近日，中國(guó)船級(jí)社(CCS)的“LNG燃料罐整體換罐模式及技術(shù)要求研究”項(xiàng)目的研究及其研究成果《LNG燃料罐整體換罐模式及技術(shù)要求研究報(bào)告》《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》(2021)修訂建議和《LNG燃料罐整體換罐操作手冊(cè)》正式通過專家評(píng)審。來自科研機(jī)構(gòu)、造船企業(yè)、航運(yùn)企業(yè)、設(shè)備廠家和CCS相關(guān)部門的專家一致認(rèn)為，這為后續(xù)船舶規(guī)范完善和換罐模式在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，對(duì)我國(guó)LNG動(dòng)力船的應(yīng)用推廣具有重要推動(dòng)作用。

(資料圖)

創(chuàng)新破解LNG補(bǔ)給難題

液化天然氣(LNG)燃料的應(yīng)用是發(fā)展長(zhǎng)江綠色航運(yùn)的重要舉措之一，亦是推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展,譜寫生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展新篇章的重要推手之一。近年來，我國(guó)一直積極推動(dòng)LNG在內(nèi)河航運(yùn)的應(yīng)用，交通運(yùn)輸部等部門也多措并舉推動(dòng)船舶使用LNG以及內(nèi)河LNG加注站的建設(shè)。在此背景下，不難預(yù)測(cè)，船舶用氣將會(huì)迎來巨大增長(zhǎng)，LNG動(dòng)力船舶的燃料補(bǔ)給需求也將隨之增長(zhǎng)。

目前，船用LNG加注模式總體上可分為槽車加注、岸站加注、躉船加注、海上浮式加注、加注船加注、整體換罐等多種方式。在我國(guó)內(nèi)河使用較多的主要是岸站加注和躉船加注。岸站加注指通過岸基碼頭為受注船提供LNG燃料加注服務(wù)。岸站加注模式適用于水位變化不大的渠化河流或港口，該模式也可結(jié)合躉船使用，將LNG儲(chǔ)罐固定在岸上，加注設(shè)備固定在躉船上，躉船可適應(yīng)不同季節(jié)水位差變化。躉船加注指將包括儲(chǔ)罐的整套加注設(shè)施放置于船上實(shí)施加注。該種加注模式的特點(diǎn)是可以適應(yīng)航道的水位變化，而且可以根據(jù)市場(chǎng)的變化、加注站布局的變化而改變船位。

然而，無論是岸站加注和躉船加注模式，還是槽車加注、海上浮式加注、加注船加注模式，都需要新建加注船、加注站，這就存在投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、審批手續(xù)復(fù)雜、加注安全距離受限、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等系列問題。目前在我國(guó)還未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣，而且較難在短時(shí)間內(nèi)形成與市場(chǎng)需求相匹配的規(guī)模效應(yīng)。面對(duì)LNG內(nèi)河應(yīng)用需求的巨大增長(zhǎng)潛力，有效的商業(yè)模式亟待被挖掘。與此同時(shí)，盡管目前在我國(guó)長(zhǎng)江干線、西江干線、京杭運(yùn)河及庫(kù)湖區(qū)等“大動(dòng)脈”已逐步形成的LNG燃料補(bǔ)給總體格局是躉船式加注和岸基式加注各有主輔、互為補(bǔ)充，但在支線河流等“毛細(xì)血管”，因水面寬度有限、水流狀態(tài)復(fù)雜，如何保障船舶能夠獲得安全可靠的LNG燃料補(bǔ)給成為亟待解決的問題。

針對(duì)LNG動(dòng)力船舶燃料補(bǔ)給困難這一問題，CCS設(shè)立了“LNG燃料罐整體換罐模式及技術(shù)要求研究”項(xiàng)目，提出了利用可移式LNG燃料罐，通過整體換罐模式實(shí)現(xiàn)燃料補(bǔ)給的解決方案。“如果采用以LNG罐箱作為可替換式標(biāo)準(zhǔn)燃料罐，對(duì)內(nèi)河船舶進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，統(tǒng)一管理，可以有效規(guī)避上述諸多問題，可實(shí)現(xiàn)隨到隨換，隨換隨走。”CCS武漢規(guī)范研究所研發(fā)部侯星星介紹道。

