近日，中國船級社(CCS)的“LNG燃料罐整體換罐模式及技術(shù)要求研究”項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》正式通過專家評審。來自科研機構(gòu)、造船企業(yè)、航運企業(yè)、設(shè)備廠家和CCS相關(guān)部門的專家一致認為，這為后續(xù)船舶規(guī)范完善和換罐模式在實際項目中的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，對我國LNG動力船的應(yīng)用推廣具有重要推動作用。

創(chuàng)新破解LNG補給難題

液化天然氣(LNG)燃料的應(yīng)用是發(fā)展長江綠色航運的重要舉措之一，亦是推動長江經(jīng)濟帶高質(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，我國一直積極推動LNG在內(nèi)河航運的應(yīng)用，交通運輸部等部門也多措并舉推動船舶使用LNG以及內(nèi)河LNG加注站的建設(shè)。在此背景下，不難預(yù)測，船舶用氣將會迎來巨大增長，LNG動力船舶的燃料補給需求也將隨之增長。

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罐的整套加注設(shè)施放置于船上實施加注。該種加注模式的特點是可以適應(yīng)航道的水位變化，而且可以根據(jù)市場的變化、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、審批手續(xù)復(fù)雜、加注安全距離受限、標準不統(tǒng)一等系列問題。目前在我國還未能實現(xiàn)大規(guī)模推廣，而且較難在短時間內(nèi)形成與市場需求相匹配的規(guī)模效應(yīng)。面對LNG內(nèi)河應(yīng)用需求的巨大增長潛力，有效的商業(yè)模式亟待被挖掘。與此同時，盡管目前在我國長江干線、西江干線、京杭運河及庫湖區(qū)等“大動脈”已逐步形成的LNG燃料補給總體格局是躉船式加注和岸基式加注各有主輔、互為補充，但在支線河流等“毛細血管”，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燃料補給成為亟待解決的問題。

針對LNG動力船舶燃料補給困難這一問題，CCS設(shè)立了“LNG燃料罐整體換罐模式及技術(shù)要求研究”項目，提出了利用可移式LNG燃料罐，通過整體換罐模式實現(xiàn)燃料補給的解決方案。“如果采用以LNG罐箱作為可替換式標準燃料罐，對內(nèi)河船舶進行標準化改造，進行統(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加注形式對燃料罐進行補液，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，并且可在短時間內(nèi)迅速與市場需求相匹配。LNG燃料罐整體換罐模式優(yōu)勢也十分突出，首先，受注限制少，加注地點不再受限于加注站，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，加注時間縮短，傳統(tǒng)加注需要進行惰化、吹掃等一系列加注流程，采用可移式LNG燃料罐只需要進行換罐，有效縮短加注時間。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英尺標準罐箱，小于絕大部分的固定式LNG燃料罐儲存容量，適合小型和中型船舶應(yīng)用。第四，利于船舶標準化和集成化設(shè)計，若有一定規(guī)模數(shù)量的船舶應(yīng)用可移式LNG燃料罐，可以實現(xiàn)船舶換罐的統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一管理。

罐箱與可移動燃料罐大不同

目前，水上運輸技術(shù)已十分成熟的LNG罐箱在水陸空“多式聯(lián)運”模式之下的優(yōu)勢十分突出，隨著LNG罐箱應(yīng)用發(fā)展，勢必也會加快其在船舶上作為燃料罐的應(yīng)用進程。鑒于LNG罐箱與LNG燃料罐如此類似，都是可移動的獨立罐箱，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罐箱水上運輸技術(shù)已十分成熟，但如果要將其作為LNG燃料罐，則還需要進一步分析研究二者之間的不同，分析其是否能滿足LNG燃料罐的各項特有要求，從而確保船舶航行的安全性和可靠性。”

針對此，CCS項目組對船用LNG燃料罐的適用性進行了研究，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罐箱運輸時僅需滿足《國際海運危險貨物規(guī)則》(IMDG規(guī)則)，而作為燃料罐時需同時滿足IMDG和國際使用氣體或其他低閃點燃料船舶安全規(guī)則(IGF規(guī)則)。相較于運輸罐箱，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，同時其外部框架也需采用耐低溫材料制造，除非經(jīng)過低溫計算并經(jīng)認可。

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燃料罐需要進行拆卸、更換操作，會導(dǎo)致LNG泄漏風險增大，對于連接接頭和連接管路需要重點關(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)動機。目前罐箱作燃料罐的設(shè)計方案有集成蒸發(fā)器和單獨罐箱兩種形式，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)動機的流程。第三，安保系統(tǒng)連接。固定式燃料罐的監(jiān)控信號，如壓力、液位、溫度等信號傳感器與船舶監(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，用于換罐時與船舶安保監(jiān)控系統(tǒng)的連接，包括信號的連接傳輸和遙控閥的操作等。

船舶布置方面。首先，固定式燃料儲存一般有獨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。對于LNG罐箱而言，當其作為集裝箱運輸時，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容量大，總體數(shù)量少，但是可移式LNG燃料罐單個容量小，若船舶需求量大，則需要同時配備多個罐箱，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燃料罐自身特點以及差異后，CCS項目組對LNG燃料罐整體換罐模式的技術(shù)要求進行了研究。

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

政策法規(guī)方面。國外或國內(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，如同時滿足燃料罐和罐箱運輸要求，LNG罐箱可用作可移式燃料罐；國內(nèi)標準與國內(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，不可對LNG罐箱進行直接加注，只有在保證操作、發(fā)證、管理等方面可行的前提下，使用LNG罐箱換罐進行LNG加注才具備可行性。

適用船型方面。以長江流域典型船舶為例，選取了20余艘船舶進行計算，研究了船舶總噸位、功率需求和船型的適用性，經(jīng)計算認為2個40英尺可移式LNG燃料罐可以滿足絕大部分船舶的動力需求，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險。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)過風險評估認可。對于集裝箱船、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)計方案。包括集成蒸發(fā)器在罐箱內(nèi)和單獨標準罐箱設(shè)計兩種方案，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，但需進行振動試驗；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。嚴格遵守《危險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。換罐后需進行安保系統(tǒng)連接的有效性測試。最后，對整體設(shè)計方案開展HAZID風險評估，對存在的風險點提出了相應(yīng)的建議措施。

項目研究報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，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，項目研究形成的規(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、建造和檢驗；形成的《LNG燃料罐整體換罐操作手冊》可作為CCS技術(shù)服務(wù)產(chǎn)品，對實船應(yīng)用LNG換罐模式提供操作建議，保證操作的安全性。

對于未來，侯星星表示：“可移式燃料罐的標準化是實現(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)的連接接頭需要標準化，才能實現(xiàn)不同燃料罐與不同船舶之間的最佳匹配。但由于目前實際應(yīng)用案例較少，因此在今后發(fā)展中，重點在于需要聯(lián)合業(yè)界共同推進對于具體標準型式的確定。”