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职称论文发表:防止船舶造成空气污染的检验研究

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近年来,我国船舶空气污染已经成为了社会各界所关注的热点问题之一。根据我国自然资源保护协会发布的《中国船舶和港口空气污染防治白皮书》的相关数据显示:如果一艘中型到大型集装箱船舶使用含硫量为3.5%的船用燃料油,并以最大功率的70%行驶,那么其一天排放的PM2.5总量相当于我国50万辆国Ⅳ货车一天的排放量。船舶空气污染已成为了相继我国机动车尾气污染、工业企业气体排放之后的第三大空气污染物来源,同时参照国际标准制定船用燃油强制性标准,及时控制港口废气污染蔓延。本文主要说明我国船舶运输业发展的同时,对我国的空气质量和大气污染造成一定的影响,本文主要通过相关的数据分析我国船舶造成空气污染的主要来源以及防止我国船舶造成空气污染的检验的具体要求和相关措施。

关键词:船舶;空气污染;原因;检验

一、前言

随着世界工业的发展造成了日益严重的污染,人们越来越关注环境安全问题。对交通运输过程中的空气污染,人们更多的把注意力放在汽车尾气排放土。然而,美国研究人员最新完成的一项研究农明,就全球范围而言,商业运输船舶排放到空气中的颗粒污染物几乎达到汽车所排放颗粒污染物的50%,此外,船舶的氧化氮排放量占个球总氧化氮排放量的7%。船舶污染物不仅影响地球的气候,而且有害于生活在沿海地区的人们的身体健康。由此可见,船舶舶对空气造成的污染是不容忽视的。船舶对空气的污染主要来自于柴油机废气中夹带的氮氧化物和硫氧化物,船上所使用的消耗臭氧物质,船土焚烧以及所载货物所产生的挥发性有机化合物。我国是世界航运大国,由于我国的船舶主要使用柴油发动机,而柴油发动机的废气所含柴油颗粒物、氮氧化物以及硫氧化物成分,已经成为我国大气污染物的重要组成部分。我国2015年6月环境保护部发布的《2014年中国环境状况公报》显示:2014年全国74个新标准检测实施第一阶段城市环境空气质量达标城市比例仅占4.21%,其中氮氧化物和颗粒物的浓度严重超标,2015年全国平均雾霾天数40.9天,比上一年增长了19.8天。由于目前我国船舶造成的空气污染水平治理相对落后,空气污染形势相对严峻,尤其是长三角、珠三角和京津地区等的船舶排放的污染物相对集中,并且造成这些地区严重的空气污染和人员的伤害。所以本文通过对我国船舶空气污染现状进行分析并且分析其原因,总结出我国船舶造成空气污染出现的相关问题和最终提出空气污染检验建议。

二、我国船舶污染的现状

我们首先需要对我国的船舶进行说明,根据我国交通运输部2015年底的相关数据发现,我国目前拥有水上运输船舶为18.39万艘,净载重量为25504.16万吨,下表为2009-2015年我国水上运输船舶和净载重量相关数据:

表1   2009-2015年水上船舶和净载重量

时间

水上船舶(单位:万)

净载重量(单位:万吨)

2009

17.7

14247.28

2010

17.8

15276.28

2011

17.9

16845.93

2012


18275.45

2013

17.9

21276.38

2014

18.2

23472.08

2015

18.39

25504.16

(数据来源:中国环境保护部和交通运输部)

目前我国船舶尚未建立全国性的船舶港口排放清单,但是从地方相关数据可以看出,我国船舶排放已经成为了沿海沿江城市带的重要污染物来源。根据上海市研究结果显示:2015年船舶对上海市主要污染物总量的贡献主要集中在二氧化硫和二氧化氮上,分别为13.2%和12.4%,而颗粒物的排放量贡献率也达到了6.2%,PM2.5、SO2和NOX排放量对上海市的贡献率分别为5.2%、12.8%和8.6%。下表为我国沿海货运船舶结构,如下表所示:

