船舶脫硫改裝技術(shù)及前景分析

石培培

（羅伊特（南通）海洋工程技術(shù)有限公司，江蘇南通 226004）

0 引言

作為重要的海上運輸工具，船舶為世界經(jīng)濟的發(fā)展作出突出貢獻，但也對環(huán)境造成嚴重污染[1-2]。近年來，國際社會對環(huán)境保護的要求越來越高，對船舶尾氣的排放標準也愈加嚴格。根據(jù)國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）的相關(guān)要求[3]，全球船舶使用燃油的含硫量（質(zhì)量分數(shù)）須降低至0.5%以下。船舶尾氣中主要含有硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和顆粒物等有害物質(zhì)，對船舶尾氣進行脫硫處理勢在必行，脫硫改裝業(yè)務也隨之大量增加。合理的脫硫改裝設計和科學的布 置不僅能有效減少船東的改裝成本，還能為船廠增加可觀的收益。本文對船舶脫硫改裝技術(shù)進行介紹，闡述不同改裝設計的優(yōu)缺點，并對脫硫改裝市場的前景進行分析。

1 脫硫改裝分類

為便于處理尾氣，需要對現(xiàn)有船舶加裝脫硫設備。脫硫改裝可分為3 種類型：開式脫硫、閉式脫硫和混合式脫硫。船東對船舶租期、改裝成本、改裝周期的預期不同，其選擇的類型也不同。

2 脫硫改裝技術(shù)及改裝設計

2.1 脫硫改裝技術(shù)

開式脫硫技術(shù)利用海水堿性對煙氣中的SOx進行中和，洗滌煙氣后的海水直接排放至大海，不能循環(huán)使用。實船試驗結(jié)果表明：開式脫硫技術(shù)雖能滿足IMO 的相關(guān)要求，但直接排放的海水pH 值低且含有大量的雜質(zhì)（重金屬、多環(huán)芳烴等），只是將大氣污染轉(zhuǎn)化為海洋污染，長期運行會導致海水酸化，海洋生物滅絕。

開式脫硫技術(shù)的原理較為簡單，具有改裝成本低、改裝周期短、改裝工程量小、維護方便等優(yōu)勢，受到廣大船東的歡迎。其缺點也較為明顯，雖滿足污染物的排放要求，但沒有消除硫化物對環(huán)境的破壞，只是將大氣污染轉(zhuǎn)化為海洋污染。目前，已有部分國家或地區(qū)對加裝開式脫硫系統(tǒng)的船舶限制通行。

閉式脫硫技術(shù)將堿液（NaOH 或Mg(OH)2）加入循環(huán)噴淋的淡水中以提高淡水的pH 值，進而用于中和尾氣中的SOx。噴淋過程的淡水循環(huán)使用，長時間的循環(huán)會使溶液飽和，導致結(jié)晶體堵塞填料和噴頭等問題。因此，需要定期排出和補充循環(huán)過程的淡水以降低溶液的濃度。污水在經(jīng)處理達標后可直接排入大海。與開式脫硫相比，閉式脫硫更加環(huán)保，主要體現(xiàn)在以下3 個方面：1）直接排放到大海的廢液少；2）污水先處理后排放；3）過濾出的重金屬、多環(huán)芬烴等雜質(zhì)儲先存在污泥柜中，等船舶靠岸后再進行處理。閉式脫硫技術(shù)的不足之處主要在于以下3 點：1）需要消耗大量淡水和堿液；2）船員的皮膚和眼睛存在受到堿液腐蝕的風險；3）必須在原船隔出專門的艙室用于存儲，運行成本和改裝成本較高。

混合式脫硫技術(shù)是開式脫硫技術(shù)和閉式脫硫技術(shù)的結(jié)合：在允許使用開始脫硫的海域運行開式脫硫模式以降低運行成本；當船舶行駛到禁止使用開式脫硫的海域時，脫硫系統(tǒng)將切換為閉式脫硫模式，混合式脫硫技術(shù)可顯著提高脫硫的靈活性。但混合式脫硫技術(shù)也存在一定的缺點，其相當于在船上安裝了2 套脫硫系統(tǒng)，初始投入較大，改裝成本較高，且當船舶在使用開式脫硫模式時，仍會對海洋造成污染。

相較于開式脫硫技術(shù)，閉式脫硫技術(shù)和混合式脫硫技術(shù)已成為當前船東選擇的主流形式，在市場中占據(jù)了相當?shù)姆蓊~。

2.2 脫硫改裝設計

在船舶脫硫改裝設計中，脫硫塔的布置尤為重要，其對后續(xù)管路的布置，老船結(jié)構(gòu)、管路、設備等的改裝影響較大。合理的改裝設計能夠縮短船舶的改裝周期，減少脫硫改裝的成本。脫硫改裝設計主要有以下3 種方案。

