何守安 袁姍 張鵬 譚涼 何蘇婷

摘要：以某19 000TEU集裝箱船加裝混合式脫硫裝置為對(duì)象，研究如何對(duì)中壓配電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。根據(jù)加裝脫硫裝置改造電力負(fù)荷分析，加裝混合式脫硫裝置用電設(shè)備多，用電負(fù)荷需求大，需要對(duì)原船中壓配電板進(jìn)行加屏改造，以滿足加裝脫硫裝置用電負(fù)荷需求。

關(guān)鍵詞：集裝箱船;6.6 kV配電板;EGCS;混合式

中圖分類號(hào)：U665.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

根據(jù)2016年10月27日IMO在MEPC70大會(huì)正式?jīng)Q定，2020年1月1日起強(qiáng)制推行全球0.5%（m/m）燃油硫含量標(biāo)準(zhǔn)，在ECA2015年開始實(shí)施0.1% （m/m）燃油硫含量標(biāo)準(zhǔn)。

DNV-GL預(yù)計(jì)，2020年全球?qū)⒂?萬艘船舶受到硫排放限制，原油價(jià)格可能升至70美元/桶，MGO價(jià)格預(yù)計(jì)將超過1 000美元/t，屆時(shí)低硫油與HFO的差價(jià)將擴(kuò)大至每噸400美元。如果油價(jià)達(dá)預(yù)測(cè)水平，船舶更換低硫油的成本將每年多支出800萬美元，為了降低運(yùn)行成本，船舶加裝脫硫裝置將成為一種趨勢(shì)。

CE Delft公司研究成果：到2020年時(shí)，全球約有3 800艘船舶可能會(huì)選擇安裝脫硫裝置而繼續(xù)使用重油;多個(gè)船級(jí)社如CCS，DNV-GL等則預(yù)測(cè)脫硫改裝市場(chǎng)將在2017 - 2020年出現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。隨著法規(guī)在全球范圍內(nèi)正式實(shí)施，全球船舶燃料脫硫改造的市場(chǎng)也越來越大。

目前，符合SOX排放的控制方案主要有三種：低硫燃油（ LSPO）、廢氣清洗系統(tǒng)（ECCS）和LNG燃料。經(jīng)有關(guān)單位對(duì)這三種控制方案分析結(jié)果：EGCS方案較LSPO及LNG方案燃料成本減少約27%，為了降低船舶運(yùn)行成本，船舶加裝脫硫裝置將大勢(shì)所趨。

本文以某19 000TEU集裝箱船加裝混合式脫硫裝置為例，研究如何對(duì)原船中壓配電板進(jìn)行技術(shù)改造，以滿足船舶改裝需求。

2 原船中壓配電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 配電系統(tǒng)

原船配置四臺(tái)主發(fā)電機(jī)為船舶正常運(yùn)行提供配電，發(fā)電機(jī)為6.6 kV 60 Hz中壓發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)4 300 kW發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)3 800 kW發(fā)電機(jī)。中壓發(fā)電機(jī)通過中壓配電板給船上各個(gè)配電系統(tǒng)以及配電設(shè)備提供用電。配電系統(tǒng)單線圖見圖1所示。

2.2 配電板

原船中壓配電板無預(yù)留備用屏，無法直接利用原船中壓配電板進(jìn)行改造來滿足加裝混合式脫硫裝置用電負(fù)荷需求。原船中壓配電板靠近船尾布置2號(hào)首側(cè)推中壓屏，靠近船首布置遙控輸入/輸出屏，如圖2所示。3加裝混合式脫硫裝置

脫硫裝置按照系統(tǒng)原理，一般可分為干式和濕式兩種。

3.1 干式脫硫裝置

干式脫硫裝置不需要復(fù)雜的管系、泵等設(shè)備，安裝簡(jiǎn)單，主要由以下幾部分構(gòu)成：

（1）脫硫單元（吸收器）

布置在廢熱回收系統(tǒng)和SCR系統(tǒng)之前。

（2）堿性物質(zhì)供應(yīng)裝置

包括顆粒狀供應(yīng)筒倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)，分別布置在吸收器的頂部和底部。氣動(dòng)輸送系統(tǒng)可以是顆粒物，在船舶和岸上存儲(chǔ)設(shè)施之間運(yùn)輸。

（3）控制和監(jiān)視系統(tǒng)

