摘要：隨著氫燃料作為船舶動(dòng)力的應(yīng)用探索研究，主管機(jī)關(guān)及行業(yè)關(guān)于氫燃料動(dòng)力船舶的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，因此考慮氫燃料動(dòng)力船舶的安全性，在圖紙審查過(guò)程中主要關(guān)注涉氫部分的船舶布置、通風(fēng)布置、結(jié)構(gòu)防火等因素，保證氫燃料動(dòng)力船舶的安全性和合理性。

關(guān)鍵詞：氫燃料動(dòng)力船舶；圖紙審查；船舶布置

中圖分類(lèi)號(hào)：U662"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1673?6478（2023）04-0007-02

Discussion on Problems in the Process of Reviewing Drawings of Hydrogen Fuel Cell Powered Ships

ZHANG Gaosheng

（Wuhan Plan Approval Center， China Classification Society， Wuhan Hubei 430022， China）

Abstract： With the exploration and research of the application of hydrogen fuel as a ship power， the regulatory authorities and the industry's norms and standards on hydrogen fuel powered ships are becoming more and more perfect. Therefore， considering the safety of hydrogen fuel powered ships， in the process of drawing review， it is mainly necessary to pay attention to the ship arrangement， ventilation layout， structure of fire protection and other factors related to hydrogen parts， so as to solve the safety and rationality of hydrogen fuel powered ships.

Key words： hydrogen fuel powered ship; drawing review; ship arrangement

0 引言

隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)氣候變化和脫碳的認(rèn)識(shí)加深和政策的進(jìn)一步明確，船舶作為重要的水上運(yùn)輸工具，對(duì)其在綠色環(huán)保方面的要求越來(lái)越高。在LNG、LPG、甲醇燃料、氨燃料、鋰電池、氫燃料電池等低碳零碳化的船舶動(dòng)力類(lèi)型中，氫燃料電池具有清潔、高效、零碳零污染等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)槠淙紵裏嶂蹈摺⒛苄мD(zhuǎn)化率高，關(guān)鍵技術(shù)突破等因素也使得以氫燃料電池作動(dòng)力成為我國(guó)碳達(dá)峰碳中和實(shí)施路徑上的一個(gè)可行選擇。

需要注意的是，氫氣密度小，體積能量密度低，通常采用高壓儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)對(duì)船舶布置產(chǎn)生較大影響。另外氫氣在空氣中具有非常寬的燃燒帶寬，其易燃易爆的特點(diǎn)對(duì)船舶布置、氫氣管路、儲(chǔ)氫系統(tǒng)的安全性和風(fēng)險(xiǎn)控制提出了較高的要求。

基于燃料電池技術(shù)的發(fā)展和航運(yùn)業(yè)對(duì)氫燃料電池作為船舶動(dòng)力的應(yīng)用需求，我國(guó)現(xiàn)有涉及氫燃料動(dòng)力船舶的主要法規(guī)規(guī)范有中國(guó)海事局公布的《氫燃料電池動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“氫燃料法規(guī)”）、中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“氫燃料指南”）。

本文結(jié)合前述規(guī)則規(guī)范和船舶設(shè)計(jì)圖紙審查實(shí)例，闡述了對(duì)規(guī)則規(guī)范中一些要求的理解，介紹了圖紙審查過(guò)程中碰到的主要難點(diǎn)，為氫燃料動(dòng)力船舶的推廣應(yīng)用提供參考。

1 氫氣瓶的布置

現(xiàn)有氫燃料動(dòng)力船舶一般采用高壓氫氣瓶作為存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)減壓措施直接供給氫燃料電池使用，然后通過(guò)船上電力系統(tǒng)供船上設(shè)備使用。結(jié)合船舶的特點(diǎn)，氫氣瓶在船上的危險(xiǎn)性主要考慮意外撞擊可能產(chǎn)生的爆炸，意外泄漏可能造成氫氣的聚集引起火災(zāi)或者爆炸，以及其他熱源/著火源對(duì)涉氫系統(tǒng)造成的影?響。

