船舶廢氣脫硫系統設計要點分析

黃玉華，汪家政，鄧志慶

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江 舟山 316052）

隨著全球硫排放法規的正式生效，目前，越來越多的船舶進行船舶廢氣脫硫系統的加裝，通過9200TEU 項目船舶廢氣脫硫系統改裝，簡單分析該項目在設計過程中的一些注意點。

在船舶廢氣脫硫系統改裝過程中，需要對原船的修改及部分管路等的增加，可能會涉及以下系統：洗滌水系統、排煙系統、排渣系統、洗滌水分離系統、壓載管路改裝、對于閉式系統還包括堿液儲存和注入系統、透氣測深系統的修改等等，下面簡單分析排氣管背壓問題、舷外管形式設計以及海水總管及海底門等設計問題。

1 排氣管背壓問題

船舶廢氣脫硫系統(EGCS)船上安裝后，在各種運行條件下，排氣背壓應能始終維持在燃油燃燒裝置制造廠規定的范圍內。

在排氣管上增加了脫硫塔，這必然導致排氣背壓的增加，常規脫硫塔本體背壓在60 ～100mmWC 左右，具體因參數及廠家有差異，若系統中還有煙氣閥，煙氣閥也有一定背壓，原船標準機型柴油機（以MAN B&W 為例）允許背壓一般300mmWC（100%SMCR 時），其他負荷點對應允許最大背壓值見圖1，根據MAN B&W 推薦，當柴油機加裝脫硫塔后，100%負荷下可允許最大背壓為450mmWC，其他負荷點對應允許最大背壓值見圖1，因此，在改裝設計過程中，需考慮排氣管路布置等對排氣管背壓的影響，需及時進行排氣背壓的計算，如果發現排氣背壓有超出規定值時，需及時對排氣管布置等進行調整，以確認是否可以通過排氣管路布置調整將背壓降低至允許范圍內。根據MAN B&W 推薦若背壓超過最大允許背壓時，需與MAN B&W 相關技術人員聯系溝通確認如何處理，可能需對增壓器進行重新匹配，另外，如果柴油機背壓計算值在兩條曲線之間，MAN B&W 也強烈建議MAN B&W 專業服務人員對主機進行重新評估，確定是否需要對增壓器進行重新匹配。增壓器進行重新匹配需要確保主機油耗保持與安裝脫硫塔之前一致，NOX 排放不改變，柴油機熱負荷保持在經驗值范圍內。

圖1

若因為排氣背壓過大的原因需要增加安裝排氣風機，風機應考慮有冗余設計；另外，排氣風機的設置應考慮當排氣風機失效時，燃油燃燒裝置仍能持續工作，那么，排氣風機需設置旁通管路。對于多臺燃油燃燒裝置共用EGCS 系統的情況，排氣風機的設置應考慮所有相連燃油燃燒裝置的背壓要求。

2 舷外管形式設計

船舶廢氣脫硫系統洗滌水排放應獨立于其他的海水系統，并應有獨立的排舷外口；排舷外管應安裝一個止回閥和一個遙控閥，且遙控閥需要通過手搖泵控制。船舶廢氣脫硫系統洗滌水排舷外口距離其他任何海水吸水口的距離應不小于4m，并需要低于最小載重線。

根據DNVGL 船級社要求洗滌水排舷外管和舷側閥應有防腐保護，排舷外管厚度應不小于舷外管所在位置外板的厚度，且不小于15mm，取大者。

洗滌水排舷外管形式設計類型及各廠家對舷外管材料的推薦也不太一樣，有的推薦用超級雙相不銹鋼，有的推薦碳鋼管+內表面特殊處理（例如玻璃鱗片漆、酚醛環氧漆和內襯PE、GRE 等），也有推薦使用雙層管形式（如SAACKE）等。

