19000 TEU集装箱船加装脱硫系统的中压配电系统改造

何守安 袁姗 张鹏 谭凉 何苏婷

摘要：以某19 000TEU集装箱船加装混合式脱硫装置为对象，研究如何对中压配电系统进行技术改造。根据加装脱硫装置改造电力负荷分析，加装混合式脱硫装置用电设备多，用电负荷需求大，需要对原船中压配电板进行加屏改造，以满足加装脱硫装置用电负荷需求。

关键词：集装箱船;6.6 kV配电板;EGCS;混合式

中图分类号：U665.14

文献标识码：A

1 前言

根据2016年10月27日IMO在MEPC70大会正式决定，2020年1月1日起强制推行全球0.5%（m/m）燃油硫含量标准，在ECA2015年开始实施0.1% （m/m）燃油硫含量标准。

DNV-GL预计，2020年全球将有7万艘船舶受到硫排放限制，原油价格可能升至70美元/桶，MGO价格预计将超过1 000美元/t，届时低硫油与HFO的差价将扩大至每吨400美元。如果油价达预测水平，船舶更换低硫油的成本将每年多支出800万美元，为了降低运行成本，船舶加装脱硫装置将成为一种趋势。

CE Delft公司研究成果：到2020年时，全球约有3 800艘船舶可能会选择安装脱硫装置而继续使用重油;多个船级社如CCS，DNV-GL等则预测脱硫改装市场将在2017 - 2020年出现井喷式增长。随着法规在全球范围内正式实施，全球船舶燃料脱硫改造的市场也越来越大。

目前，符合SOX排放的控制方案主要有三种：低硫燃油（ LSPO）、废气清洗系统（ECCS）和LNG燃料。经有关单位对这三种控制方案分析结果：EGCS方案较LSPO及LNG方案燃料成本减少约27%，为了降低船舶运行成本，船舶加装脱硫装置将大势所趋。

本文以某19 000TEU集装箱船加装混合式脱硫装置为例，研究如何对原船中压配电板进行技术改造，以满足船舶改装需求。

2 原船中压配电系统简介

2.1 配电系统

原船配置四台主发电机为船舶正常运行提供配电，发电机为6.6 kV 60 Hz中压发电机，两台4 300 kW发电机，两台3 800 kW发电机。中压发电机通过中压配电板给船上各个配电系统以及配电设备提供用电。配电系统单线图见图1所示。

2.2 配电板

原船中压配电板无预留备用屏，无法直接利用原船中压配电板进行改造来满足加装混合式脱硫装置用电负荷需求。原船中压配电板靠近船尾布置2号首侧推中压屏，靠近船首布置遥控输入/输出屏，如图2所示。3加装混合式脱硫装置

脱硫装置按照系统原理，一般可分为干式和湿式两种。

3.1 干式脱硫装置

干式脱硫装置不需要复杂的管系、泵等设备，安装简单，主要由以下几部分构成：

（1）脱硫单元（吸收器）

布置在废热回收系统和SCR系统之前。

（2）碱性物质供应装置

包括颗粒状供应筒仓和螺旋输送机，分别布置在吸收器的顶部和底部。气动输送系统可以是颗粒物，在船舶和岸上存储设施之间运输。

（3）控制和监视系统

使用过的颗粒物和相关的废弃颗粒物的去除都是自动的，可以是连续的，也可以是间歇性的，以确保新鲜颗粒物在重力作用下流入吸收器中的量。

3.2 湿式脱硫装置

湿式脱硫装置分为两类：开式系统，闭式系统。

（1）开式系统

开式系统一般使用海水作为直接喷淋的水，因为海水是天然的弱碱性，可中和酸性。反应完后的水经过处理后可存储起来或直接排人海中，并由新的海水进入下一轮中和酸性反应。

（2）闭式系统

闭式系统不使用海水，而是通过在循环的水中添加碱性物质，从而达到维持反应所需的水呈碱性的状态。反应后的水通过处理装置进行分离，将污泥和水分开，从而参与下一轮中和酸性反应。

混合式洗涤器实际上具有上述两套系统，可以控制使用哪种系统。在海水等碱性水中时，以开式系统的方式进行运行，从而节约碱性物质，降低成本;而在淡水等中性水中，通过添加碱性物质到水中进行反应，从而进行闭式循环。

本船脱硫系统为混合式脱硫装置：采用三个脱硫塔，主机使用主塔，两台辅机使用一号辅塔，两台辅机和一台锅炉使用二号辅塔。主塔使用四台800 m3/h的海水泵、四台350 m3/h的洗涤水泵;一号辅塔使用一台700 m3/h的海水泵、一台550 m3/h的洗涤水泵;二号辅塔使用一台700 m3/h的海水泵、一台550 m3/h的洗涤水泵。整个系统配套安装相应的VFD控制箱、辅助设备设施以及整套脱硫塔控制系统。控制系统主要包括主控箱、阀控箱、气体检测单元、水质监测单元、水质处理单元等主要设备。

