一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统及方法与流程

本发明涉及船用机械技术领域，特别涉及一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统及方法。

背景技术：

惰性气体系统(英文：inertgassystem，简称：igs)可以应用在配置有辅助锅炉的原油轮上，主要功能是利用海水对船舶辅助锅炉产生的烟气进行脱硫、除尘和加压，得到化学性质非常稳定的惰性气体，并将惰性气体在原油泵出以后代替货物充入油轮的油舱，使油舱的氧气含量降低至爆炸下限以下，从而避免油舱爆炸，实现原油轮在航行、装油、泄油、扫舱和洗舱等各种工况下的油舱保护。

惰性气体系统包括洗涤塔、风机和水封装置等设备。其中，洗涤塔用于实现烟气的冷却、脱硫、除尘和除湿，是惰性气体系统中最重要的设备，对整个惰性气体系统的功能实现具有决定作用。因此在使用惰性气体系统之前，需要对洗涤塔进行试验，以确保能够提供满足要求的惰性气体，避免原油船发生爆炸。

目前都是在停泊港口的原油船上进行洗涤塔的海上试验。试验时，开启船舶辅助锅炉产生烟气，利用洗涤塔对烟气进行处理，并检测处理前后的烟气中各成分的含量，通过烟气处理前后各成分的含量变化情况确定洗涤塔的烟气处理能力是否满足性能要求。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

船舶辅助锅炉开启后需要在一定的负载下运行，消耗船舶辅助锅炉产生的高温蒸汽(能量)，例如，采用货油泵驱动船舱内的液体流动来消耗船舶辅助锅炉产生的高温蒸汽。若船舱内的液体采用原油，由于此时不清楚洗涤塔的处理能力如何，万一洗涤塔的处理能力不行，那么洗涤塔处理后得到的就不是惰性气体，这些非惰性气体充入船舱内很可能造成原油燃烧甚至发生爆炸，因此采用货油泵驱动原油流动消耗负载存在爆炸的风险，具有一定的危险性；若船舱内的液体改为港口的海水，由于港口的海水中存在较多的杂质，清洁度较差，采用货油泵驱动海水流动消耗负载时海水中的杂质会海水在货油泵内的流动而与货油泵的内壁发生碰撞，损坏货油泵；若船舱内的液体改为清洁的淡水，由于原油船停泊在港口，淡水资源匮乏，获取成本高，加上船舱内的液压量很大，因而整个试验的成本很高。

技术实现要素：

为了解决现有技术试验成本很高的问题，本发明实施例提供了一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统及方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统，所述试验系统包括海水提供装置、烟气提供装置、风机、水封装置和测量装置；

所述海水提供装置包括水泵和盛有模拟海水的水池，所述模拟海水由海盐溶解在淡水中形成，所述水泵的进水口和所述洗涤塔的出水口分别通过管路与所述模拟海水连通，所述水泵的出水口通过管路与所述洗涤塔的进水口连通；

所述烟气提供装置包括天然气锅炉和二氧化硫气瓶，所述天然气锅炉和所述二氧化硫气瓶分别通过管路与所述洗涤塔的进气口连通，所述洗涤塔的出气口通过管路与所述风机的进气口连通，所述风机的出气口通过管路与所述水封装置的进气口连通，所述水封装置的出气口通过管路与大气连通，所述水封装置的进水口通过管路与所述水泵的出水口连通，所述水封装置的出水口通过管路与所述模拟海水连通；

所述测量装置包括烟气分析仪、第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，所述烟气分析仪分别通过管路与所述洗涤塔的进气口、所述洗涤塔的出气口和所述水封装置的出气口连通，所述第一开关阀设置在所述烟气分析仪与所述洗涤塔的进气口连通的管路上，所述第二开关阀设置在所述烟气分析仪与所述洗涤塔的出气口连通的管路上，所述第三开关阀设置在所述烟气分析仪与所述水封装置的出气口连通的管路上。

可选地，所述水封装置上设有用于向所述水封装置内添加碱性溶液的开口。

可选地，所述烟气提供装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述天然气锅炉和所述二氧化硫气瓶与所述洗涤塔的进气口连通的管路中，所述缓冲罐的进气口分别通过管路与所述天然气锅炉和所述二氧化硫气瓶连通，所述缓冲罐的出气口通过管路与所述洗涤塔的进气口连通。

