淺談運營船舶脫硫改造設(shè)計

任韶琦，薛晨昊

（上海中遠船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

根據(jù)MARPOL公約附則6修正案的要求規(guī)定：在排放控制區(qū)域（ECA），2010年7月1日后，燃油中的含硫量須低于1%；2015年1月1日后，燃油中的含硫量須低于0.1%；而在非排放控制區(qū)域，2020年1月1日后，燃油含硫量不得超過0.5%。隨著脫硫技術(shù)的日益完善，脫硫設(shè)備生產(chǎn)廠家的數(shù)量日漸增加，則有可能進一步降低購買設(shè)備的費用及安裝成本，這也是眼下船東選擇最多的方案。結(jié)合運營船的實際情況，在改造設(shè)計的過程中選用合適的軟件平臺將會事半功倍；Intergraph Smart 3D軟件支持一系列對象的導(dǎo)入與導(dǎo)出，可有效提高模型設(shè)計的效率，并及時完成設(shè)計指導(dǎo)思想的優(yōu)化。

1 船舶尾氣脫硫系統(tǒng)

目前，船舶尾氣洗滌脫硫系統(tǒng)（ECCS）主要分為以下3類：濕式廢氣脫硫、干式廢氣脫硫及半干式廢氣脫硫。

目前已開發(fā)成功并實船應(yīng)用的船舶尾氣后處理脫硫系統(tǒng)主要是濕法脫硫。

W? rtsil?公司開發(fā)的船舶廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)包括閉式洗滌系統(tǒng)（NaOH添加劑）、開式洗滌系統(tǒng)（海水）以及混合洗滌系統(tǒng)（海水/淡水）。W? rtsil?閉式淡水洗滌技術(shù)，使用NaOH中和廢氣中的SOX。該裝置可脫除99%的SOX、5%～11%的NOX及30%～60%的PM；該系統(tǒng)運行需要3 kW/MW的電力，系統(tǒng)淡水消耗量0.1 m3/MW·h。W? rtsil?開式洗滌系統(tǒng)利用海水的天然堿性吸收SOX，可脫除約93%的硫化物、80%的PM、約15%的氮氧化物以及約8%的HC，系統(tǒng)排出的廢水符合IMO排放水要求，但增加了約2%的能源消耗。W? rtsil?混合洗滌系統(tǒng)（海水/淡水）能夠在閉式淡水洗滌和開式海水洗滌2種模式間切換，可滿足船東不同要求。

哈爾濱工程大學(xué)已開展了船舶廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)的研究與開發(fā)，該系統(tǒng)利用了閉式淡水洗滌技術(shù)。系統(tǒng)樣機已于2015年3月在中船動力鎮(zhèn)江柴油機廠的臺架上進行了約4 000 kW的柴油機廢氣凈化試驗，其脫硫率能夠滿足MARPOL公約附則VI的SOX排放限值要求。

總而言之，濕式洗滌系統(tǒng)有3種不同的實現(xiàn)形式：1）海水洗滌廢氣（開式模式）；2）淡水洗滌廢氣（閉式模式）；3）海水/淡水洗滌廢氣（混合模式），通過開式、閉式及混合式不同形式對比（見圖 1）對比，我們可以直觀地看到3種形式的優(yōu)缺點。

圖1 開式、閉式及混合式洗滌系統(tǒng)優(yōu)缺點對比圖

2 運營船舶脫硫系統(tǒng)改裝流程

尾氣洗滌脫硫系統(tǒng)布置范圍較廣，且洗滌塔體積均相對較大，給設(shè)計、安裝帶來諸多困難。隨著公約生效時間的臨近，國內(nèi)外各大船運公司的船東都在加大對改造脫硫設(shè)備的投資。在新造船設(shè)計時，可先預(yù)留好設(shè)備安裝位置及接口方式，以便后期加裝；但是對于營運船舶的加裝而言，結(jié)合涉及的船期、實際運營環(huán)境復(fù)雜程度等方面的綜合考慮，可知改造十分困難。因此，在實船改造的過程中，摸索出1套相對適合運營船脫硫改造的設(shè)計方案。

首先，初步收集改造目標(biāo)輪的主要船型參數(shù)，并基于這些基本參數(shù)進行設(shè)備初步選型；根據(jù)船東認可的初步選型方案，派員進行實船3D掃描，同時要求船東提供更詳細的原船圖紙；其次，基于3D掃描的模型以及原船圖紙，展開詳細的設(shè)計并送審；完成退審后，在3D掃描的模型背景中進行生產(chǎn)設(shè)計建模、出圖；最后，生產(chǎn)部門根據(jù)圖紙施工，并調(diào)試交付。如圖2所示。

圖2 脫硫改造作業(yè)流程

3 Intergraph Smart 3D軟件平臺3D掃描模型應(yīng)用

3.1 脫硫改造設(shè)計的主流方法

目前實際開展脫硫改造設(shè)計基于不同的軟件平臺有主流的有3種方案。

1）直接使掃描的3D點云模型導(dǎo)入到生產(chǎn)設(shè)計軟件平臺為背景，進行脫硫系統(tǒng)的改造設(shè)計。

2）基于掃描的3D點云數(shù)據(jù)，通過第三方逆向軟件逆向建好背景模型導(dǎo)出合適格式的背景模型文件，導(dǎo)入現(xiàn)有三維設(shè)計軟件作為參考背景。

