船舶加裝脫硫塔相關電氣工程設計

孟憲昊

(江南造船(集團)有限責任公司，上海 201913)

0 引 言

當前船舶使用低硫燃油的優勢是可靠性強，不過后期燃油和運營成本較高，其黏度較低，設備燃燒性能不強，因此有必要利用船舶改造，增加廢氣清洗系統(Exhaust Gas Cleaning System，EGCS)，完成脫硫塔加裝。通過解析脫硫塔加裝項目電氣工程設計環節，拓展輔助系統，完成電氣接口對接，依托電纜路徑和電源配電等方面對電氣工程設計工作提供指導。

1 脫硫塔類型和工藝原理

煙氣脫硫包含濕法和干法兩種。干法脫硫塔依托狀態處理產物，完成脫硫吸收。煙氣進入脫硫塔與脫硫劑相互混合，確保脫硫產物處于干狀模式。該方法可避免設備腐蝕，但脫硫率不高，反應速度較小。濕法脫硫塔是指煙氣借助堿性溶液洗滌生成硫酸鹽，完成高效脫硫，但對設備要求較高。脫硫塔結合工作原理可分為開環系統、閉環系統和混合系統。開環系統主要利用海水法完成脫硫，在脫硫塔中海水通過噴淋與煙氣充分混合，將硫氧化物(SOx)與海水中和排出，其優勢是可就地取材，無須增加化學試劑，且穩定性強[1]。但若海水溫度高、堿度低，則較易使脫硫設備失效。閉環系統為堿液模式，將淡水和強堿物質NaOH混合，構成堿性溶液，可加強對淡水的循環使用，降低殘液排放量。混合系統將開環脫硫塔與閉環脫硫塔混合，繼承二者優點，可靈活切換；但其控制與組成更加復雜，成本更高。從結構型式上講，船舶脫硫塔一般分為單塔結構型式(I型和U型)和雙塔結構型式[2]，如圖1～圖3所示。

圖1 單塔結構型式(I型)

圖2 單塔結構型式(U型)

圖3 雙塔結構型式

2 船舶加裝脫硫塔相關電氣工程設計分析

2.1 電源配電

加裝脫硫塔應結合船舶原電力系統容量增加設備電源，設備類型包含藥劑泵、主控制柜電源、海水泵電源、海生物生長預防系統(Marine Growth Preventing System，MGPS)電源、循環系統泵、閥控設備和新增風機，其中：MGPS電源和閥控設備應使用電力分電箱中的備用開關；新增風機、主控制柜電源、海水泵電源、循環系統泵和藥劑泵等設備可選擇主配電板中的備用開關。若系統容量無法滿足供電需求，應結合具體情況進行工程設計。若電力系統的實際容量較低，則應依據具體電力負荷和發電機容量選擇配電設計方案：(1)由于初始發電機組可契合系統電力需求，因此建議在配電板上增加供電開關，或增加配電屏連接配電板；(2)初始發電機組的容量較低，可適當增加發電機和配電板，滿足船舶電力供應需求。

2.2 電纜配置

(1)選擇電纜型號

在配置脫硫塔電源后，應結合其額定功率科學選擇電纜型號。例如，在選擇通信線纜時，借助通信線纜傳遞的信號類型分析電纜屏蔽模式，且電纜需要獲取認可證書。在選擇電纜型號后，應分析電纜載流量和設備額定功率對照表，確保所選的電纜可滿足設備持續工作所形成的電流，降低短時耐受電流的沖擊作用，契合設備運行環境的實際溫度變化。

(2)路徑設置

在選擇電纜型號后，應制訂電纜敷設方案，加強電氣工程成本控制。在電纜敷設工程設計階段，最優選擇不一定是最短路徑方案，因此在工程設計階段電纜拉放時，應繞過船體的管道、墻結構、高溫區域和設備維護空間。在針對水密艙壁和防火艙壁建設系統時，應加強開孔強補和防水防火封堵，依據電纜具體拉放狀態選擇最低路徑[3]，因此應降低電纜敷設總長度，減少電能的實際運輸損耗，節省成本。電纜長度越短則傳輸的信號衰減性越低。船舶網絡電纜長度應小于100 m，并結合局域網的實際共享需求，依據電纜最低彎曲半徑科學設計電纜轉彎位置，防止電纜出現機械損傷情況。由于電纜路徑規劃屬于綜合類作業，因此在規劃敷設路徑時應規避船體，加強設備維護，結合實際情況選擇最佳路徑，滿足船舶運行安全要求。