LNG燃料罐整體換罐方式指在船舶燃料罐LNG用完后，不使用任何一種已有LNG加注形式對(duì)燃料罐進(jìn)行補(bǔ)液，而是將燃料罐整體卸下，更換新的燃料罐。該模式可完美解決上述一系列困難，并且可在短時(shí)間內(nèi)迅速與市場(chǎng)需求相匹配。LNG燃料罐整體換罐模式優(yōu)勢(shì)也十分突出，首先，受注限制少，加注地點(diǎn)不再受限于加注站，只要是具有吊裝資質(zhì)的碼頭，都可以完成船舶的換罐加注。其次，加注時(shí)間縮短，傳統(tǒng)加注需要進(jìn)行惰化、吹掃等一系列加注流程，采用可移式LNG燃料罐只需要進(jìn)行換罐，有效縮短加注時(shí)間。第三，利于小型和中型船舶布置，可移式LNG燃料罐多采用20英尺和40英尺標(biāo)準(zhǔn)罐箱，小于絕大部分的固定式LNG燃料罐儲(chǔ)存容量，適合小型和中型船舶應(yīng)用。第四，利于船舶標(biāo)準(zhǔn)化和集成化設(shè)計(jì)，若有一定規(guī)模數(shù)量的船舶應(yīng)用可移式LNG燃料罐，可以實(shí)現(xiàn)船舶換罐的統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一管理。

罐箱與可移動(dòng)燃料罐大不同

目前，水上運(yùn)輸技術(shù)已十分成熟的LNG罐箱在水陸空“多式聯(lián)運(yùn)”模式之下的優(yōu)勢(shì)十分突出，隨著LNG罐箱應(yīng)用發(fā)展，勢(shì)必也會(huì)加快其在船舶上作為燃料罐的應(yīng)用進(jìn)程。鑒于LNG罐箱與LNG燃料罐如此類似，都是可移動(dòng)的獨(dú)立罐箱，那么，LNG燃料罐是否可以直接采用LNG罐箱的相關(guān)要求投入應(yīng)用呢？答案是否定的。

侯星星解釋道：“盡管LNG罐箱水上運(yùn)輸技術(shù)已十分成熟，但如果要將其作為L(zhǎng)NG燃料罐，則還需要進(jìn)一步分析研究二者之間的不同，分析其是否能滿足LNG燃料罐的各項(xiàng)特有要求，從而確保船舶航行的安全性和可靠性。”

針對(duì)此，CCS項(xiàng)目組對(duì)船用LNG燃料罐的適用性進(jìn)行了研究，從LNG罐箱的應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，分析了可移式LNG燃料罐的市場(chǎng)需求，研究了可移式LNG燃料罐與LNG罐箱的異同，規(guī)范方面，LNG罐箱運(yùn)輸時(shí)僅需滿足《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》(IMDG規(guī)則)，而作為燃料罐時(shí)需同時(shí)滿足IMDG和國(guó)際使用氣體或其他低閃點(diǎn)燃料船舶安全規(guī)則(IGF規(guī)則)。相較于運(yùn)輸罐箱，可移式燃料罐增設(shè)了大量需與船舶系統(tǒng)相連的接口和閥件等，同時(shí)其外部框架也需采用耐低溫材料制造，除非經(jīng)過低溫計(jì)算并經(jīng)認(rèn)可。