表2  我国沿海货运船舶结构

船舶类型

数量(艘)

运力

船年

万吨以上货船

1738

5518.0万吨

8

700TEU以上集装箱船舶

168

50.4万TEU

11.4

油船

1424

1408.4万吨

7.2

化学品船舶

289

108.7万吨

6.8

液化气船舶

86

22.8万吨

9.2

(数据来源:中国环境保护部和交通运输部)

三、我国船舶对空气造成污染的原因

我国船舶对空气污染最为主要的原因是劣质燃油,由于燃烧油的含硫量相对较高,加上缺乏严格的发动机排放标准,从而导致我国船舶对空气污染排放量远远超过其他的污染源。在2015年我国环境保护部和交通运输部联合发布的《中国船舶和港口空气污染防治概况》显示:我国船舶90%属于内河船舶,散货船舶比例较高,集装箱船舶的比例相对较低。下面具体说明我国船舶对空气污染的原因主要包括下面三个方面:

第一,船舶排放的硫氧化物和氮氧化物等;

船舶排放的硫氧化合物和氮氧化合物是船舶对大气造成污染的最重要的污染物,目前我国港口航运燃油标准较低,船舶主要使用重油或劣质柴油,一艘燃油含硫量3.5%的船舶平均每天的排放量相当于21万辆卡车造成的污染,带来几十种致癌的化学污染物;中国环保部机动车排污监控中心统计显示,2015年在我国港口靠泊的船舶共排放二氧化硫和氮氧化物排放量约占全国排放总量的8.4%和11.3%。香港环境保护署2015年度大气污染物排放清单显示,水上运输产生的PM10、NOx和SOx依次占香港地区相应排放总量的37%、32%和50%。其中,远洋船是船舶排放的最大污染来源,排放了上述污染物中79%的SO2,44%的NOx,68%的PM10;而深圳市每年由船舶排放的SO2约1.6万吨,占深圳总排放量的65.8%左右;NOX有1.9万吨,占总排放量的14.1%左右,PM2.5排放1600吨,占总排放量的5.8%左右。

表3   2009-2015年我国船舶向空气排放的污染物量         (单位:万吨)

时间

硫氧化物

氮氧化物

消耗臭氧化物

有毒气体排放

挥发性有机化合物

2009

11.4

13.5

10.8

108

28

2010

11.8

14.1

11

112

31

2011

12.7

14.6

11.4

116

32

2012

13.5

15.7

11.9

118

34

2013

13.8

15.9

12.6

123

35

2014

14.3

16.3

13.2

125

37

2015

14.9

16.7

14.

128

39

(数据来源:中国环境保护部和交通运输部)

第二,我国船舶在制冷设备、灭火设备的使用、维护、处置时挥发的消耗臭氧化物等;

消耗臭氧物质主要是应用于制冷剂和隔热发泡材料,可能出现在造冰机、空调、冰箱、HALLON 灭火器中。

第三,我国船舶内燃机和焚烧炉等机械设备工作过程中产生的各类有毒气体的排放。

船上产生烟气的典型设备为焚烧炉。船舶营运产生垃圾处理方法主要有3 种: 暂时收存、粉碎处理和焚烧处理。对于航程长,产生垃圾多的大型海船,其污泥、油渣、木料等可燃的固体垃圾处理主要依靠焚烧炉。焚烧炉的使用减少了船舶对水体的直接污染,却相应增加了对空气的污染。除正常使用产生细颗粒物外,焚烧炉还可能因燃烧不充分产生其他有毒烟气,如炉内温度过低易产生毒性物质。

表4  空气污染物排放的主要设备

种类

类型

1

柴油机燃油机

2

制冷设备,如冰柜、冰箱与空调等

3

焚烧装置,液货船

4

消防器材,如灭火的设备与装置

这四类设备装置容易产生硫氧化物(Sox)氮氧化物(N0x)消耗臭氧化物、挥发性有机化合物(VOCs)以及焚烧设备排放的有毒气体等。下表为2009-2015年我国船舶运输业在港口向大气排放的污染物排放量:

