船舶脫硫改裝技術淺析

徐海軍

（南通中遠海運船務工程有限公司，江蘇 南通 226006）

1 脫硫改裝概述

IMO MEPC70（國際海事組織海洋環境保護委員會第70次會議，2016 年10 月）規定，全球船舶廢氣硫排放限額從之前的3.5%降為0.5%，限硫令已經于2020 年1 月1 日正式生效。船舶脫硫塔改裝市場日益火爆，脫硫改裝設計業務也隨之暴增。合理的脫硫塔布置方案，科學的相關服務艙室劃分，對于改裝設計工作的有序推進，改裝工程的順利進行，有效的改裝成本控制，都起到至關重要的作用。

脫硫改裝主要分為3 種形式：開式、混合式、閉式。3種方式互有優缺點，不同的船東立足點不同，都有自己的考量和選擇。其中開式因為其原理簡單，改裝工程最小，周期最短，成本最低，具有短平快的修船特點，目前最受船東歡迎，但開式的最大弱點是不能真正減除硫化物對環境的破壞，只是從大氣污染改為海洋污染。未經處理的洗滌水直排大海的方式越來越受到一些環保要求高的地區和國家的質疑，已經有部分國家或地區限制開式脫硫船舶的航行。因此混合式或閉式已成為部分船東的選擇，在市場上已經占據一定的比例。

2 脫硫塔布置方案概述

脫硫改裝設計中，脫硫塔的布置設計，對后續管路路徑布置，老船結構、管路、設備的改造影響較大，可以說，一個合理的布置方案，將直接影響到改裝成本和改裝周期。從筆者接觸的幾十個國內外設計公司的脫硫改裝項目分析來看，目前主流改裝思路分為3 種。

第一種：老煙囪擴建，將原船老煙囪整體換新或局部修改擴大，使煙囪區域體積增大，新的脫硫塔、風閘等各種設備全部裝在新的煙囪內。此種方案多為國外設計公司的選擇，該方案優點是改裝后整體性好，外形美觀，船舶重量增加較小，VCG (Vertical Center of Gravity)重心改變較小，對重量控制，穩性等較為有利。但該方案缺點也非常明顯，增大了機艙的體積，因此機艙的通風量、消防等均需重新考慮，需要重新校核，存在老的通風量可能不夠，消防布置修改的風險。而且此種方案很難做到整體單元預制，現場改裝工程量大，老管路修改、結構修改等，大量現場作業，因此改裝周期長，改裝費用高。

第二種：獨立塔房設計。即在老煙囪尾部艇甲板上或煙囪一側設置獨立的脫硫塔房間，用來安裝新增的脫硫塔及相關設備。該方案的優點是塔房整體性好，可以在船舶到廠前，做成一個整體的單元模塊，塔房內部的脫硫塔，操作平臺，進出海水管、廢氣管等全部安裝到位。待船舶進廠后直接整體吊裝，現場秩序完成新老管系的對接和塔房結構與老船體的合攏，老煙囪內部管路僅需將老的廢氣管引出，現場作業環境良好，現場工作量小，施工周期短，費用成本低廉。且該方案機艙體積無變動，機艙的通風、消防等均無需改動和重新計算。該方案的缺點是船舶重量增加較大（因為新增一個獨立塔房，相比第一種方案，重量增加約40 ～60 t），對船舶重心位置影響較大，尤其是對VCG (Vertical Center of Gravity)的影響較第一種方案較為明顯。因此穩性和貨物的裝載能力也是不得不考慮的問題。該方案為南通中遠船務在2018 年首創使用，后經其他設計公司發揚光大推向全國，被國內諸多設計公司借鑒采納[1]。

第三種：裸塔布置。該方案沒有獨立的塔房，脫硫塔及所有連接管路全部露天布置。目前來看，主要為中國電建的塔采用此方案，其他脫硫塔廠家均要求設置用于保護脫硫塔的塔房（或煙囪）。裸塔布置雖然具有第一種和第二種的綜合優點，但是脫硫塔及其連接管路全部露天布置，對塔體的減震和防腐提出了更高的要求，因此在設計的時候，如何有效的減震也是必須要著重考慮的因素。且該類布置通常將脫硫塔布置在機艙棚頂甲板上，塔體高度較高，對船舶重心TCG (Transverse Center of Gravity)的影響也較為明顯。因脫硫塔及大量連接管路全部露天布置，外觀上看起來較為凌亂，整體性及美觀性沒有第一、第二種方案好。裸塔布置方案目前并沒有成為主流。

3 混合式、閉式技術特點概述

混合式和閉式脫硫改裝因其洗滌原理較開式更為復雜，改裝工程量大，改裝周期長，成本較高，目前還未成為主流。相較開式，閉式增加了更多的服務艙室用以儲存燒堿和洗滌廢水。燒堿被海水稀釋后在脫硫塔內部霧化與廢氣充分接觸，發生化學綜合反應，以達到對尾氣脫硫的目的，洗滌后的廢水需收集在獨立的儲存艙室，靠岸后由專門的機構對洗滌廢水進行處理。其中混合式又多了一道功能，在無限制的海域或地區，通過閥門的操作，洗滌廢水可同開式一樣直排大海。

