应对低硫燃油新规范的船舶技术方案

高洁 李光楠

摘 要：文章参考各船级社和公约规范要求，结合市场上低硫燃油处理方法，介绍满足SOx排放要求的处理排放系统的技术要点和安装运行情况。

关键词：低硫燃油；船舶改装；规范要求；废气排放

1 概述

随着人类环保意识的加强，环境污染问题已经被高度重视，船舶燃烧的油料中的含硫量过高，会引起金属设备和环境污染，因此国际海事组织的相关规定也对船舶燃烧设备的SOx排放控制进行了新的规范和要求。

2 低硫燃油及使用的介绍

首先，我们来介绍一下船舶柴油机可燃烧的油料。一般我们在没有排放要求的海域燃烧的是重油即HFO，他的粘度高，成本低，但是含硫量高达4.5%，燃烧后的SOx污染严重。在大部分有含硫量限制的港口，船舶一般燃烧柴油即MDO，他的粘度低，硫含量为1.5%，比较纯净。在专属经济区如夏威夷、澳洲、珠海、长江海域等200海里内，船舶须燃烧低硫燃油即L.S.HFO，硫含量为3.5%，成本高于HFO。在SOx严格控制排放区域，如欧盟港口，船舶必须燃烧船用轻柴油即MGO，他的硫含量仅为0.1%，但是粘度极低，只有1.4cSt～6cSt，在使用时可以控制油料温度来调整粘度。低硫油的闪点极低，相对其他燃油很危险，所以在设计时需要考虑相应管路应避开高温区域。低硫油成本在四种燃油中属于最高，所以船舶运营商在考虑选用柴油机和锅炉时，油料消耗问题会特别关注。

鉴于以上油料的特性，只有低硫油MGO可满足越来越高的废气排放要求。在柴油机燃烧低硫油时应注意以下几点：（1）根据SOLAS要求，机舱A类处所不允许含有闪点低于60℃的燃油。所以在机舱A类处所低硫油需进行冷却处理或者加入添加剂。（2）由于MGO粘度和润滑性极低，燃油泵可能无法建立油膜而损伤设备或者加速磨损等不良现象，因此，MAN公司规定低速机燃油进机前最小粘度为2cSt，高速机燃油进机前粘度为1.5cSt。（油料的粘度可通过温度的高低而调整）在系统中增加冷却设备并安装系统高温报警设备，防止冷却系统异常故障导致整个系统无法工作。在油料进机前单独设立低粘度的低硫油输送泵，防止燃油输送泵不必要的磨损。（3）船舶辅助设备的选用需适合低硫油燃烧的特性，尤其是法兰、仪表、弯头等管系附件。（4）低硫油舱的容积需满足规范要求，并且如不在A类处所，必须有一个纵向舱壁与机舱边界连接，而且要避开加热盘管。（5）根据全球各海域要求不同，船舶为了燃油经济性，需进行燃油转换。在转换时，由于各油料的特性不同，必须考虑油料的融合性。通常规定重油HFO-低硫重油L.S.HFO-柴油MDO-低硫油MGO。在此混油过程中，每分钟油温升降不得超过2℃。船舶必须编制燃油转换程序和使用须知，并纳入船上安全管理体系中，按此执行。（6）如船舶长期使用低硫油，需要将柴油机的汽缸油换为低碱值油品（TBN40），否则会导致缸套与活塞之间产生过多的沉淀物，对机器造成损伤。所以，在船舶设计时需设立两个汽缸油日用舱，分别用于储存高碱值和低碱值汽缸油。（7）低硫油的密度和发热值比较低，燃烧后产生的功率低，会导致柴油机的启动困难，影响船舶整体操纵性。由于低硫油中的芳香烃含量较高，会导致柴油机排烟温度升高。因此，机舱内必须制定加强运行监控的措施和应急预案。（8）锅炉系统一般有单独的燃油泵连接至燃烧器，根据规范要求，锅炉需增加单独的低硫油管系及泵组、流量计、压力表和控制液压元件等。另外在炉膛内燃烧低硫油时，火焰的强度、亮度等状态与之前燃烧不一致，可能导致火焰检测装置对燃烧情况产生误测，并进行切油、停炉等动作。所以，在选用锅炉燃烧器的时候需要选择适用于低硫油燃烧的燃烧器和与其匹配的火焰探测器。

