加装开式脱硫系统船舶的电力系统改造

2022-07-01周天翔

船舶标准化工程师 2022年3期

周天翔

（上海中远船务工程有限公司，上海 200231）

0 引言

船舶废气洗涤开式脱硫系统（开式脱硫系统）利用海水的天然碱度中和烟气中的SO，整个反应在洗涤塔中进行，将反应后的洗涤液排放到舷外。开式脱硫系统通过烟气检测模块和水质监测模块分别对洗涤后的烟气和洗涤液进行监测，保证烟气和排放的洗涤液能满足法规排放要求。为满足国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）硫排放新规的要求，越来越多船舶选择加装脱硫系统，这会改变电力负载，需要对原船的电力系统进行改造。本文将脱硫系统的负载加入到原船电力负荷计算中，核算各工况下发电机的负荷情况，并结合短路电流计算，对原船的电力系统进行改造。

1 电力负荷计算

在电力系统改造之前，需要先对电力负荷进行计算以确认原船的发电机容量是否能满足加装后的需求。在加装开式脱硫系统后，船舶增加的设备主要包括海水泵、气体密封风机、脱硫系统主控制箱、水分析仪和烟气分析仪等。本文分析的船型为载重吨为180 000 t的散货船，原船电站由3台主发电机（输出电压440 V，输出功率750 kW）、1台应急发电机（输出电压440 V，输出功率130 kW）、主配电板和应急配电板组成。根据脱硫系统在各个工况下的负荷情况，在原船电力负荷计算的基础上加入脱硫系统负载。由于应急工况下不使用脱硫系统，故应急工况电力负荷计算不需要考虑脱硫系统负载，而其他工况均需考虑。根据各船级社规范要求，船舶在运行状态下，至少要将1台发电机作为备用，不得开启全部发电机。

本例船舶加装开式脱硫系统后电力负荷情况见表 1，将脱硫系统负载加入计算后，该船在各工况下主发电机负荷率均低于90%，这说明发电机容量可满足改造要求。

表1 船舶加装开式脱硫系统后电力负荷情况

2 电力系统改造设计

脱硫系统需由原船配电板供电的负载如下：1）440 V负载，海水泵及密封风机；2）220 V负载，脱硫主控制柜及不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）柜。检查原船配电板内部空间及备用断路器情况，分别加入合适的负载并根据负载功率选取合适的电缆。由于改装项目的电缆利用原船托架敷设，根据中国船级社（China Classification Society，CCS）相关要求，在电缆选型时考虑敷设系数为0.85，电缆载流量选型表见表2。

表2 电缆载流量选型表

选取合适的电缆后，可开始绘制改造后的电力系统图。如图1所示，在主配电板1号440 V配电屏内利用原备用断路器（10 A/100 AF）接入脱硫密封风机，密封风机与其变频器位于烟囱区域。在主配电板2号440 V配电屏的预留空间处增设1个断路器（500 A/630 AF）用于接入脱硫海水泵

图1 主配电板440 V配电屏电力系统图

如图2所示，在主配电板220 V配电屏内利用原备用断路器（30 A/60 AF）接入脱硫主控制柜，利用原备用断路器（15 A/60 AF）接入UPS柜。

图2 主配电板220 V配电屏电力系统图

3 短路电流计算

由于新增了大功率负载，根据各船级社的要求，需要进行短路电流计算以确保原船的配电板断路器的短路分断能力在加入脱硫系统负载后仍能满足需求。以原船短路电流计算报告和电力系统单线图为依据，通过ETAP 16.0软件进行系统建模。图3为短路电流计算建模单线图，波浪线部分为新增的脱硫系统负载，主要是海水泵、密封风机及其变频器等。

图3 短路电流计算建模单线图

如图3所示，短路电流计算模型中设置3个故障点：1）1号发电机短路故障点（A）；2）440 V主配电板短路故障点（B）；3）220 V主配电板短路故障点（C）。使用ETAP软件进行计算，并导出报告（见表 3）。对比加装脱硫系统前后的结果可知，加装脱硫系统对短路电流的增加不明显，原船配电板断路器的分断能力可满足要求。这是因为脱硫系统的大功率设备（海水泵及密封风机等）均为变频设备，故其对短路电流的增加不明显。