摘 要：2018年，国际海事组织（IMO）海洋环境保护委员会（MEPC）发布船舶实施计划指南，对2020年1月1日后船舶在废气排放控制区（ECAs）以外强制执行船用燃油符合0.50％m/m硫含量上限的要求。
本文介绍了满足船舶废气硫排放（SOx）的主要方式，重点对废气洗涤系统的基本原理、设备组成及材料选型进行分析，并结合实船建造经验提炼出关键注意事项，为后续脱硫项目设计及改造提供参考。
关键词： 洗涤塔；混合式；SO2/CO2 检测；洗涤水分析。
引 言
国际海事组织（IMO）不断致力于减少船舶废气排放对大气的污染，在限制硫氧化物（SOx）排放方面，继2015年1月1号规定船舶废气排放在ECAs(Emission Control Areas) 区域实行0.1％ m/m硫含量上限后，MEPC 184(59)决议限定2020年1月1日后在全球范围内(除ECAs外)实行0.5％m/m硫含量上限的要求。
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图1 ECA 区域划分图 图2 ECA 区域/世界范围硫排放限值
一、满足硫化物排放的几种方法
当前，船舶柴油机废气满足SOx排放主要有三种方式。
（1）燃烧低硫油；
（2）使用LNG、甲醇等新型环保燃料；
（3）加装洗涤塔设备。
LNG 作为国际公认的“环境友好”型能源，受制于高昂的系统设备成本和技术瓶颈，LNG船舶发展缓慢；船东普遍担心国际低硫燃油价格走高是未来趋势。
进入2019年，不少船东选择了柴油机燃烧高硫油配置脱硫洗涤塔（EGCS）的方式来满足IMO限定的硫排放要求。
二、洗涤塔的种类
船用洗涤塔塔分为干式和湿式两种，湿式洗涤塔根据外形构造，分“I”形和“U”形两种塔。
湿式脱硫系统有以下三种模式：
（1）开式（Open loop model）；
（2）闭式(Closed loop model）；
（3）混合式(Hybrid model）。
三、湿式脱硫塔的基本工作原理
3.1 开式系统
海水泵将海水注入洗涤塔中，洗涤柴油机排放的废气，洗涤水直接排到弦外。
SO2 + H2O ? H2SO3 (sulphurous acid) ? H + HSO3 (bisulphite)
HSO3 (bisulphite) ? H + SO3 (sulphite)
SO3 (sulphite) + O2 ? SO4 (sulphate)
功能特点：
①废气可通过旁通管管排出，不经过洗涤塔；
②船舶航行海域海水PH/PM/PAH、废气SO2/CO2和洗涤水排放的参数实时监控（Scheme B）；
③海水泵为变频泵，根据柴油机功率（废气量）的不同来调整洗涤海水量，确保Sox 的脱除效果。
系统包含主要设备：洗涤塔、海水泵、气封风机、气封阀门、膨胀节、排气/洗涤水检测单元、变频器、电控箱、传感器等。
3.2 闭式系统
洗涤水循环泵从洗涤水舱吸水将洗涤水注入洗涤塔中，洗涤柴油机排放的废气，洗涤水回流到洗涤水舱再次循环。冷却海水通过板冷冷却洗涤水，防止洗涤水温度过高。
SO2 + 2 NaOH (sodium hydroxide) ? Na2SO3 (sodium sulphite) + H2O
Na2SO3 + H2O + SO2 ? 2NaHSO3 (sodium bisulphite)
2NaOH + CO2 <> Na2CO3 (sodium carbonate) + H2O
功能特点：
（1）废气可通过旁通管管排出，不经过洗涤塔。
（2）船舶航行海域海水PH/PM/PAH、废气SO2/CO2和洗涤水排放的参数实时监控（Scheme B）；
（3）根据柴油机功率（废气量）的不同来调整注入到洗涤水中的碱液（NaOH 或者MgOH）量，确保Sox 的脱除效果；
（4）水处理单元分离洗涤水中的硫酸盐，防止洗涤水中固体颗粒物浓度过高，影响脱硫效率。处理过的净化水存储到零排放舱或者直接排放到海里；产生的污泥储存在污泥罐中；
（5）水处理单元可独立运行。洗涤塔停止运行后，水处理单元可继续处理洗涤水；
（6）补水泵额外补充海水或淡水给洗涤水循环舱，保证循环的洗涤水量。
系统包含主要设备：洗涤塔、海水泵、板冷、洗涤水循环泵、补水泵、气封风机、气封阀门、膨胀节、排气/洗涤水检测单元、水处理单元、循环水柜、污泥罐、碱液存储柜、碱液加注泵、变频器、电控箱、传感器等。
