液货船惰性气体系统炉灰入海污染的原因及解决措施

徐昊宇，周保林（八所海事局，海南 东方 572601）

一、引言

在油船、液货船、液化气船等船舶的营运过程中，为了保证船舶及货物安全，必须对货舱内的货物、货舱周围系统进行充惰保护以及对液化气船的气体进行充惰置换等操作。液货船充注惰性气体目的是防止在装卸货及运输过程中可燃气体发生火灾或爆炸。由于经济及船舶结构强度等方面的要求，大部分液货船及全部原油船均采用烟道气式惰性气体发生装置。此种惰性气体经过洗涤塔洗涤后，洗涤塔内循环海水会含有污染物质，在极端情况下还会有明显的黑色油状物质。因此，为有效防止液货船洗涤塔循环海水违规排出造成海洋污染，结合相关案例，从海事监管、船公司运营两方面阐述解决办法，防止发生此类污染和在发生炉灰入海污染的时候能够紧急处置，避免更大的污染发生，并能够及时妥善处理。

二、惰性气体系统结构及原理

烟道气式惰性气体系统（见图1）是利用燃油在锅炉内燃烧消耗掉空气中的氧气，从而获得含氧量比较低的氮气、二氧化碳、水蒸气等混合气，将其送入洗涤塔进行冷却、脱硫、除尘，再经除湿器除掉混合气中的水份，清洁干燥的气体被风机吸排后经甲板水封装置送入惰气主管，然后进入大舱[1]。根据国际海事组织的规定，货舱内的含氧量不能超过8%，只要保证锅炉的排气含氧量在5%以下，基本可以满足要求[2]。根据不同锅炉的设计，燃烧室的反应空间各有不同，从惰性气体生产的角度，氧含量越低，后续的气封会更具安全性。

图1 烟道气式惰性气体系统[3]

三、惰性气体系统产生污染的原理

锅炉燃烧产生的锅炉废气经过洗涤塔及甲板水封处理后进入大舱除气，在洗涤塔内的处理过程是简单的冷却、除尘等。锅炉的废气是由锅炉燃烧产生的，当燃烧不充分时，废气经过洗涤塔内海水的处理后，其中的固体杂质和其他不溶于水的非气体物质会随海水一起流入大海。根据燃油燃烧的原理及船用燃料油的理化性质可知，在锅炉废气中可能存在的物质有：氮氧化合物、碳氢化合物（包括二氧化碳、一氧化碳）、含硫化合物等有机物、无机物、燃烧不充分的船用油类（或热解后产生的烃类物质）和炭黑等物质。这些物质经过洗涤塔处理后，其中的炭黑和未充分燃烧的油类随洗涤水入海后，会造成明显的水域污染（如图2所示）。

图2 某轮炉灰入海

四、发生不充分燃烧的原因

锅炉内燃油发生不充分燃烧可产生污染，燃油不充分燃烧具体有以下3方面原因：

（一）锅炉风门波动导致供氧不足

风量的控制是一个闭环负反馈控制系统，影响风量稳定性的因素主要有3个方面：一是风量能否准确的测量，即差压变送器测量的准确性，若风量测量不准，会导致风门波动。二是执行单元能否准确地执行要求的风门开度，若执行单元不能准确执行风门开度，会导致波动。三是锅炉CPU能否提供准确及时的控制信号，若CPU不能提供准确的控制信号，会导致风门波动。

在实际检查中，发生过由于风门控制故障或者精度不够，导致燃烧室内风油比超出锅炉设计，则燃烧不充分，致使炭黑入海造成污染。

（二）锅炉内的油泥或炭黑堵住锅炉出气口

锅炉燃烧产生的油泥，当数量过多时，可能会将锅炉的出气口堵死。此种情况下，由于锅炉内气体无法排出，导致炉内压力过大，即使风门的控制精确，能随时调整符合设计要求的开度，新鲜空气也无法进入炉腔，导致锅炉内的燃油燃烧不充分。

