應對低硫燃油新規范的船舶技術方案

高潔 李光楠

摘 要：文章參考各船級社和公約規范要求，結合市場上低硫燃油處理方法，介紹滿足SOx排放要求的處理排放系統的技術要點和安裝運行情況。

關鍵詞：低硫燃油；船舶改裝；規范要求；廢氣排放

1 概述

隨著人類環保意識的加強，環境污染問題已經被高度重視，船舶燃燒的油料中的含硫量過高，會引起金屬設備和環境污染，因此國際海事組織的相關規定也對船舶燃燒設備的SOx排放控制進行了新的規范和要求。

2 低硫燃油及使用的介紹

首先，我們來介紹一下船舶柴油機可燃燒的油料。一般我們在沒有排放要求的海域燃燒的是重油即HFO，他的粘度高，成本低，但是含硫量高達4.5%，燃燒后的SOx污染嚴重。在大部分有含硫量限制的港口，船舶一般燃燒柴油即MDO，他的粘度低，硫含量為1.5%，比較純凈。在專屬經濟區如夏威夷、澳洲、珠海、長江海域等200海里內，船舶須燃燒低硫燃油即L.S.HFO，硫含量為3.5%，成本高于HFO。在SOx嚴格控制排放區域，如歐盟港口，船舶必須燃燒船用輕柴油即MGO，他的硫含量僅為0.1%，但是粘度極低，只有1.4cSt～6cSt，在使用時可以控制油料溫度來調整粘度。低硫油的閃點極低，相對其他燃油很危險，所以在設計時需要考慮相應管路應避開高溫區域。低硫油成本在四種燃油中屬于最高，所以船舶運營商在考慮選用柴油機和鍋爐時，油料消耗問題會特別關注。

鑒于以上油料的特性，只有低硫油MGO可滿足越來越高的廢氣排放要求。在柴油機燃燒低硫油時應注意以下幾點：（1）根據SOLAS要求，機艙A類處所不允許含有閃點低于60℃的燃油。所以在機艙A類處所低硫油需進行冷卻處理或者加入添加劑。（2）由于MGO粘度和潤滑性極低，燃油泵可能無法建立油膜而損傷設備或者加速磨損等不良現象，因此，MAN公司規定低速機燃油進機前最小粘度為2cSt，高速機燃油進機前粘度為1.5cSt。（油料的粘度可通過溫度的高低而調整）在系統中增加冷卻設備并安裝系統高溫報警設備，防止冷卻系統異常故障導致整個系統無法工作。在油料進機前單獨設立低粘度的低硫油輸送泵，防止燃油輸送泵不必要的磨損。（3）船舶輔助設備的選用需適合低硫油燃燒的特性，尤其是法蘭、儀表、彎頭等管系附件。（4）低硫油艙的容積需滿足規范要求，并且如不在A類處所，必須有一個縱向艙壁與機艙邊界連接，而且要避開加熱盤管。（5）根據全球各海域要求不同，船舶為了燃油經濟性，需進行燃油轉換。在轉換時，由于各油料的特性不同，必須考慮油料的融合性。通常規定重油HFO-低硫重油L.S.HFO-柴油MDO-低硫油MGO。在此混油過程中，每分鐘油溫升降不得超過2℃。船舶必須編制燃油轉換程序和使用須知，并納入船上安全管理體系中，按此執行。（6）如船舶長期使用低硫油，需要將柴油機的汽缸油換為低堿值油品（TBN40），否則會導致缸套與活塞之間產生過多的沉淀物，對機器造成損傷。所以，在船舶設計時需設立兩個汽缸油日用艙，分別用于儲存高堿值和低堿值汽缸油。（7）低硫油的密度和發熱值比較低，燃燒后產生的功率低，會導致柴油機的啟動困難，影響船舶整體操縱性。由于低硫油中的芳香烴含量較高，會導致柴油機排煙溫度升高。因此，機艙內必須制定加強運行監控的措施和應急預案。（8）鍋爐系統一般有單獨的燃油泵連接至燃燒器，根據規范要求，鍋爐需增加單獨的低硫油管系及泵組、流量計、壓力表和控制液壓元件等。另外在爐膛內燃燒低硫油時，火焰的強度、亮度等狀態與之前燃燒不一致，可能導致火焰檢測裝置對燃燒情況產生誤測，并進行切油、停爐等動作。所以，在選用鍋爐燃燒器的時候需要選擇適用于低硫油燃燒的燃燒器和與其匹配的火焰探測器。

