混合式脫硫系統改裝船水處理間單元模塊化設計

秦亞峰,張文兵,魏伯明

(上海華潤大東船務工程有限公司,上海 202155)

根據國際海事組織IMO通過的《廢氣清洗系統導則(2015)》(MEPC.259(68)決議)及MARPOL公約要求，于2020年1月1日起，全球區域船舶燃油硫含量的質量百分數不超過0.5%，或采用經認可的廢氣洗滌系統降低船舶動力裝置排放的SOx，使之滿足燃油硫含量的規定。各大航運公司主要有3種方式：①燃料前處理方式，即船舶直接采用符合規定的低硫油；②替代燃料方式，即使用天然氣等清潔能源；③安裝廢氣處理裝置方式，即脫硫系統。

脫硫塔廢氣洗滌設備分為開式、閉式和混合式3種。開式模式采用海水作為洗滌液，不需要任何化學品，系統組成簡單，不需要存儲洗滌液和廢液。閉式模式不受海水鹽度和溫度限制，可在全球海域航行，洗滌廢液存儲在廢水艙中，不污染海洋[1]。混合模式兼具開式和閉式2種模式的優點，可靈活切換，安裝后船舶可在全球海域航行。但是，混合模式系統組成較為復雜，初期安裝成本高，系統維護成本高。

1 項目簡介

德國某系列14 000 TEU超大型集裝箱船是我公司承接的第1條混合式脫硫改裝項目，該船系統復雜，合理制定施工工藝是項目改裝成功的關鍵。該脫硫項目主要的改裝工程包括以下幾個方面。

1)煙囪整體換新，新煙囪內包含主、副2個脫硫塔，其中主脫硫塔負責主機及2臺輔機的煙氣處理，副脫硫塔負責另外2臺輔機及燃油鍋爐的煙氣處理。

2)在7#貨艙(鄰機艙)第2層甲板新增脫硫塔洗滌水處理間(以下簡稱水處理間)，用于在閉式模式下處理脫硫塔產生的廢水。

3)機艙右舷空艙改裝為Mg(OH)2艙。

4)機艙左舷底部新增海底閥箱。

其中又以水處理間設備布置最為密集，如按常規所有設備船上安裝，生產周期將極大延長，無法滿足合同交船要求。

經過組織討論研究，水處理間必須采用預制艙室單元模塊(PMCU)設計[2]，通過設備單元的預舾裝，加強生產技術管理，才可以大幅度節約改裝周期。圖1為水處理間單元模塊船上吊裝示意圖。

圖1 水處理間單元模塊船上吊裝示意圖

2 水處理間單元模塊設計

為了實現水處理間單元模塊預制，我公司主要在以下幾個方面做了設計創新。

2.1 吊裝方案

水處理間位于7#貨艙第2層甲板以上，分為上下2層，艏艉端壁、底部甲板利用原船結構，橫截面為門字型，圖2為水處理間橫剖面示意圖。

圖2 水處理間橫剖面示意圖

由于分段結構形式不完整，底部缺失，無法完成預舾裝。首先，需要增加底部公共基座；其次，需確保水處理間結構吊裝安全。

公共基座距第2層甲板高度為500 mm，設計時充分考慮了結構強度、設備布置、管系及電纜支架、設備操作及維護空間、通道等因素，各專業平衡后確定最終方案。

公共基座上眾多設備質量約40 t，吊裝時必須與分段艙壁有效固定；通過公共基座延伸,與艙壁結構焊接，同時在豎直方向增加臨時加強，將公共基座與甲板強橫梁、縱桁等連接固定，臨時加強工裝圖中應包含以上相關要求。

吊裝安全是水處理間單元模塊方案的重中之重，通過3D結構建模及有限元軟件計算分析，校核水處理間分段整體吊裝結構強度、變形情況等，編寫有限元計算分析報告，并提交船東審核通過。圖3為分段吊裝綜合應力云圖，最大應力89.3 MPa,遠低于材料屈服強度(235 MPa)，結構強度滿足要求。

圖3 分段吊裝綜合應力云圖

2.2 管系設計

水處理間分段為上、下2層，其中，下層甲板設備安裝在公共基座上，下層甲板主要設備包括：1#水循環單元2臺熱交換器(板冷)、2臺急冷泵、3臺吸收泵；2#水循環單元2臺吸收泵、 1個供給模塊以及設備配電板、脫硫控制柜等。海水管、玻璃纖維增強環氧樹脂管(GRE)、SUS316不銹鋼管布置密集，預舾裝難度大，作業空間狹小。上層甲板布置有2#水循環單元1臺熱交換器、就地清洗(CIP)酸堿調節單元、過濾單元、濃縮池單元、廢物柜、壓濾機等，圖4為水處理間3D模型。

圖4 水處理間3D模型

為了滿足單元模塊預制的要求，生產設計應編制信息全面、完整及規范的托盤管理表，圖紙上規定的組件，都必須體現。

管系生產設計采用Cadmatic軟件3D建模，在設計公司提供的設備布置圖基礎上進行優化，再干涉檢查。

管系實用手冊應參考原船圖紙，全面、準確、詳細，相關的標準應協調一致，設計前獲得船東認可，如墊片、支架、管夾、色標、銘牌以及表面處理標準等。所有GRE管路支架采用供貨廠家的設計標準，盡量布置在公共基座上或甲板反面強結構上，以達到分段預裝的要求。

管系生產設計應盡量在安裝圖上標出閥門遙控管、液位測量管等走向以及支架位置；各類開孔圖上的各種要素尺寸要全面、清晰、合理，標出船體型材的測量基準線。應合理安排并盡可能減少調整管數量，泵、冷卻器等的進出口盡量為放樣管，合龍管放在其他合理位置，以便加快管路的定位安裝及合龍。分段內調整管的安裝，應在貫通件焊接后進行，水處理間艙柜內的注入、排出、測量等管路及吸口的安裝高度要清楚地反映在安裝圖上，如吸口與防沖擊板的距離要求為D/4～D/3(D為吸口管通徑)等。

管系安裝應有必要的安裝要領，標出閥件的安裝方向(注意相似閥件控制空氣接口數量的區別)；管系設計應考慮閥件拆卸維護的需要，閥件進出口管必要時增加法蘭。

管系設計還應充分考慮現場施工條件，與吊裝臨時加強干涉或者跨越分段合龍口的設備、管路、舾裝件等，應提前擺放到位，并有效臨時固定，如壓濾機單元、配電板等。

2.3 舾裝設計

鐵舾件設計應注意與其他專業的協調，確保設備開啟、維護的空間，如所有傳感器位置應有直梯或平臺等，方便人員操作；舾裝平臺的安裝階段應充分考慮其他專業的施工需要，不宜過早，以免引起返工。

2.4 電氣設計

水處理間布置有配電板，電纜支架原先布置在公共基座下方，容易與結構干涉；而且公共基座高度僅500 mm，電纜敷設難度大，最小彎曲半徑難以保證。經實船勘驗，優化了電纜布置,將水處理間公共基座所安裝設備電纜支架下降，改為布置在原船第2層甲板反頂，空間足夠，極大的減輕了施工強度，避免了狹小空間作業。

3 結束語

水處理間通過采用單元模塊化設計，成功實現了整體吊裝上船，預舾裝完整性較高，優化了生產管理，確保14 000 TEU系列混合式脫硫改裝項目按期交付。目前，混合式船舶脫硫系統改裝市場發展前景較好，相對開式脫硫系統而言，單船產值較大；科學合理的制定施工方案，采用單元模塊技術預制水處理間分段，可以有效的縮短改裝周期，為企業創造良好的經濟效益。