氫燃料法規(guī)和氫燃料指南從布置和結(jié)構(gòu)防火兩個(gè)方面對(duì)其提出了具體的要求。高壓氫氣瓶可設(shè)置在開(kāi)敞甲板，也可設(shè)置在氫氣瓶間（即氫燃料罐處所）。從防碰撞、防擱淺角度考慮，氫氣瓶需要設(shè)置在距船舷、船底、船舶艏尾一定范圍以?xún)?nèi)。氫氣瓶設(shè)置在開(kāi)敞甲板上的布置方式，有利于氫氣瓶及相關(guān)的管路、閥件意外泄漏時(shí)氫氣的逸散，不至于在船上聚集產(chǎn)生危險(xiǎn)。但需要注意對(duì)露天存放的氫氣瓶進(jìn)行防護(hù)，如設(shè)置圍欄防止機(jī)械碰撞和人員意外將火源帶至其附近、設(shè)置遮陽(yáng)措施防止其受熱等，此種方式通常將氫氣瓶設(shè)置在船舶尾部露天甲板上或者頂甲板露天位置。氫氣瓶也可設(shè)置在圍壁處所，即氫燃料罐處所內(nèi)，需要注意氫氣瓶間不應(yīng)存放除滅火設(shè)備之外的其他設(shè)備，同時(shí)氫氣瓶間也不應(yīng)位于其他船上失火風(fēng)險(xiǎn)較高的處所內(nèi)，如燃料電池處所、重要機(jī)器處所、較大失火危險(xiǎn)處所等，且亦不能與這些處所相鄰。

從防火角度來(lái)看，船上面向氫氣瓶的起居處所、服務(wù)處所、控制站、脫險(xiǎn)通道、機(jī)器處所的限界面要采用A?60級(jí)防火分隔。當(dāng)設(shè)置氫氣瓶間時(shí)，也要考慮氫氣瓶間具有一定的防護(hù)能力，采用鋼質(zhì)圍壁，并且設(shè)有直接通向開(kāi)敞甲板的出入口，方便擴(kuò)散房間內(nèi)的氫氣，同時(shí)方便人員快速出入進(jìn)行應(yīng)急處置。這里需要注意的是，當(dāng)氫氣瓶間無(wú)法設(shè)置從開(kāi)敞甲板直接進(jìn)出的獨(dú)立通道時(shí)，可通過(guò)設(shè)置空氣閘的方式來(lái)滿足氫氣瓶間防護(hù)的要求。氫氣瓶間與周?chē)妮^大失火危險(xiǎn)處所、重要機(jī)器處所等還應(yīng)有隔離和防火措施。由于是封閉處所，應(yīng)在氫氣瓶間設(shè)置機(jī)械抽風(fēng)系統(tǒng)，將其中可能產(chǎn)生的氫氣及時(shí)排出房間外，防止氫氣聚集產(chǎn)生危險(xiǎn)，并且其內(nèi)應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的氣體探測(cè)設(shè)備、探火滅火設(shè)施。

2 氫燃料電池裝置的布置

氫燃料法規(guī)和氫燃料指南中雖然沒(méi)有明確的條款表述氫燃料電池裝置應(yīng)設(shè)置在處所內(nèi)，但從其中的技術(shù)要求條款和燃料電池裝置的危險(xiǎn)性來(lái)看，氫燃料電池不能露天設(shè)置，應(yīng)設(shè)置在處所內(nèi)。

由于氫燃料電池裝置由一系列的氫氣供給、燃料電池堆、尾氣處理等設(shè)備組成，因此氫燃料電池所處區(qū)域的安全防護(hù)需要格外注意。相關(guān)法規(guī)和指南中給出了燃料電池處所的安全原則和三種安全區(qū)域設(shè)置方式，現(xiàn)有船舶通常依據(jù)IEC60079?10?1標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于爆炸環(huán)境區(qū)域分級(jí)的衡量方法，采取一定的安全措施和設(shè)備，以符合法規(guī)和指南對(duì)氫燃料電池處所的規(guī)?定。

氫燃料電池區(qū)域需要考慮能夠容納可能出現(xiàn)的氫燃料泄漏，同時(shí)其形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以避免氫氣的聚集。需要注意其上部不應(yīng)有任何阻礙結(jié)構(gòu)，應(yīng)以平滑的天花板向上傾斜至通風(fēng)口，因此氫燃料電池處所的甲板結(jié)構(gòu)都設(shè)置在甲板反面的艙外。氫燃料電池處所與氫氣瓶間一樣，不能設(shè)置在起居處所、服務(wù)處所、重要機(jī)器處所、控制站之內(nèi)，同時(shí)應(yīng)與其他圍壁處所的限界面保持氣密，其周?chē)刑幩鶓?yīng)采用A?60級(jí)防火分隔，主要目的也是防止氫氣泄漏至其他處所造成失火。