3 船舶結構和設備的技術方案和檢驗

3.1 船舶結構

由于低硫油閃點比較低，需要增加單獨的低硫油儲存艙，并設立空艙與重油儲存艙等高溫結構隔絕，靠近溫度較低的柴油儲存艙，同時取消柴油澄清艙。

3.2 船舶設備

根據以上MAN要求，船用低速柴油機MGO進機粘度必須高于2cSt，那么低硫油需要被冷卻到22℃以下才能達到要求，船上的海水（25℃）和淡水（36℃）冷卻均無法達到該要求，因此我們加入CHILLER冷卻單元。CHILLER單元采用的是工業制冷循環方法。主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器、預冷卻器、水泵、冷卻水柜和各檢測儀表等組件組成，在蒸發器中使用氟利昂（R404A）和淡水進行熱交換冷卻淡水，冷卻后的淡水進入CHILLER單元的板式冷卻器與低硫油完成熱交換，冷卻低硫油，使其達到使用要求。預冷卻器通常連接在低硫油日用艙出口，可提前冷卻低硫油增加MGO粘度，并且減少低硫油循環時的升溫。CHILLER單元通常布置在臨近主機開口出的同一層平臺的相鄰位置，預冷卻器布置在低硫油日用艙附近。鍋爐系統上需增加低硫油供給泵，并給予相應的換油電氣控制系統。

3.3 船舶管系

由于增加MGO油料以及設備，船舶管系也需增加和修改相應系統。在供油單元出口處增加三通閥以實現MDO＼MGO的互相轉換，并增加蒸汽調節閥來控制蒸汽供給。在燃油輸送系統中，增加MGO加油站至儲存艙的管路、儲存艙分別至柴油輸送泵和燃油分油機的管路。在燃油凈化系統中增加燃油分油機至低硫油日用艙的進油以及回油管路。另外，相應的淡水系統也需要修改，增加中央冷卻水至CHILLER壓縮機、冷凝器和預冷卻器的管路，技術水壓力柜至CHILLER水柜的管路。

3.4 船舶檢驗

如船舶根據新的規范要求進行了改裝，增加了低硫油處理設備修改了相應的管系，根據SOLAS和MAPOL公約，需申請入級船級社進行上船檢驗，檢驗項目包括：船級社的審圖部門審核滿足船級社和公約的要求并且按圖施工；為推進及主系統供油的兩個油艙容量必須能供船舶推進裝置最大持續功率以及發電機裝置在海上正常負荷下工作至少8小時。檢驗后，需完成以下文件并保留在船上：船舶評估報告；改造方案；設備操作手冊；低硫油轉換程序；航海日志和輪機日志；船級社簽發的檢驗報告和證明文件等。

另外需要特別提醒，根據2010年1月1日生效的《歐盟關于停泊歐盟港口船舶安全實施使用低硫燃油的建議案》（COMMISSION RECOMMEN-DATION of 21 December 2009 on the safe implementation of the use of low sulphur fuel by the ships at berth in Community ports），在歐盟港口停靠的船舶如果被查出不滿足低硫油的相關規定，將審查能否提供可以證明船舶已經滿足該要求而做了相應準備的證據，比如已經簽訂的改造合同、經船級社認可的改造方案等。

4 結束語

目前正值世界船舶制造業的高峰期，新出臺的廢氣排放控制規范在一段時間內給各大船舶運營商、船廠以及設計公司出了一個難題，如何在短時間內不影響船舶的建造和航行使用并且符合廢氣排放控制規范進行相應的修改，對大家來說都至關重要。文章詳細解析了在船舶改裝時的注意事項和設計要點，并闡述了各規范要求、油料的處理方法以及設備的設計、布置和安裝問題，希望能給國內外各造船廠、船舶運營商以及設計公司提供有力的技術支持。相信隨著人們對環保意識的逐漸加強，排放要求也會越來越高，市場上主流的油料處理技術會逐漸被推廣使用并形成具有規模性的生產模式，為船舶的環保型提供更廣闊的前景。

參考文獻

[1]羅思殿.船舶維修技術使用手冊[M].吉林科學技術出版社，2005.

[2]孫培廷，李斌.船舶柴油機[M].大連海事大學出版社，2002.

[3]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊[M].國防工業出版社，1996.

[4]英國勞氏船級社技術服務通函[Z].2014，3.