19000 TEU集裝箱船加裝脫硫系統的中壓配電系統改造

何守安 袁姍 張鵬 譚涼 何蘇婷

摘要：以某19 000TEU集裝箱船加裝混合式脫硫裝置為對象，研究如何對中壓配電系統進行技術改造。根據加裝脫硫裝置改造電力負荷分析，加裝混合式脫硫裝置用電設備多，用電負荷需求大，需要對原船中壓配電板進行加屏改造，以滿足加裝脫硫裝置用電負荷需求。

關鍵詞：集裝箱船;6.6 kV配電板;EGCS;混合式

中圖分類號：U665.14

文獻標識碼：A

1 前言

根據2016年10月27日IMO在MEPC70大會正式決定，2020年1月1日起強制推行全球0.5%（m/m）燃油硫含量標準，在ECA2015年開始實施0.1% （m/m）燃油硫含量標準。

DNV-GL預計，2020年全球將有7萬艘船舶受到硫排放限制，原油價格可能升至70美元/桶，MGO價格預計將超過1 000美元/t，屆時低硫油與HFO的差價將擴大至每噸400美元。如果油價達預測水平，船舶更換低硫油的成本將每年多支出800萬美元，為了降低運行成本，船舶加裝脫硫裝置將成為一種趨勢。

CE Delft公司研究成果：到2020年時，全球約有3 800艘船舶可能會選擇安裝脫硫裝置而繼續使用重油;多個船級社如CCS，DNV-GL等則預測脫硫改裝市場將在2017 - 2020年出現井噴式增長。隨著法規在全球范圍內正式實施，全球船舶燃料脫硫改造的市場也越來越大。

目前，符合SOX排放的控制方案主要有三種：低硫燃油（ LSPO）、廢氣清洗系統（ECCS）和LNG燃料。經有關單位對這三種控制方案分析結果：EGCS方案較LSPO及LNG方案燃料成本減少約27%，為了降低船舶運行成本，船舶加裝脫硫裝置將大勢所趨。

本文以某19 000TEU集裝箱船加裝混合式脫硫裝置為例，研究如何對原船中壓配電板進行技術改造，以滿足船舶改裝需求。

2 原船中壓配電系統簡介

2.1 配電系統

原船配置四臺主發電機為船舶正常運行提供配電，發電機為6.6 kV 60 Hz中壓發電機，兩臺4 300 kW發電機，兩臺3 800 kW發電機。中壓發電機通過中壓配電板給船上各個配電系統以及配電設備提供用電。配電系統單線圖見圖1所示。

2.2 配電板

原船中壓配電板無預留備用屏，無法直接利用原船中壓配電板進行改造來滿足加裝混合式脫硫裝置用電負荷需求。原船中壓配電板靠近船尾布置2號首側推中壓屏，靠近船首布置遙控輸入/輸出屏，如圖2所示。3加裝混合式脫硫裝置

脫硫裝置按照系統原理，一般可分為干式和濕式兩種。

3.1 干式脫硫裝置

干式脫硫裝置不需要復雜的管系、泵等設備，安裝簡單，主要由以下幾部分構成：

（1）脫硫單元（吸收器）

布置在廢熱回收系統和SCR系統之前。

（2）堿性物質供應裝置

包括顆粒狀供應筒倉和螺旋輸送機，分別布置在吸收器的頂部和底部。氣動輸送系統可以是顆粒物，在船舶和岸上存儲設施之間運輸。

（3）控制和監視系統

使用過的顆粒物和相關的廢棄顆粒物的去除都是自動的，可以是連續的，也可以是間歇性的，以確保新鮮顆粒物在重力作用下流入吸收器中的量。

3.2 濕式脫硫裝置

濕式脫硫裝置分為兩類：開式系統，閉式系統。

（1）開式系統

開式系統一般使用海水作為直接噴淋的水，因為海水是天然的弱堿性，可中和酸性。反應完后的水經過處理后可存儲起來或直接排人海中，并由新的海水進入下一輪中和酸性反應。

（2）閉式系統

閉式系統不使用海水，而是通過在循環的水中添加堿性物質，從而達到維持反應所需的水呈堿性的狀態。反應后的水通過處理裝置進行分離，將污泥和水分開，從而參與下一輪中和酸性反應。

混合式洗滌器實際上具有上述兩套系統，可以控制使用哪種系統。在海水等堿性水中時，以開式系統的方式進行運行，從而節約堿性物質，降低成本;而在淡水等中性水中，通過添加堿性物質到水中進行反應，從而進行閉式循環。

本船脫硫系統為混合式脫硫裝置：采用三個脫硫塔，主機使用主塔，兩臺輔機使用一號輔塔，兩臺輔機和一臺鍋爐使用二號輔塔。主塔使用四臺800 m3/h的海水泵、四臺350 m3/h的洗滌水泵;一號輔塔使用一臺700 m3/h的海水泵、一臺550 m3/h的洗滌水泵;二號輔塔使用一臺700 m3/h的海水泵、一臺550 m3/h的洗滌水泵。整個系統配套安裝相應的VFD控制箱、輔助設備設施以及整套脫硫塔控制系統。控制系統主要包括主控箱、閥控箱、氣體檢測單元、水質監測單元、水質處理單元等主要設備。

