船舶廢氣脫硫系統電氣控制方案研究

趙群

摘 要：全球船舶廢氣排放造成大氣污染問題日益嚴重，根據國際海事組織（IMO）通過的國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）要求，我國船舶廢氣排放控制提上日程。本文針對目前船舶廢氣脫硫系統技術現狀進行分析，并對船舶廢氣脫硫電氣控制系統進行研究，設計一種新型船舶廢氣脫硫系統電氣控制方案。

關鍵詞：廢氣脫硫;船舶廢氣;電氣控制

中圖分類號：X736.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0116-03

隨著航運業發展，全球船舶保有量激增，導致船舶廢氣排放污染問題產生。根據相關部門統計，我國船舶每年排放含硫廢氣為1054噸，加強船舶廢氣排放控制已經成為防污染的全球共識。國際海事組織（IMO）海上環境保護委員會

（MEPC）在2008年通過了國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案，對全球船舶含硫標準進行制定標準，并規定在2020年以后在所有船舶上實施與監控，MARPOL附則Ⅵ對船舶SOx排放限值要求如圖1所示。并通過多次會議確定船舶使用燃油含硫標準與加裝廢氣脫硫裝置標準。按照規定來看，以后船舶廢氣排放控制只有兩條路，一是使用低硫燃油，這將加大船舶運行成本;二是安裝船舶廢氣處理裝置，這也是目前各個船舶首選方案。隨著2020年全球疫情的暴發導致船舶改造生產效率降低，留給我國船舶廢氣改造的時間并不多了。

1船舶廢氣脫硫技術現狀

自從國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案制定以來，我國船舶廢氣控制不斷進行，尤其是在2018年左右船舶廢氣排放改造處在鼎盛時期，市場上各種廠家不同方案，主要形成三種模式，如表1所示，包括前置式使用低硫燃油，后置式安裝廢氣處理裝置，替代式新能源燃料使用。各種方案都具有各自特點，但目前市場中采用較多的是后置式安裝廢氣處理裝置來控制含硫廢氣排放方案。而后置式安裝廢氣處理裝置方案分為干式法與濕式法。干式法一般利用堿性化學品作為吸收劑，中和船舶廢氣中含硫氧化物，但是設備結構復雜、造價較高，不適合船舶使用。濕式法是利用海水作為吸收劑對船舶廢氣進行噴淋洗滌，并且海水是天然堿性溶液，可以提高吸收率，并且結構簡單、造價低廉，所以得到普遍應用。

目前市場上廠家使用較多的濕式法廢氣處理又分為開環系統、閉環系統以及二者可切換的混合式系統。如表2濕式法開環系統、閉環系統以及混合式的優缺點對比所示，開環與閉環系統在功能用途上各有優缺點，但為了到達國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）附則Ⅵ修正案的要求，目前市場上廠家多設計為混合式系統。

2船舶廢氣脫硫系統設計

目前使用較多的混合式廢氣洗滌脫硫系統主要包含洗滌塔、循環柜、處理單元、控制與檢測系統以及各類泵及儲存柜等，如圖2混合式脫硫技術的船舶廢氣脫硫系統所示。其中虛線為開環系統工作流程，海水通過水監測裝置測量進水PH/PAH/TUB值，送洗滌塔噴淋吸收廢氣，通過水處理單元檢測水質含量，最后派出船外，沉淀物送污泥艙。閉環系統工作流程，海水通過冷卻裝置冷卻閉環系統淡水溫度，閉環淡水加堿液后進入洗滌塔吸收中和硫化物，到水處理檢測出水PH/PAH/TUB值，排除部分廢水后回循環艙加淡水與堿液再次循環，沉淀物進污泥艙，污泥艙沉淀物到岸處理。混合式廢氣洗滌脫硫系統結合開環系統與閉環系統優點，可以根據船舶航行場所不同要求進行兩種模式切換，既保證了符合標準要求，又兼顧船舶航行成本經濟效益要求。

3船舶廢氣脫硫系統電氣控制方案

目前，船舶廢氣脫硫系統電氣控制模式較多，不同廠家各有方法，主要集中DCS控制方式與PLC控制方式。DCS控制系統即分散控制系統，主要以模擬量測量進行系統控制，完成集中操作與組態控制，實用與大型系統。隨著PLC不斷發展，高端PLC功能與DCS功能差異越來越小，但PLC的通用性與易操作性是DCS無法比擬的。

如圖3所示，將整個船舶廢氣脫硫系統劃分為廢氣控制、海水控制、循環水控制、堿液供給、洗滌處理五個部分，每個單元都有自己完成的作用，又相互關聯。廢氣系統主要對發電機、主機、鍋爐燃燒后產生的廢氣進行傳送到洗滌塔，經洗滌塔后經過氣體分析儀進行含硫量分析，從而控制廢氣排放量，達到最佳脫硫效率。海水控制主要將海水輸送到冷卻器與洗滌塔，在開環狀態時，海水噴射到洗滌塔中吸收廢氣，對廢水進行水質檢測，分析酸堿PH值、多環芳烴PAH值、水質濃度TUB值，調節給水量達到最佳脫硫狀態。閉環式利用冷卻裝置冷卻閉環循環水溫度，保證中和反應。循環水控制主要完成淡水在洗滌塔中吸收，并利用堿液控制系統提供堿液中和廢水中酸度，在經水質檢測儀分析水質含量，調整循環水流量與堿液加入量。洗滌水處理主要是對洗滌后廢水進行處理，在開環時水質分析儀參數達標狀態下直接排出船外，閉環式根據水質分析儀測量值，適當排廢液后添加淡水。

實際本系統利用3個西門子高端PLC組成船舶廢氣脫硫電氣控制系統，如圖4電氣控制系統關系圖所示，上訴單元中多個被測信號通過信號采集單元SAU與PLC3相連，各個閥門、泵通過控制單元VCU與PLC3相連，并與放置在駕駛室的HMI觸摸控制屏PC3相連，起到測量、設置、控制作用，PLC1與上位機PC1相連作為本地處理單元，放置在脫硫控制室，PLC2與上位機組PC2成遠端遙控處理單元，放在集控室，三個PLC利用現場總線進行信息傳遞，并與船舶機艙公共報警系統，船舶GPS系統，船舶航行記錄儀相連，實施匯總廢氣處理信息等。所用電源取自配電屏，并由獨立配電單元PSU，保證整個系統工作時與船舶電站供給相匹配，避免影響其他電力設備。整個電氣控制系統控制由PLC程序結合HMI觸摸屏PC3程序設計完成，利用PID控制方案對廢氣、海水、循環水進行精準調節控制。

4 結語

綜上所述，船舶廢氣排放控制處理以安裝后置式船舶廢氣脫硫設備為主，但船舶廢氣脫硫系統電氣控制方案多種多樣，本系統采用工業PCL解決方案，設備組成簡單，造價相對低廉，但功能強大，運行穩定。為今后船舶廢氣脫硫系統與船舶廢氣脫硝系統的整合奠定了基礎。

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