船舶尾气污染物排放监控系统设计

卓 婧，黄晓峰

（1. 浙江机电职业技术学院 交通技术系，浙江 杭州 310053；2. 杭州海事局船舶监督处，浙江 杭州 310053）

0 引 言

根据有关研究：全球远洋船舶每年排放的SO2总量为4.7×106～6.5×106t，占人为排放源的8%；全球船舶每年排放的NOx总量为5.0×106～6.9×106t，占全球NOx排放总量的15%；船舶排放的废气已成为大气污染的重要来源之一，引起了国际社会的广泛关注[1]。2016年交通运输部印发《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》（交海发〔2015〕177号），对船舶尾气SOx的排放进行控制。至此，我国开始采取船舶排放控制区措施。但是，依靠目前的技术水平还无法实现有效的实时监控，仅在船舶到港时核查其是否持有书面的燃油转换程序、《轮机日志》、《换油记录表》或《油类记录簿》和 IAPP（International Air Pollution Prevention）证书，并对船舶燃油进行抽检，不能全面、有效地监测船舶尾气排放情况。同时，对于船舶采用的清洁能源、尾气后处理方式等替代措施，无法直接检测其是否存在SOx排放超标的问题。因此，开发新型尾气实时监控系统，对于协助港口国监督检查官高效地检查船舶，维护国家利益和保护海洋环境而言，具有十分重要的意义。

1 系统结构

该船舶尾气污染物排放监控系统通过现有的差分吸收光谱法烟气检测技术实时监测船舶尾气中SOx和NOx的浓度，通过航行记录仪（Voyage Data Recorder, VDR）和船载自动识别系统（Automatic Identification System, AIS）实时记录这些信息并将其传送至海事中心，使港口海事主管机关能随时掌握抵港船舶的燃油是否符合标准，以便及时准确地掌握船舶的污染物排放情况，有针对性地高效检查船舶。船舶尾气污染物排放监控系统示意见图1。

图1 船舶尾气污染物排放监控系统示意

系统的前端采集管经一个支管伸入船舶排烟管，支管带有滤网，可过滤烟气中的颗粒物。系统开启之后，烟气检测仪便开始实时检测船舶尾气中SOx和NOx的含量。检测的数据经信号处理转换器转换为对接AIS和VDR的数据，一路通过VDR进行实时保存，另一路通过AIS定时与船舶的一系列动态数据和静态数据一起通过自带的甚高频（Very High Frequency, VHF）天线传送至海事信息中心。海事管理人员可对到港船舶传来的尾气监测数据进行筛选，上船实地检查是否存在尾气污染物超标问题，并对存在该问题的船舶进行行政处罚。

烟气检测仪、采集管和数据转换装置均由海事主管机关进行铅封，防止人为损坏。封装检测单元的电源由主电源和应急电源共同提供，防止船舶主电源失电后装置无法使用。

2 主要技术和设备

该系统实时采集船舶尾气中SOx和NOx的含量，并将其转化为模拟数值信号，其中：一路传送至VDR保存，供后续取证使用；另一路传送至AIS，由海事主管机关实时接收有关信息，判断船舶是否存在污染物排放超标问题，便于其确切掌握船舶尾气排放情况。系统运作流程见图2。方案要点和主要技术如下。

2.1 烟气检测技术

1) 烟气采集，船舶尾气检测需要的是一种简单、能适应船舶恶劣检测环境、能同时检测多种气体的检测技术。差分吸收光谱法的灵敏度高，精密度好，分析范围广，分析速度快，可连续自动测定，维护保养简单，可同时对SO2、NO和NO2等气体的浓度进行检测，是一种较为理想的气体成分和浓度分析方法，在监控船舶柴油机尾气排放方面有其他技术难以比拟的优势[2]。

