)測單元監(jiān)測和記錄海水進口及洗滌水出口的 pH 值、PAH (多環(huán)芳烴)值、渾濁度和溫度試驗數(shù)據(jù)，排煙監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)對排煙的硫含量進行監(jiān)測分析。在機艙環(huán)境溫度為27 ℃、使用燃油硫含量質(zhì)量百分數(shù)為2.33 %條件下，按照0.5%脫硫排放模式自動運行，由于上述集裝箱船為雙主機，故安裝2個脫硫塔，不同主機負荷下的排煙監(jiān)測數(shù)據(jù)表見表3。

CEMS實際監(jiān)測數(shù)據(jù)通常用φ(SO2)/φ(CO2)作為排煙脫硫效果的評價標準。依據(jù)《MARPOL附則VI》不同燃油硫含量限值所對應(yīng)的燃油硫含量質(zhì)量百分數(shù)0.5% 時，φ(SO2)/φ(CO2)為21.7；燃油硫含量質(zhì)量百分數(shù)0.1% 時，φ(SO2)/φ(CO2)為4.3。使用高硫油后產(chǎn)生的廢氣經(jīng)脫硫塔洗滌后φ(SO2)/φ(CO2)為0.2～1.9，遠低于4.3,脫硫塔脫硫效果十分明顯。

對海水泵的進口及洗滌塔出口的水進行監(jiān)測，取樣監(jiān)測點需要設(shè)計在管系中心位置，通常設(shè)計或施工時容易忽視，存在忘記在管系內(nèi)部安裝或沒有設(shè)計該監(jiān)測點的現(xiàn)象，會導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。 參照中國船級社《船舶廢氣清洗系統(tǒng)試驗及檢驗指南》，與試航監(jiān)測進出口數(shù)據(jù)(見表4)對比狀況如下：①在船舶靜止狀態(tài)下，距離舷外排放點 4 m處的水流pH值應(yīng)不小于 6.5，根據(jù)廠家設(shè)計和模擬仿真計算，洗滌水在出口位置的pH值不小于3.1，即可滿足規(guī)范要求，而工程實際中在洗滌水排放口安裝噴嘴裝置，加速對洗滌水的稀釋，洗滌水出口pH值在3.5～5.6，滿足要求；②洗滌水出口連續(xù)最大 PAH值應(yīng)不超過進口PAH值(50 μg/L)，實際排放PAH值在10.2～21.4 μg/L，滿足要求；③洗滌水出口連續(xù)最大渾濁度與海水進口渾濁度差值應(yīng)不大于 25 FNU ，實際渾濁度差值在1.0～4.0 FNU，滿足要求。

表3 不同主機負荷下的排煙監(jiān)測數(shù)據(jù)表

表4 試航監(jiān)測進出口數(shù)據(jù)表

船舶試航調(diào)試過程中監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明，開式脫硫系統(tǒng)利用海水的弱堿性對洗滌水中硫氧化物進行中和，在0.5%脫硫模式下自動運轉(zhuǎn)，洗滌水的pH 值、PAH 值、渾濁度均符合規(guī)范要求，0.1%脫硫模式的脫硫效果遠高于0.5%脫硫模式，更加符合規(guī)范要求。因此，脫硫系統(tǒng)有著非常好的排煙脫硫效果，滿足了現(xiàn)有環(huán)保法規(guī)要求。