船舶脱硫塔改造电气生产设计解析

    董凡新

    

    摘 要：文中通过工作实践对脱硫塔改造设计进行了阐述、梳理、总结，为现有脱硫塔改造中的电气生产设计进行了分析，对改造工作起到了一定的指导作用。

    关键词：船舶电气;脱硫;船上应用;环境

    中图分类号：U676.3? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）08-0062-02

    MEPC.305（73） 决议：禁止船上携带用于推进和操作的非合规燃油。其对MARPOL附则VI之第14.1、14.3、14.4条以及配套的IAPP证书附件做了修订。该修正案规定禁止船上携带超过0.50%含硫量的用于燃烧目的的燃油;当船舶处在排放控制区时，则禁止使用超过0.10%含硫燃油;修正案将于2020年3月1日生效。对于已经建造完成和已经投入运营的船舶，为满足新的规定，船东和船舶运营商可以考虑两种方式，一种是使用硫含量不超0.50%的低硫燃油，一种是改造原有船舶设备，比如，增设废气清洗系统（EGCS）等改造方案。

    对于现有船舶来说，使用低硫燃油的优点是安全和可靠性好，但后期的运营燃油成本相对较高，由于低硫燃油的粘度低，机器的燃烧性能随之降低，同时，低硫燃油的酸性低，气缸油中的碱性不容易被中和掉，会产生比以往更多的沉淀物。目前已经投入运营的船舶中，特别是近些年建造、目前仍在使用高含硫燃油的大型运输船舶，很多船主选择改造船舶，增设废气清洗系统（EGCS），即所说的脱硫塔改造。

    本文针对现有脱硫塔改造项目中的电气生产设计进行解析，脱硫塔改造的电气生产设计主要包括系统的电源配电、电缆路径规划、电气接口对接、辅助系统设计、考虑未来系统的扩展。

    1 电源配电

    脱硫塔改造中涉及到需要新增供电的设备电源主要有：海水泵电源、主柜控制柜电源、药剂泵电源、循环系统泵电源、MGPS电源、新增风机及阀控设备电源等。

    在原船舶主配电力系统容量允许的情况下，电源主要来自原船的主配电板和新增设备附近的原船的电力分电箱。海水泵、主柜控制柜、新增风机、药剂泵、循环系统泵等大功率设备一般使用主配电板上的备用开关，MGPS、阀控设备等小功率设备可以使用就近的电力分电箱上的备用开关。在原船舶主配电力系统容量不能满足供电的情况下，就要根据实际情况进行改造，一种情况是原发电机组的容量可以满足增加脱硫塔后的船舶电力需求，那么可以在原配电板空间允许的情况下，在配电板内增设新的供电开关，如果原配电板空间无法满足新增要求，则需要新增独立配电屏与原配电板联通;另一种情况是原发电机组容量无法满足增加脱硫塔后的船舶电力需求，那么需要同时增设发电机及新配电板。

    脱硫塔改造中要根据船舶的具体情况选择上述配电改造方案，需要注意的是无论采用哪种配电方案，电力负荷计算书都需要根据实际选定的配电方案送审船舶入籍的船级社审核通过才可以。

    2电缆路径规划

    脱硫塔改造的电源配置完成后，需根据设备额定功率选择电缆的规格型号，在选择电力电缆的时候需配合电缆厂家提供的电缆载流量对照表进行计算，确保所选用的电缆能够承载脱硫塔设备连续工作时的工作电流，并且能承受短暂的过流冲击以及工作环境的温度变化;选择通信电缆时，需明确通信电信所传载的信号类型从而判断电缆的屏蔽类型等。还要注意的是用于船舶改造的电缆需取得船舶入籍船级社发放的形式认可证书。

    选定脱硫塔设备的电缆规格型号后，接下来就是制定电缆的敷设方案即电缆路径规划，这也是脱硫塔改造中，电气生产设计对成本影响最大的工作之一。电缆路径规划的基本原则是电缆拉放的路径最短，因为这样可以缩短脱硫塔改造中的电缆总长度，从而降低改造成本，并且电力电缆实际长度越短也意为着电能在传输过程中的损耗越低，对于信号电缆长度越短其传送信号的衰减才越小，用于船上局域网的网络电缆单根长度最长不能超过100米。理想状态，电缆路径尽量设计的平直，电缆转弯处要满足所选电缆厂家提供的最小弯曲半径要求，减小电缆可能遇到的机械损伤。但在实际的改造设计中，路径最短不一定是最优选择，因为实际改造中电缆拉放时要避开船舶上的船体强结构、管子、设备维护空间、高温区域等，电缆拉放贯穿防火分隔区域、水密舱壁时，还需进行防火水密封堵、开孔补强等。电缆路径规划是一项综合工作，要面向实际设计，最终选择最适合的相对最短路径，并满足船级社规范的安全要求。

