船舶廢氣清洗系統(tǒng)常見缺陷案例分析

李 剛 張力夫 郭 沖

一、引言

船舶燃油中含有硫元素，其燃燒后轉(zhuǎn)化為船舶廢氣中的硫氧化物，硫氧化物可能對建筑、土壤、水體及人體等產(chǎn)生危害。為降低硫氧化物對環(huán)境的危害，國際海事組織（IMO）規(guī)定自2015年1月1日起，在排放控制區(qū)內(nèi)船舶使用燃油的硫含量質(zhì)量百分比不得超過0.10%，自2020年1月1日起在全球范圍內(nèi)船舶使用燃油的硫含量質(zhì)量百分比不得超過0.50%。為了應(yīng)對IMO“限硫令”，船舶可采取三種方案來滿足相關(guān)要求：一是直接使用低硫燃油作為燃料，在煉油過程中除去燃油中的硫可得到低硫燃油；二是繼續(xù)使用高硫燃油作為燃料，同時加裝船舶廢氣清洗系統(tǒng)（Exhaust Gas Cleaning System，EGCS），通過EGCS對燃油燃燒后的廢氣進行洗滌，達到除去廢氣中硫氧化物的目的；三是使用液化天然氣、電等清潔能源，實現(xiàn)硫氧化物零排放。

據(jù)統(tǒng)計，截至2021年11月，全球共有約4 347艘國際航行船舶已安裝EGCS，以總噸計約占全球運力的23.9%。[1]隨著安裝EGCS的船舶不斷增多，港口國監(jiān)督（PSC）檢查官對EGCS的檢查頻次也逐步增加。自IMO實施全球“限硫令”以來，以洋山港海事局為例，2020—2023年在PSC檢查中開展EGCS檢查的數(shù)量分別為21艘次、27艘次、42艘次和121艘次。本文梳理了PSC檢查中EGCS的檢查項目和常見缺陷，并分析相關(guān)典型案例，以期為海事管理機構(gòu)、船舶檢驗機構(gòu)、航運公司和船員提供參考。

二、船舶EGCS工作原理及分類

（一）常見的船舶EGCS工作原理

EGCS系指使用液體清洗介質(zhì)減少燃油燃燒裝置廢氣中硫氧化物污染物的整套系統(tǒng)，包括一個或多個EGC（Exhaust Gas Cleaning）單元、輔助系統(tǒng)、儀表、控制與監(jiān)測報警系統(tǒng)等。EGCS按工作模式可分為開式、閉式、混合式幾種類型，混合式EGCS既可在開式模式下運行，也可在閉式模式下運行。幾個EGC單元可利用一個共用的排氣系統(tǒng)和排氣監(jiān)測系統(tǒng)，也可利用一套共用的洗滌水、供水、水處理和/或舷外系統(tǒng)、排放水監(jiān)測裝置[2]。EGCS運行原理是利用海水（弱堿性）或加有堿液的洗滌水與主機、發(fā)電柴油機、鍋爐等燃油燃燒裝置所產(chǎn)生的廢氣在脫硫塔內(nèi)對沖反應(yīng)，中和脫硫，降低廢氣中硫氧化物的含量，其基本原理如圖1所示[3]。

圖1 船舶EGCS原理

三、檢查項目、常見缺陷及案例分析

（一）證書和文書缺陷

（二）船舶EGCS分類

根據(jù)洗滌模式的不同，船舶EGCS可分為開式、閉式和混合式系統(tǒng)。

1.開式EGCS

如圖2所示，開式EGCS系指直接采用海水對廢氣進行清洗脫硫，完成脫硫后的洗滌水經(jīng)專門的水處理裝置進行處理，各項指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排出舷外的系統(tǒng)。

圖2 開式EGCS

2.閉式EGCS

如圖3所示，閉式EGCS系指采用添加了脫硫劑的水溶液對廢氣進行清洗脫硫，完成脫硫后的洗滌水經(jīng)脫硫劑補充、補水、冷卻等處理過程后，循環(huán)進行廢氣清洗的系統(tǒng)。

圖3 閉式EGCS

3.混合式EGCS

如圖4所示，混合式EGCS系指將開式和閉式EGCS組合起來的系統(tǒng)，在不同海域航行時可根據(jù)需要選擇運行開式或閉式系統(tǒng)，比如在公海航行時可選擇開式系統(tǒng)運行，而在洗滌水排放限制區(qū)域航行或者停泊時，可選擇閉式系統(tǒng)運行。