新加装的脱硫装置用电设备数量较多，需要新增配套相当数量的断路器;而且整个脱硫系统在闭式模式下用电总负荷也较大，原船的主变压器以及冷藏箱变压器容量裕度不足，需要对原船配电系统进行技术改造，以满足船舶改装需求。

4 中压配电系统改造设计注意事项

4.1中压配电板布置

由于原船为6.6 kV配电板，规范对于中压配电系统的要求比低压配电板更加严格，结合该集装箱船中压配电改造，对于中压配电板改造设备和布置需要注意如下問题：

（1）改造后的中压配电板如何与原船配电板对挠

（2）改造后的中压配电板如何泄压，泄压通道如何与原配电板对接;

（3）改造后的中压配电板布置位置以及设备维护空间要求;

（4）改造后中压配电板跟原船旧设备的干涉;

（5）改造后中压配电板如何进舱。4.2中压配电板改造

该船人籍DNV-CL，中压配电板改造需满足DNV-CL相关规范要求，且需要按照船级社规范Chapter3-section l-2.13 Table 3的要求，提供除了对低压配电板要求以外的中压配电板相关资料文件，包括：E160 -内部弧承受测试报告;2252 -制造商测试程序;2262一制造商测试报告等。

根据对2262的要求，中压配电板除取得船用产品证书外，还需同时提交型式测试报告，主要有：

（1）包括辅助回路工频电压试验在内的验证设备绝缘水平的试验;

（2）设备所有部件的温升试验和回路电阻测试;

（3）主回路和接地回路承受额定峰值和短时耐受电流能力的试验;

（4）所含开关装置的开断和关合能力的试验;

（5）所含开关装置和可移开部件满意操作的试验

（6）对人员触及危险部件的防护和设备对周围外物的防护试验;

（7）出现危险电气效应时对人员防护的试验;

（8）充气隔室的强度试验;

（9）充气和充液隔室的密封性试验;

（10）触及内部故障引起的电弧效应试验;

（11）电磁兼容性试验;

（12）设备对气候引起的外部效應的防护试验;

（13）设备对机械冲击的防护试验;

（14）通过局部放电评估设备绝缘的试验;

（15）人工污秽试验;

（16）电缆试验回路的绝缘试验。

5 中压配电系统改造方案

5.1中压配电板改造

根据实船勘验中压配电板实际情况，结合原船配电板资料、船级社以及船东意见，中压配电板具体改造方案如下：

（1）加装混合式脱硫装置，增加UNITV中压屏作为脱硫电力系统供电屏;新增中压屏布置在中压配电板间，位置在原船中压配电板右侧;新增UNIT V中压屏与原船中压配电板通过母排连接，原船泄压通道与新增中压屏对接，保证泄压系统完整性;

（2）中压配电板改造后，原6.6 kV中压配电板上的配电系统单线图对应修改，修改后的配电系统单线图见图3所示。

5.2中压配电板调试

新增UNIT V中压屏安装到位后，对设备进行固定和接线，并按照系泊试验大纲及设备厂家的试验程序对UNITV中压屏进行调试，主要内容如下：

（1）对UNITV中压屏进行外观检验，如油漆颜色、IP等级、螺栓锁紧固定状态、合适的接地以及外接电缆接线正确等，满足相关文件中的技术要求;

（2）在所有中压配电板上的开关处于断开位置时，用直流500 V兆欧表测量汇流排对地的绝缘电阻值不小于1兆欧;

（3）对UNIT V中压屏的保护继电器进行欠压、过流、短路等功能测试;

（4）检查UNIT V中压屏真空断路器分/合可靠性。

在设备运行过程中，若无振动异常、无异味、无噪音，设备上的各个电气元器件处于正常工作状态，功能调试一切正常，就可以为脱硫系统提供正常配电服务。

6 结束语

随着船载箱量的不断提升，集装箱船舶的动力系统和电力拖动系统的功率也不断攀升。6 000TEU以上的超大型集装箱船，主机功率上升至60 MW以上，发电机功率也高于4x2 800 kVA，传统的440 V船舶电力系统已经不能满足全船供电需求，因此6 600 V中压供电系统成为了超大型集装箱船舶的标准配置，安全使用6 600 V中压电力供电系统，是船舶管理人员的一个新挑战。

本文以19 000TEU集装箱船为例，对原船中压配电板板进行技术改造，所涉及的工程最少，改动工程量也降低到最小。通过本次实船改造项目，对中压配电板改造涉及的技术要求、安装及调试的注意事项，均有了比较深刻的认识，为后续类似改造项目提供了宝贵经验。

参考文献

[1]DNVGRULES FOR CLAS SIFICATION：SHIPS[S].DET NORSKE VERITASCROUP.2018.

[2] IEC 62271-200.HIC.H-VOLTACE SWITCHC.EAR AND CONTROLC.EAR-PART 200[S] INTERNA7IONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION.2011.