优选地，所述烟气提供装置还包括粉尘投入设备，所述粉尘投入设备通过管路与所述缓冲罐的进气口连通，用于将粉尘投入到所述缓冲罐中。

更优选地，所述粉尘投入设备与所述缓冲罐的进气口连通的管路，和所述二氧化硫气瓶与所述缓冲罐的进气口连通的管路为同一管路。

可选地，所述水池内的模拟海水的液面位于所述洗涤塔的底面之下，且所述水池内的模拟海水的液面与所述洗涤塔的底面的高度差大于2.5m，所述洗涤塔的出水口与所述模拟海水连通的管路伸到所述模拟海水的液面下至少0.5m。

可选地，所述烟气分析仪内设有抽气泵，所述抽气泵产生的负压大于所述风机的进气口的压力。

可选地，所述风机的出气口与所述水封装置的进气口连通的管路通过分支管路与所述水封装置的出气口连通，所述试验系统还包括第一电磁调节阀和第二电磁调节阀，所述第一电磁调节阀设置在位于所述分支管路和所述水封装置的进气口之间的管路上，所述第二电磁调节阀设置在所述分支管路上。

优选地，所述试验系统还包括第一压力变送器，所述第一压力变送器的检测头设置在所述第一电磁调节阀的出气口，所述第一压力变送器的信号输出端口与所述第二电磁调节阀电连接。

另一方面，本发明实施例提供了一种惰性气体系统洗涤塔的试验方法，所述试验方法包括：

向海水提供装置中的水池内注入淡水并加入海盐，形成模拟海水；

开启所述海水提供装置中的水泵，将所述水池内的模拟海水注入所述洗涤塔；

开启烟气提供装置和风机，所述烟气提供装置中的天然气锅炉产生的烟气和二氧化硫气瓶提供的二氧化硫的混合气体在风机的驱动下，依次经过所述洗涤塔和水封装置的处理后排到大气中；

分别打开所述测量装置中的第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀中的一个，利用所述测量装置中的烟气分析仪检测所述混合气体中各成分的含量，所述成分包括二氧化硫气体、氧气、水蒸气和粉尘。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将烟气提供装置从原油船上的辅助锅炉改成天然气锅炉和二氧化硫气瓶，天然气锅炉产生的烟气中二氧化硫和粉尘的含量很低，污染小，能够满足陆地上的环保要求，使得对烟气提供装置的试验可以在陆地上进行，同时二氧化硫气瓶可以补足烟气中缺少的二氧化硫，实现对洗涤塔处理二氧化硫能力的检测。由于陆地上淡水资源相对丰富，获取成本比较低，加上货油泵在陆地上可以驱动很少的清洁淡水循环流动来消耗天然气锅炉运行所需的负载，因此既不会损坏货油泵，也可以大大降低试验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种惰性气体系统洗涤塔的试验方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种惰性气体系统洗涤塔的试验系统，参见图1，该试验系统包括海水提供装置10、烟气提供装置20、风机30、水封装置40和测量装置50。

在本实施例中，如图1所示，海水提供装置10包括水泵11和盛有模拟海水12的水池13，模拟海水12由海盐溶解在淡水中形成，水泵11的进水口和洗涤塔60的出水口分别通过管路与模拟海水12连通，水泵11的出水口通过管路与洗涤塔60的进水口连通。

烟气提供装置20包括天然气锅炉21和二氧化硫气瓶22，天然气锅炉21和二氧化硫气瓶22分别通过管路与洗涤塔60的进气口连通，洗涤塔60的出气口通过管路与风机30的进气口连通，风机30的出气口通过管路与水封装置40的进气口连通，水封装置40的出气口通过管路与大气连通，水封装置40的进水口通过管路与水泵11的出水口连通，水封装置40的出水口通过管路与模拟海水12连通。

测量装置50包括烟气分析仪51、第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀54，烟气分析仪51分别通过管路与洗涤塔60的进气口、洗涤塔60的出气口和水封装置40的出气口连通，第一开关阀52设置在烟气分析仪51与洗涤塔60的进气口连通的管路上，第二开关阀53设置在烟气分析仪51与洗涤塔的出气口60连通的管路上，第三开关阀54设置在烟气分析仪51与水封装置40的出气口连通的管路上。

本发明实施例通过将烟气提供装置从原油船上的辅助锅炉改成天然气锅炉和二氧化硫气瓶，天然气锅炉产生的烟气中二氧化硫和粉尘的含量很低，污染小，能够满足陆地上的环保要求，使得对烟气提供装置的试验可以在陆地上进行，同时二氧化硫气瓶可以补足烟气中缺少的二氧化硫，实现对洗涤塔处理二氧化硫能力的检测。由于陆地上淡水资源相对丰富，获取成本比较低，加上货油泵在陆地上可以驱动很少的清洁淡水循环流动来消耗天然气锅炉运行所需的负载，因此既不会损坏货油泵，也可以大大降低试验成本。

