国内船舶企业能耗及污染物排放

国内船舶企业能耗及污染物排放

李斌成 张炳艺 陈培伟 刘思言

大连海事大学航海学院， 辽宁 大连 116085

摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，通过国内船舶企业的调研数据，建立基于反向传播人工神经网络（Ｂａｃｋ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＮｅｕｔｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＢＰ－ＡＮＮ）的板材日切割量预测模型，实现对船舶修造工艺能耗及污染物排放的评估，并计算得到船舶工业的能耗及污染物排放指数。通过对能耗及污染物排放现状的深入分析，梳理国内船舶企业能耗及污染物排放特征及影响因素，并提出船舶企业节能环保体系的构建要点，为后续船舶修造工艺优化和船舶工业高质量发展提供科学依据。

关键词：船舶工业；船舶修造工艺；能耗；污染物排放

引言

当前我国的船舶造修企业普遍采用具有劳动力密集、能源利用率低和废料污染物排放量大等特征的粗放型生产模式，已无法满足船舶制造业高质量发展的要求。随着经济高质量发展的需求日益提高和人们节能环保的意识逐渐增强，加上区域性的支持政策和地方性的环保法规各不相同，船舶造修企业亟需树立节能环保的理念，迅速转型升级，加快管理提升，通过采取技术革新、工艺优化和管理改进等措施，解决能源利用率低和污染排放严重等突出问题，提高产品的技术含量，增强企业的市场竞争力。在此背景下，对国内船舶造修企业的能耗和污染物排放现状进行调查，对其引起的环境污染情况进行评估，显得尤为重要，这也是提升我国造船业的船舶修造工艺和精细化管理水平，稳步提高能源利用率和单位生产效率的基础。

1典型船舶修造工艺的能耗及排放

作为大型的钢结构，船舶的建造－维修－拆除是繁琐且系统的工程。造船企业的生产工艺环节众多，具体包括钢材预处理（矫正、除锈及喷底漆）、边缘加工、板材－型材弯曲成形、装配－焊接（打磨除锈等辅助作业）、设备舾装及涂装等。修船企业的生产工艺环节主要集中在船体清洁（如：浮游生物除污及涂装防锈，含油废水、废油、有机废气及固废粉尘等的处理）、破损部位的修复（切割及焊接处理）及舾装件的更换调试等。不同工艺环节的目的、加工对象及物理过程各不相同，采用的加工方式也不尽相同，因此，可能产生的能耗及排放问题也有所差别。考虑到不同加工方式的能耗成本、自动化水平、劳动强度、实际工程应用中的局限性及构件加工的不同质量要求，在相同工艺环节中，可能选择不同的加工方式。

2国内船舶企业能耗及污染物排放

2.1船舶中生活污水的处理方法和循环利用技术

船舶中的生活污水主要来源日常的生活中，如冲厕水、厨房用水和洗涤灰水。一般情况下，处理后的污水必须要能够达到中水处理的标准。中水处理通常要经过沉淀、过滤、紫外线消毒等一系列的过程，确保处理后的水在悬浮物、色度、气味以及生物需氧量等符合标准之后，才能够进行相应的进行回收。并且在之后才可以进行冲厕和甲板冲洗的操作。这种循环利用的模式生活污水综合处理装置。生活污水经过处理之后，经过一系列的处理，最终达到标准并直接排放。尤其是在厨房在制作大量含有水分的食物时，可以先进行分离，再放入生活污水的处理装置中，达到相应的标准要求之后再进行处理或者排放到大气中。船舶在进行污染物的综合处置时，要考虑多种因素的影响，如安全卫生、对水的处理还会考虑水的颜色、污水处理的经济性以及污水处理的便利性。此外，不含水分的食物可以直接扔进焚化炉。这种污水的循环利用技术能够给日常的污水处理带来新的设计灵感，还能够减少对环境的污染。

