李睿男，吳笑風(fēng)，劉鐵英，吳順平，曾學(xué)兵

（1. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所，北京 100101；2. 中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所，武漢 430022；3. 成都安迪生測(cè)量有限公司，成都 611731）

0 引言

海上LNG產(chǎn)業(yè)涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括石油生產(chǎn)與儲(chǔ)運(yùn)、船舶設(shè)計(jì)建造、港口工程、海洋工程、海上航運(yùn)等。相比傳統(tǒng)燃油，液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）具有污染低、碳排放量低的優(yōu)點(diǎn)。隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)船舶減排的高度重視，造船國(guó)家正逐步加強(qiáng)對(duì)船用LNG技術(shù)和有關(guān)配套技術(shù)的研究，并相應(yīng)完善有關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)，這其中就包括研發(fā)和完善LNG動(dòng)力船舶、LNG加注系統(tǒng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1 船用LNG需求分析

近年來(lái)，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)船舶溫室氣體排放、空氣污染等議題的重視，各國(guó)加大了對(duì)清潔能源（包括風(fēng)電、太陽(yáng)能、LNG、氫能、岸電、生物燃料等）的推廣與研究力度。針對(duì)船用LNG領(lǐng)域，使用LNG作為燃料能夠在一定程度上降低 CO2排放量，并且可以減少 NOX和 SOX的排放。在排放控制區(qū)（Emission Control Area，ECA）航行時(shí)，適合使用船用LNG。

盡管現(xiàn)有的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（energy efficiency design index，EEDI）計(jì)算方法對(duì)清潔能源的考慮還不夠完備，但是這一系列問(wèn)題已經(jīng)引起了國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）的關(guān)注。目前，各國(guó)已針對(duì)現(xiàn)有EEDI計(jì)算方法提出了一系列建議，未來(lái)可能進(jìn)一步推廣清潔能源的使用，或?qū)⑸婕癓NG動(dòng)力船型。另外，盡管有關(guān)提案中提出了零碳技術(shù)或?qū)⒂绊懍F(xiàn)有燃料種類，但是就中短期來(lái)看，LNG動(dòng)力船舶仍將具有較好的潛力，這與其本身的經(jīng)濟(jì)性、便利性密不可分。

目前，已有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)積極嘗試LNG動(dòng)力船舶，其中以北歐、美國(guó)、日本和韓國(guó)為主[1]。韓國(guó)大力發(fā)展LNG船舶[2]，已具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)在這一領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，近幾年雖逐步加強(qiáng)有關(guān)研究，并取得了一定的成績(jī)，但與日本、韓國(guó)、北歐一些國(guó)家還存在不小的差距。

2 船用LNG配套技術(shù)

船用LNG配套技術(shù)主要可分為以下2類：

1）船舶動(dòng)力類，以 LNG燃機(jī)或混合動(dòng)力燃機(jī)為主；

2）液化天然氣加注技術(shù)類，主要與岸基、海上的液化天然氣加注站基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)。

2.1 船舶液化天然氣加注與接收

目前，液化天然氣加注基礎(chǔ)設(shè)施的不足[3]是制約船用LNG技術(shù)發(fā)展的一個(gè)因素?；A(chǔ)設(shè)施多為岸基，很難滿足船舶開(kāi)展遠(yuǎn)海航運(yùn)的需要。盡管近年來(lái)已有一些公司[4]開(kāi)展了海上LNG加注的嘗試，但在規(guī)模上始終存在較大的差距。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著LNG動(dòng)力船舶數(shù)量的逐漸增加，發(fā)展海上LNG加注基站或?qū)⒊蔀榭赡?，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施或?qū)⒁陨a(chǎn)集群的形式為遠(yuǎn)航船舶提供燃料動(dòng)力，并為海工行業(yè)帶來(lái)新一輪發(fā)展機(jī)遇。

船舶液化天然氣加注方式包括槽車加注、岸基式加注站加注、加注躉船加注、整體換罐、加注船加注和海上浮式設(shè)施6種[5]。這類燃料加注目標(biāo)船舶既包括近海和遠(yuǎn)海船舶，也包括內(nèi)河船舶[6]。

海上液化天然氣接收終端通常包括卸貨碼頭、卸船系統(tǒng)、液化天然氣儲(chǔ)罐、再氣化裝置、外輸管網(wǎng)系統(tǒng)、蒸發(fā)器處理裝置、儲(chǔ)槽防真空補(bǔ)氣系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和維修保養(yǎng)系統(tǒng)等[7]。

2.2 船舶液化天然氣動(dòng)力系統(tǒng)

早在21世紀(jì)初期，已有發(fā)達(dá)國(guó)家積極嘗試使用了LNG動(dòng)力船舶，這類船舶普遍為近海工作船、客輪和貨船等。根據(jù)有關(guān)學(xué)者的觀點(diǎn)，使用LNG燃料的船舶在航行距離上會(huì)短于一般燃油船舶[8]，這會(huì)對(duì)LNG動(dòng)力船舶執(zhí)行遠(yuǎn)洋任務(wù)造成一定的不便，然而對(duì)于近海、內(nèi)河船舶，LNG動(dòng)力船舶則較為適用。

