液貨船惰性氣體系統(tǒng)爐灰入海污染的原因及解決措施

徐昊宇，周保林（八所海事局，海南 東方 572601）

一、引言

在油船、液貨船、液化氣船等船舶的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，為了保證船舶及貨物安全，必須對(duì)貨艙內(nèi)的貨物、貨艙周圍系統(tǒng)進(jìn)行充惰保護(hù)以及對(duì)液化氣船的氣體進(jìn)行充惰置換等操作。液貨船充注惰性氣體目的是防止在裝卸貨及運(yùn)輸過(guò)程中可燃?xì)怏w發(fā)生火災(zāi)或爆炸。由于經(jīng)濟(jì)及船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的要求，大部分液貨船及全部原油船均采用煙道氣式惰性氣體發(fā)生裝置。此種惰性氣體經(jīng)過(guò)洗滌塔洗滌后，洗滌塔內(nèi)循環(huán)海水會(huì)含有污染物質(zhì)，在極端情況下還會(huì)有明顯的黑色油狀物質(zhì)。因此，為有效防止液貨船洗滌塔循環(huán)海水違規(guī)排出造成海洋污染，結(jié)合相關(guān)案例，從海事監(jiān)管、船公司運(yùn)營(yíng)兩方面闡述解決辦法，防止發(fā)生此類污染和在發(fā)生爐灰入海污染的時(shí)候能夠緊急處置，避免更大的污染發(fā)生，并能夠及時(shí)妥善處理。

二、惰性氣體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

煙道氣式惰性氣體系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）是利用燃油在鍋爐內(nèi)燃燒消耗掉空氣中的氧氣，從而獲得含氧量比較低的氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣等混合氣，將其送入洗滌塔進(jìn)行冷卻、脫硫、除塵，再經(jīng)除濕器除掉混合氣中的水份，清潔干燥的氣體被風(fēng)機(jī)吸排后經(jīng)甲板水封裝置送入惰氣主管，然后進(jìn)入大艙[1]。根據(jù)國(guó)際海事組織的規(guī)定，貨艙內(nèi)的含氧量不能超過(guò)8%，只要保證鍋爐的排氣含氧量在5%以下，基本可以滿足要求[2]。根據(jù)不同鍋爐的設(shè)計(jì)，燃燒室的反應(yīng)空間各有不同，從惰性氣體生產(chǎn)的角度，氧含量越低，后續(xù)的氣封會(huì)更具安全性。

圖1 煙道氣式惰性氣體系統(tǒng)[3]

三、惰性氣體系統(tǒng)產(chǎn)生污染的原理

鍋爐燃燒產(chǎn)生的鍋爐廢氣經(jīng)過(guò)洗滌塔及甲板水封處理后進(jìn)入大艙除氣，在洗滌塔內(nèi)的處理過(guò)程是簡(jiǎn)單的冷卻、除塵等。鍋爐的廢氣是由鍋爐燃燒產(chǎn)生的，當(dāng)燃燒不充分時(shí)，廢氣經(jīng)過(guò)洗滌塔內(nèi)海水的處理后，其中的固體雜質(zhì)和其他不溶于水的非氣體物質(zhì)會(huì)隨海水一起流入大海。根據(jù)燃油燃燒的原理及船用燃料油的理化性質(zhì)可知，在鍋爐廢氣中可能存在的物質(zhì)有：氮氧化合物、碳?xì)浠衔铮òǘ趸肌⒁谎趸迹?、含硫化合物等有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、燃燒不充分的船用油類（或熱解后產(chǎn)生的烴類物質(zhì)）和炭黑等物質(zhì)。這些物質(zhì)經(jīng)過(guò)洗滌塔處理后，其中的炭黑和未充分燃燒的油類隨洗滌水入海后，會(huì)造成明顯的水域污染（如圖2所示）。

