船舶加装脱硫塔相关电气工程设计

2022-09-02孟宪昊

造船技术 2022年4期

孟宪昊

(江南造船(集团)有限责任公司，上海 201913)

0 引言

当前船舶使用低硫燃油的优势是可靠性强，不过后期燃油和运营成本较高，其黏度较低，设备燃烧性能不强，因此有必要利用船舶改造，增加废气清洗系统(Exhaust Gas Cleaning System，EGCS)，完成脱硫塔加装。通过解析脱硫塔加装项目电气工程设计环节，拓展辅助系统，完成电气接口对接，依托电缆路径和电源配电等方面对电气工程设计工作提供指导。

1 脱硫塔类型和工艺原理

烟气脱硫包含湿法和干法两种。干法脱硫塔依托状态处理产物，完成脱硫吸收。烟气进入脱硫塔与脱硫剂相互混合，确保脱硫产物处于干状模式。该方法可避免设备腐蚀，但脱硫率不高，反应速度较小。湿法脱硫塔是指烟气借助碱性溶液洗涤生成硫酸盐，完成高效脱硫，但对设备要求较高。脱硫塔结合工作原理可分为开环系统、闭环系统和混合系统。开环系统主要利用海水法完成脱硫，在脱硫塔中海水通过喷淋与烟气充分混合，将硫氧化物(SOx)与海水中和排出，其优势是可就地取材，无须增加化学试剂，且稳定性强[1]。但若海水温度高、碱度低，则较易使脱硫设备失效。闭环系统为碱液模式，将淡水和强碱物质NaOH混合，构成碱性溶液，可加强对淡水的循环使用，降低残液排放量。混合系统将开环脱硫塔与闭环脱硫塔混合，继承二者优点，可灵活切换；但其控制与组成更加复杂，成本更高。从结构型式上讲，船舶脱硫塔一般分为单塔结构型式(I型和U型)和双塔结构型式[2]，如图1～图3所示。

图1 单塔结构型式(I型)

图2 单塔结构型式(U型)

图3 双塔结构型式

2 船舶加装脱硫塔相关电气工程设计分析

2.1 电源配电

加装脱硫塔应结合船舶原电力系统容量增加设备电源，设备类型包含药剂泵、主控制柜电源、海水泵电源、海生物生长预防系统(Marine Growth Preventing System，MGPS)电源、循环系统泵、阀控设备和新增风机，其中：MGPS电源和阀控设备应使用电力分电箱中的备用开关；新增风机、主控制柜电源、海水泵电源、循环系统泵和药剂泵等设备可选择主配电板中的备用开关。若系统容量无法满足供电需求，应结合具体情况进行工程设计。若电力系统的实际容量较低，则应依据具体电力负荷和发电机容量选择配电设计方案：(1)由于初始发电机组可契合系统电力需求，因此建议在配电板上增加供电开关，或增加配电屏连接配电板；(2)初始发电机组的容量较低，可适当增加发电机和配电板，满足船舶电力供应需求。

2.2 电缆配置

(1)选择电缆型号

在配置脱硫塔电源后，应结合其额定功率科学选择电缆型号。例如，在选择通信线缆时，借助通信线缆传递的信号类型分析电缆屏蔽模式，且电缆需要获取认可证书。在选择电缆型号后，应分析电缆载流量和设备额定功率对照表，确保所选的电缆可满足设备持续工作所形成的电流，降低短时耐受电流的冲击作用，契合设备运行环境的实际温度变化。

(2)路径设置

在选择电缆型号后，应制订电缆敷设方案，加强电气工程成本控制。在电缆敷设工程设计阶段，最优选择不一定是最短路径方案，因此在工程设计阶段电缆拉放时，应绕过船体的管道、墙结构、高温区域和设备维护空间。在针对水密舱壁和防火舱壁建设系统时，应加强开孔强补和防水防火封堵，依据电缆具体拉放状态选择最低路径[3]，因此应降低电缆敷设总长度，减少电能的实际运输损耗，节省成本。电缆长度越短则传输的信号衰减性越低。船舶网络电缆长度应小于100 m，并结合局域网的实际共享需求，依据电缆最低弯曲半径科学设计电缆转弯位置，防止电缆出现机械损伤情况。由于电缆路径规划属于综合类作业，因此在规划敷设路径时应规避船体，加强设备维护，结合实际情况选择最佳路径，满足船舶运行安全要求。

2.3 接口设置

在完成加装脱硫塔后，应借助船舶报警与监测系统(Alarm and Monitoring System，AMS)监测脱硫塔的实际运行情况，显示脱硫塔运行状态、报警和启动询问等信息，结合锅炉、辅机和主机系统信息确保脱硫塔高速运行。依据设计过程协调多种设备接口，加强设备的科学对接。在加装脱硫塔时，应结合新增系统集成配套模式完成确认。例如：在海水泵与系统融合时，应增加MGPS系统和海水进口滤器：若脱硫塔增加排水舷口和海水进口，则应设置手摇泵。由于厂商不同，因此设计的脱硫塔系统集成度和系统需求具有差异性，在电气工程设计阶段应结合主系统实际情况选择辅助系统，完成功率配比，加强供电规划设计。

脱硫塔属于新加装设备，在完成加装后仍属于系统有机组成结构，在船舶运行阶段需要借助AMS系统功能显示脱硫塔模式。例如，监控内容如下：1号和2号脱硫塔启动询问；1号和2号脱硫塔运行模式；报警过程；等等。脱硫塔可在系统内获得船舶状态信息，例如主机运行模式、锅炉运行模式和辅机运行情况等。借助系统功能接口可在设计阶段协调并考虑设备厂商对接情况，接口类型包含废弃的阀控接口、全球定位系统(GPS)接口和互联网接口。通信接口划分为串口信号和干触点信号，由于不同脱硫塔和船型设备厂家对接口要求具有差异性，因此项目设计接口数量具有差异性。在设计阶段应科学核查厂家资料，罗列接口清单，确保接口类型统一。例如，确定接口信号相同，明确传送协议，获取相同的解码信息和内容。若条件允许，则应留置备用接口，优化故障切换和接口升级模式。

2.4 辅助系统

设置脱硫塔辅助系统需要结合其集成度进行确认，若加装的脱硫塔系统包含密封风机，则在加装设计阶段应向风机提供电源。若缺少集成密封风机则需完成功率配比、加强风机选型采购，实现供电系统安装。若新增脱硫塔需要的电源电制与当前电源电制不契合，可借助变压器契合脱硫塔的实际用电需求。例如：原有船舶无GPS接口提供给脱硫塔，则应新增GPS接口；若脱硫塔的主控柜无辅机排气阀单元，则应增加阀控系统。由于厂商不同，因此脱硫塔配置的辅助系统具有差异性，在电气工程设计阶段应核查系统实际需求，加强对辅助系统的电气工程设计。

2.5 拓展部分

由于系统工作原理具有差异性，因此脱硫塔包含闭环、开环和混合等模式，混合脱硫塔自身完整度较高，可达成零排放目标，但其存在投入成本高和空间占比大的情况。当前船舶普遍使用开环脱硫塔，在加装阶段留置拓展口，并在电气工程设计方面增加电缆通道和配电系统裕量，在冷却系统和药剂泵等结构完成电缆敷设和配电容量。当前排放要求较高，因此大部分脱硫塔需要加装闭环脱硫塔，并在其中留置零排放拓展口。在加装脱硫塔时，应结合成本需求配置电缆通道和配电系统，增加电气工程设计的实际裕量，为后续增设存储泵、循环系统泵、药剂泵、冷却系统和水处理单元留置电缆路径和配电容量。