摘要：船舶燃料燃烧产生的硫氧化物会对环境造成极大影响，因此要严格控制其排放量，低硫燃油的使用是最常用的控制方法，但是燃油材料成分的改变，必定会对轮机的设计造成一定影响。因此，主要分析了低硫燃油的使用给轮机设计和设备带来的影响。
关键词： 船舶硫化物 排放控制 轮机设计 影响 对策
引言
船用燃料在燃烧后，会产生含硫的产物，统称硫氧化物（后文简称 SO x ），这些物质会以废气的形式排放到大气中。 而 SO x 中的 SO 2 ， 氧化后形成酸雨，对环境会造成巨大的威胁。 据挪威向国际海事组织（ IMO ）提供的资料表明，船舶年排放SO x 达634 万吨，约占世界排放总量的 4% 。 因此，船舶废气排放给环境造成的污染已经到了不容忽视的地步。 国际海事组织近年来也制定了一系列政策，力图对船舶硫排放进行控制。
1.减少硫排量的必要性
随着世界经济的发展，世界海运货物周转量随之增加，以柴油机为主推进动力的船舶数量和吨位均大幅增加，由于重燃料中的硫燃烧时主要生产SO2，另有1%～5%氧化成SO2。SO2是无色有强烈气味的气体，在浓度低时，主要是刺激上呼吸道粘膜，浓度高时，对呼吸道深部也有刺激作用。当大气中含SO2过多时，SO2则会溶于水蒸汽，而形成酸雨，还会使大片农作物及森林叶子变黄，造成对动、植物的危害，还会加速许多物质的腐蚀。硫化物造成对大气、环境的污染，严重危害人体的健康。为了减少船舶废气中硫化物对大气环境的污染，制定的相关法规，对船舶中的废气硫排量设定了限制标准。
2.船舶废气排放中硫化物主要来源分析
船舶废气排放过程中会产生大量硫氧化物，根源在于含硫燃料的集中使用。含硫燃料燃烧后，可产生 SO 2 、SO 3 ，两者所占比例大概为 15：1 。即使 SO 3 含量较少，但是其仍可与水蒸气进行结合，从而形成硫酸盐或硫酸。当大量酸性物质以气体形式排放到大气环境中后， 即可引发环境污染，酸雨就是其中最为显著的结果。目前，船舶硫氧化物排放限
制已做相应修改，并严格根据年限分为 3 个阶段，见表 1。
表 1 国际海事会船舶硫氧化物排放限制
船舶废气排放控制， 既是世界各国应肩负的责任，也是每个加入世界贸易组织的国家的义务。目前船舶硫氧化物排放控制形势比较严峻，世界各国均投入大量资金，用于研究适宜船舶硫排放控制技的相关技术，并取得长足进步。根据国际海事组织对船舶硫化物排放控制规范，认为其不仅会对整个航海活动产生影响，同时也会对船舶设计工作产生较大影响。从积极作用角度来看，船舶废气排放控制规范的颁布和实施，对优化船舶轮机设计具有积极意义。
3.船舶硫排放控制对船舶轮机设计的影响
3.1LNG燃料代替燃油
采用LNG燃料代替燃油，LNG是公认的绿色燃料，采用LNG几乎可以100%减少硫化物，且没有颗粒排放，并能减少85%～90%氮氧化物和15%～20%的二氧化碳的排放，完全符合公约、法规的要求。但设备及配套系统价格昂贵，且世界范围内港口加注设施也普遍不完善。并且LNG的密度不到船用重油的一半，LNG燃料舱的容积要比燃油舱大的多，是否有足够的空间布置体积巨大的燃料罐也是需要考虑的问题。而且LNG作为船舶燃料，经济性取决于与重油的价格差异和航线中排放控制区所占的比例。价格差异和航线中排放控制区所占比例越大，废气脱硫技术的经济优势越大。所以LNG作为替代燃料在一些短航程的航线上有关阔的应用空间。
