船舶废气脱硫系统的安装设计

张广彧

摘 要：IMO对全球区域的船舶限硫排量要求的生效日益接近，船东需提前了解减排方法并采取应对措施；本文分析船舶废气脱硫系统的设计流程，并对系统安装设计的要点进行归纳与研究。

关键词：船舶废气；硫排放；安装设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.187

1 前言

根据MARPOL公约附则6修正案的要求规定：在排放控制区域（ECA），2010年7月1日后，燃油中的含硫量须低于1%；2015年1月1日后，燃油中的含硫量须低于0.1%；而在非排放控制区域，2020年1月1日后，燃油含硫量不得超过0.5%。

目前，应对低硫排放要求的主要有两种方法，使用低硫燃料或加装废气处理系统：然而，低硫燃油的炼制成本问题导致其价格远高于普通燃油，因公约的实施，预计会在2020年前后造成低硫燃油的价格大幅上涨，给船东带来较高的运营成本；加装船舶废气脱硫系统后，可继续使用重油，且满足IMO的废气排放标准，是一种可靠的应对方法；随着脱硫技术的日益完善，脱硫设备生产厂家也日渐增加，购买设备及安装成本将会有进一步下降的可能性，也是眼下最经济的选择。

2 船舶废气脱硫系统

目前市场上厂家处理原理方式上可分为干式法和湿式法：

干式法一般采用氢氧化钙作为吸收剂，与烟气中的硫化物产生氧化还原反应，但设备体积较大，不适合船舶上使用；

湿式法直接或间接使用海水，利用海水天然的碱性，且对于航线在海水的船舶，海水充分的天然优势，使得湿式法处理系统在船舶专业上发展较快；湿式法又根据直接使用海水或是淡水作为吸收剂，分为开环系统、闭环系统以及二者可切换的混合式系统；因开环与闭环系统在功能用途上各有优缺点，目前市场上厂家多设计为混合式系统。

混合式废气洗涤脱硫系统主要包含以下设备：洗涤塔、循环柜、处理单元、控制与检测系统、以及各类泵及储存柜等。

开环系统工作流程为：由海水升压泵于海底门或海水总管上取海水，直接送至洗涤塔进行吸收反应，反应后的废水经处理单元处理后直接排出舷外，或由处理单元处理后排出舷外；

闭环系统工作流程为：循环柜内的碱水由升压泵，送至洗涤塔进行吸收反应，反应后的废水流回循环柜；在运行一定时间后，循环柜内碱水PH值会降低，此时由处理单元处理后排出舷外，再由加药单元将高浓度碱液注入至循环柜内，完成混合。

3 废气洗涤脱硫系统安装设计

废气洗涤脱硫系统布置范围较广，且洗涤塔体积庞大，给安装设计带来不小的困难。现公约尚未生效，多数船东采取观望态度，因此在新造船设计时，可先预留好设备安装位置及接口方式，以便后期加装；对于营运船舶的加装，可先进行3D扫描，留好实船环境模型，作为改造设计的基础。

系统的整体布置如下：主要设备洗涤塔布置在船舶烟囱内；循环柜、处理单元及加药单元等可根据实船情况，布置在机舱上平台或烟囱内；海水泵等布置机舱底层海底门附近，以保证系统取水正常；电气与控制箱可安装在集控室附近，便于船员操作。

洗涤塔与排气系统的设计：洗涤塔串联连接在排气系统管路上，并设置旁通阀门，应对洗涤塔突发故障情况下，排气系统能够正常运行；同时要优化排气管路走向，安装废气洗涤系统后，保证排气背压满足柴油机厂家的设计要求，否则考虑额外安装风机，保证排气顺畅；如多个柴油机共用一个洗涤塔但单独使用时，需要设置隔离阀，放置烟气倒流损害未工作的柴油机，如多个柴油机同时运行，则需要设置烟气汇集装置。

洗涤塔的布置，除满足几何安装空间以外，还要保证设备的操作与维护空间；另外，因洗涤塔本身质量过大，应对船体结构强度进行评估，可对其安装平台结构进行加强；又因其设备本体高度原因，建议在适当位置增加横撑，减小因振动对设备的损害。对于营运船加装系统，需要考虑加装改造对空船重量重心的影响，此外，还要考虑设备的吊运方式，需要合理布置工艺孔，保证吊运安全。

循环水系统的设计：为便于安装设计，循环柜与循环泵等应尽量设计为单元模块式，以减小安装空间，便于布置；循环水管路、阀门及附件等应选用耐腐蚀材料，或有耐腐蚀涂层；另外，需要设置换热器，保证循环水进入洗涤塔的温度满足设计要求；另需足够的空间布置处理单元，经处理过的循环水通过独立的舷外管排出舷外，或经由处理单元的旁通阀直接排出舷外；排舷外口位置要远离海水吸入口，且排舷外管上要有取样装置。

海水系统的设计：对于开式运行，最好为洗涤塔设有独立的海水泵；如共用海水泵，需要计算海水泵的排量满足各系统在最大工况下使用量；對于营运船加装，还要核实海水总管以及海水阀箱有效流通面积，保证其满足海水使用总量；此外，需要设置过滤器，海水经过有效过滤后方可进入洗涤塔。

加药系统的设计：根据脱硫药剂的种类区分，目前较常见的两种方法为钠碱法与镁基海水法，分别使用NaOH溶液或MgO。对于钠碱法比较重要的问题是碱液的注入、储存及驳运：需要根据船舶柴油机废气排放量、船舶航行路线等因素，计算碱液需求量，从而确定碱液储存舱柜容积，并设置透气，测深及溢流管路；在主甲板以上设置碱液注入通岸接头；在储存柜出口端设置快关阀，以保证紧急情况下立刻切断管路；此外，储存柜及加药泵等周围，需设置集水围板，及独立的泄放管路，已回收泄露出来的碱液。

镁基海水法通常是使用MgO配置成一定浓度的溶液，因此需要布置配置系统，一般会由厂家设计为包括配比、搅拌、存储及供给的独立单元。还要考虑到干药粉的存储问题，存储场所需设置机械通风。另外，针对化学药品的危险性，必须在配置单元附近以及存储场所设置相应的PPE设备，以及涉及化学药品的MSDS文件。

电气及控制系统的设计：应在本地设置独立的系统控制箱，并在集控室设置同步的远控屏，用于整个系统的供电及监控，主要的监控点包括废气的进出口温度、压力等，各旁通阀门的开关状态，以及排舷外的循环水PH值等参数；针对营运船加装，需要进行电力负荷计算，确保满足用电需求，在主配电板上增设空压开关；同时明确与原船电气系统的接口方式，如机舱公共报警系统，船舶GPS系统等。