新加裝的脫硫裝置用電設備數量較多，需要新增配套相當數量的斷路器;而且整個脫硫系統在閉式模式下用電總負荷也較大，原船的主變壓器以及冷藏箱變壓器容量裕度不足，需要對原船配電系統進行技術改造，以滿足船舶改裝需求。

4 中壓配電系統改造設計注意事項

4.1中壓配電板布置

由于原船為6.6 kV配電板，規范對于中壓配電系統的要求比低壓配電板更加嚴格，結合該集裝箱船中壓配電改造，對于中壓配電板改造設備和布置需要注意如下問題：

（1）改造后的中壓配電板如何與原船配電板對撓

（2）改造后的中壓配電板如何泄壓，泄壓通道如何與原配電板對接;

（3）改造后的中壓配電板布置位置以及設備維護空間要求;

（4）改造后中壓配電板跟原船舊設備的干涉;

（5）改造后中壓配電板如何進艙。4.2中壓配電板改造

該船人籍DNV-CL，中壓配電板改造需滿足DNV-CL相關規范要求，且需要按照船級社規范Chapter3-section l-2.13 Table 3的要求，提供除了對低壓配電板要求以外的中壓配電板相關資料文件，包括：E160 -內部弧承受測試報告;2252 -制造商測試程序;2262一制造商測試報告等。

根據對2262的要求，中壓配電板除取得船用產品證書外，還需同時提交型式測試報告，主要有：

（1）包括輔助回路工頻電壓試驗在內的驗證設備絕緣水平的試驗;

（2）設備所有部件的溫升試驗和回路電阻測試;

（3）主回路和接地回路承受額定峰值和短時耐受電流能力的試驗;

（4）所含開關裝置的開斷和關合能力的試驗;

（5）所含開關裝置和可移開部件滿意操作的試驗

（6）對人員觸及危險部件的防護和設備對周圍外物的防護試驗;

（7）出現危險電氣效應時對人員防護的試驗;

（8）充氣隔室的強度試驗;

（9）充氣和充液隔室的密封性試驗;

（10）觸及內部故障引起的電弧效應試驗;

（11）電磁兼容性試驗;

（12）設備對氣候引起的外部效應的防護試驗;

（13）設備對機械沖擊的防護試驗;

（14）通過局部放電評估設備絕緣的試驗;

（15）人工污穢試驗;

（16）電纜試驗回路的絕緣試驗。

5 中壓配電系統改造方案

5.1中壓配電板改造

根據實船勘驗中壓配電板實際情況，結合原船配電板資料、船級社以及船東意見，中壓配電板具體改造方案如下：

（1）加裝混合式脫硫裝置，增加UNITV中壓屏作為脫硫電力系統供電屏;新增中壓屏布置在中壓配電板間，位置在原船中壓配電板右側;新增UNIT V中壓屏與原船中壓配電板通過母排連接，原船泄壓通道與新增中壓屏對接，保證泄壓系統完整性;

（2）中壓配電板改造后，原6.6 kV中壓配電板上的配電系統單線圖對應修改，修改后的配電系統單線圖見圖3所示。

5.2中壓配電板調試

新增UNIT V中壓屏安裝到位后，對設備進行固定和接線，并按照系泊試驗大綱及設備廠家的試驗程序對UNITV中壓屏進行調試，主要內容如下：

（1）對UNITV中壓屏進行外觀檢驗，如油漆顏色、IP等級、螺栓鎖緊固定狀態、合適的接地以及外接電纜接線正確等，滿足相關文件中的技術要求;

（2）在所有中壓配電板上的開關處于斷開位置時，用直流500 V兆歐表測量匯流排對地的絕緣電阻值不小于1兆歐;

（3）對UNIT V中壓屏的保護繼電器進行欠壓、過流、短路等功能測試;

（4）檢查UNIT V中壓屏真空斷路器分/合可靠性。

在設備運行過程中，若無振動異常、無異味、無噪音，設備上的各個電氣元器件處于正常工作狀態，功能調試一切正常，就可以為脫硫系統提供正常配電服務。

6 結束語

隨著船載箱量的不斷提升，集裝箱船舶的動力系統和電力拖動系統的功率也不斷攀升。6 000TEU以上的超大型集裝箱船，主機功率上升至60 MW以上，發電機功率也高于4x2 800 kVA，傳統的440 V船舶電力系統已經不能滿足全船供電需求，因此6 600 V中壓供電系統成為了超大型集裝箱船舶的標準配置，安全使用6 600 V中壓電力供電系統，是船舶管理人員的一個新挑戰。

本文以19 000TEU集裝箱船為例，對原船中壓配電板板進行技術改造，所涉及的工程最少，改動工程量也降低到最小。通過本次實船改造項目，對中壓配電板改造涉及的技術要求、安裝及調試的注意事項，均有了比較深刻的認識，為后續類似改造項目提供了寶貴經驗。

參考文獻

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