圖2 某輪爐灰入海

四、發(fā)生不充分燃燒的原因

鍋爐內(nèi)燃油發(fā)生不充分燃燒可產(chǎn)生污染，燃油不充分燃燒具體有以下3方面原因：

（一）鍋爐風(fēng)門波動(dòng)導(dǎo)致供氧不足

風(fēng)量的控制是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，影響風(fēng)量穩(wěn)定性的因素主要有3個(gè)方面：一是風(fēng)量能否準(zhǔn)確的測(cè)量，即差壓變送器測(cè)量的準(zhǔn)確性，若風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)門波動(dòng)。二是執(zhí)行單元能否準(zhǔn)確地執(zhí)行要求的風(fēng)門開(kāi)度，若執(zhí)行單元不能準(zhǔn)確執(zhí)行風(fēng)門開(kāi)度，會(huì)導(dǎo)致波動(dòng)。三是鍋爐CPU能否提供準(zhǔn)確及時(shí)的控制信號(hào)，若CPU不能提供準(zhǔn)確的控制信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)門波動(dòng)。

在實(shí)際檢查中，發(fā)生過(guò)由于風(fēng)門控制故障或者精度不夠，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)風(fēng)油比超出鍋爐設(shè)計(jì)，則燃燒不充分，致使炭黑入海造成污染。

（二）鍋爐內(nèi)的油泥或炭黑堵住鍋爐出氣口

鍋爐燃燒產(chǎn)生的油泥，當(dāng)數(shù)量過(guò)多時(shí)，可能會(huì)將鍋爐的出氣口堵死。此種情況下，由于鍋爐內(nèi)氣體無(wú)法排出，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓力過(guò)大，即使風(fēng)門的控制精確，能隨時(shí)調(diào)整符合設(shè)計(jì)要求的開(kāi)度，新鮮空氣也無(wú)法進(jìn)入爐腔，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的燃油燃燒不充分。

（三）鍋爐內(nèi)的油泥或炭黑堵塞煙火控制板

鍋爐內(nèi)有一煙火控制板，作用是防止從鍋爐內(nèi)吹出的廢氣中夾帶火星（如圖3所示）。鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的炭黑過(guò)多時(shí)，可能堵塞煙火控制板，導(dǎo)致氣體經(jīng)過(guò)煙火控制板后通量下降，造成鍋爐內(nèi)氣體壓力過(guò)大，新鮮空氣無(wú)法順利進(jìn)入鍋爐，使得燃燒不充分。

圖3 鍋爐內(nèi)部構(gòu)造示意圖

五、污染物歸類分析

《船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3552—2018）的相關(guān)定義為：含油污水是指船舶運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的含有原油、燃油、潤(rùn)滑油和其他各種石油產(chǎn)品及其殘余物的污水，包括機(jī)器處所含油污水和含貨油殘余物的油污水；有毒液體物質(zhì)是指對(duì)水環(huán)境或者人體健康有危害或者會(huì)對(duì)水資源利用造成損害的物質(zhì)，包括在《國(guó)際散裝運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》（IBC規(guī)則）的第17或18章的污染物種類列表中標(biāo)明的，或者根據(jù)《國(guó)際防止船舶造成污染公約》（MARPOL）附則Ⅱ第6.3條暫時(shí)被評(píng)定為X類、Y類或Z類物質(zhì)的任何物質(zhì)；含有毒液體物質(zhì)的污水是指船舶由于洗艙等活動(dòng)產(chǎn)生的含有毒液體物質(zhì)的污水。

世界衛(wèi)生組織對(duì)炭黑的定義為：炭黑是含碳物質(zhì)（煤、天然氣、重油、燃料油等）在空氣不足的條件下經(jīng)不完全燃燒或受熱分解而得的產(chǎn)物，屬于2B（國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)對(duì)致癌物質(zhì)的分類）類致癌物質(zhì)。