使用過的顆粒物和相關(guān)的廢棄顆粒物的去除都是自動(dòng)的，可以是連續(xù)的，也可以是間歇性的，以確保新鮮顆粒物在重力作用下流入吸收器中的量。

3.2 濕式脫硫裝置

濕式脫硫裝置分為兩類：開式系統(tǒng)，閉式系統(tǒng)。

（1）開式系統(tǒng)

開式系統(tǒng)一般使用海水作為直接噴淋的水，因?yàn)楹Ｋ翘烊坏娜鯄A性，可中和酸性。反應(yīng)完后的水經(jīng)過處理后可存儲(chǔ)起來或直接排人海中，并由新的海水進(jìn)入下一輪中和酸性反應(yīng)。

（2）閉式系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)不使用海水，而是通過在循環(huán)的水中添加堿性物質(zhì)，從而達(dá)到維持反應(yīng)所需的水呈堿性的狀態(tài)。反應(yīng)后的水通過處理裝置進(jìn)行分離，將污泥和水分開，從而參與下一輪中和酸性反應(yīng)。

混合式洗滌器實(shí)際上具有上述兩套系統(tǒng)，可以控制使用哪種系統(tǒng)。在海水等堿性水中時(shí)，以開式系統(tǒng)的方式進(jìn)行運(yùn)行，從而節(jié)約堿性物質(zhì)，降低成本;而在淡水等中性水中，通過添加堿性物質(zhì)到水中進(jìn)行反應(yīng)，從而進(jìn)行閉式循環(huán)。

本船脫硫系統(tǒng)為混合式脫硫裝置：采用三個(gè)脫硫塔，主機(jī)使用主塔，兩臺(tái)輔機(jī)使用一號(hào)輔塔，兩臺(tái)輔機(jī)和一臺(tái)鍋爐使用二號(hào)輔塔。主塔使用四臺(tái)800 m3/h的海水泵、四臺(tái)350 m3/h的洗滌水泵;一號(hào)輔塔使用一臺(tái)700 m3/h的海水泵、一臺(tái)550 m3/h的洗滌水泵;二號(hào)輔塔使用一臺(tái)700 m3/h的海水泵、一臺(tái)550 m3/h的洗滌水泵。整個(gè)系統(tǒng)配套安裝相應(yīng)的VFD控制箱、輔助設(shè)備設(shè)施以及整套脫硫塔控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要包括主控箱、閥控箱、氣體檢測(cè)單元、水質(zhì)監(jiān)測(cè)單元、水質(zhì)處理單元等主要設(shè)備。

新加裝的脫硫裝置用電設(shè)備數(shù)量較多，需要新增配套相當(dāng)數(shù)量的斷路器;而且整個(gè)脫硫系統(tǒng)在閉式模式下用電總負(fù)荷也較大，原船的主變壓器以及冷藏箱變壓器容量裕度不足，需要對(duì)原船配電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，以滿足船舶改裝需求。

4 中壓配電系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1中壓配電板布置

由于原船為6.6 kV配電板，規(guī)范對(duì)于中壓配電系統(tǒng)的要求比低壓配電板更加嚴(yán)格，結(jié)合該集裝箱船中壓配電改造，對(duì)于中壓配電板改造設(shè)備和布置需要注意如下問題：

（1）改造后的中壓配電板如何與原船配電板對(duì)撓

（2）改造后的中壓配電板如何泄壓，泄壓通道如何與原配電板對(duì)接;

（3）改造后的中壓配電板布置位置以及設(shè)備維護(hù)空間要求;

（4）改造后中壓配電板跟原船舊設(shè)備的干涉;

（5）改造后中壓配電板如何進(jìn)艙。4.2中壓配電板改造

該船人籍DNV-CL，中壓配電板改造需滿足DNV-CL相關(guān)規(guī)范要求，且需要按照船級(jí)社規(guī)范Chapter3-section l-2.13 Table 3的要求，提供除了對(duì)低壓配電板要求以外的中壓配電板相關(guān)資料文件，包括：E160 -內(nèi)部弧承受測(cè)試報(bào)告;2252 -制造商測(cè)試程序;2262一制造商測(cè)試報(bào)告等。

根據(jù)對(duì)2262的要求，中壓配電板除取得船用產(chǎn)品證書外，還需同時(shí)提交型式測(cè)試報(bào)告，主要有：

（1）包括輔助回路工頻電壓試驗(yàn)在內(nèi)的驗(yàn)證設(shè)備絕緣水平的試驗(yàn);

（2）設(shè)備所有部件的溫升試驗(yàn)和回路電阻測(cè)試;