    3 接口

    脱硫塔作为新增系统，在改造完成后也是船舶的有机组成部分，未来船舶航行过程中，船上的AMS系统需要显示脱硫塔的一些运行状态，比如，1号脱硫塔启动询问（Scrubber 1 start request）、2號脱硫塔启动询问（Scrubber 2 start request）、1号脱硫塔运行状态（Scrubber 1 running）、2号脱硫塔运行状态（Scrubber 2 running）、报警（alarms）等。脱硫塔能高效的工作，其系统也需要获取船舶上的一些状态信息，比如，主机的运行状态（Main engine running）、辅机的运行状态（AUX engine running）、锅炉的运行状态（Boiler running）等。以上举例的接口内容，都是需要在设计时考虑并协调多方设备厂商进行对接的，并且不局限于上述接口，还有GPS接口、废弃排放的阀控接口、Internet接口等。

    通信接口一般有干触点信号、串口信号等，不同船型、不同脱硫塔设备厂家对接口的要求有差异，每个改造项目的接口数量也会不同，在设计过程中需仔细核对厂家的设备资料要求，列出接口清单，再协调两边的厂家推进接口的对接工作，先要统一两边的接口类型，比如，先确定同为串口信号，然后明确使用相同的传送协议，最后达成一致的解码信息内容。在条件允许的情况下，可以预留一些备用接口，以便故障时的切换及日后的升级扩展使用。

    4 辅助系统

    脱硫塔改造中涉及到的辅助系统主要看新增的脱硫塔系统的集成度，根据其需求来确认增加哪些辅助系统，例如，如果新增的脱硫塔系统本身带有密封风机，则改造设计时，只需要为风机提供电源即可，但如果没有集成密封风机而仍然需要密封风机的时候，就涉及到风机的选型采购、功率的配比、安装供电等的设计筹划了。

    下面主要介绍脱硫塔改造中电气生产设计会涉及到的辅助系统。如果新增的脱硫塔所需的电源电制与船上现有电源电制不匹配，则需要增设变压器来满足脱硫塔的用电需求。如有原船的GPS无接口给新增的脱硫塔系统，则需新增GPS用于脱硫塔。如果新增的脱硫塔主控柜无辅机排气阀控的单元，则需要增设辅机排气阀控系统。如果新增的脱硫塔使用的不是原船的海水泵，而是增设了新的海水泵组，则新增海水进口滤器的同时，需要增设MGPS系统。如果脱硫塔新增了海水进口、排舷口，一般也要增设手摇泵。不同厂商的脱硫塔所需的辅助系统不同，正如上述提及到的辅助系统等，在做脱硫塔改造电气生产设计时，要充分核查主系统的需求从而做好辅助系统的电气生产设计。

    5 系统扩展

    脫硫塔按照其工作原理可以分为开环式脱硫塔、闭环式脱硫塔、混合式脱硫塔。闭环式脱硫塔、混合式脱硫塔初期投入成本高、占用船舶空间大，但其能达到真正意思上的零排放，系统完整性高，不过，出于成本考虑，并非所有船舶都采用这两种脱硫塔。开环式脱硫塔初期投入成本低、占用船舶空间小，但采用这种脱硫塔的船舶需要把洗涤后的溶液直接排入大海，日后如果出台更加严格的零排放要求，这种脱硫塔就需要进一步改造成闭环式脱硫塔。现阶段的实际情况是，现在改造的开环式脱硫塔都预留了向零排放升级的“扩展口”。

    在开环式脱硫塔改造时，得到船方成本认可的情况下，船舶配电系统、电缆通道等可以放大电气改造设计的余量，为未来可能增加的药剂泵、循环系统泵、存储柜、水处理单元、冷却系统等预留配电容量和电缆路径。

    6 结语

    船舶脱硫塔改造电气生产设计的核心基础是满足即将生效并强制实行的公约要求、相关国家和地区的法律法规、船级社指导意见，然后根据每条改造船的实际情况，结合船东所选的脱硫塔的特点完成改造中的电气生产设计工作。

    参考文献：

    [1] MARPOL 附则VI 第14节.

    [2]中国船级社. 船舶废气清洗系统设计与安装指南.

    [3]中国船级社. 船舶废气清洗系统试验及检验指南.

    [4]船舶设计手册.船舶电气篇.

    [5] MEPC.259（68） 废气滤清系统（EGC）导则.