3.2硫排放限制对舱柜设计的影响
要想使硫化物排放满足相关规定，应在船舶设计初期，适当增加低硫油舱及其相关部件。由于 ISO 中规定，要根据区域对船舶硫氧化物排放进行限制，因此船舶在低排放控制区域内航行时，要求其使用的燃油舱必须是低硫的。为此，可选高硫燃油舱作为备用，并为其配置存储舱、日用舱及澄清舱，在船舶进入到低排放控制区域之前，可采用低硫燃油对油路进行有效清洗，省去单独设置低硫油舱的程序。针对在特定范围内航行或需要停靠在欧盟港口的船舶，可为其单独增加船用轻柴油油舱。鉴于船用轻柴油具有闪点低的调整，应在设置过程避免其与存储舱、日用舱、澄清舱距离过近，防止高温对其产生影响。轻柴油油舱设计应根据欧盟时间或特定海域时间来加以确定，从而使其充分满足相关规定。与此同时，在主机使用燃油的过程中，其燃料中若存在硫化物含量减少时，应适当降低气缸中燃油的碱性值， 从而有效避免碱性值显著上升，防止其在气缸套表面上形成特殊物质，减少对油膜的破坏作用。同时，降低气缸燃油碱性值，也可有效减少缸套的磨损，降低活塞结碳率。基于上述分析，建议在进行轮机设计时，应在船舶上配置 2 个气缸及相应的燃油存储舱，2 个气缸最好 1 大 1 小，主要目的是为了储存碱性值不同的燃油，并为 2 个气缸分别配置日用舱，方便使用。
3.3硫排放限制管路、设备设计的影响
1）将冷却器安装在设备出口位置：此种安装方式的优势主要体现在两个方面，其一，冷却器布置在设备出口相应位置后，可方便该位置船用轻柴油的流动。其二，冷却器在此位置安装后，可直接对轻柴油的粘度进行科学控制，可显著提高实际工作效率。但是，此种安装方法却很考验冷却器前方的组件、设备的性能，若采用此种方法布置，必须提高供给泵、循环泵的使用性能。如此一来，粘度被严格控制的船用轻柴油无法对供给泵、循环泵发挥较强的润滑作用，一定程度上会对硫排放控制产生影响。
2）将冷却器安装在循环泵前：实践经验表明，将冷却器布置在供油循环泵前，即使船用轻柴油自身粘度发生显著变化，也不会对循环泵及整个设备的性能产生制约，设计时仅需考虑对供给泵的影响。
3）布置在轻柴油油舱出口位置：为了充分保证低粘度轻柴油不影响供油系统正常运行及作业，可将冷却器布置在轻柴油油舱相应的出口部位。但是，低粘度轻柴油在设备高温回油、冷却的作用下，往往能够在供油系统中发生混合，因此将无法准确控制轻柴油进入主机后的粘度、温度。
4.结束语
要想充分控制船舶硫化物排放量，应从使用低硫燃料、寻找替代燃料、改进船舶轮机设计等方面进行探究。若仅从技术控制角度来看，对船舶轮机设计进行改进，控制低硫排放的要求在一定程度上增加了设备、设计等建造成本，但我们应立足长远，积极打造绿色航运。 相信在不久的将来，还会有更加完善和优化的方案可供设备商和设计人员选择。
参考文献：
[1] 朱益民，唐晓佳，张仁平等.船舶硫氧化物排放控制研究进展[J].环境工程，2014，16（08） ：68-71.
[2] 周亮.靠港船舶硫排放控制措施与政策研究[J].交通运输部管理干部学院学报，2014，13（01） ：3-7.
论文作者:潘李,胡元生
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/17
标签：船舶论文; 燃油论文; 燃料论文; 轮机论文; 柴油论文; 废气论文; 硫化物论文; 《防护工程》2017年第35期论文;