基于以上列舉幾種形式，簡單分析以上幾種形式的優缺點，因為洗滌水排舷外管需與船體外板焊接，若使用超級雙相不銹鋼，因為不同材質之間直接焊接，長期浸泡在海水中且一直有脫硫洗滌水的沖刷，將會導致超級雙相不銹鋼腐蝕較快，因此，不建議使用；目前，各大船廠使用碳鋼管+內表面特殊處理的項目較多，但因為現場焊接將會損壞管路涂層，不得不在現場將舷外管與船體外板焊接后再對管路進行特殊處理或修補，但是，由于現場施工條件局限等原因可能會存在處理效果不佳等問題，所以該形式必須確保舷外管焊接后涂裝修補質量，若處理不好，可能導致涂層容易脫落，然后管路腐蝕較快；若使用SAACKE 推薦形式（見圖2），舷外管為鍍鋅碳鋼管與船體外板焊接，與其他常規系統舷外管形式一致，只是在該舷外管內再設置一根雙相不銹鋼管，該雙相不銹鋼管連接法蘭使用特制異徑法蘭，將雙相不銹鋼管從鍍鋅舷外管內部插入，在雙相不銹鋼與鍍鋅鋼管之間使用特氟龍墊片及特氟龍套在螺栓表面防止兩種材料間接觸形成腐蝕；這種形式可使洗滌水不直接沖刷碳鋼管，洗滌水通過雙相不銹鋼管直接排出舷外，這樣大大地緩解了洗滌水對鍍鋅碳鋼管的腐蝕，另外，為了防止船體外板腐蝕，距舷外管出口4m 半徑范圍內的船體外板需涂防腐涂層，通常使用防腐性更好的環氧玻璃鱗片漆。

圖2 雙層管形式舷外管

3 海水總管及海底門等設計問題

因為脫硫裝置的脫硫原理是通過海水中的堿性成分與柴油機燃燒后的廢氣中所含的硫化物產生化學反應從而達到脫硫的結果，所以海水使用量很大，以9200TEU 項目為例，該項目主機排氣系統與發電機排氣系統為獨立的兩套船舶廢氣脫硫系統，主機脫硫系統海水泵為4 臺（三用一備），單臺流量為850m3/h；輔機脫硫系統海水泵2 臺（一用一備），每臺流量為850m3/h，6 臺海水泵共用一根海水總管。

脫硫系統海水總流量為3×850+1×850=3400m3/h。

原船海水總管管徑為DN750，若將脫硫系統海水總管連接至原船海水總管，根據計算，原船海水總管海水流速將超過2m/s，流速太高。所以，需要考慮新增加一個脫硫系統海底門或者在原有海底門上新開脫硫系統海水總管，若在原有海底門上新開脫硫系統海水總管，則還需要考慮海底門格柵流通面積是否大于海水總管流通面積的兩倍。

脫硫系統海水總管管徑選擇計算如下：根據計算，選用脫硫系統海水總管規格為φ914×8，計算如下：

式中，V 為流速（m/s）；Q 為海水流量（3400m3/h）；R 為海水總管半徑（449mm）。

根據以上計算，海水總管海水流速低于2m/s，滿足設計要求。所以脫硫系統海水總管規格選用φ914×8 合適。

船舶廢氣脫硫系統海水總管流通面積約為：3.14×0.449×0.449 ＝0.633m2；

根據規范要求，在沒有冰區要求的情況下，海底門格柵凈流通面積需大于等于海水總管流通面積的兩倍，0.633×2=1.266m2，所以，海底門格柵凈流通面積不能小于1.266m2。

根據海底門實際情況及以上面積要求，海底門設置3 個海底門格柵：格柵尺寸分別為：670mm×1480mm，660mm×1000mm，620mm×480mm，根 據 計 算，(0.67×1.47+0.66×1+0.62×0.48)×0.7=1.3m2，(0.7 為 格 柵 外 框 面積與凈流通面積系數)；該3 個海底門格柵凈流通面積約為1.3m2，滿足要求。

4 結語

本文以9200TEU 項目加裝船舶廢氣脫硫系統的實船項目為例，介紹了船舶廢氣脫硫系統在改裝設計過程中需要注意的幾個要點，并對這幾個設計要點進行多方位的對比分析，尋求更好的更合適的設計方案，相關經驗總結可供船東及船舶廢氣脫硫系統設計單元提供參考。