四、我国船舶柴油机空气排放物的检验

我国船舶在运行过程中需要燃烧柴油,排放到空气中就会形成氮氧化物,例如一氧化氮NO二氧化氮N02等气体,这些氮氧化物不仅会造成酸雨,还会形成臭氧,危害到人们的身体健康,所以要防止船舶造成空气污染就要对船舶柴油机排放的氮氧化物进行控制,并加强检验。但是我国船舶柴油机对空气排放物的检验存在着以下的问题:

第一,船公司、船东对开展柴油机排放控制检验的意义认识不深,或对具体的技术要求、检验程序不了解,造成在开展检验时,不积极配合或不知道如何配合,从而影响了船舶证书的发放。第二,我国船舶相关检验人员缺乏专业性的检验技能,这样会由于缺乏专业性技能而无法满足船舶专业的检验要求,而且船舶大量工作人员没有深入的研究柴油机所排放的氮氧化物的检验和对污染物排放的控制技术,同时我国船舶机构也缺乏专业性并且经过认可的柴油机对空气中排放的氮氧化物的检验机构;第三,根据目前我国船舶的相关法律法规,没有明确规定我国对船舶具体的检验操作程序,比如在内河的船舶检验只注明了防止船舶造成空气污染的规定字样,而没有明确规定船舶检验的内容、方法和实验的形式,从而使得我国船舶检验的可操作性不强。

下面我们重点对各类污染物排放控制进行检验:

(1)硫氧化物:硫氧化物主要来源于燃油的燃烧,因此控制燃油含硫量可直接减少硫氧化物的排放。船上使用的任何燃油的硫含量应不超过4.5%船上应备有证明燃油硫含量的书面证据供船舶检验专业人员的核查。核查GB/T174114012船用燃料油标准,对比1998年发布的标准,硫含量质量分数最高的RME、RMGRMK类由5.0%修正为3.5%,减少了RMC、RMF、RMH、RML这几类高硫油品,使得符合国家标准的油品现均已满足法规有关硫氧化物排放的要求。柴油含硫量远远低于法规标准要求,因此实船舶营运检验时可缩小检验范围,仅对燃用高硫油品的船舶执行检验时核对供油单上油品是否符合最新船用燃料油标准即可。

(2)氮氧化物:船舶柴油机在进行工作时,燃烧温度愈高形成的氮氧化物总量就会越大。通常低速柴油机所形成的氮氧化物量比高速柴油机要大。氮氧化物排放要求适用于除应急救生以外的输出功率超过130KW的柴油机,其中《国内航行海船法定检验技术规则》(2011)还追溯到2009年9月1日建造的船舶。柴油机出厂前进行试验台试验,合格后获得EIAPP(国际防止发动机大气污染证书,装船时核实机器相关参数。对未带EIAPP证书的柴油机,则在船舶上进行试验台试验,每当柴油机进行了实质性改装时,应执行柴油机初次发证检验。

(3)消耗臭氧物质:消耗臭氧物质主要是应用于制冷剂和隔热发泡材料,可能出现在造冰机、空调、冰箱、HALLON灭火器中。随着全社会对限制消耗臭氧物质水平意识的提高,一些材料设备诸如氯氟烃(CFC)制冷剂、HALLON灭火器已经停止了生产,因此在船舶检验时可重点关注HCFC等材料的使用程度。船用制冷设备使用寿命较长,制冷剂需定期充装,不同的制冷剂不能混装,否则会降低压缩机使用寿命。为规避今后政策调整的风险,我国船舶统一采购不含HCFCs的设备。目前船用空调厂家生产的产品中多采用R404A、R410A等消耗臭氧潜值为零的制冷剂。船舶中央空调制冷系统和食品库冷藏系统等采用同一种制冷剂,以便于制冷剂回收装置再回收。每一个制冷系统适合装设1台泄漏探测器。以便应对制冷剂的更换、泄漏、回收及处置予以记录并保存,并且由专业公司进行维修和保护。船舶上应该持有协议副本,对于仍旧使用HCFCs作为制冷剂的设备应填入防止空气污染证书中。