研究結(jié)果顯示，LNG罐箱作為可移式燃料罐，與固定式燃料罐的區(qū)別主要體現(xiàn)在連接方式和布置上。

連接方式方面。首先，固定式燃料罐不需要進(jìn)行換罐操作，直接通過加注充裝液體即可，因此燃料罐與船舶供氣系統(tǒng)之間的連接是固定的。而可移式LNG燃料罐需要進(jìn)行拆卸、更換操作，會(huì)導(dǎo)致LNG泄漏風(fēng)險(xiǎn)增大，對(duì)于連接接頭和連接管路需要重點(diǎn)關(guān)注。其次，供氣系統(tǒng)連接。固定式燃料罐的供氣系統(tǒng)組成已基本固化，為燃料罐-蒸發(fā)器-閥箱(GVU)-發(fā)動(dòng)機(jī)。目前罐箱作燃料罐的設(shè)計(jì)方案有集成蒸發(fā)器和單獨(dú)罐箱兩種形式，供氣流程與固定式燃料罐相同，都需要經(jīng)過蒸發(fā)器-GVU-發(fā)動(dòng)機(jī)的流程。第三，安保系統(tǒng)連接。固定式燃料罐的監(jiān)控信號(hào)，如壓力、液位、溫度等信號(hào)傳感器與船舶監(jiān)控系統(tǒng)之間始終連接，而可移式LNG燃料罐需要設(shè)置專門的接線箱，用于換罐時(shí)與船舶安保監(jiān)控系統(tǒng)的連接，包括信號(hào)的連接傳輸和遙控閥的操作等。

船舶布置方面。首先，固定式燃料儲(chǔ)存一般有獨(dú)立型燃料艙和薄膜型燃料艙兩種，可以位于開敞甲板之上，也可以位于甲板下的圍蔽處所，這兩種型式都非常普遍。對(duì)于LNG罐箱而言，當(dāng)其作為集裝箱運(yùn)輸時(shí)，IMDG規(guī)則明確規(guī)定罐箱必須位于開敞甲板之上；IGF規(guī)則對(duì)于可移式燃料罐則沒有規(guī)定不能位于甲板下圍蔽處所，從安全、換罐方便的角度出發(fā)，現(xiàn)有方案更傾向于將罐箱布置在開敞甲板之上。其次，固定式燃料罐與可移式燃料罐布置均沒有明確的規(guī)定船舶布置位置，滿足盡可能遠(yuǎn)離著火源的條件下，船首、船中和船尾都允許。第三，船舶應(yīng)用固定式燃料罐一般單個(gè)容量大，總體數(shù)量少，但是可移式LNG燃料罐單個(gè)容量小，若船舶需求量大，則需要同時(shí)配備多個(gè)罐箱，為充分利用船舶的高度空間，在船舶上的布置存在堆碼現(xiàn)象，而采用堆碼方式后，罐箱的跌落、透氣系統(tǒng)、有效隔離等安全問題都是需要加以考慮的問題，固定式燃料罐在這方面則不需要特殊考慮。

技術(shù)為安全筑牢屏障

經(jīng)過對(duì)比不難看出，LNG燃料罐與LNG罐箱之間的區(qū)別是顯而易見的。為了全方位保障LNG燃料罐整體換罐模式下的航運(yùn)安全性和可靠性，在分析了解了LNG罐箱和可移式LNG燃料罐自身特點(diǎn)以及差異后，CCS項(xiàng)目組對(duì)LNG燃料罐整體換罐模式的技術(shù)要求進(jìn)行了研究。

“我們分析研究了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已有的和正在進(jìn)行的相關(guān)實(shí)船案例以及概念設(shè)計(jì)方案，從政策法規(guī)、適用船型和關(guān)鍵技術(shù)3個(gè)方面重點(diǎn)分析研究了LNG燃料罐整體換罐模式的應(yīng)用特點(diǎn)和前景。”侯星星表示。

政策法規(guī)方面。國(guó)外或國(guó)內(nèi)法規(guī)中均包含了LNG罐箱用作可移式燃料罐的要求及LNG罐箱作為集裝箱本身的要求，如同時(shí)滿足燃料罐和罐箱運(yùn)輸要求，LNG罐箱可用作可移式燃料罐；國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)法規(guī)要求一致，允許使用LNG罐箱用于可移式燃料罐。安全監(jiān)管方面，港口裝卸LNG罐箱目前具備可行性，只是在加注方面有所限制，LNG罐箱用作可移式燃料罐時(shí)，不可對(duì)LNG罐箱進(jìn)行直接加注，只有在保證操作、發(fā)證、管理等方面可行的前提下，使用LNG罐箱換罐進(jìn)行LNG加注才具備可行性。