具体地，洗涤塔60的进水口在洗涤塔60的出水口的上方，以使模拟海水12从洗涤塔60的进水口进入洗涤塔内处理烟气后自动流回洗涤塔60的出水口。

具体地，水池的蓄水量可以大于300立方米，以容纳足够多的模拟海水12提供给洗涤塔60和水封装置40。

具体地，模拟海水的ph值可以为7.9～8.4。与一般海水的ph值保持一致，模拟洗涤塔60的真实处理环境。

可选地，水池11内的模拟海水12的液面可以位于洗涤塔60的底面之下，且水池11内的模拟海水12与洗涤塔60的底面的高度差大于2.5m，洗涤塔60的出水口与模拟海水12连通的管路伸到水池11内的模拟海水12下至少0.5m。

在实际应用中，风机30的静压约为2700mmwg，通过上述设置可以在洗涤塔60内形成水封，保证在风机的静压小于3000mmwg的情况下不会有空气进入洗涤塔60内。

可选地，烟气分析仪51内可以设有抽气泵，抽气泵产生的负压大于风机30的进气口的压力。

可选地，烟气提供装置20还可以包括缓冲罐23，缓冲罐23的进气口分别通过管路与天然气锅炉21和二氧化硫气瓶22连通，缓冲罐23的出气口通过管路与洗涤塔60的进气口连通。

也就是说，缓冲罐23的进气口通过一个管路与天然气锅炉21连通，同时缓冲罐23的进气口通过另一个管路与二氧化硫气瓶22连通，另外缓冲罐23的出气口通过又一个管路与洗涤塔60的进气口连通。

具体地，天然气锅炉21与洗涤塔60的进气口连通的管路可以由缓冲罐23的进气口与天然气锅炉21连通的管路和缓冲罐23的出气口与洗涤塔60的进气口连通的管路组成；二氧化硫气瓶22与洗涤塔60的进气口连通的管路可以由缓冲罐23的进气口与二氧化硫气瓶22连通的管路和缓冲罐23的出气口与洗涤塔60的进气口连通的管路组成。

在实际应用中，通过设置缓冲罐23可以使天然气锅炉21产生的烟气和二氧化硫气瓶22提供的二氧化硫气体在其中进行充分的混合，最终提供各成分含量稳定的混合气体。

优选地，烟气提供装置20还可以包括粉尘投入设备，粉尘投入设备通过管路与缓冲罐23的进气口连通，用于将粉尘投入到缓冲罐23中。由于天然气锅炉21产生的烟气中粉尘的含量也很低，因此设置粉尘投入设备在天然气锅炉产生的烟气中投入粉尘，可以进一步检测洗涤塔60的粉尘处理能力。

更优选地，粉尘投入设备与缓冲罐23的进气口连通的管路，和二氧化硫气瓶22与缓冲罐23的进气口连通的管路可以为同一管路。由于烟气分析仪对烟气中二氧化硫气体的含量检测和对烟气中粉尘的含量检测是分开进行的，因此可以在检测二氧化硫的含量时将二氧化硫气瓶22通过某个管路与缓冲罐23的进气口连通，以在天然气锅炉产生的烟气中混入二氧化硫气体；而在检测粉尘含量时先将二氧化硫气瓶与这个管路分开，再将粉尘投入设备与这个管路连通，从而将粉尘投入设备通过同一管路与缓冲罐23的进气口连通，以在天然气锅炉产生的烟气中混入粉尘，这样既不会影响烟气分析仪对洗涤塔处理能力的检测，又可以减少管路的设置，降低试验的成本。

在其它实现方式中，粉尘投入设备与缓冲罐23的进气口连通的管路，和二氧化硫气瓶22与缓冲罐23的进气口连通的管路也可以为不同的管路。

具体地，水封装置40可以包括水封塔41、以及插入水封塔41的进气管42和出气管43，进气管42插入水封塔41的一端插在模拟海水12中，进气管42在水封塔41外的一端为水封装置40的进气口，出气管43插入水封塔41插入的一端在模拟海水12的液面的上方，出气管43在水封塔41外的一端为水封装置40的出气口，水封装置40的进水口和出水口分别设置在水封塔41上。

