混合式脱硫系统改装船水处理间单元模块化设计

秦亚峰,张文兵,魏伯明

(上海华润大东船务工程有限公司,上海 202155)

根据国际海事组织IMO通过的《废气清洗系统导则(2015)》(MEPC.259(68)决议)及MARPOL公约要求，于2020年1月1日起，全球区域船舶燃油硫含量的质量百分数不超过0.5%，或采用经认可的废气洗涤系统降低船舶动力装置排放的SOx，使之满足燃油硫含量的规定。各大航运公司主要有3种方式：①燃料前处理方式，即船舶直接采用符合规定的低硫油；②替代燃料方式，即使用天然气等清洁能源；③安装废气处理装置方式，即脱硫系统。

脱硫塔废气洗涤设备分为开式、闭式和混合式3种。开式模式采用海水作为洗涤液，不需要任何化学品，系统组成简单，不需要存储洗涤液和废液。闭式模式不受海水盐度和温度限制，可在全球海域航行，洗涤废液存储在废水舱中，不污染海洋[1]。混合模式兼具开式和闭式2种模式的优点，可灵活切换，安装后船舶可在全球海域航行。但是，混合模式系统组成较为复杂，初期安装成本高，系统维护成本高。

1 项目简介

德国某系列14 000 TEU超大型集装箱船是我公司承接的第1条混合式脱硫改装项目，该船系统复杂，合理制定施工工艺是项目改装成功的关键。该脱硫项目主要的改装工程包括以下几个方面。

1)烟囱整体换新，新烟囱内包含主、副2个脱硫塔，其中主脱硫塔负责主机及2台辅机的烟气处理，副脱硫塔负责另外2台辅机及燃油锅炉的烟气处理。

2)在7#货舱(邻机舱)第2层甲板新增脱硫塔洗涤水处理间(以下简称水处理间)，用于在闭式模式下处理脱硫塔产生的废水。

3)机舱右舷空舱改装为Mg(OH)2舱。

4)机舱左舷底部新增海底阀箱。

其中又以水处理间设备布置最为密集，如按常规所有设备船上安装，生产周期将极大延长，无法满足合同交船要求。

经过组织讨论研究，水处理间必须采用预制舱室单元模块(PMCU)设计[2]，通过设备单元的预舾装，加强生产技术管理，才可以大幅度节约改装周期。图1为水处理间单元模块船上吊装示意图。

图1 水处理间单元模块船上吊装示意图

2 水处理间单元模块设计

为了实现水处理间单元模块预制，我公司主要在以下几个方面做了设计创新。

2.1 吊装方案

水处理间位于7#货舱第2层甲板以上，分为上下2层，艏艉端壁、底部甲板利用原船结构，横截面为门字型，图2为水处理间横剖面示意图。

图2 水处理间横剖面示意图

由于分段结构形式不完整，底部缺失，无法完成预舾装。首先，需要增加底部公共基座；其次，需确保水处理间结构吊装安全。

公共基座距第2层甲板高度为500 mm，设计时充分考虑了结构强度、设备布置、管系及电缆支架、设备操作及维护空间、通道等因素，各专业平衡后确定最终方案。

公共基座上众多设备质量约40 t，吊装时必须与分段舱壁有效固定；通过公共基座延伸,与舱壁结构焊接，同时在竖直方向增加临时加强，将公共基座与甲板强横梁、纵桁等连接固定，临时加强工装图中应包含以上相关要求。

吊装安全是水处理间单元模块方案的重中之重，通过3D结构建模及有限元软件计算分析，校核水处理间分段整体吊装结构强度、变形情况等，编写有限元计算分析报告，并提交船东审核通过。图3为分段吊装综合应力云图，最大应力89.3 MPa,远低于材料屈服强度(235 MPa)，结构强度满足要求。

图3 分段吊装综合应力云图

2.2 管系设计

水处理间分段为上、下2层，其中，下层甲板设备安装在公共基座上，下层甲板主要设备包括：1#水循环单元2台热交换器(板冷)、2台急冷泵、3台吸收泵；2#水循环单元2台吸收泵、 1个供给模块以及设备配电板、脱硫控制柜等。海水管、玻璃纤维增强环氧树脂管(GRE)、SUS316不锈钢管布置密集，预舾装难度大，作业空间狭小。上层甲板布置有2#水循环单元1台热交换器、就地清洗(CIP)酸碱调节单元、过滤单元、浓缩池单元、废物柜、压滤机等，图4为水处理间3D模型。

图4 水处理间3D模型

为了满足单元模块预制的要求，生产设计应编制信息全面、完整及规范的托盘管理表，图纸上规定的组件，都必须体现。

管系生产设计采用Cadmatic软件3D建模，在设计公司提供的设备布置图基础上进行优化，再干涉检查。

管系实用手册应参考原船图纸，全面、准确、详细，相关的标准应协调一致，设计前获得船东认可，如垫片、支架、管夹、色标、铭牌以及表面处理标准等。所有GRE管路支架采用供货厂家的设计标准，尽量布置在公共基座上或甲板反面强结构上，以达到分段预装的要求。

管系生产设计应尽量在安装图上标出阀门遥控管、液位测量管等走向以及支架位置；各类开孔图上的各种要素尺寸要全面、清晰、合理，标出船体型材的测量基准线。应合理安排并尽可能减少调整管数量，泵、冷却器等的进出口尽量为放样管，合龙管放在其他合理位置，以便加快管路的定位安装及合龙。分段内调整管的安装，应在贯通件焊接后进行，水处理间舱柜内的注入、排出、测量等管路及吸口的安装高度要清楚地反映在安装图上，如吸口与防冲击板的距离要求为D/4～D/3(D为吸口管通径)等。

管系安装应有必要的安装要领，标出阀件的安装方向(注意相似阀件控制空气接口数量的区别)；管系设计应考虑阀件拆卸维护的需要，阀件进出口管必要时增加法兰。

管系设计还应充分考虑现场施工条件，与吊装临时加强干涉或者跨越分段合龙口的设备、管路、舾装件等，应提前摆放到位，并有效临时固定，如压滤机单元、配电板等。

2.3 舾装设计

铁舾件设计应注意与其他专业的协调，确保设备开启、维护的空间，如所有传感器位置应有直梯或平台等，方便人员操作；舾装平台的安装阶段应充分考虑其他专业的施工需要，不宜过早，以免引起返工。

2.4 电气设计

水处理间布置有配电板，电缆支架原先布置在公共基座下方，容易与结构干涉；而且公共基座高度仅500 mm，电缆敷设难度大，最小弯曲半径难以保证。经实船勘验，优化了电缆布置,将水处理间公共基座所安装设备电缆支架下降，改为布置在原船第2层甲板反顶，空间足够，极大的减轻了施工强度，避免了狭小空间作业。

3 结束语

水处理间通过采用单元模块化设计，成功实现了整体吊装上船，预舾装完整性较高，优化了生产管理，确保14 000 TEU系列混合式脱硫改装项目按期交付。目前，混合式船舶脱硫系统改装市场发展前景较好，相对开式脱硫系统而言，单船产值较大；科学合理的制定施工方案，采用单元模块技术预制水处理间分段，可以有效的缩短改装周期，为企业创造良好的经济效益。