3）基于初略的三維逆向模型進行改造生產(chǎn)設(shè)計，完成設(shè)計后導(dǎo)出改造設(shè)計模型數(shù)據(jù)到 Navisworks軟件，并把3D點云數(shù)據(jù)也輸入Navisworks軟件中，而后合并2個數(shù)據(jù)模型檢查干涉，在回到三維設(shè)計軟件修改模型，反復(fù)此操作直至完成最合理的設(shè)計。

3種方法各有其優(yōu)缺點，具體見表2。

表2 三種設(shè)計模式優(yōu)缺點對比

3.2 基于Intergraph Smart 3D平臺進行改造生產(chǎn)設(shè)計應(yīng)用

基于以上3種優(yōu)劣情況分析，在預(yù)算允許的情況下，我們選用基于Intergraph Smart 3D平臺的產(chǎn)品中的第一種點云導(dǎo)入方式進行生產(chǎn)設(shè)計。

目前市面上3D掃描儀型號、功能均很多，基本都能基于自帶軟件導(dǎo)出STP格式的點云工程模型。在導(dǎo)出 STP格式后文件后，在 Intergraph旗下的cyclone點云處理軟件中把點云stp文件另存成imp格式文件（如果在cyclone中拼接可以省去此步驟）；接著打開cyclone選中第二個帶有（unshared）選項，選擇此選項為本機使用，則調(diào)入點云數(shù)據(jù)將會比較流暢，而后右鍵database。如圖3所示。

ADD下一步為命名和調(diào)入imp文件目錄，如圖4所示。

不要關(guān)閉cyclone，打開Intergraph Smart 3D調(diào)入在Cyclone中命名好的imp文件；選擇Intergraph Smart3的模型調(diào)取命令，并勾選Poin Cloud，選中在cyclone中命名好的點云模型；最后，在Intergraph Smart 3D命令欄中點擊導(dǎo)入點云命令即可直接在點云背景模型下進行生產(chǎn)設(shè)計。如圖5所示。

圖6為3D軟件直接進行點云模型設(shè)計的效果。

圖3 導(dǎo)入點云選項

圖4 imp文件路徑

圖5 Intergraph Smart 3D點云加載

圖6 3D數(shù)據(jù)效果圖

4 使用點云進行脫硫設(shè)計注意事項

可以調(diào)入整個模型或按分段調(diào)入，不卡的情況下可考慮調(diào)入整層或整個模型，見圖7。

在可接受的范圍內(nèi)，盡量稀釋點云導(dǎo)入量在軟件界面的可視效果，以便保證運行效率。見圖8。

圖7 區(qū)域化分割調(diào)取點云數(shù)據(jù)

由于飛行模式相對有卡頓現(xiàn)象，因而不建議使用。同時，其它平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小命令基本可滿足設(shè)計要求。

5 運營船舶脫硫改造在設(shè)計階段的注意事項

運營船舶為了保證后續(xù)航程，進廠時間往往較短，在煙囪、機艙區(qū)域等有限空間內(nèi)進行如此大的工程施工，對船廠管理、設(shè)備以及環(huán)境的要求很高。因此，在改造設(shè)計階段就要打破以往船舶生產(chǎn)設(shè)計或傳統(tǒng)修船模式的壁壘。設(shè)計提前介入并全程與船廠各部門的工程師保持密切的合作與溝通。

圖8 點云可視效果刷新按鈕

首先結(jié)合掃描數(shù)據(jù)以及原船布置圖等資料，做好改造目標(biāo)船的拆舊策劃。合理的拆舊策劃可以為船廠爭取到4天～5天的改造安裝施工時間，相對于短短30天不到的改造工期，這樣可節(jié)約更多可貴的時間成本。

其次結(jié)合實船采購設(shè)備的情況，可以考慮在船進廠前展開生產(chǎn)預(yù)制工作，如若船東選型的設(shè)備對煙囪拆舊量大，則一般采用煙囪整體新造的模式，提前預(yù)制煙囪結(jié)構(gòu)分段，管系、脫硫塔設(shè)備提前進廠進行預(yù)舾裝工作；船舶進廠后，直接把整個煙囪切割后，對新煙囪模塊進行整體吊裝。機艙區(qū)域水泵、水質(zhì)監(jiān)測儀的設(shè)備也可有效利用模塊化的設(shè)計理念，進行單元預(yù)裝，且將來船舶進廠后再進行整體安裝。這樣可以有效將現(xiàn)代化成組造船技術(shù)有效運用在修理改造項目中，同樣能為船廠改造脫硫工程爭取到寶貴的施工時間。

此外，在材料的選用上，特別是 SMO254、SS2207、SS2205等高反腐性能的管系材料，其施工工藝設(shè)計要結(jié)合船廠的施工能力，提前做好工藝評定工作。

6 結(jié)論

由于人類對深海探索力度的加強以及對環(huán)保意識的不斷升級，船舶的節(jié)能減排、防污治理改造會不斷遇到新的挑戰(zhàn)。本文主要側(cè)重描述了在Intergraph Smart 3D軟件中使用點云進行運營船舶脫硫設(shè)計的應(yīng)用及實際改造工程中的困難點。綜合考慮了實際運營船舶改造工程施工與設(shè)計交互式促進的指導(dǎo)思想。