船舶“I”型洗涤脱硫塔-锥帽改装分析

船舶“ I”型洗涤脱硫塔 -锥帽改装分析

杨福东，商福文

青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东青岛 266101

摘要：船舶主流开环洗涤脱硫塔主要有“U”型脱硫塔与“I”型脱硫塔两种形式，“I”型脱硫塔需格外注重海水倒灌至烟气管路引发的安全问题，则其挡水锥帽为重中之重。本文主要结合某厂家“I”型脱硫塔锥帽在实际应用中面临的风险，并依托现场试验与近一年实船改装应用状况进行分析评估。

关键词：“I”型脱硫塔；烟气混合；海水倒灌；锥帽

引言：国际海事组织海上环境保护委员会第70届会议决定自2020年1月1日起在全球范围内实施船用燃油含量不超过0.50% m/m的规定，并出台了相关的《国际防止船舶造成污染公约》修正案、导则和通函等。船舶运营商当前面临三中选择，一种是加装低硫油，但运营成本高、润滑性较差、粘度较低等缺点；一种是使用液化天然气为替代燃料；相比之下另一种加装废气清洗系统成为了大多数运营商的优先选择方案，随着越来越多的船舶增设脱硫系统，一些初始设计缺陷也很快暴露了出来。

一、船舶开环废气喷淋脱硫塔表现形式及其原理分析

船舶废气系统主要作用于船舶柴油机排出的废气进行脱硫处理，以降低烟气中的SO_x含量。开环废气洗涤系统是采用海水法，借助碱性海水来中和废气中的SO_x进行脱硫，完成烟气清洗后将洗涤水直接排入海中。当前主流开环洗涤脱硫塔表现形式主要有以下两种：

1. “U”型脱硫塔

该脱硫塔分为主塔和副塔，烟气通过副塔顶部进入塔内，经过预喷淋清洗并降温，烟气继续向下流动，在主脱硫塔侧下方进入塔内继而向上经过主喷淋清洗排出。主喷淋水与预喷淋水汇集到主脱硫塔底部在重力作用下排出舷外。该脱硫塔无需考虑喷淋海水倒灌进柴油机烟气管道问题，相对安全性更高，但其直径相对大，高度小，所占空间较大，洗涤水量相对较小。

图 1 - 1

2.“I”型脱硫塔

该脱硫塔只有主塔，烟气通过脱硫塔底部烟气混合管进入塔内，烟气向上经过清洗喷淋后直接排出。喷淋水在落到锥帽后，汇集到脱硫塔中部集水槽或底部集水槽再在重力作用下排出舷外。“I”型脱硫塔直径较小，高度相对高，洗涤水用量大，所占面积较小，改装费用较低，但有喷淋水溢流到烟气管路的风险。

图 1 - 2

二、某厂家“I”型脱硫塔实船故障分析

2.1背景及状况判断

该加装“I”型脱硫塔船舶在锚地锚泊期间（主机停止运行、仅两台发电机与脱硫塔处于运行状态），发现脱硫塔内部有海水流至废气经济器。经检查（如图2-1图2-2所示），脱硫塔烟气混合管底部有大量积水且锥帽管口有积盐和水痕，可以断定海水是从锥帽处进入烟气混合管。若积水继续增多，必然会导致海水倒灌进入柴油机排气管路，进而影响航行安全。

图 2 - 1 图 2 - 2

分析认为，由于锥帽设计缺陷，导致部分喷淋水落下后经锥帽顺势流入了烟气混合管。当主机运行时，高温、高流速的废气将进入烟气混合管的海水直接蒸发或吹出，只在锥帽处形成积盐并未造成海水积聚，所以未能在系统测试时及时发现；当主机停止运行仅发电机运行期间，柴油机排放的废气量大幅度减少，进入烟气管的海水无法被完全蒸发或吹出从而落入了烟气混合管底部形成大量积水。所以锥帽整改是整个废气清洗系统的重点所在。

2.2锥帽改装方案与简易试验

锥帽分为上下两个部分组成（如图2-3所示），故障现场检查过程中，在上、下部锥帽边缘处发现积盐痕迹，判断其原因可能是其底部是锥形结构且外部边缘没有挡水沿过度，落在顶部的海水可在重力作用下沿锥形结构滑落至烟气管内部（如图2-3所示）。

图 2 - 3（箭头表示海水）

为了进一步验证假设，通过简易模型实验帮助分析（如图2-4，将实际脱硫塔与喷嘴等同比例缩小，在其外沿外侧增加挡水沿，避免外沿直接与底部锥形结构直接相连）。试验中发现更多的海水是落到下部锥帽后飞溅而起，通过上部锥帽与下部锥帽的间隙溅入到烟气混合管中（如图2-4示意）。当将上部锥帽与下部锥帽之间的烟气口封闭后，再无洗涤水进入烟气混合管中。

图 2 - 4（箭头表示海水）

2.3 锥帽修改方案确定

为防止喷淋水落在下锥帽后，从上下锥帽缺口飞溅进入烟气混合管内部，同时考虑不影响废气正常排出、减少压损，最终方案于上下锥帽之间采用双层挡板结构（如图2-5所示）。标号1为内圈挡板，以挡住溅入的喷淋水进入烟气管；标号2为外圈挡板，上部密封避免喷淋水从上部溅入，下部开孔使废气可以正常从锥帽处排出且底部留有泄放槽使溅入外挡板的水可以顺着下锥帽流出。下部锥帽采用延伸外沿设计，避免喷淋水沿着锥形结构滴落至烟气管内部。

图 2 - 5

三、材料准备与实船改装测试。

改装物料采用1.4592材质，分段制备运输以避免形变并方便安装。焊接工艺采用氩弧焊焊接并使用钝化膏进行钝化处理。如图3-1所示，第一项改装物料准备；第二项内圈档板安装并钝化；第三项外圈挡板与锥帽外沿安装与钝化。

图 3 - 1

改装完成后，实船运行测试1小时后打开人孔检查未发生喷淋水流入废气经济器，未在烟气混合管底部发生海水积聚且在锥帽内部未发现盐渍或水痕。为确保航行安全，改装后船舶每3-7天检查报告脱硫塔运行状况与洗涤水工作状况，一年内未发生海水倒灌，证实改装设计安全有效。

图 3 - 2 经济器内部无海水泄露

四、结语

在低硫政策实行背景下，越来越多船舶运营商选择加装废气清洗系统进行脱硫塔改造设计，以达到有效降低船舶废气的硫含量、节约运营成本的目的。在脱硫塔形式选择方面，需结合船舶自身特点选择适合的脱硫塔类型。选择“I”型洗涤脱硫塔的船舶需格外注重测试锥帽挡水分流功能，以防止发生洗涤水进入烟气混合管而倒灌进入柴油机排气管路影响航行安全的风险。

参考文献：

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