由于不同的燃燒情況會(huì)產(chǎn)生截然不同的成分，所以洗滌塔排出的污染物可能屬于不同的類型。筆者從鍋爐燃燒的過(guò)程分析燃油不充分燃燒產(chǎn)生的廢棄物的歸類。根據(jù)圖4可知，燃油在鍋爐內(nèi)燃燒最終會(huì)經(jīng)過(guò)氣化及炭黑顆粒的充分燃燒，若在過(guò)程1中發(fā)生問(wèn)題導(dǎo)致燃燒不充分，在廢氣中就會(huì)含有油類物質(zhì)；若在過(guò)程2中發(fā)生問(wèn)題，則會(huì)導(dǎo)致廢氣中含有過(guò)多的炭黑，這些物質(zhì)最終會(huì)隨洗滌水夾雜入海。根據(jù)相關(guān)定義，如果洗滌塔的排放物中含有未充分燃燒的燃油或石油產(chǎn)品及其殘余的物質(zhì)，則可將該廢棄物歸類為含油污水；如果含有炭黑，由于炭黑屬于2B類致癌物質(zhì)，對(duì)人體具有較大危害，故可以將其歸為有毒液體物質(zhì)。參考相關(guān)定義，結(jié)合鍋爐的燃燒過(guò)程可知，即使在最合理的燃燒條件下，也不可能百分之百燃燒。故洗滌塔出水中含有的主要污染成分可能是石油類或者是炭黑、含硫有機(jī)物、含硫無(wú)機(jī)物等，均取決于燃燒狀況。這種成分的變化會(huì)導(dǎo)致同一排出口在不同時(shí)期可能排出兩種不同類型的污染物，給執(zhí)法檢查和行政調(diào)查帶來(lái)一定難度。

圖4 鍋爐不同燃燒階段示意圖

由于炭黑的定義及對(duì)人類致癌性是由世界衛(wèi)生組織確定的，其對(duì)海洋資源的影響還沒(méi)有經(jīng)過(guò)相應(yīng)的評(píng)估，也未將炭黑溶液納入有毒液體物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行排放控制。由于國(guó)際公約對(duì)含油污水和有毒液體物質(zhì)的排放有明確要求（前提條件之一是船舶在航行途中），所以船舶在港期間若其排放的洗滌水內(nèi)含有石油類物質(zhì)，是一種非法排放行為；炭黑溶液應(yīng)該評(píng)估其海洋危害性，列入海洋污染危害性名錄或有毒液體名錄，以便執(zhí)法人員有據(jù)可依，依此制止非法排放有毒液體物質(zhì)的行為。

六、防止惰性氣體系統(tǒng)洗滌塔循環(huán)海水對(duì)環(huán)境造成污染的建議

雖然在整個(gè)惰性氣體系統(tǒng)工作過(guò)程中，造成環(huán)境污染的概率較小，但根據(jù)現(xiàn)有的事故案例，考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益及保護(hù)海洋環(huán)境的前提，還是要關(guān)注并控制污染的發(fā)生。下面結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)如何防止惰性氣體系統(tǒng)洗滌塔排出的循環(huán)海水造成環(huán)境污染提7點(diǎn)建議：

（一）提高鍋爐燃油質(zhì)量

洗滌塔排出的循環(huán)海水造成污染的根本原因是鍋爐中燃油的不充分燃燒。當(dāng)鍋爐工況正常且在其他環(huán)境適合的前提下，唯一可能導(dǎo)致產(chǎn)生油類物質(zhì)或炭黑的就是燃油質(zhì)量較低、所含雜質(zhì)較多。當(dāng)其燃燒不充分時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量含有碳元素的廢氣，會(huì)造成環(huán)境污染，經(jīng)洗滌塔洗滌入海后，將會(huì)造成海洋污染。故在綜合考慮經(jīng)濟(jì)、適用性的前提下，應(yīng)盡可能選用高質(zhì)量燃油，盡可能減少油品中的雜質(zhì)，保證燃燒后的廢氣盡可能純凈。

（二）提高鍋爐風(fēng)油控制精度

導(dǎo)致鍋爐內(nèi)燃燒不充分絕大部分是鍋爐風(fēng)門的波動(dòng)，故應(yīng)盡可能解決鍋爐風(fēng)門波動(dòng)的情況。可以通過(guò)將風(fēng)門改為電動(dòng)控制系統(tǒng)的方法，減少控制空氣、機(jī)械反饋環(huán)節(jié)風(fēng)門的波動(dòng)，使鍋爐內(nèi)的空氣盡可能平穩(wěn)，防止由于負(fù)荷的突然變動(dòng)導(dǎo)致空氣供應(yīng)不足，致使燃油燃燒不充分。