3 加注站的布置

氫燃料加注站通常布置在船舶露天位置，盡量避免設(shè)置成圍蔽或半圍蔽處所。氫燃料法規(guī)要求對(duì)于氫燃料加注站與重要機(jī)器處所、起居處所、控制站、較大失火危險(xiǎn)處所的限界面需采用A?60級(jí)防火分隔。當(dāng)加注站設(shè)置成圍蔽或半圍蔽處所時(shí)，限界面可以理解為圍壁所形成的限界面，但是當(dāng)加注站布置在露天時(shí)，限界面的概念則難以界定。

現(xiàn)有氫燃料動(dòng)力船舶一般尺度較小，布置緊湊，從偏安全的角度考慮，將露天加注站所在露天范圍內(nèi)的圍壁均理解為限界面，當(dāng)有較大失火危險(xiǎn)處所等艙室時(shí)，則應(yīng)要求面向加注站的圍壁隔熱至A?60。但當(dāng)船舶尺度較大，露天加注站與周?chē)^大失火危險(xiǎn)處所等艙室相距較遠(yuǎn)，面向加注站的圍壁是否仍需達(dá)到A?60級(jí)防火分隔則并不明確。繼續(xù)延伸一下，或者距離多遠(yuǎn)時(shí)可不考慮加注站與這些處所之間是否界定為限界面也不明確，因此該要求在執(zhí)行層面還有待進(jìn)一步明確和優(yōu)化。對(duì)于設(shè)置成圍蔽或半圍蔽的加注站，則需要設(shè)置一定的抽風(fēng)系統(tǒng)、檢測(cè)探測(cè)系統(tǒng)來(lái)避免圍蔽內(nèi)氫氣形成集聚。同時(shí)設(shè)置圍蔽式加注站時(shí)，應(yīng)設(shè)置直接通往開(kāi)敞甲板的獨(dú)立通道或者采用空氣閘進(jìn)行保護(hù)。

4 通風(fēng)的布置

氫燃料電池動(dòng)力船的通風(fēng)系統(tǒng)從兩方面來(lái)考慮控制風(fēng)險(xiǎn)，一個(gè)是危險(xiǎn)氣體氫氣與其他安全氣體之間應(yīng)切斷隔開(kāi)，并且要考慮危險(xiǎn)氣體通風(fēng)口作為危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)區(qū)域劃分。另一個(gè)是氫氣密度小，要考慮在可能存在氫氣的處所頂部將氫氣排出。

受限于船舶艙室、管路、通風(fēng)口的布置，要盡可能將涉氫的通風(fēng)管路布置簡(jiǎn)潔清晰，處所內(nèi)的排風(fēng)口應(yīng)盡可能設(shè)置為頂部抽風(fēng)，避免氫氣聚集。同時(shí)氣體危險(xiǎn)處所的空氣出口應(yīng)設(shè)置在露天區(qū)域，并注意該出口危險(xiǎn)區(qū)域劃分對(duì)于周?chē)姎庠O(shè)備的影響。通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)管道也需要一并考慮防爆、除靜電等措施。

5 結(jié)論

受限于氫氣能源產(chǎn)業(yè)的整體布局，氫燃料電池的特性、建造及營(yíng)運(yùn)成本，整體設(shè)備和系統(tǒng)的成熟度，社會(huì)可接受度等諸多因素，氫燃料動(dòng)力船舶目前還處于研究和應(yīng)用試驗(yàn)的初步階段。但隨著航運(yùn)業(yè)對(duì)綠色能源、零碳能源需求的日益迫切，氫燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步研究發(fā)展，氫燃料動(dòng)力的安全性和便利性進(jìn)一步得到實(shí)船驗(yàn)證，行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善等，氫燃料電池動(dòng)力船舶也將得到進(jìn)一步推廣和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

1. 中華人民共和國(guó)海事局. 氫燃料電池動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)定 （2022） [S].
2. 中國(guó)船級(jí)社. 船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南 （2022） [S].