图2 系统运作流程

2) 烟气成分分析，即SOx和NOx的含量。

3) 数据转化为相应的信号，传输给VDR和AIS。

4) 对整个烟气检测单元进行铅封，防止船员破坏。

2.2 取样气路

考虑到柴油机尾气成分较为复杂，尤其是颗粒物较多，若直接在烟道测量，既会严重影响测量效果，又会使颗粒物污染仪器。因此，对系统前端采集管加装滤网，防止烟灰堵塞管道。后续可作一定的改进，在气路系统中加入吹灰管系。

2.3 数据实时保存

通过VDR实时保存烟气检测单元传输过来的SOx和NOx含量数据，以便海事工作人员上船调查取证。

2.4 检测数据实时发送

将烟气检测单元传输过来的SOx和NOx含量数据传输至AIS，通过AIS自身的VHF发射天线，将这些数据与船舶自身的动态数据一起实时发送至海事信息中心。

3 系统的优点

3.1 直接实时监测

MARPOL公约附则Ⅵ要求控制船舶尾气污染物排放，现有的手段是检测船舶燃油和主机自身的改进是否符合船级社对IAPP的要求，是一种间接手段。该系统对船舶尾气采取实时抽样的方式，直接检测当前阶段船舶尾气中的污染物排放值，更加具有说服力。

3.2 监管效能提高

当前海事主管机关检查船舶尾气污染物排放的方式一般是上船抽取燃油油样，并将其送到相关机构进行检测，一般需3d左右的时间出结果；另一种是通过快速测硫仪判断船舶使用燃油的硫含量，将其作为初步判断依据。前者时间较长，执法效率较低；后者虽然可初步判断污染物排放情况，但设备需广泛配备使用，且检测的污染物单一（仅仅是硫含量），无法检测船舶尾气中的 NOx等其他主要污染物。该系统可实时采集船舶尾气中的SOx和NOx，并将其传送至海事信息中心，直接获取船舶当前的尾气污染物排放数据。可对收到的信息设定临界值，若船舶排放的污染物超过设定的标准值，则该船舶在系统屏幕上显示报警红色标记，更加具有针对性，即使是初步判断，其数据的广泛性也更强，不需要执法人员每次都携带仪器，一方面能大大降低海事工作人员上船采集油品的劳动强度，另一方面便于对采集的排放数据进行记录，方便海事工作人员调查取证和对证据进行保存，符合智慧海事的要求。

3.3 可靠性高，预留扩展功能

2013年6月28日，欧盟委员会向欧洲议会和理事会提交关于“欧盟海运CO2排放MRV”（以下简称“规则”）的立法建议。该规则于2015年7月1日生效，第一个报告期从2018年1月1日开始，对国际海运温室气体减排立法有重要影响[3]。就CO2数据收集方式而言，本文对该规则进行了梳理，提供了4种油耗或尾气排放的监测方法，这4种方法的基本原理和适用性见表1。

表1 规则提供的油耗或尾气排放监测方法

规则中涉及的监测方法、排放报告程序、核实机构的认可、核实程序和港口国检查信息通报等技术问题都为原则性表述，在实际执行过程中会遇到很多具体问题。规则还指出，虽然目前仅有针对船舶CO2排放和船舶能效的相关数据，但理论上该机制可应用于SOx和NOx等其他排放物。

由于船上现有的记录无法用来推算这些数据，现有测量技术的可靠性无法保证，且成本较高，为推动MRV规则尽快实施，该规则暂时仅针对CO2，但不排除进一步拓展的可能性。

该装置的优势在于能直接检测，精确度较高。此外，为后期实施海运温室气体MRV机制提供了预留接口，以后可继续进行功能开发，实时上报温室气体排放数据。

4 结 语

随着智能航运的不断发展，海事的智能监管将逐渐受到关注，本文提出的船舶尾气污染物排放监控系统一方面可方便、直接地监控船舶尾气污染物排放情况，预留碳排放数据收集功能，另一方面可大大减少海事工作人员上船采集油品等的劳动强度；同时，便于对采集的排放污染物数据进行记录，方便海事工作人员调查取证及对证据进行保存，顺应智慧海事的要求。