（三）锅炉内的油泥或炭黑堵塞烟火控制板

锅炉内有一烟火控制板，作用是防止从锅炉内吹出的废气中夹带火星（如图3所示）。锅炉内燃烧产生的炭黑过多时，可能堵塞烟火控制板，导致气体经过烟火控制板后通量下降，造成锅炉内气体压力过大，新鲜空气无法顺利进入锅炉，使得燃烧不充分。

图3 锅炉内部构造示意图

五、污染物归类分析

《船舶水污染物排放控制标准》（GB 3552—2018）的相关定义为：含油污水是指船舶运营中产生的含有原油、燃油、润滑油和其他各种石油产品及其残余物的污水，包括机器处所含油污水和含货油残余物的油污水；有毒液体物质是指对水环境或者人体健康有危害或者会对水资源利用造成损害的物质，包括在《国际散装运输危险化学品船舶构造和设备规则》（IBC规则）的第17或18章的污染物种类列表中标明的，或者根据《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）附则Ⅱ第6.3条暂时被评定为X类、Y类或Z类物质的任何物质；含有毒液体物质的污水是指船舶由于洗舱等活动产生的含有毒液体物质的污水。

世界卫生组织对炭黑的定义为：炭黑是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物，属于2B（国际癌症研究机构对致癌物质的分类）类致癌物质。

由于不同的燃烧情况会产生截然不同的成分，所以洗涤塔排出的污染物可能属于不同的类型。笔者从锅炉燃烧的过程分析燃油不充分燃烧产生的废弃物的归类。根据图4可知，燃油在锅炉内燃烧最终会经过气化及炭黑颗粒的充分燃烧，若在过程1中发生问题导致燃烧不充分，在废气中就会含有油类物质；若在过程2中发生问题，则会导致废气中含有过多的炭黑，这些物质最终会随洗涤水夹杂入海。根据相关定义，如果洗涤塔的排放物中含有未充分燃烧的燃油或石油产品及其残余的物质，则可将该废弃物归类为含油污水；如果含有炭黑，由于炭黑属于2B类致癌物质，对人体具有较大危害，故可以将其归为有毒液体物质。参考相关定义，结合锅炉的燃烧过程可知，即使在最合理的燃烧条件下，也不可能百分之百燃烧。故洗涤塔出水中含有的主要污染成分可能是石油类或者是炭黑、含硫有机物、含硫无机物等，均取决于燃烧状况。这种成分的变化会导致同一排出口在不同时期可能排出两种不同类型的污染物，给执法检查和行政调查带来一定难度。

图4 锅炉不同燃烧阶段示意图

由于炭黑的定义及对人类致癌性是由世界卫生组织确定的，其对海洋资源的影响还没有经过相应的评估，也未将炭黑溶液纳入有毒液体物质对其进行排放控制。由于国际公约对含油污水和有毒液体物质的排放有明确要求（前提条件之一是船舶在航行途中），所以船舶在港期间若其排放的洗涤水内含有石油类物质，是一种非法排放行为；炭黑溶液应该评估其海洋危害性，列入海洋污染危害性名录或有毒液体名录，以便执法人员有据可依，依此制止非法排放有毒液体物质的行为。

六、防止惰性气体系统洗涤塔循环海水对环境造成污染的建议

虽然在整个惰性气体系统工作过程中，造成环境污染的概率较小，但根据现有的事故案例，考虑长远利益及保护海洋环境的前提，还是要关注并控制污染的发生。下面结合笔者的工作经验对如何防止惰性气体系统洗涤塔排出的循环海水造成环境污染提7点建议：