適用船型方面。以長(zhǎng)江流域典型船舶為例，選取了20余艘船舶進(jìn)行計(jì)算，研究了船舶總噸位、功率需求和船型的適用性，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為2個(gè)40英尺可移式LNG燃料罐可以滿足絕大部分船舶的動(dòng)力需求，具有普遍適用性，且建議采用并排布置，避免堆碼方案帶來的掉箱等風(fēng)險(xiǎn)。500總噸以下船舶建議采用10英尺或20英尺的小尺寸可移式燃料罐。船舶類型方面，客船、危險(xiǎn)化學(xué)品船、起重船、挖泥船、自卸沙船以及不定期航線這類船舶，不建議應(yīng)用可移式LNG燃料罐，如確需應(yīng)用，應(yīng)該經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估認(rèn)可。對(duì)于集裝箱船、干散貨貨船、滾裝船這類常規(guī)貨船，可以應(yīng)用可移式LNG燃料罐，應(yīng)用時(shí)根據(jù)船舶情況確定燃料罐的布置位置及配置數(shù)量，保證船舶安全性。

關(guān)鍵技術(shù)方面。第一，總體設(shè)計(jì)方案。包括集成蒸發(fā)器在罐箱內(nèi)和單獨(dú)標(biāo)準(zhǔn)罐箱設(shè)計(jì)兩種方案，可根據(jù)船舶是否布置集液盤等防泄漏裝置、燃料罐數(shù)量等因素選擇方案。第二，固定方式。船舶固定建議采用角件鎖結(jié)構(gòu)，可搭配擋板等方式加強(qiáng)燃料罐固定；堆碼層間固定用綁扎件。第三，供氣系統(tǒng)連接。含水、LNG、NG三種介質(zhì)，法蘭、干式快速接頭、螺紋式三種接頭都允許，建議采用干式快速接頭，但需進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)；管路系統(tǒng)應(yīng)采用柔性連接。第四，安保系統(tǒng)連接。采用集成式防爆快接插頭，但業(yè)界需要統(tǒng)一插頭型式和通訊協(xié)議。第五，換罐操作?？刹捎脻L裝式和吊裝式等兩種方式，絕大部分用吊裝式。嚴(yán)格遵守《危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》和《集裝箱港口裝卸作業(yè)安全規(guī)程》，提高換罐人員操作水平。換罐后需進(jìn)行安保系統(tǒng)連接的有效性測(cè)試。最后，對(duì)整體設(shè)計(jì)方案開展HAZID風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提出了相應(yīng)的建議措施。

項(xiàng)目研究報(bào)告有效解決了船舶固定、供氣系統(tǒng)連接和安保系統(tǒng)連接等方面的技術(shù)難點(diǎn)，可為今后船舶應(yīng)用LNG燃料罐整體換罐模式的技術(shù)發(fā)展和研究提供技術(shù)指導(dǎo)。與此同時(shí)，項(xiàng)目研究形成的規(guī)范修訂建議可為《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》相關(guān)內(nèi)容的完善提供輸入信息，從而指導(dǎo)船舶設(shè)計(jì)、建造和檢驗(yàn)；形成的《LNG燃料罐整體換罐操作手冊(cè)》可作為CCS技術(shù)服務(wù)產(chǎn)品，對(duì)實(shí)船應(yīng)用LNG換罐模式提供操作建議，保證操作的安全性。

對(duì)于未來，侯星星表示：“可移式燃料罐的標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)換罐模式大規(guī)模應(yīng)用的重要前提，尤其是供氣連接系統(tǒng)和安保連接系統(tǒng)的連接接頭需要標(biāo)準(zhǔn)化，才能實(shí)現(xiàn)不同燃料罐與不同船舶之間的最佳匹配。但由于目前實(shí)際應(yīng)用案例較少，因此在今后發(fā)展中，重點(diǎn)在于需要聯(lián)合業(yè)界共同推進(jìn)對(duì)于具體標(biāo)準(zhǔn)型式的確定。”