2.2应用先进修造工艺

船舶修造过程中的加工质量问题主要是加工精度及涂装的厚度和均匀度。板材切割的尺寸精度、板材弯曲成形的面外变形及焊接变形的矫正均影响船舶修造精度及加工能耗和工时。板材边缘加工可采用高压水射流切割工艺，在减少ＰＭ产生的同时，可有效降低热变形，确保切割精度。当前，船舶企业常采用手工电弧焊、ＣＯ２气体保护焊和埋弧焊等焊接方法。埋弧焊的实施过程需要焊剂小车及行走轨道的配合，限制其不能大范围应用；然而，从能耗及焊接热输入的角度分析，埋弧焊的线能量更大，可实现大厚板对接焊的热输入高效焊接。埋弧焊由于焊剂的保护作用，热效率更高（达９０％以上），可更好地将电能转化为热能，实现焊丝的熔化焊接。ＣＯ２气体保护焊的热效率为５０％～７０％，部分电能转化为弧光和热能，散失至空气中。针对特殊材料和结构，可采用激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊和爆炸焊等先进焊接方法，解决特殊工程问题，进而满足实际修造的具体需求。底漆喷涂和涂装工艺中的设备额定功率大、能耗高，若提高涂装质量、减少补漆环节，则可有效降低能耗及污染物排放。为提高涂料附着率，确保涂装的厚度和均匀度，实现高质量的涂装工艺，可使用基于先进喷涂工艺的混气喷涂设备。在预处理除锈及切割环节产生的ＰＭ，作为重要的大气污染物，需要在未来船舶修造中予以解决。采用更加先进的金属及复合材料（不锈钢、碳纤维材料等），可从源头上有效避免ＰＭ的产生，保护大气环境。在焊接过程中产生的烟尘也是大气污染的主要来源。一方面，通过激光焊等热量更为集中的先进焊接方法，在确保焊接质量的同时，可减少污染物排放；另一方面，使用热输入且热效率更高的埋弧焊、焊剂铜衬垫（Ｆｌｕｘ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｂａｃｋｉｎｇ，ＦＣＢ）法多丝单面埋弧自动焊等焊接工艺，可减少焊接烟尘排放。普通的ＣＯ２气体保护焊可通过改良的药芯焊丝，可减少焊接烟尘排放。

2.3VOCs排放

1)回收技术即非破坏性方法，主要采用物理方法回收VOCs，主要适用于组分单一、质量分数较大的废气，常用技术有吸附技术、吸收技术、冷凝技术和膜分离技术；2)去除技术即通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法。对于船舶造修企业和船舶工业而言，涂装工艺环节产生的VOCs质量分数较小，一般采用吸附-脱附-催化燃烧的方式和流程对VOCs进行净化处理。具体地，首先通过蜂窝活性炭对质量分数较小的VOCs进行浓缩处理，再以贵金属作为催化剂，使浓缩的VOCs在低温下燃烧，产生无害气体排放到大气中。

2.4粉尘颗粒物的治理措施

针对火焰切割及等离子切割过程中产生的粉尘颗粒物，采用集中收集、通风处理等方式，可确保排放达标，避免污染环境。其中，在板材切割生产线上，安装烟尘回收处理设备，通过下方的进气管道收集烟尘，能够有效控制切割产生的烟尘，并且加装烟尘罩，确保切割烟尘的高效处理。针对焊接过程的粉尘颗粒物排放，可使用高标准的焊丝焊剂，减少焊接烟尘的产生；可采用焊接烟尘净化设备对焊接烟尘进行收集处理。然而，由于焊工数量大，工作位置分散，不太适合大规模的全面应用，因此只在若干个固定工位，或者焊接条件允许的位置，使用焊接烟尘净化设备。该设备通过管道将焊接烟尘吸入箱体，利用滤网收集焊接烟尘；内部滤网每季度除尘１次，每年更换１次滤网。同时，可对车间内产生的烟尘颗粒物进行集中处理，达标后再排放到室外。

结语

节能减排是船舶工业及船舶企业发展的必由之路，为实现节能减排目标，需要社会、经济、科技、环保等多方位的综合发展。在大力发展船舶工业、振兴经济的同时，不得不面临能耗及污染物排放等问题。对于全球性的船舶修造、航运及港口企业，在促进全球经济发展、加强国际贸易交流的同时，需要防范全球环境恶化及地方生态系统（物种）破坏等问题。

参考文献

［１］　王江超，包张静，洪方智，等．面向绿色造船的修造工艺能耗及排放现状［Ｊ］．造船技术，２０２１，４９（１）：４５－５０，７５．

［２］　包子阳，余继周，杨杉．智能优化算法及其ＭＡＴＬＡＢ实例［Ｍ］．２版．北京：电子工业出版社，２０１８．