四、脱硫系统主要部件的材质选型
根据脱硫系统的使用特点，系统部件要承受强酸、强碱、海水等介质的腐蚀。
脱硫设备及附件材料选用及表面处理推荐如下：
洗涤塔 SMO254、Alloy 6Mo、Super Duplex stainless steel等。
洗涤水泵 SS32507、SS32205 等。
海水泵 NiAlBz、Bronze 等。
海水管 GRE管、热浸锌钢管、特涂钢管（PE）等。
洗涤水管 GRE管、SMO254/SS32205/SS32507）、特涂钢管（GRE/PE）等。
排烟管 双相不锈钢管（SMO254/SS32205）、碳钢等。
气封管 热浸锌钢管等。
碱液管 316L
阀门材质选用和系统管材选用一致。
五、碱性药剂的种类
目前船舶脱硫使用的碱液主要有氢氧化钠（NaOH）和 氧化镁（MgO）两种。
5.1 氢氧化钠在船舶上以50% 水溶液的形式储存，具有强腐蚀性（PH=14）。氢氧化钠的存储温度一般控制在20°C 到 50°C之间。 当存储温度低于20°C时，会加速溶液中氢氧化钠固体的结晶；当存储温度高于50°C时，溶液对碳钢材质的腐蚀会加剧。通常，氢氧化钠储存舱室内会布置热水加热盘管，维持氢氧化钠溶液在合适的温度范围内。
船级社、洗涤塔厂家对氢氧化钠溶液的防漏、防污染措施以及操作人员的保护有严格要求。
（1）所用化学品应始终参考“材料安全数据表”；
（2）提供安全防护措施（洗眼液、防护衣）以防化学品的伤害；
（3）舱室透气管口应设置在露天安全区域；
（4）围水盘的设计应满足最大横倾时舱室发生泄露的容量需求；
（5）管路上设淡水冲洗接口，利于安全维护和操作。
5.2 氧化镁是以颗粒状装在散料袋里，存储在常温、干燥的环境下，对人体健康是无害的。使用过程中，氧化镁颗粒和海水混合，形成氢氧化镁溶液。由于氢氧化镁易沉淀，通常会设置单独的缓冲罐，缓冲罐内不断搅拌混合，确保氢氧化镁溶液是均匀的，再由注入罐加注到循环的洗涤水中。
六、规范对排放介质的监测
6.1 IMO MEPC.259(68) 解释对排放到海里洗涤水的三种参数进行检测。
（1）酸碱值 (PH)
洗涤水排出口半径4m范围外的PH值不能小于6.5。
（2）浑浊度（Turbidity）
洗涤水排出口和海水进口持续检测到的浑浊度最大差值不能超过25FNU。
（3）PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons)
洗涤水排出口和海水进口持续检测到的最大PAH差值不能超过50μg/L。
6.2 IMO MEPC.184(59)解释废气洗涤后排放烟气持续记录SO2/CO2 的数值。
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图3 SO2/CO2 参数值（摘自MEPC.184(59)）
例如，脱硫系统废气排放设计需满足0.5％ m/m硫含量上限，则SO2/CO2 比例不能高于21.7.
七、设计注意事项
结合广东中远海运重工交付及在建项目的经验，以下几点在脱硫项目设计中需特别注意：
7.1熟悉船舶入籍符号的具体要求；
7.2脱硫系统设计的性能指标（硫排放0.5% 或0.1%的上限）；
7.3洗涤塔的选型；
7.4零排放舱、碱液舱、循环舱等结构舱室的容积计算；
7.5柴油机、锅炉排气背压计算；
7.6增加脱硫设备对船舶稳性的影响；
7.7洗涤塔、泵组、电箱等主要设备优化布置；
7.8废气、洗涤水排放检测；
7.9洗涤塔、泵、管路等材质的选用；
7.10结构舱室、管路等特涂的要求；
7.11海底门海水总管的容积计算；
7.12脱硫设备对电力负荷的影响；
7.13自动化明细表；
7.14操作手册等（Scheme A/B）；
7.15试航大纲及实船检验合格指标；
7.16脱硫塔厂家、船东和船厂供货/职责范围的划分。
参考文献
（1）LR Guidance 英劳船级社船舶废气（SOx & NOx）排放管理条例（Annex VI） April 2015
（2）MEPC.259(68),船用废气洗涤系统设计指南. 15 May 2015
（3）Alfalava,阿法拉伐 PureSOx 设计及安装手册. 01-06-2018
第一作者：李昌华（1987-），男，船舶轮机助理工程师，主要从事船舶轮机设计工作。
第二作者：李娟（1978-），女，船舶轮机工程师，主要从事船舶轮机设计工作。