新造船主輔機SCR耗氣量與工作空壓機配置關系及后期船舶管理建議

發布時間:2019-07-31 09:41:38  來源:航運界     專家:洲際船務集團

公約要求

根據MARPOL附則VI規則13要求,對于2016年1月1日及其以后鋪龍骨的船船(少數滿足特定豁免條件船舶除外),進入NOx排放控制區需滿足Tier III標準, 在NOx排放控制區外需要滿足Tier II標準。

1. 現有NOx排放控制區如下:北美區, 美國加勒比海地區
 


2. 未來已知的的NOx排放控制區MEPC70(2016年10月) ,提交MEPC71次會議(2017年7月)批準歐洲的波羅的海和北海沿岸國家所屬海域作為NOx 的Tier III排放控制區生效日期為2021年1月1日,適用于在該日期之后建造并航行于此的船舶。
 


為滿足Tier III標準,目前通常技術解決方案是在柴油機增加尾氣處理設備選擇性催化還原系統(SCR)。

實例分析

本文結合某KAMSARMAX船型滿足Tier II /Tier III排放要求的新造船,對于主輔機SCR在運轉工況下耗氣量與工作空壓機配置關系,結合此型新造船通用設備配置實踐,及在船舶建造階段發現的問題,進行一些探討,本文觀點僅供參考。

一、船舶設備配置及技術參數

1、船舶設備配置
1.1配備工作空壓機1臺,電動、螺桿式、空氣冷卻,排量約350m3/h,工作壓力1.0MPa,功率51KW。
1.2 主、輔機SCR壓縮空氣及甲板雜用空氣來自工作空壓機。
1.3工作空氣瓶1臺,筒型全焊結構,容量為2.0m3 X 1.0MPa。

2、主輔機SCR耗氣量技術參數
2.1 主機MAN 6S60ME-C8.5-TIII( HPSCR) ,主機HPSCR耗氣量參數

2.2輔機6EY18ALW 3臺,SCR耗氣量參數 


二、問題描述

1、船舶主輔機SCR在 Tier II或Tier III模式工作下,均需要提供工作空氣。

2、船舶大多數航區(Tier II),主輔機工作空氣消耗(設計值)如下:
2.1正常航行:主機+1臺輔機SCR耗氣量:250 + 32.4 = 282.4 Nm3/h
2.2壓載航行:主機+2臺輔機SCR耗氣量:250+ 32.4*2=314.8 Nm3/h

3、船舶1臺工作空壓機容量約:350m3/h + 工作空氣瓶2m3*1.0MPa的儲備。

結論

船舶正常航行工況下,主輔機無論在Tier II 或Tier III模式下工作,1臺工作空壓機均需全天24小時不停歇運行,來滿足主、輔機SCR設備的工作空氣的消耗。

船舶配置的工作空氣系統缺少相關工作氣源設備的冗余儲備。

三、技術論證

1、船舶設計方技術意見
1.1假設空氣瓶壓降至7bar(主輔機SCR允許的最低值)重啟空壓機,工作空壓機起停時間估算:正常航行工作情況:約42次/小時;正常航行+壓載工況:約47.5次/小時。
1.2工作空壓機運行中,當氣瓶壓縮空氣達到設定值后,空壓機處于卸載模式的持續時間可以在0~799s范圍內調整,每次最低啟動間隔時間不能少于30s;運行24小時后需停止運行1小時。
1.3工作空壓機可以接受SCR設備耗氣造成的頻繁起停,但在停止運行1小時期間,需要主空氣瓶提供SCR的供氣;主空壓機每小時啟動的次數不超過限定的4次。

2、SCR廠家技術意見 (Question & Answer)
2.1 Q:主機在TIER II模式下運行,壓縮空氣耗氣量是否可由250Nm3/h改為220Nm3/h? 
A:可以,但是這樣的話冗余余量幾乎就沒有了。
2.2 Q:主機在TIER II模式下運行,提供壓縮空氣僅是用于HPSCR系統壓力平衡嗎?有無其余作用?

A:通風是將SCR管路中的壓力高于主機側,這樣在TII模式下,主機側的高溫廢氣不會進入SCR,如果高溫廢氣進入SCR將會被冷凝,同時廢氣中的硫化物會產生腐蝕的液體,將對SCR本體產生腐蝕傷害。
2.3 Q:主機在TIER II模式下運行,減小壓縮空氣供氣量,會產生何種影響?
A:在系統RTV閥前、后設計了旁通節流孔板,當壓差建立起來時,如果不通風,壓差會下降低于設計值,所以在TII運行模式下需要一直保持通風系統工作,此外系統中RVV閥是根據RTV閥前后壓差調節開度的,如果壓差建立起來了,RVV閥會關閉,只有壓差達不到設定值該閥才會打開,所以在實際運行時RVV閥不會一直打開,通風系統運行不代表RVV閥一直是開啟的,達到壓差,就會關閉。
2.4 Q:在TIER II和TIER III模式下運行時,若壓縮空氣供氣出現故障,需要如何應對、會產生什么影響?緊急情況下HPSCR系統的閥件能否改為手動操作,如RVV閥? 
A:壓縮空氣故障后,高溫閥RVV會失效關閉,同時控制系統會報警,這個閥類似EGB,可以通過扳手轉閥軸打開閥。RSV、RTV、RBV 配了手輪,可以通過手輪打開,但是一般情況下都是通過閥本身的失效保護,保持打開狀態。
2.5 Q :HPSCR系統的閥件,主機在TER II或TIER III模式運行下,系統閥件操作有無手動操作模式,RVV閥?
A:RSV、RTV、RBV配了手輪,可以通過手輪打開,但是一般情況下都是通過閥本身的失效保護,打開,只有DN500及以上才會配應急手輪。RVV閥類可以通過扳手轉閥軸打開閥。
 


