船舶脱硫改装技术浅析

徐海军

（南通中远海运船务工程有限公司，江苏 南通 226006）

1 脱硫改装概述

IMO MEPC70（国际海事组织海洋环境保护委员会第70次会议，2016 年10 月）规定，全球船舶废气硫排放限额从之前的3.5%降为0.5%，限硫令已经于2020 年1 月1 日正式生效。船舶脱硫塔改装市场日益火爆，脱硫改装设计业务也随之暴增。合理的脱硫塔布置方案，科学的相关服务舱室划分，对于改装设计工作的有序推进，改装工程的顺利进行，有效的改装成本控制，都起到至关重要的作用。

脱硫改装主要分为3 种形式：开式、混合式、闭式。3种方式互有优缺点，不同的船东立足点不同，都有自己的考量和选择。其中开式因为其原理简单，改装工程最小，周期最短，成本最低，具有短平快的修船特点，目前最受船东欢迎，但开式的最大弱点是不能真正减除硫化物对环境的破坏，只是从大气污染改为海洋污染。未经处理的洗涤水直排大海的方式越来越受到一些环保要求高的地区和国家的质疑，已经有部分国家或地区限制开式脱硫船舶的航行。因此混合式或闭式已成为部分船东的选择，在市场上已经占据一定的比例。

2 脱硫塔布置方案概述

脱硫改装设计中，脱硫塔的布置设计，对后续管路路径布置，老船结构、管路、设备的改造影响较大，可以说，一个合理的布置方案，将直接影响到改装成本和改装周期。从笔者接触的几十个国内外设计公司的脱硫改装项目分析来看，目前主流改装思路分为3 种。

第一种：老烟囱扩建，将原船老烟囱整体换新或局部修改扩大，使烟囱区域体积增大，新的脱硫塔、风闸等各种设备全部装在新的烟囱内。此种方案多为国外设计公司的选择，该方案优点是改装后整体性好，外形美观，船舶重量增加较小，VCG (Vertical Center of Gravity)重心改变较小，对重量控制，稳性等较为有利。但该方案缺点也非常明显，增大了机舱的体积，因此机舱的通风量、消防等均需重新考虑，需要重新校核，存在老的通风量可能不够，消防布置修改的风险。而且此种方案很难做到整体单元预制，现场改装工程量大，老管路修改、结构修改等，大量现场作业，因此改装周期长，改装费用高。

第二种：独立塔房设计。即在老烟囱尾部艇甲板上或烟囱一侧设置独立的脱硫塔房间，用来安装新增的脱硫塔及相关设备。该方案的优点是塔房整体性好，可以在船舶到厂前，做成一个整体的单元模块，塔房内部的脱硫塔，操作平台，进出海水管、废气管等全部安装到位。待船舶进厂后直接整体吊装，现场秩序完成新老管系的对接和塔房结构与老船体的合拢，老烟囱内部管路仅需将老的废气管引出，现场作业环境良好，现场工作量小，施工周期短，费用成本低廉。且该方案机舱体积无变动，机舱的通风、消防等均无需改动和重新计算。该方案的缺点是船舶重量增加较大（因为新增一个独立塔房，相比第一种方案，重量增加约40 ～60 t），对船舶重心位置影响较大，尤其是对VCG (Vertical Center of Gravity)的影响较第一种方案较为明显。因此稳性和货物的装载能力也是不得不考虑的问题。该方案为南通中远船务在2018 年首创使用，后经其他设计公司发扬光大推向全国，被国内诸多设计公司借鉴采纳[1]。

第三种：裸塔布置。该方案没有独立的塔房，脱硫塔及所有连接管路全部露天布置。目前来看，主要为中国电建的塔采用此方案，其他脱硫塔厂家均要求设置用于保护脱硫塔的塔房（或烟囱）。裸塔布置虽然具有第一种和第二种的综合优点，但是脱硫塔及其连接管路全部露天布置，对塔体的减震和防腐提出了更高的要求，因此在设计的时候，如何有效的减震也是必须要着重考虑的因素。且该类布置通常将脱硫塔布置在机舱棚顶甲板上，塔体高度较高，对船舶重心TCG (Transverse Center of Gravity)的影响也较为明显。因脱硫塔及大量连接管路全部露天布置，外观上看起来较为凌乱，整体性及美观性没有第一、第二种方案好。裸塔布置方案目前并没有成为主流。

3 混合式、闭式技术特点概述

混合式和闭式脱硫改装因其洗涤原理较开式更为复杂，改装工程量大，改装周期长，成本较高，目前还未成为主流。相较开式，闭式增加了更多的服务舱室用以储存烧碱和洗涤废水。烧碱被海水稀释后在脱硫塔内部雾化与废气充分接触，发生化学综合反应，以达到对尾气脱硫的目的，洗涤后的废水需收集在独立的储存舱室，靠岸后由专门的机构对洗涤废水进行处理。其中混合式又多了一道功能，在无限制的海域或地区，通过阀门的操作，洗涤废水可同开式一样直排大海。