圖4 混合式EGCS

海事管理機構(gòu)對與船舶EGCS相關(guān)的船舶證書、文書進行檢查，相關(guān)證書包括國際防止船舶大氣污染證書、EGCS的產(chǎn)品證書、型式認可證書、硫氧化物排放符合證書等，相關(guān)文書包括硫氧化物排放符合計劃、EGCS技術(shù)手冊、船上監(jiān)測手冊、EGCS記錄簿、燃油供應(yīng)憑證等。

EGCS在試驗、檢驗發(fā)證、排放符合性驗證方面可采用不同的方案，IMO將其分為方案A和方案B。方案A系指通過性能試驗驗證EGCS在使用中可達到預(yù)期的性能，營運中通過運行參數(shù)連續(xù)監(jiān)測以及定期排放核查證明其持續(xù)排放符合性的檢驗方法，通常通過臺架試驗和參數(shù)檢查來證明EGCS排放符合性。方案B系指通過安裝經(jīng)認可的廢氣排放監(jiān)測裝置連續(xù)監(jiān)測和顯示EGCS運行時的排放比值，并定期進行參數(shù)檢查以證明其持續(xù)排放符合性的檢驗方法，即通過對廢氣中硫氧化物排放進行連續(xù)監(jiān)測來證明EGCS排放符合性。無論是方案A還是方案B，都需要安裝EGCS并進行初次檢驗，檢驗合格后完成船舶國際防止空氣污染證書（IAPP）的簽署。方案A需要進行SECC（硫氧化物排放符合證書）的發(fā)證檢驗，方案B需要核查廢氣排放監(jiān)測系統(tǒng)的認可證書的檢驗。MEPC.340（77）號決議通過的《2021年廢氣清洗系統(tǒng)指南》中不同方案所需的文件見表1。

表1 方案A和方案B所需的相關(guān)文件

值得注意的是，由于EGCS生產(chǎn)廠家的工廠內(nèi)很難有匹配的燃油燃燒裝置，故相應(yīng)臺架試驗內(nèi)容通常在船廠的系列船首制船上進行。由于方案A類似產(chǎn)品的型式認可試驗，需測試出主要工作參數(shù)的邊界條件，要求嚴(yán)格，所以大部分EGCS選擇采用方案B。[4]

2.常見缺陷

此類缺陷主要有EGCS未在國際防止船舶大氣污染證書中標(biāo)注或與標(biāo)注設(shè)備不符、采用方案A的船舶EGCS無型式認可證書、船上未持有硫氧化物排放符合計劃、船上持有的硫氧化物排放符合計劃未經(jīng)主管機關(guān)認可、船上持有的硫氧化物排放符合計劃內(nèi)容不符合要求、船上EGCS技術(shù)手冊內(nèi)容不符合要求、EGCS記錄簿顯示洗滌水排放超過規(guī)定值等。

3.案例分析

2023年2月，PSC檢查官查看某外輪的EGCS記錄簿（見表2），該頁記錄了2023年1月30日0800時、1月30日1700時、1月31日0800時的EGCS相關(guān)運行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其記錄的排放洗滌水的pH值分別為5.96、5.34、4.95，相應(yīng)的洗滌水進口pH值分別為8.35、8.38、8.61，可以計算出進出口的pH差值分別為2.39、3.04、3.66。而IMO要求排放的洗滌水的pH值應(yīng)低于6.5，洗滌水進出口的差值應(yīng)低于2，顯然，該頁記錄的數(shù)值不符合要求。

表2 EGCS記錄簿部分?jǐn)?shù)據(jù)