3 船舶结构和设备的技术方案和检验

3.1 船舶结构

由于低硫油闪点比较低，需要增加单独的低硫油储存舱，并设立空舱与重油储存舱等高温结构隔绝，靠近温度较低的柴油储存舱，同时取消柴油澄清舱。

3.2 船舶设备

根据以上MAN要求，船用低速柴油机MGO进机粘度必须高于2cSt，那么低硫油需要被冷却到22℃以下才能达到要求，船上的海水（25℃）和淡水（36℃）冷却均无法达到该要求，因此我们加入CHILLER冷却单元。CHILLER单元采用的是工业制冷循环方法。主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、预冷却器、水泵、冷却水柜和各检测仪表等组件组成，在蒸发器中使用氟利昂（R404A）和淡水进行热交换冷却淡水，冷却后的淡水进入CHILLER单元的板式冷却器与低硫油完成热交换，冷却低硫油，使其达到使用要求。预冷却器通常连接在低硫油日用舱出口，可提前冷却低硫油增加MGO粘度，并且减少低硫油循环时的升温。CHILLER单元通常布置在临近主机开口出的同一层平台的相邻位置，预冷却器布置在低硫油日用舱附近。锅炉系统上需增加低硫油供给泵，并给予相应的换油电气控制系统。

3.3 船舶管系

由于增加MGO油料以及设备，船舶管系也需增加和修改相应系统。在供油单元出口处增加三通阀以实现MDO＼MGO的互相转换，并增加蒸汽调节阀来控制蒸汽供给。在燃油输送系统中，增加MGO加油站至储存舱的管路、储存舱分别至柴油输送泵和燃油分油机的管路。在燃油净化系统中增加燃油分油机至低硫油日用舱的进油以及回油管路。另外，相应的淡水系统也需要修改，增加中央冷却水至CHILLER压缩机、冷凝器和预冷却器的管路，技术水压力柜至CHILLER水柜的管路。

3.4 船舶检验

如船舶根据新的规范要求进行了改装，增加了低硫油处理设备修改了相应的管系，根据SOLAS和MAPOL公约，需申请入级船级社进行上船检验，检验项目包括：船级社的审图部门审核满足船级社和公约的要求并且按图施工；为推进及主系统供油的两个油舱容量必须能供船舶推进装置最大持续功率以及发电机装置在海上正常负荷下工作至少8小时。检验后，需完成以下文件并保留在船上：船舶评估报告；改造方案；设备操作手册；低硫油转换程序；航海日志和轮机日志；船级社签发的检验报告和证明文件等。

另外需要特别提醒，根据2010年1月1日生效的《欧盟关于停泊欧盟港口船舶安全实施使用低硫燃油的建议案》（COMMISSION RECOMMEN-DATION of 21 December 2009 on the safe implementation of the use of low sulphur fuel by the ships at berth in Community ports），在欧盟港口停靠的船舶如果被查出不满足低硫油的相关规定，将审查能否提供可以证明船舶已经满足该要求而做了相应准备的证据，比如已经签订的改造合同、经船级社认可的改造方案等。

4 结束语

目前正值世界船舶制造业的高峰期，新出台的废气排放控制规范在一段时间内给各大船舶运营商、船厂以及设计公司出了一个难题，如何在短时间内不影响船舶的建造和航行使用并且符合废气排放控制规范进行相应的修改，对大家来说都至关重要。文章详细解析了在船舶改装时的注意事项和设计要点，并阐述了各规范要求、油料的处理方法以及设备的设计、布置和安装问题，希望能给国内外各造船厂、船舶运营商以及设计公司提供有力的技术支持。相信随着人们对环保意识的逐渐加强，排放要求也会越来越高，市场上主流的油料处理技术会逐渐被推广使用并形成具有规模性的生產模式，为船舶的环保型提供更广阔的前景。

参考文献

[1]罗思殿.船舶维修技术使用手册[M].吉林科学技术出版社，2005.

[2]孙培廷，李斌.船舶柴油机[M].大连海事大学出版社，2002.

[3]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].国防工业出版社，1996.

[4]英国劳氏船级社技术服务通函[Z].2014，3.