从环保的角度考虑，闭式对尾气的处理最为彻底，对环境的污染最小，基本实现零污染。选择闭式的船东应当得到业界的认可和尊重，但是闭式需要设置独立的烧碱储存舱和洗涤水收集舱，而为了减小洗涤水量以减小洗涤水收集舱的容积，势必提高洗涤水的HP 值和单位体积洗涤水中氢氧根（-OH）的含量，以提高综合反应效能，因此闭式需消耗大量的烧碱（通常为NaOH 或MgOH），并需设置较大容积的烧碱储存舱室。为了减小对船舶重心VCG (Vertical Center of Gravity)的影响，以减小对船舶稳性的影响，通常情况下，尽可能低的布置这些较大液舱，但较低的液舱布置，却导致这些液舱的设计压头又随之增大，对舱室的结构强度要求随之更高，因此结构加强工作也随之更大，因此在布置液舱的时候需要综合考虑，尽量做到二者皆顾，以达到最佳的平衡。通常在船舶尾部或靠近尾部区域找一个老的空舱或压载舱进行改制，将其改为洗涤废水的储存舱。但不管是用空舱还是老压载舱改制，而洗涤水密度一般为1.1 g/cm3左右，比海水大(海水为1.025 g/cm3)，因此在结构设计的时候，需按深舱考虑，来设计舱壁壁板厚度和壁板扶强材。而绝大多数情况下，老的壁板厚度和扶强材规格都是不满足新的设计要求，即老的结构强度不够，因此需要做大量的额外加强以满足新的强度要求。而洗涤水从脱硫塔出来，经沉淀舱、溢流舱等服务舱室，最终流向洗涤水储存舱，需要综合考虑管路路径的布置，从而尽可能小的影响原船结构、设备和原船管路电缆等。众所周知，尾部区域，结构、管路、电缆等复杂繁多，空间非常有限，既要考虑管路路径的简化，又要考虑现场作业空间，这对新增管路的布置也提出了较高的要求。

4 开式缺点的思考

纯开式的改装，更多的是为了应付限硫令的法规运营而生，多少有些投机取巧的嫌疑，绝大部分开式，并未在洗涤水中添加任何用以综合硫化物的烧碱制剂，仅靠弱碱性的海水来洗涤废气，虽然理论可行，但排入大海中的洗涤水难免还带有不少未经综合掉的硫化物和其他有害物质，而该部分硫化物和反应后的硫酸盐以及其他有害物质，对海洋环境也会造成一定的污染，从众多项目的排舷外管出口位置安装掩耳盗铃的十字扩散器，用边界海水稀释排出的洗涤废水的办法来降低硫浓度，以满足CFD 模型计算时对PH 值的要求，不难看出，实际洗涤废水中的PH 值较低，海水与硫化物反应不够充分（硫化物与水混合形成的硫酸或亚硫酸含量较高），只是为了满足计算数据，采用了自欺自人、掩耳盗铃的方式来满足送审数据要求。其实从实际使用的角度出发，十字扩散器的安装也是有害无利，扩散器的安装属于热工作业，对排舷外管的涂层有一定的伤害，不管后续的镀锌还是油漆涂层，长年累月，焊接位置将是防腐的弱点。再者十字扩散器占去了较大的排舷外出口的截面积，有的甚至占去了接近50%的截面积，将严重影响排舷外管的排泄能力。十字扩散器安装在排舷外管口位置，有海洋垃圾或海洋生物附着造成管口拥堵的风险[2]。

5 新形势的冲击

随着国际油价的一路暴跌，国际股市更是哀鸿遍野，不断刷新下跌的历史记录，国际经济的大衰退已经成为大概率事件，这一观点已经被国际社会和机构广泛认可，航运贸易需求今明两年可能会更加乏力，而原油价格的暴跌，船舶燃油成本的降低，都对脱硫改装市场造成了无法估量的影响和冲击。可以预计，2020 年下半年，可能会陆续出现脱硫改装订单的撤单，而那些本来就处在观望态势的航运企业，可能会决定暂缓甚至放弃脱硫塔的安装，毕竟对于船东来说，即使最简单的开式脱硫改装，一条船也要超过200 万美金的改装成本，而面对如今低廉的燃油油价，加之脱硫塔安装将增加船舶约200 来吨的自重，导致船舶稳性变差，燃油消耗变多，长期来看，脱硫塔改装已经逐渐失去成本优势。可以预见，今明两年的脱硫改装市场将会扑朔迷离，前途未卜。各大修船企业应提前做好功课，应对新形势的冲击。当然，现在科技日新月异，世界经济必将回血重暖，国际油价持续回升，世界贸易需求持续旺盛，脱硫改装随之又将迎来春天。