2.3 接口設置

在完成加裝脫硫塔后，應借助船舶報警與監測系統(Alarm and Monitoring System，AMS)監測脫硫塔的實際運行情況，顯示脫硫塔運行狀態、報警和啟動詢問等信息，結合鍋爐、輔機和主機系統信息確保脫硫塔高速運行。依據設計過程協調多種設備接口，加強設備的科學對接。在加裝脫硫塔時，應結合新增系統集成配套模式完成確認。例如：在海水泵與系統融合時，應增加MGPS系統和海水進口濾器：若脫硫塔增加排水舷口和海水進口，則應設置手搖泵。由于廠商不同，因此設計的脫硫塔系統集成度和系統需求具有差異性，在電氣工程設計階段應結合主系統實際情況選擇輔助系統，完成功率配比，加強供電規劃設計。

脫硫塔屬于新加裝設備，在完成加裝后仍屬于系統有機組成結構，在船舶運行階段需要借助AMS系統功能顯示脫硫塔模式。例如，監控內容如下：1號和2號脫硫塔啟動詢問；1號和2號脫硫塔運行模式；報警過程；等等。脫硫塔可在系統內獲得船舶狀態信息，例如主機運行模式、鍋爐運行模式和輔機運行情況等。借助系統功能接口可在設計階段協調并考慮設備廠商對接情況，接口類型包含廢棄的閥控接口、全球定位系統(GPS)接口和互聯網接口。通信接口劃分為串口信號和干觸點信號，由于不同脫硫塔和船型設備廠家對接口要求具有差異性，因此項目設計接口數量具有差異性。在設計階段應科學核查廠家資料，羅列接口清單，確保接口類型統一。例如，確定接口信號相同，明確傳送協議，獲取相同的解碼信息和內容。若條件允許，則應留置備用接口，優化故障切換和接口升級模式。

2.4 輔助系統

設置脫硫塔輔助系統需要結合其集成度進行確認，若加裝的脫硫塔系統包含密封風機，則在加裝設計階段應向風機提供電源。若缺少集成密封風機則需完成功率配比、加強風機選型采購，實現供電系統安裝。若新增脫硫塔需要的電源電制與當前電源電制不契合，可借助變壓器契合脫硫塔的實際用電需求。例如：原有船舶無GPS接口提供給脫硫塔，則應新增GPS接口；若脫硫塔的主控柜無輔機排氣閥單元，則應增加閥控系統。由于廠商不同，因此脫硫塔配置的輔助系統具有差異性，在電氣工程設計階段應核查系統實際需求，加強對輔助系統的電氣工程設計。

2.5 拓展部分

由于系統工作原理具有差異性，因此脫硫塔包含閉環、開環和混合等模式，混合脫硫塔自身完整度較高，可達成零排放目標，但其存在投入成本高和空間占比大的情況。當前船舶普遍使用開環脫硫塔，在加裝階段留置拓展口，并在電氣工程設計方面增加電纜通道和配電系統裕量，在冷卻系統和藥劑泵等結構完成電纜敷設和配電容量。當前排放要求較高，因此大部分脫硫塔需要加裝閉環脫硫塔，并在其中留置零排放拓展口。在加裝脫硫塔時，應結合成本需求配置電纜通道和配電系統，增加電氣工程設計的實際裕量，為后續增設存儲泵、循環系統泵、藥劑泵、冷卻系統和水處理單元留置電纜路徑和配電容量。

3 結 語

在低硫政策背景下，需要對船舶進行完整的加裝脫硫塔電氣工程設計，可科學減少船用燃油中的硫的質量分數，節省脫硫成本，使其滿足國際船舶的實際排放標準。因此，加裝脫硫塔電氣工程設計應科學規劃電纜敷設和電源配置，加強對輔助系統和接口的設計處理，提升電氣工程設計裕量，優化脫硫過程，促進船舶行業持續發展。