陳秋燕，李曉波，李 珂，趙淑媛

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 200082)

1 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)和國(guó)內(nèi)外貿(mào)易的日益繁榮，國(guó)際航運(yùn)業(yè)及遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)輸?shù)玫搅顺掷m(xù)發(fā)展，但同時(shí)也給海洋環(huán)境和港口大氣造成了污染，為了減少船舶排氣對(duì)環(huán)境大氣的污染，世界各國(guó)和國(guó)際組織相繼制定了不同的船舶排放法規(guī)[1]，而傳統(tǒng)檢查方式和執(zhí)法裝備無(wú)法滿(mǎn)足大量船舶出入港檢查的需要，一定程度上制約了我國(guó)相關(guān)排放法規(guī)的落地以及海事部門(mén)的有效監(jiān)管。因此，進(jìn)行港口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究，是提升執(zhí)法效率十分重要的途徑[2～4]。

本文主要以青島港為監(jiān)測(cè)對(duì)象，進(jìn)行嗅探標(biāo)準(zhǔn)站監(jiān)測(cè)設(shè)備在港口的試驗(yàn)驗(yàn)證，確定不同影響參數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響，最終明確主要影響參數(shù)，為進(jìn)一步驗(yàn)證提供一定的技術(shù)支撐。

2 港口布點(diǎn)位置選擇

圖1為青島前灣港港口示意圖，經(jīng)過(guò)港區(qū)人員介紹，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察，選取距離航道最近,且船流量較多的青島前灣港集裝箱碼頭(QQCT)作為具體監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，設(shè)備布置在港口下風(fēng)向75號(hào)泊位位置，距離航道間距0.28海里。

圖1 青島前灣港示意圖

3 港口監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)主要由嗅探監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行氣體濃度監(jiān)測(cè)，由氣象五參數(shù)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)，嗅探監(jiān)測(cè)設(shè)備主要由分析儀、CO2去除器、微型氣泵、迷你空壓機(jī)、隔膜水泵、儀器供電溫控系統(tǒng)、通信模塊、壓縮空氣調(diào)節(jié)元器件組成，如圖2所示，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)組裝完成后，進(jìn)行設(shè)備標(biāo)定及校準(zhǔn)；在嗅探監(jiān)測(cè)設(shè)備上安裝氣象五參數(shù)儀，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境狀態(tài)，氣象五參數(shù)儀見(jiàn)圖3。

圖2 嗅探監(jiān)測(cè)設(shè)備

圖3 氣象五參數(shù)儀

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)論

監(jiān)測(cè)設(shè)備24 h運(yùn)行，監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)下往來(lái)船舶運(yùn)行過(guò)程中空氣中NOx、SO2、CO2氣體濃度的變化，判斷不同影響參數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)濃度的影響，設(shè)備共監(jiān)測(cè)到6艘船舶，表1為監(jiān)測(cè)到的船舶排氣濃度處理后數(shù)據(jù)。

表1 數(shù)據(jù)匯總

繪制監(jiān)測(cè)船舶的SO2/CO2及NO2/CO2排放濃度比趨勢(shì)圖，由圖4可以看出，SO2/CO2實(shí)測(cè)值與NOx/CO2實(shí)測(cè)值趨勢(shì)相同，即SO2/CO2/ NO2濃度增加及減小趨勢(shì)相同，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)符合氣體擴(kuò)散規(guī)律，標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)備具備初步篩選功能。

圖4 S/C比、NOx/CO2趨勢(shì)

分別進(jìn)行測(cè)試距離、測(cè)試夾角、風(fēng)速等因素對(duì)NOx/CO2監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響分析，繪制不同影響因素與NOx/CO2監(jiān)測(cè)結(jié)果趨勢(shì)曲線(xiàn)(圖5)。

圖5 測(cè)試距離與NOx/CO2測(cè)試值關(guān)系

從序號(hào)1～5號(hào)船舶測(cè)試結(jié)果可以看出， 測(cè)試距離、測(cè)試夾角與NOx/CO2實(shí)測(cè)值存在反相關(guān)關(guān)系，即距離越近、測(cè)試夾角越小，NOx/CO2實(shí)測(cè)值越大，且角度變化對(duì)整個(gè)測(cè)試影響更大，序號(hào)6號(hào)船舶測(cè)試結(jié)果存在異常需要進(jìn)一步分析(圖6)。

圖6 測(cè)試夾角與NOx/CO2測(cè)試值關(guān)系

圖7中序號(hào)1～3船舶測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)測(cè)試夾角一定風(fēng)速越大NOx/CO2實(shí)測(cè)值將略微減小，這主要由于監(jiān)測(cè)設(shè)備與風(fēng)向夾角較大，風(fēng)速越大，擴(kuò)散到監(jiān)測(cè)設(shè)備的廢氣濃度將越少，NOx/CO2實(shí)測(cè)值將越小。由以上可知，NOx/CO2實(shí)測(cè)值與監(jiān)測(cè)夾角、監(jiān)測(cè)距離及氣體流速依次相關(guān)，其中與監(jiān)測(cè)夾角、監(jiān)測(cè)距離反向相關(guān)，且與監(jiān)測(cè)夾角相關(guān)性最大。

圖7 風(fēng)速與NOx/CO2測(cè)試值關(guān)系

由于氣體在排放過(guò)程中會(huì)進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)散，而船舶尾氣中NOx、SO2排放數(shù)值基本一致，以船舶尾氣中NOx、SO2排放比作為基準(zhǔn)，用以對(duì)比煙氣擴(kuò)散后監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到的NOx、SO2排放比。

圖8表明了不同船舶最終所測(cè)試到的NOx/CO2值，從圖中可以看出， 擴(kuò)散不是按照比例進(jìn)行，NOx/CO2實(shí)測(cè)值與參考NOx/CO2有較大差距，可能的原因有由于監(jiān)測(cè)設(shè)備的方向與風(fēng)向方向偏向較大、船舶離監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)以及風(fēng)速等原因造成，其與測(cè)試距離及風(fēng)向、風(fēng)速的關(guān)系需要測(cè)試更多對(duì)比性數(shù)據(jù)以總結(jié)其進(jìn)一步的規(guī)律。

圖8 不同船舶的NOx/CO2值

4 結(jié)論

NOx/CO2實(shí)測(cè)值與監(jiān)測(cè)夾角、監(jiān)測(cè)距離及氣體流速依次相關(guān)，其中與監(jiān)測(cè)夾角、監(jiān)測(cè)距離反向相關(guān)，且監(jiān)測(cè)夾角對(duì)NOx/CO2實(shí)測(cè)值影響最大，但由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較少仍需要進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證，明確最終港口監(jiān)測(cè)結(jié)果與各參數(shù)間的具體關(guān)系[5,6]。