1）脫硫塔室外布置方案

該方案沒有獨立的塔房，其設備和管路完全露天布置。瓦錫蘭（W?rtsil?）集團研發(fā)的脫硫塔及附屬設備在脫硫改裝設計中采用了該技術(shù)方案。脫硫塔室外布置方案的改裝工作量小、改裝周期短，但對塔體的減振和防腐要求較高。將脫硫塔完全布置在室外，原理上可行，但外觀方面較為雜亂，整體性和美觀性不好。因此，脫硫塔室外布置方案并未成為市場的主流方案。

2）背包式脫硫改裝設計方案

在艉部甲板增設新塔房結(jié)構(gòu)，用來安裝新的脫硫塔及附屬設備。該方案可進行單元模塊化設計和制作，在船舶進廠前將塔房結(jié)構(gòu)、管路、設備、舾裝件、電子元件等安裝到位。待船舶到場后，進行整體吊裝。待新增脫硫塔單元和老船結(jié)構(gòu)合龍后，改變原船排煙管的布置，使其與新塔房連接。在整個改裝過程中，除新增海水泵和相應進、排水管路外，機艙區(qū)域未作其他改動。背包式脫硫改裝設計方案的優(yōu)點在于改裝環(huán)境良好、改裝周期短、現(xiàn)場工作量小、改裝成本低廉等。然而，該方案會增加艉部的質(zhì)量，對船舶的質(zhì)心位置有明顯的影響。此外，該方案還存在穩(wěn)性差、裝載能力不足等問題。雖存在不足，背包式脫硫改裝設計方案依舊應用廣泛，目前已有上百條船舶采用此方案完成了脫硫改裝（見圖1）。

圖1 采用背包式脫硫改裝設計方案改裝的船舶

3）煙囪重新設計方案

該方案將原船的煙囪從機艙棚甲板位置全部割除，再根據(jù)脫硫塔的形狀和數(shù)量對新煙囪結(jié)構(gòu)和內(nèi)部管路進行重新設計。該方案的優(yōu)點在于改裝后完整性較好、外形美觀，且船舶額外增加的質(zhì)量較少，對船舶的穩(wěn)性有利。然而，該方案存在明顯的缺點：1）需要擴大機艙面積以布置配套設備；2）很難進行大面積的單元模塊化預制；3）現(xiàn)場改裝工作量較大，改裝周期較長，改裝費用較高。

各種脫硫改裝設計方案均有其優(yōu)缺點，船東在進行選擇時，需要綜合考慮成本，改裝周期和后期運行維護等因素，最終敲定合適的方案。

3 船舶脫硫改裝的形勢和前景

自2008 年金融危機以來，國際船舶市場進入大蕭條期。直至2018 年的第一季度，隨著供需面的改善，船舶市場出現(xiàn)回暖的趨勢。船東對脫硫態(tài)度的轉(zhuǎn)變顯示了脫硫改裝的巨大空間和前景。在限排公約生效與實施后，船舶脫硫改裝業(yè)務非常可觀。2019年下半年，受到脫硫設備廠家產(chǎn)能的限制和國內(nèi)各大修船廠泊位、塢期的影響，船舶改裝訂單量已趨于飽和，船東需要提前預約改裝船廠進行脫硫改裝。

隨著2020 年新冠疫情在全球蔓延和國際油價的再度暴跌，國際和國內(nèi)的船舶脫硫改裝市場面臨著巨大的挑戰(zhàn)。特別是在新冠疫情暴發(fā)以后，我國對外來船舶的檢查要求更為嚴格，國內(nèi)各大港口對外來船舶采取了相應的限制措施，以防新冠病毒的傳播。這對船舶脫硫改裝市場帶來了巨大打擊，船舶改裝訂單量急劇下降，很多改裝廠出現(xiàn)船東撤單的情況。僅從當下分析，船舶脫硫改裝似乎已失去優(yōu)勢。但從長遠看來，現(xiàn)在的科技日新月異，創(chuàng)新不斷，世界經(jīng)濟必將回暖，國際油價也會持續(xù)回升，世界貿(mào)易的需求持續(xù)旺盛，船舶脫硫改裝還存在巨大的空間和前景。

4 結(jié)論

船舶脫硫改裝對減少污染物排放與保護環(huán)境非常重要。本文介紹了船舶脫硫改裝技術(shù)，對不同改裝設計的優(yōu)缺點進行分析，并分析了脫硫改裝市場的前景。研究表明：相較于開式脫硫改裝，閉式脫硫改裝和混合式脫硫改裝在環(huán)境保護方面具有顯著優(yōu)勢。希望本文研究成果可為船舶脫硫改裝設計提供一定參考。