在实际应用中，洗涤塔60处理后的烟气在风机30的驱动下可以从进气管42进入水封塔41内的模拟海水12中，并在模拟海水12的浮力作用下移动到模拟海水12的液面的上面，最终从出气管43排到大气中。同时大气中的空气在模拟海水12的阻挡下无法反过来进入到进气管41中。

可选地，出气管43在水封塔41外的一端可以设有消音器，以免气体排出时形成噪音。

进一步地，水封装置40的进水口在水封装置40的出水口的下方，可以避免洗涤塔41内的模拟海水12被完全排出，起不到水封的作用。

可选地，水封装置40上可以设有用于向水封装置40内添加碱性溶液的开口。一方面可以提高水封塔41内的模拟海水12的ph值，利用水封塔41内的模拟海水12再次对洗涤塔60处理的烟气进行处理，尽可能将烟气中的二氧化硫处理干净，避免污染环境；另一方面可以通过与水池11内的模拟海水12进行交换，提高水池11内的模拟海水12的ph值，避免水池11内的模拟海水12的ph值由于进入到洗涤塔60内处理烟气而降低，进而影响洗涤塔60的烟气处理效果，最终影响到检测结果的准确性。

具体地，碱性溶液的ph值可以大于10，以达到较好的处理效果。

更具体地，碱性溶液可以为碘液。

在实际应用中，风机30可以为惰性气体系统中的风机，水封装置40也可以与惰性气体系统中的水封装置，以提高试验的准确性和降低试验成本。

可选地，风机30的出气口与水封装置40的进气口连通的管路可以通过分支管路70与水封装置40的出气口连通。

相应地，该试验系统还可以包括第一电磁调节阀81和第二电磁调节阀82，第一电磁调节阀81设置在位于分支管路70和水封装置40的进气口之间的管路上，第二电磁调节阀82设置在分支管路70上。

在实际应用中，通过控制第一电磁调节阀81和第二电磁调节阀82的开口大小，可以在风机30的出气口排出的气体过多时，及时通过分支管路70及时进行泄压，避免管路中压力过大而发生事故。

具体地，分支管路70和水封装置40的进气口之间的管路的直径可以大于分支管路70的直径。

更具体地，分支管路70的直径可以为250mm，分支管路70和水封装置40的进气口之间的管路的直径可以为350mm，分支管路70和风机30的出气口之间的管路的直径可以为300mm。

另外，水封装置40的出气口与大气连通的管路的直径可以为350mm，以保障烟气的充分排放。

优选地，该试验系统还可以包括第一压力变送器83，第一压力变送器83的检测头设置在第一电磁调节阀81的出气口，第一压力变送器83的信号输出端口与第二电磁调节阀82电连接。以利用第一压力变送器83实现第二电磁调节阀82的自动调节。

更优选地，该试验系统还可以包括第三电磁调节阀84，第三电磁调节阀84与风机30电连接，第三电磁调节阀84设置在风机30的出气口。

在实际应用中，第三电磁调节阀84的开口越大，气体流量越大，风机30的负荷越大；反之，第三电磁调节阀84的开口越小，气体流量越小，风机30的负荷越小。第三电磁调节阀84根据风机30的电流信号(电流与负荷成正比)自动调节开口大小，可以将风机30的负荷自动调节到一定范围内，防止风机30过载。

进一步地，该试验系统还可以包括第二压力变送器85，第二压力变送器85的检测头设置在第三电磁调节阀84的出气口与分支管路70连通的管路上，以便监控风机30的出气口的压力。

更进一步地，该试验系统还可以包括第三压力变送器86，第三压力变送器86的检测头设置在洗涤塔60的进水口与水泵11连通的管路上，以便监控洗涤塔60内的压力大小。

在具体实现中，在洗涤塔60的进水口与水泵11连通的管路上可以设有第一流量计91，以便配合调节阀(如蝶阀)控制注入洗涤塔60的模拟海水12的流量。

具体地，第一流量计91可以为电磁流量计。

相应地，在洗涤塔60的进气口与缓冲罐23连通的管路上可以设有第二流量计92，以方便配合调节阀控制注入洗涤塔60的烟气的流量。

具体地，第二流量计92可以为皮托管流量计。

进一步地，在二氧化硫气瓶22与缓冲罐23连通的管路上可以设有第三流量计93，以便配合调节阀控制混入天然气锅炉产生的烟气中的二氧化硫气体的流量。

具体地，第三流量计93可以为皮托管流量计。

在实际应用中，在水泵11与洗涤塔60的进水口连通的管路上可以设有第四开关阀94，在天然气锅炉21与缓冲罐23连通的管路上可以设有第五开关阀95，在二氧化硫气瓶22与缓冲罐23连通的管路上可以设有第六开关阀96，在水泵11与水封装置40的进水口连通的管路上可以设有第七开关阀97，在水封装置40的出水口与模拟海水12连通的管路上可以设有第八开关阀98，以对其所在管路的通断进行相应控制。