從環保的角度考慮，閉式對尾氣的處理最為徹底，對環境的污染最小，基本實現零污染。選擇閉式的船東應當得到業界的認可和尊重，但是閉式需要設置獨立的燒堿儲存艙和洗滌水收集艙，而為了減小洗滌水量以減小洗滌水收集艙的容積，勢必提高洗滌水的HP 值和單位體積洗滌水中氫氧根（-OH）的含量，以提高綜合反應效能，因此閉式需消耗大量的燒堿（通常為NaOH 或MgOH），并需設置較大容積的燒堿儲存艙室。為了減小對船舶重心VCG (Vertical Center of Gravity)的影響，以減小對船舶穩性的影響，通常情況下，盡可能低的布置這些較大液艙，但較低的液艙布置，卻導致這些液艙的設計壓頭又隨之增大，對艙室的結構強度要求隨之更高，因此結構加強工作也隨之更大，因此在布置液艙的時候需要綜合考慮，盡量做到二者皆顧，以達到最佳的平衡。通常在船舶尾部或靠近尾部區域找一個老的空艙或壓載艙進行改制，將其改為洗滌廢水的儲存艙。但不管是用空艙還是老壓載艙改制，而洗滌水密度一般為1.1 g/cm3左右，比海水大(海水為1.025 g/cm3)，因此在結構設計的時候，需按深艙考慮，來設計艙壁壁板厚度和壁板扶強材。而絕大多數情況下，老的壁板厚度和扶強材規格都是不滿足新的設計要求，即老的結構強度不夠，因此需要做大量的額外加強以滿足新的強度要求。而洗滌水從脫硫塔出來，經沉淀艙、溢流艙等服務艙室，最終流向洗滌水儲存艙，需要綜合考慮管路路徑的布置，從而盡可能小的影響原船結構、設備和原船管路電纜等。眾所周知，尾部區域，結構、管路、電纜等復雜繁多，空間非常有限，既要考慮管路路徑的簡化，又要考慮現場作業空間，這對新增管路的布置也提出了較高的要求。

4 開式缺點的思考

純開式的改裝，更多的是為了應付限硫令的法規運營而生，多少有些投機取巧的嫌疑，絕大部分開式，并未在洗滌水中添加任何用以綜合硫化物的燒堿制劑，僅靠弱堿性的海水來洗滌廢氣，雖然理論可行，但排入大海中的洗滌水難免還帶有不少未經綜合掉的硫化物和其他有害物質，而該部分硫化物和反應后的硫酸鹽以及其他有害物質，對海洋環境也會造成一定的污染，從眾多項目的排舷外管出口位置安裝掩耳盜鈴的十字擴散器，用邊界海水稀釋排出的洗滌廢水的辦法來降低硫濃度，以滿足CFD 模型計算時對PH 值的要求，不難看出，實際洗滌廢水中的PH 值較低，海水與硫化物反應不夠充分（硫化物與水混合形成的硫酸或亞硫酸含量較高），只是為了滿足計算數據，采用了自欺自人、掩耳盜鈴的方式來滿足送審數據要求。其實從實際使用的角度出發，十字擴散器的安裝也是有害無利，擴散器的安裝屬于熱工作業，對排舷外管的涂層有一定的傷害，不管后續的鍍鋅還是油漆涂層，長年累月，焊接位置將是防腐的弱點。再者十字擴散器占去了較大的排舷外出口的截面積，有的甚至占去了接近50%的截面積，將嚴重影響排舷外管的排泄能力。十字擴散器安裝在排舷外管口位置，有海洋垃圾或海洋生物附著造成管口擁堵的風險[2]。

5 新形勢的沖擊

隨著國際油價的一路暴跌，國際股市更是哀鴻遍野，不斷刷新下跌的歷史記錄，國際經濟的大衰退已經成為大概率事件，這一觀點已經被國際社會和機構廣泛認可，航運貿易需求今明兩年可能會更加乏力，而原油價格的暴跌，船舶燃油成本的降低，都對脫硫改裝市場造成了無法估量的影響和沖擊。可以預計，2020 年下半年，可能會陸續出現脫硫改裝訂單的撤單，而那些本來就處在觀望態勢的航運企業，可能會決定暫緩甚至放棄脫硫塔的安裝，畢竟對于船東來說，即使最簡單的開式脫硫改裝，一條船也要超過200 萬美金的改裝成本，而面對如今低廉的燃油油價，加之脫硫塔安裝將增加船舶約200 來噸的自重，導致船舶穩性變差，燃油消耗變多，長期來看，脫硫塔改裝已經逐漸失去成本優勢。可以預見，今明兩年的脫硫改裝市場將會撲朔迷離，前途未卜。各大修船企業應提前做好功課，應對新形勢的沖擊。當然，現在科技日新月異，世界經濟必將回血重暖，國際油價持續回升，世界貿易需求持續旺盛，脫硫改裝隨之又將迎來春天。