（一）提高锅炉燃油质量

洗涤塔排出的循环海水造成污染的根本原因是锅炉中燃油的不充分燃烧。当锅炉工况正常且在其他环境适合的前提下，唯一可能导致产生油类物质或炭黑的就是燃油质量较低、所含杂质较多。当其燃烧不充分时，就会产生大量含有碳元素的废气，会造成环境污染，经洗涤塔洗涤入海后，将会造成海洋污染。故在综合考虑经济、适用性的前提下，应尽可能选用高质量燃油，尽可能减少油品中的杂质，保证燃烧后的废气尽可能纯净。

（二）提高锅炉风油控制精度

导致锅炉内燃烧不充分绝大部分是锅炉风门的波动，故应尽可能解决锅炉风门波动的情况。可以通过将风门改为电动控制系统的方法，减少控制空气、机械反馈环节风门的波动，使锅炉内的空气尽可能平稳，防止由于负荷的突然变动导致空气供应不足，致使燃油燃烧不充分。

（三）及时开展吹灰工作

锅炉内的炭灰及杂质有可能堵住出气口或烟火控制板导致燃油燃烧不充分，故可以通过减少炭灰的方式来预防燃烧不充分。按照一定的时间间隔进行吹灰作业，清理锅炉内的炭灰和杂质，一方面可以防止炭黑堵死锅炉出气孔，另一方面也可以预防炭黑在锅炉内的复燃。

（四）使用闭式洗涤塔

目前市场上基本上使用的都是开式洗涤塔，即海水在洗涤塔内对废气进行净化、干燥之后，通过排海阀直接排放入海，这种情况是不容易控制污染源的，闭式洗涤塔的优势在于，洗涤原料是手动置入的药液而非海水，在洗涤后回收至专门的回收装置而不排放入海，船舶靠泊码头时由专业人员回收上岸，能很好地预防污染。建议在新船出坞前，尽可能安装闭式洗涤塔，若不安装，也要提前考虑在甲板预留安装闭式洗涤塔的位置及固定、连接闭式洗涤塔的相关单元。

（五）设置专用收集舱

若船上使用的是开式洗涤塔，在条件允许的前提下，尽可能设置专门的舱室存储洗涤塔内的循环海水，待船舶靠离泊时再储运上岸，这样可以防止排出的循环海水造成污染。但由于目前船舶都尽可能多的装载货油，设置专用储存舱室的可能性较小，各船舶公司应根据实际情况考虑配备。

（六）设置专用监测报警装置

油分浓度计能够连续监测水中的含油浓度，可以借鉴研制出另一种在线监测装置，当洗涤塔的循环海水排出舷外超出技术规范时，装置可以自动报警并停止向舷外排放，把超标的冲灰水引至集污舱或污油水舱，待循环海水符合排放标准时，再自动排出舷外。此处所设置的报警装置，与船舶尾气处理装置中的洗涤塔的报警装置，应根据相关国际公约的要求配备。另外，在造船工艺中实行第二锅炉，把未充分燃烧的烟道气进行再次燃烧也是污染防治的有效措施。

（七）推进立法工作，完善国内对于惰性气体洗涤塔排放物的法律规定

洗涤塔的排放物既不是含油污水，也不是船舶垃圾，更不是生活污水。国际公约与我国现行的法律对此均无明确定义，也没有排放物的具体要求，这给海事部门的监管造成了困难，故笔者建议相关单位应积极推进立法工作，对船用惰性气体发生装置的洗涤塔排放物的性质和定义进行明确，并根据国际公约相关规定和国内法规明确对违规排放行为的处罚方式。只有如此，船舶和其所属公司才会真正重视洗涤塔违规排放的行为，才能从根本上杜绝此类行为的发生。

七、结语

目前，国际公约和国内法规对洗涤塔内排出的洗涤水均无定义，也没有相应的强制要求。由于安装闭式洗涤塔或其他相关设备的成本过高，船公司通常采用最节约成本的开式洗涤塔，且对洗涤水的排放也没有引起足够的重视。随着航运业的不断发展，各国都将意识到洗涤塔内洗涤水污染的严重性，也必将制定相应的公约和法律，并对洗涤塔循环海水的排放进行严格要求。