（三）及時(shí)開(kāi)展吹灰工作

鍋爐內(nèi)的炭灰及雜質(zhì)有可能堵住出氣口或煙火控制板導(dǎo)致燃油燃燒不充分，故可以通過(guò)減少炭灰的方式來(lái)預(yù)防燃燒不充分。按照一定的時(shí)間間隔進(jìn)行吹灰作業(yè)，清理鍋爐內(nèi)的炭灰和雜質(zhì)，一方面可以防止炭黑堵死鍋爐出氣孔，另一方面也可以預(yù)防炭黑在鍋爐內(nèi)的復(fù)燃。

（四）使用閉式洗滌塔

目前市場(chǎng)上基本上使用的都是開(kāi)式洗滌塔，即海水在洗滌塔內(nèi)對(duì)廢氣進(jìn)行凈化、干燥之后，通過(guò)排海閥直接排放入海，這種情況是不容易控制污染源的，閉式洗滌塔的優(yōu)勢(shì)在于，洗滌原料是手動(dòng)置入的藥液而非海水，在洗滌后回收至專門的回收裝置而不排放入海，船舶靠泊碼頭時(shí)由專業(yè)人員回收上岸，能很好地預(yù)防污染。建議在新船出塢前，盡可能安裝閉式洗滌塔，若不安裝，也要提前考慮在甲板預(yù)留安裝閉式洗滌塔的位置及固定、連接閉式洗滌塔的相關(guān)單元。

（五）設(shè)置專用收集艙

若船上使用的是開(kāi)式洗滌塔，在條件允許的前提下，盡可能設(shè)置專門的艙室存儲(chǔ)洗滌塔內(nèi)的循環(huán)海水，待船舶靠離泊時(shí)再儲(chǔ)運(yùn)上岸，這樣可以防止排出的循環(huán)海水造成污染。但由于目前船舶都盡可能多的裝載貨油，設(shè)置專用儲(chǔ)存艙室的可能性較小，各船舶公司應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮配備。

（六）設(shè)置專用監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置

油分濃度計(jì)能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)水中的含油濃度，可以借鑒研制出另一種在線監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)洗滌塔的循環(huán)海水排出舷外超出技術(shù)規(guī)范時(shí)，裝置可以自動(dòng)報(bào)警并停止向舷外排放，把超標(biāo)的沖灰水引至集污艙或污油水艙，待循環(huán)海水符合排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再自動(dòng)排出舷外。此處所設(shè)置的報(bào)警裝置，與船舶尾氣處理裝置中的洗滌塔的報(bào)警裝置，應(yīng)根據(jù)相關(guān)國(guó)際公約的要求配備。另外，在造船工藝中實(shí)行第二鍋爐，把未充分燃燒的煙道氣進(jìn)行再次燃燒也是污染防治的有效措施。

（七）推進(jìn)立法工作，完善國(guó)內(nèi)對(duì)于惰性氣體洗滌塔排放物的法律規(guī)定

洗滌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。國(guó)際公約與我國(guó)現(xiàn)行的法律對(duì)此均無(wú)明確定義，也沒(méi)有排放物的具體要求，這給海事部門的監(jiān)管造成了困難，故筆者建議相關(guān)單位應(yīng)積極推進(jìn)立法工作，對(duì)船用惰性氣體發(fā)生裝置的洗滌塔排放物的性質(zhì)和定義進(jìn)行明確，并根據(jù)國(guó)際公約相關(guān)規(guī)定和國(guó)內(nèi)法規(guī)明確對(duì)違規(guī)排放行為的處罰方式。只有如此，船舶和其所屬公司才會(huì)真正重視洗滌塔違規(guī)排放的行為，才能從根本上杜絕此類行為的發(fā)生。

七、結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)際公約和國(guó)內(nèi)法規(guī)對(duì)洗滌塔內(nèi)排出的洗滌水均無(wú)定義，也沒(méi)有相應(yīng)的強(qiáng)制要求。由于安裝閉式洗滌塔或其他相關(guān)設(shè)備的成本過(guò)高，船公司通常采用最節(jié)約成本的開(kāi)式洗滌塔，且對(duì)洗滌水的排放也沒(méi)有引起足夠的重視。隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，各國(guó)都將意識(shí)到洗滌塔內(nèi)洗滌水污染的嚴(yán)重性，也必將制定相應(yīng)的公約和法律，并對(duì)洗滌塔循環(huán)海水的排放進(jìn)行嚴(yán)格要求。