（3）主回路和接地回路承受額定峰值和短時(shí)耐受電流能力的試驗(yàn);

（4）所含開關(guān)裝置的開斷和關(guān)合能力的試驗(yàn);

（5）所含開關(guān)裝置和可移開部件滿意操作的試驗(yàn)

（6）對(duì)人員觸及危險(xiǎn)部件的防護(hù)和設(shè)備對(duì)周圍外物的防護(hù)試驗(yàn);

（7）出現(xiàn)危險(xiǎn)電氣效應(yīng)時(shí)對(duì)人員防護(hù)的試驗(yàn);

（8）充氣隔室的強(qiáng)度試驗(yàn);

（9）充氣和充液隔室的密封性試驗(yàn);

（10）觸及內(nèi)部故障引起的電弧效應(yīng)試驗(yàn);

（11）電磁兼容性試驗(yàn);

（12）設(shè)備對(duì)氣候引起的外部效應(yīng)的防護(hù)試驗(yàn);

（13）設(shè)備對(duì)機(jī)械沖擊的防護(hù)試驗(yàn);

（14）通過局部放電評(píng)估設(shè)備絕緣的試驗(yàn);

（15）人工污穢試驗(yàn);

（16）電纜試驗(yàn)回路的絕緣試驗(yàn)。

5 中壓配電系統(tǒng)改造方案

5.1中壓配電板改造

根據(jù)實(shí)船勘驗(yàn)中壓配電板實(shí)際情況，結(jié)合原船配電板資料、船級(jí)社以及船東意見，中壓配電板具體改造方案如下：

（1）加裝混合式脫硫裝置，增加UNITV中壓屏作為脫硫電力系統(tǒng)供電屏;新增中壓屏布置在中壓配電板間，位置在原船中壓配電板右側(cè);新增UNIT V中壓屏與原船中壓配電板通過母排連接，原船泄壓通道與新增中壓屏對(duì)接，保證泄壓系統(tǒng)完整性;

（2）中壓配電板改造后，原6.6 kV中壓配電板上的配電系統(tǒng)單線圖對(duì)應(yīng)修改，修改后的配電系統(tǒng)單線圖見圖3所示。

5.2中壓配電板調(diào)試

新增UNIT V中壓屏安裝到位后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行固定和接線，并按照系泊試驗(yàn)大綱及設(shè)備廠家的試驗(yàn)程序?qū)NITV中壓屏進(jìn)行調(diào)試，主要內(nèi)容如下：

（1）對(duì)UNITV中壓屏進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，如油漆顏色、IP等級(jí)、螺栓鎖緊固定狀態(tài)、合適的接地以及外接電纜接線正確等，滿足相關(guān)文件中的技術(shù)要求;

（2）在所有中壓配電板上的開關(guān)處于斷開位置時(shí)，用直流500 V兆歐表測(cè)量匯流排對(duì)地的絕緣電阻值不小于1兆歐;

（3）對(duì)UNIT V中壓屏的保護(hù)繼電器進(jìn)行欠壓、過流、短路等功能測(cè)試;

（4）檢查UNIT V中壓屏真空斷路器分/合可靠性。

在設(shè)備運(yùn)行過程中，若無振動(dòng)異常、無異味、無噪音，設(shè)備上的各個(gè)電氣元器件處于正常工作狀態(tài)，功能調(diào)試一切正常，就可以為脫硫系統(tǒng)提供正常配電服務(wù)。

6 結(jié)束語

隨著船載箱量的不斷提升，集裝箱船舶的動(dòng)力系統(tǒng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功率也不斷攀升。6 000TEU以上的超大型集裝箱船，主機(jī)功率上升至60 MW以上，發(fā)電機(jī)功率也高于4x2 800 kVA，傳統(tǒng)的440 V船舶電力系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足全船供電需求，因此6 600 V中壓供電系統(tǒng)成為了超大型集裝箱船舶的標(biāo)準(zhǔn)配置，安全使用6 600 V中壓電力供電系統(tǒng)，是船舶管理人員的一個(gè)新挑戰(zhàn)。

本文以19 000TEU集裝箱船為例，對(duì)原船中壓配電板板進(jìn)行技術(shù)改造，所涉及的工程最少，改動(dòng)工程量也降低到最小。通過本次實(shí)船改造項(xiàng)目，對(duì)中壓配電板改造涉及的技術(shù)要求、安裝及調(diào)試的注意事項(xiàng)，均有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)類似改造項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[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.