與此同時(shí)，我國(guó)正著力開(kāi)發(fā)雙燃料輪機(jī)，即使用LNG混合動(dòng)力。根據(jù)有關(guān)學(xué)者的文章[9]，LNG雙燃料動(dòng)力船每年可以為船舶運(yùn)營(yíng)企業(yè)減少 15%左右的燃料費(fèi)，并減少80%左右的排放污染。盡管LNG動(dòng)力船舶的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保潛力較大，但是LNG動(dòng)力船舶的設(shè)計(jì)建造具有一定的技術(shù)難度[10]，主要存在于安全可靠性方面，涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)與燃料供應(yīng)、氣罐的管理、管路連接與保護(hù)、報(bào)警系統(tǒng)等。IMO已于2017年正式生效《使用氣體或其他低閃點(diǎn)燃料船舶國(guó)際安全規(guī)則（IGF）》，該規(guī)則作為強(qiáng)制性法規(guī)，旨在規(guī)范船舶使用低閃點(diǎn)燃料，并對(duì)船舶設(shè)計(jì)、燃料圍護(hù)系統(tǒng)、材料與管路設(shè)計(jì)、燃料加注與供應(yīng)、動(dòng)力裝置、消防防爆、監(jiān)測(cè)控制等內(nèi)容給出了明確的要求。

2.3 船舶液化天然氣儲(chǔ)存技術(shù)

該部分技術(shù)主要適用于 LNG運(yùn)輸船舶，船舶LNG儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中涉及較多安全性問(wèn)題，如LNG液體泄漏、天然氣擴(kuò)散等[11]。由于LNG儲(chǔ)存于低溫環(huán)境，汽化過(guò)程中將吸收大量熱量，容易對(duì)船體及人員造成較大危害；同時(shí)，LNG是易燃、易爆介質(zhì)，如遇明火或?qū)⒃斐杀ā楸苊馍鲜鑫ｋU(xiǎn)，這類船舶需配備較為復(fù)雜的系統(tǒng)，包括安全系統(tǒng)（如應(yīng)急切斷系統(tǒng)、氣體探測(cè)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、燃料圍護(hù)系統(tǒng)等）、貨艙系統(tǒng)、裝卸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等[12]。

3 船用LNG領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

這里主要對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織船舶與海洋技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC8）的有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理。ISO/TC8成立于1945年，負(fù)責(zé)船舶建造和營(yíng)運(yùn)過(guò)程中設(shè)計(jì)、建造、結(jié)構(gòu)、舾裝、設(shè)備、方法、技術(shù)以及海洋環(huán)境保護(hù)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。截至2019年6月，與船用LNG有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，可分為以下3類。

3.1 船舶液化天然氣加注、卸載有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

1）ISO/AWI 23448 LNG燃料流量計(jì)要求。根據(jù)IMO對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，需要對(duì)船舶溫室氣體排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，該標(biāo)準(zhǔn)旨在明確LNG燃料流量計(jì)的檢測(cè)環(huán)境與檢測(cè)要求，用于測(cè)量船舶所接收的LNG量，該標(biāo)準(zhǔn)目前正處于立項(xiàng)階段。

2）ISO 19636：2019液化天然氣運(yùn)輸船縱傾和傾斜度測(cè)定用測(cè)斜儀的一般要求。該標(biāo)準(zhǔn)用于液化天然氣燃料輸送過(guò)程中船舶測(cè)斜，以保證測(cè)量的精度要求。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已正式發(fā)布。

3）ISO 21593液化天然氣燃料干式接頭技術(shù)要求。LNG加注干式接頭主要用于船舶LNG燃料加注或傳輸管路，以在最小的泄漏量下實(shí)現(xiàn)快速連接和脫離功能。接頭配合連接的兩端都帶有自密封閥板，脫離后可實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉，有效地防止了LNG燃料的泄漏，避免發(fā)生意外或者對(duì)環(huán)境造成污染。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已正式發(fā)布。

表1 ISO/TC8船用液化天然氣領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

3.2 船舶液化天然氣儲(chǔ)存有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

1）ISO 18154：2017液化天然氣船液貨艙安全閥設(shè)計(jì)和試驗(yàn)要求。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于安全閥設(shè)計(jì)、測(cè)試和檢查提出要求。這些安全閥用于LNG運(yùn)輸船液貨艙，以保持油箱內(nèi)壓力低于允許的最大工作壓力。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已正式發(fā)布。

2）ISO/DIS 23430船用液化天然氣儲(chǔ)罐用高錳奧氏體薄帶技術(shù)條件。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于厚度小于6 mm的船用液化天然氣儲(chǔ)罐的鋼板提出了要求。該標(biāo)準(zhǔn)處于正在研制狀態(tài)。

3）ISO 21635：2018船用液化天然氣儲(chǔ)罐用高錳奧氏體鋼技術(shù)條件。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于厚度大于等于6 mm的船用液化天然氣儲(chǔ)罐的鋼板提出了要求。該標(biāo)準(zhǔn)處于正在研制狀態(tài)。

3.3 船舶液化天然氣動(dòng)力有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

1）ISO/CD 22548船用液化天然氣燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)（FGSS）性能試驗(yàn)規(guī)程。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)的壓力、流量、溫度和系統(tǒng)穩(wěn)定性等特性的試驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)處于正在研制狀態(tài)。

2）ISO/CD 22547液化天然氣燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)（FGSS）高壓泵性能試驗(yàn)規(guī)程。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在船舶燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)中用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的、用于輸送液化天然氣的輔助裝置的泵進(jìn)行規(guī)定，提出了泵和相關(guān)裝置的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)程序。目前，該標(biāo)準(zhǔn)正在研制。

4 結(jié)論

2019年，國(guó)際海事組織第七十四屆會(huì)議上提出開(kāi)啟第四次船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略研究，船用LNG將受到更多重視。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)方面需要更多關(guān)注在LNG加注安全性、LNG基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、LNG船舶動(dòng)力、LNG儲(chǔ)罐鋼材等方面的新研究成果，以更多參與相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研制。