結論

船舶設計方認為此種設計滿足要求,但筆者認為從設計角度看僅滿足了最低基本要求,對配套設備及氣源的冗余量考慮不足。

工作空壓機設計如配備2臺,互為備用;對工作空氣瓶的容量適當加大,可改善工作空壓機運行工況,但因空氣瓶容量增加引起容積的加大,將影響機艙空間布置。

SCR是新設備,人們往往還認為主機在Tier II模式下不消耗或消耗極少量空氣的慣性思維中,實際上SCR無論在何種模式下運行,均要消耗相當數量的工作空氣。

四、新造船階段建議及采取的措施

1、建議在船舶建造階段,加裝1臺工作空壓機或提供工作空壓機核心備件作為備用。如不能實現,采取如下措施。

2、要求船廠將工作空氣管路同主空氣瓶管路優化設計、連接起來,做到主空氣瓶可以短時作為工作空氣源使用。

3、溝通SCR廠家,在確保SCR裝置正常情況下,盡可能減少工作空氣消耗裕度,實際減少空氣的耗量。

4、按照目前機艙設備布置,要求船廠對可能需要加裝的備用工作空壓機組進行布置,機座、管路、電纜等提早設計,在交船前將備用機組所需的機座、管路、閥件、電纜布置到位,留作加裝設備使用。

5、增加工作空壓機處所通風量,以便最大程度改善工作空壓機的工作環境,在工作空壓機附近風道管路中增添一個通風口直接通向工作空壓機位置,防止因機艙環境高溫導致工作空壓機頻繁過熱停載。
 


 五、首制船海試表現

1、船舶正常航行,主機+2臺輔機在Tier II模式下,1臺工作空壓機運行時間統計:
氣壓7.5kg起帶負荷運行(Runing loaded)至10kg轉為卸載運行,帶載運行時間 :50S。
氣壓10kg起卸載運行(offload run),氣壓降至7.5kg轉為帶載運行,卸載運行時間:150S。
工作空壓機按照上述狀態在全天24小時內,不停歇循環工作。

2、船舶正常航行,主機在Tier III +2臺輔機在Tier II模式下,1臺工作空壓機運行時間統計:
氣壓7.5kg起帶負荷運行(Run loaded)至10kg轉為卸載運行,帶載運行時間 :60S。
氣壓10kg起卸載運行(offload run),氣壓降至7.5kg轉為帶載運行,卸載運行時間:87S。
工作空壓機按照上述狀態在全天24小時內,不停歇循環工作。

3、工作空壓機在24小時內,無論處于帶載或卸載工況模式,電機均在運轉,未能停歇。

4、工作空壓機在卸載模式下廠家出廠設定時間為  :180S
主機在Tier II模式下,空壓機的卸載運行時間為 :150S
主機在Tier III模式下,空壓機的卸載運行時間為:87S

5、海試期間,主空氣瓶未參與到工作空氣管路工作。

結論

1臺工作空壓機在船舶航行時,需要全天24小時運行供主、輔機SCR需要空氣,工作空壓機沒有停歇時間。

工作空壓機在主機2種排放模式下,卸載運行時間小于廠家出廠默認推薦值。

主機在Tier III模式下運行的耗氣量大于Tier II 模式下運行的耗氣量。

通過上述意見的改進,船舶海試期間工作空壓機工作狀況超出之前預期,滿足船舶設計要求。
 

   


六、對后期船舶管理建議

1、主、輔機SCR設備管理需納入船舶安全管理體系。

2、岸基及船舶管理人員需對SCR新設備在船舶日常管理中提高重視,做到精心精細管理。

3、指導船舶利用錨泊或在港時間,加強對工作空壓機日常維護保養,同時備足核心備件、易損易耗備件,做到航行期間該設備持續運行。工作空壓機良好的工作效率可減少帶載時間,降低燃油消耗,也有利于船舶做到節能降耗。

4、主空壓機作為短時間備用氣源,對主空壓機活塞、氣閥、膠圈等易耗備件需要加強管理,對易消耗備件做到及時補充。

5、鑒于主機SCR耗氣量大,船舶需對甲板雜用空氣的使用加強管理,例如限制或減少甲板雜用風使用;氣動甲板敲銹工具改為電動等。

6、主機SCR廠家關于耗氣量設計留有裕度,在船舶的實際管理中還需不斷根據實際情況檢查調整。

本文為洲際船務集團在航運界網的專欄,作者為洲際船舶管理有限公司 劉觀增,遠洋船輪機長,資深機務總管,新造船項目經理。

刘伯温心水论坛六肖