实施例二

本发明实施例提供了一种惰性气体系统洗涤塔的试验方法，参见图2，该试验方法包括：

步骤201：向海水提供装置中的水池内注入淡水并加入海盐，形成模拟海水。

可选地，该步骤201可以包括：

第一步，向水池内注入淡水。

第二步，向淡水中加入海盐。

第三步，检测加入海盐后的淡水的ph值。若检测的ph值小于设定值，则再次执行第二步；若检测的ph值等于设定值，则模拟海水形成；若检测的ph值大于设定值，则执行第四步。

第四步，向淡水中加入酸性溶液，并再次执行第三步。

在实际应用中，设定值可以为船舶航行海域的海水的ph值。若船舶航行海域的海水的ph值不止一个，则可以选择多个ph值中的最小值。

步骤202：开启海水提供装置中的水泵，将水池内的模拟海水注入洗涤塔。

在实际应用中，开启水泵和洗涤塔的进水口与水泵连通的管路上设置的第四开关阀，水泵驱动水池内的模拟海水从洗涤塔的进水口进入洗涤塔，在洗涤塔内喷淋后从洗涤塔的出水口流回水池。

进一步地，可以利用洗涤塔的进水口与水泵连通的管路上设置的第一流量计和相应的调节阀，控制注入洗涤塔的模拟海水的流量。

步骤203：开启烟气提供装置和风机，烟气提供装置中的天然气锅炉产生的烟气和二氧化硫气瓶提供的二氧化硫的混合气体在风机的驱动下，依次经过洗涤塔和水封装置的处理后排到大气中。

在实际应用中，开启天然气锅炉所在管路的第五开关阀和二氧化硫气瓶所在管路的第六开关阀，天然气锅炉产生的烟气和二氧化硫气瓶提供的二氧化硫在烟气提供装置中的缓冲罐中混合，风机驱动混合后的气体依次经过洗涤塔和水封装置的处理后排到大气中。

进一步地，可以利用洗涤塔的进气口与缓冲罐连通的管路上设置的第六流量计和相应的调节阀控制注入洗涤塔的烟气的流量；利用二氧化硫气瓶与缓冲罐连通的管路上设置的第三流量计和相应的调节阀控制烟气中混入的二氧化硫气体的流量。

另外，第一电磁调节阀所在管路的压力可以调节为船舶上的常规值，如500mmwg。

步骤204：分别打开测量装置中的第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀中的一个，利用测量装置中的烟气分析仪检测混合气体中各成分的含量，成分包括二氧化硫气体、氧气、水蒸气和粉尘。

在实际应用中，可以要求处理后的混合气体中含硫量小于100ppm，含湿量小于1g/kg，颗粒含量小于原来的1％，温度与模拟海水相差不超过5℃。

可选地，该试验方法还可以包括：

向水封装置内的模拟海水中加入碱性溶液。

通过提高水封装置内的模拟海水的ph值，可以充分滤除烟气中的二氧化硫气体，避免二氧化硫气体排放到大气中污染环境。

进一步，该试验方法还可以包括：

开启水泵，将水封装置内的模拟海水与水池内的模拟海水进行交换。

需要说明的是，由于水池内的模拟海水在洗涤塔会与二氧化硫气体发生反应，模拟海水流回水池后ph值下降，通过将加入碱性溶液的模拟海水与水池内的模拟海水进行交换，可以提高水池内模拟海水的ph值，保持水池内模拟海水ph值的稳定性，避免影响洗涤塔的处理能力，提高检测的准确性。

本发明实施例通过将烟气提供装置从原油船上的辅助锅炉改成天然气锅炉和二氧化硫气瓶，天然气锅炉产生的烟气中二氧化硫和粉尘的含量很低，污染小，可以满足陆地上不允许使用重油锅炉的环保要求，同时二氧化硫气瓶可以补足烟气中缺少的二氧化硫，实现对洗涤塔处理二氧化硫的检测，进而将试验从海上转移到陆地上。由于陆地上淡水资源相对丰富，获取成本比较低，加上货油泵在陆地上可以驱动很少的清洁淡水循环流动来消耗天然气锅炉运行所需的负载，因此既不会损坏货油泵，也可以大大降低试验成本。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。