MEPC.340（77）號決議規(guī)定了EGCS的驗證、測試、檢驗和發(fā)證要求，并規(guī)定了排放洗滌水入海的標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，一些國家的港口已經(jīng)實施了要求更嚴(yán)格的地方法規(guī)，限制甚至完全禁止在其管轄水域內(nèi)通過開式EGCS排放洗滌水。我國也規(guī)定船舶不得在我國船舶大氣污染物排放控制區(qū)內(nèi)排放EGCS洗滌水。在排放控制水域中作業(yè)時，裝有開式系統(tǒng)的船舶應(yīng)切換使用符合要求的燃油，裝有混合式系統(tǒng)的船舶應(yīng)將系統(tǒng)切換到閉環(huán)模式或使用符合要求的燃油。當(dāng)船舶在禁止開式系統(tǒng)洗滌水排放的港口時，建議安裝開式或混合式EGCS系統(tǒng)的船舶分別建立適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換程序，以符合燃油使用或閉環(huán)模式的轉(zhuǎn)換。開式系統(tǒng)的切換程序還應(yīng)考慮在洗滌塔關(guān)閉前用合規(guī)燃油沖洗燃油系統(tǒng)所需的時間。轉(zhuǎn)換也應(yīng)在遠離繁忙水道的適當(dāng)位置進行，以確保航行安全。

（二）系統(tǒng)和設(shè)備缺陷

1.檢查項目

PSC檢查官對船舶EGCS設(shè)備的現(xiàn)場檢查主要是核實船舶硫氧化物的排放是否達到了IMO規(guī)定的排放控制要求。檢查官主要對洗滌塔、自動控制系統(tǒng)、供水模塊檢查、換熱模塊、水處理系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、廢氣監(jiān)測系統(tǒng)、洗滌水監(jiān)測系統(tǒng)開展檢查。比如檢查噴嘴內(nèi)是否有雜物堵塞噴嘴，防止因噴嘴堵塞影響噴淋效果，導(dǎo)致性能降低；檢查海水泵的機械密封、軸封是否存在泄漏，以免造成潤滑性能變差，導(dǎo)致部件損壞；檢查傳感器外觀及接液部位是否正常，是否有腐蝕及進水導(dǎo)致短路的情況。

2.常見缺陷

此類缺陷主要有：采用方案B的EGCS廢氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障、船舶廢氣/廢水連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)未按規(guī)定保存18個月，進出口海水檢測設(shè)備檢測值不滿足規(guī)定，海水泵損壞無法滿足海水流量要求，使用高硫油的燃油燃燒裝置未接入EGCS，發(fā)電機功率不滿足船舶EGCS的要求，接入脫硫塔的主機馬力計故障導(dǎo)致脫硫塔無法識別主機功率進而無法根據(jù)主機實時功率自動調(diào)節(jié)噴水量，等。下文以“接入脫硫塔的主機馬力計故障導(dǎo)致脫硫塔無法識別主機功率進而無法根據(jù)主機實時功率自動調(diào)節(jié)噴水量”為案例展開分析。

3.案例分析

2022年7月，PSC檢查官對某輪實施PSC檢查，檢查后簽發(fā)了港口國監(jiān)督檢查報告，報告中共有7條缺陷，其中有一條缺陷涉及EGCS。檢查發(fā)現(xiàn)，EGCS監(jiān)控界面顯示“ENGINE POWER OVER LIMIT”報警，EGCS無法根據(jù)主機實時功率自動調(diào)節(jié)噴水量。但監(jiān)控界面顯示當(dāng)前僅接入一臺輔機，檢查官要求船方啟動主機，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控界面主機功率信號模塊為灰色，進一步檢查后確認位于軸遂內(nèi)主軸為脫硫塔提供實時主機負荷的馬力計故障。該缺陷描述為“14699 Scrubber can not adjust water pump flow automatically due to the engine torque meter defective—17”。

EGCS主要用來減少廢氣中的SO2含量而非CO2含量，因此，經(jīng)EGC單元后廢氣的SO2和CO2含量比值可反映系統(tǒng)從廢氣中去除SO2的效果。EGCS內(nèi)部的水霧噴淋設(shè)備連接給水泵，該泵可根據(jù)各設(shè)備的實時功率自動調(diào)整水泵給水流量，進而調(diào)整水霧噴淋強度。經(jīng)對監(jiān)控界面的檢查，發(fā)現(xiàn)該輪實時硫碳比為7.2，符合《2021年廢氣清洗系統(tǒng)指南》中的排放標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到目前主機并未滿負荷運行，其他各發(fā)電機也未開啟，在使用高硫燃油（HSFO）的情況下，無法確保海上航行期間一定能滿足排放要求。因此要求該船暫時將EGCS洗滌水噴水量設(shè)定為最大值，且故障未修復(fù)前不得換用HSFO，缺陷需在開航前糾正。就該輪而言，由于主機馬力計的故障，EGCS無法識別主機功率，不滿足IMO對硫氧化物排放的相關(guān)要求，同時無法自動調(diào)節(jié)清洗水的水量，在主機滿負荷工況下，存在無法滿足等效排放要求的情況。船長認同PSC檢查官開具的缺陷，在第一時間與公司聯(lián)系，安排工程師上船維修，在開航前對馬力計進行修復(fù)。缺陷整改完畢后，EGCS可以識別主機實時功率，自動調(diào)節(jié)功能生效。經(jīng)PSC檢查官復(fù)查合格后，該缺陷被關(guān)閉。