(4)有毒气体船舶上产生的有毒气体烟气典型设备为焚烧炉。船舶产生的垃圾处理方法主要有三种:暂时收存、粉碎处理和焚烧处理。对于船舶航程长,产生垃圾多的大型船舶,其污泥、油渣、木料等可燃的固体垃圾物的处理主要依靠焚烧炉。焚烧炉的使用减少了船舶对水体的直接污染,却相应增加了对空气质量的污染程度。除了正常使用产生细小颗粒物外,焚烧炉还可能因燃烧不充分而产生其他有毒烟气,比如炉内温度过低而产生的毒性物质。

五、进一步控制我国船舶排放的相关建议

为了有效的改善我国船舶对空气造成的污染量的过高排放,我们在此提出以下建议:

第一:提高燃油质量,从源头进行控制,从海船法要求看,对燃油有定量要求(硫含量不应超过4.5%m/m ),也有定性质量要求(不含有无机酸、不得含有使船舶安全遭受危险或对机械性能有不利影响或对人员造成伤害或从总体上增加空气污染的添加物和化学废物)。船东和船舶运营者往往重视定量参数,而忽视定性质量要求,这也给一些燃油供应商以可乘之机。因此建议国内检测机构提供燃油检测服务,通过对燃油的全面检测,可确认燃油是否符合规定的质量标准,对燃

油的质量问题进行预警,并对燃油预处理系统和主机的运行参数做适当的调整,以防止因燃油质量造成的故障。

第二:船舶加装后处理装置

   船舶废气主要包含SOx , NOx , PM等,目前除采用机内净化技术控制排放外,也开始大量应用后处理装置,以达到日益提高的排放标准。

   船舶柴油机尾气后处理主要采用SCR技术和废气洗涤技术,其中SCR技术用于减少NOx,废气洗涤技术用于减少SOX、和颗粒物。目前,中高速柴油机的SCR技术已非常成熟,而低速机的SCR技术也取得了很大的进步,并开始大量装船;而废气洗涤器也有众多厂商可提供相应产品,且减排效果明显,基本可以减少90%以上的SOx,以及30%以上的颗粒物,达到国际海事组织(IMO)的最新要求。

   船舶发动机加装尾气后处理装置费用根据不同船舶,费用差距较大。但就仅相同船舶改装费用而言,更换低硫油成本最低,其次为加装尾气后处理装置,LNG燃料改装费用最高。

   船舶具体使用哪种方式减排,需要结合船舶具体情况来确定。根据英国劳氏船级社2012年对船东的一项调查,船东为应对排放要求,短期内(5年左右)倾向于采用低硫柴油,中期(5-10年)倾向于加装废气洗涤装置,长期(10年以上)倾向于采用LNG燃料。

第三:船舶使用LNG燃料

   LNG燃料具有清洁、热值高的特点,与同热值的燃油相比,可减少15%-20%的CO:排放、80% - 90%的NO、排放,且几乎没有SO、排放。LNG燃料系统一般无需后处理即可满足目前最严格的排放标准,是目前大力推广的船舶减排方式。

   船舶使用LNG作为燃料主要涉及发动机、储气罐以及供气系统的改装。经过多年的发展,LNG燃料动力船的核心设备—LNG发动机(纯气体以及双燃料发动机)已经成熟,世界柴油机巨头罗·罗、瓦锡兰以及MAN等都已经开发出相应的产品,并批量投入使用,船舶使用LNG燃料已不存在技术上的难题。

   由于LNG存在一定的安全性要求,其改装或者新建的费用较高。此外,进行LNG改装还要考虑燃料供给的成本、载货量减少的成本等,故适合大部分时间在ECA区域航行、且LNG价格较低的情况。

参考文献

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