（三）船員操作類缺陷

1.檢查項目

公約和法規(guī)授權(quán)PSC檢查官可對相關(guān)船員開展操作性檢查，檢查官可檢查船員是否熟悉公約或技術(shù)規(guī)則中船舶EGCS操作和維護管理的相關(guān)要求，也可就公約和法規(guī)對洗滌水的排放要求、應(yīng)急程序及公司SMS體系中關(guān)于EGCS的相關(guān)規(guī)定展開檢查。

2.常見缺陷

此類缺陷主要有：責(zé)任船員對船上EGCS的工作原理和操作流程不熟悉、責(zé)任船員對船舶EGCS設(shè)備的功能測試不熟悉、責(zé)任船員對船舶EGCS應(yīng)急操作和程序不熟悉、責(zé)任船員對相關(guān)公約法規(guī)要求不熟悉、責(zé)任船員對相關(guān)文書的記錄不熟悉、無船舶EGCS操作人員的相應(yīng)培訓(xùn)記錄、EGCS故障導(dǎo)致的體系類故障。下文以“安全管理體系未能確保EGCS故障后有效實施ISM規(guī)則涉及的船上操作以及事故、不符合規(guī)定情況的報告和分析”為案例展開分析。

3.案例分析

2020年1月28日，PSC檢查官在對某輪開展檢查時發(fā)現(xiàn)，該輪EGCS于2020年1月1日發(fā)生故障，船員未將故障報告船旗國（巴拿馬）。此外，該輪在2020年1月1日至6日EGCS故障期間船舶使用了不合規(guī)燃油，且未采取相關(guān)應(yīng)急措施，在檢查港也沒采取足夠的措施修復(fù)EGCS。該輪在接受PSC檢查時被滯留。

該輪被滯留源于兩個關(guān)鍵問題：一是EGCS故障后沒采取應(yīng)急措施，船舶應(yīng)在EGCS發(fā)生故障后使用合規(guī)燃油，除非船上無合規(guī)燃油或合規(guī)燃油數(shù)量不足；二是未制訂后續(xù)維修計劃，該輪應(yīng)提前做好維修計劃，在檢查港修復(fù)EGCS。EGCS出現(xiàn)故障很正常，但出現(xiàn)故障后船舶應(yīng)盡可能使用合規(guī)燃油，如合規(guī)燃油數(shù)量不足，出于航行和作業(yè)安全的目的使用不合規(guī)燃油是公約允許的，但應(yīng)收集好客觀證據(jù)，及時報告船旗國并在靠港前報告目的港當(dāng)局。船旗國可以為船舶處置發(fā)生故障的EGCS提供支持和指導(dǎo)，如要求船舶采取臨時措施，要求船級社進行臨時檢驗出具條件證書等；港口國也可根據(jù)船舶實際情況提出相應(yīng)的合理要求；船方應(yīng)做好后續(xù)計劃，及時修復(fù)設(shè)備。

四、結(jié)語

海運貿(mào)易占全球貿(mào)易量的80%以上，而船舶燃油在可以預(yù)見的相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍將是船舶的主要燃料。船舶燃油中的硫含量對防止和減少大氣污染至關(guān)重要，EGCS是應(yīng)對IMO船舶限硫令的重要措施之一，對全球大氣環(huán)境的保護具有重要作用。本文介紹了EGCS工作原理及常見PSC缺陷，并分析相關(guān)典型案例，以期在EGCS的證書文書、系統(tǒng)設(shè)備、船員操作性檢查方面為海事管理機構(gòu)、船舶檢驗機構(gòu)、航運公司和船員提供參考。