中国船级社助力船舶氨燃料应用迈上新台阶

来源：2022年第12期《中国船检》杂志

2022年10月，中国船级社(CCS)参研的中远海运重工有限公司“氨动力双燃料发动机及供应系统研发和示范应用专项”科研项目在上海和大连两地，采取线上线下结合方式同步举行了项目首型氨柴双燃料性能试验机点火仪式和氨动力船舶和供氨系统设计AIP(原理性认可)发布仪式。此次AIP证书的颁发标志着项目研发工作取得重大阶段性成果，也代表着CCS再次凭借其高质量技术支持和专业服务为绿色航运发展赋能。

大连分社总经理张辉向大连中远海运重工颁发氨燃料拖轮设计AIP证书

上海分社产品处处长倪智勇向威海重工科技颁发氨燃料供应系统AIP证书

为船舶氨燃料应用按下加速键

随着国际航运业面临的环保法规要求日益严格，业界对降低温室气体排放的呼声越来越高，加快行动促进创新脱碳技术和绿色替代燃料的开发和应用也已成为全行业的共识。在航运业大力探索清洁替代燃料的过程中，氨吸引到了越来越多的关注，尽管目前氨燃料的船上应用仍处于起步阶段，但作为一种有望实现零碳或近零碳排放的解决方案，它被广泛视为航运脱碳最具潜力的燃料选项，船舶应用氨燃料也在全球范围内掀起了研发热潮，其发展潜力和市场前景日渐明朗。目前，瓦锡兰、曼恩能源方案、WinGD(中船温特图尔)等主要船舶发动机制造商均揭晓了各自的氨燃料发动机开发计划。瓦锡兰已经成功测试了使用70%氨的混合燃料发动机，将于2023年之前推出基于实验室测试的100%纯氨燃料发动机。曼恩能源方案也联合业界及研究机构发起了氨燃料发动机项目，旨在开发能够使用柴油和氨的双燃料中速发动机，该公司二冲程业务部已宣布将在2024年之前推出氨燃料发动机。WinGD同样表示将从2025年开始提供氨燃料发动机，并且正在与合作伙伴开展项目积极推进氨燃料二冲程发动机的研发进程。

在氨燃料发动机研发进展如火如荼的同时，许多船厂、船东也在大力推动氨动力船舶实现商业化运营。据“零排放联盟”(Getting to Zero Coalition)发布的2022版零排放试点和示范项目图显示，氨燃料相关的船舶技术、燃料生产、加注和基础设施等开发项目在近三年均出现了显著增长，而且氨燃料还颇受大型船舶的青睐。上海船舶研究设计院和大船集团分别于2019年推出了18万吨氨燃料散货船和23000TEU氨燃料集装箱船概念设计，江南造船也在2021年推出了40000立方米氨燃料液化气船概念设计，今年初，上海船舶研究设计院又自主研发设计了中国首款7000车位氨动力汽车运输船。韩国三星重工、大宇造船也在2020年分别推出了氨燃料苏伊士型油船和23000TEU超大型氨燃料集装箱船概念设计。日本三大船东日本邮船、商船三井和川崎汽船均将氨作为重要的零碳燃料选项，正在加大对氨动力船舶研究和应用的投入。

由中远海运重工牵头，汇集了国内一流科研院校、设备制造商、造船厂、船级社等各方伙伴的“氨动力双燃料发动机及供应系统研发和示范应用专项”科研项目则进一步为船舶氨燃料应用按下了加速键。该项目以大连中远海运重工自行建造使用的5000HP拖轮为载体，致力于实现氨柴双动力发动机的设计制造、氨燃料的供给和储存、供气系统和尾气处理等关键技术及设备研制，以及船舶的整体设计与建造，争取最终形成具有自主知识产权的工作成果、指南和标准。该项目是国内第一个氨燃料燃烧、氨柴双燃料发动机、供氨系统、尾气处理以及实船应用示范等综合性技术研究项目，CCS作为参研单位，组建专家团队参与子课题研发和实船建造检验，已完成了全球首个基于实船建造项目氨燃料拖轮设计AIP认可和国内首个船用四冲程发动机氨燃料供应系统AIP认可工作。近年来，CCS广泛参与节能减排工作，积极响应行业对氨等清洁燃料应用的实际需求，在氨燃料船舶领域开展了丰富的研究工作，于上半年正式推出了《船舶应用氨燃料指南》2022版，使业界开展氨燃料船舶的设计与建造有了公认的技术标准，也为船舶安全和清洁能源水上应用与发展提供了坚实保障。

威海重工科技船用四冲程发动机氨燃料供应系统概念图

精湛技术破解氨燃料实船设计难关

在“氨动力双燃料发动机及供应系统研发和示范应用专项”项目中，CCS充分利用其在氨燃料应用领域的技术积累和人才力量，积极为客户排忧解难，通过全程技术支持为项目的顺利实施保驾护航。CCS大连分社副总岳孟强带队参加了该项目的启动会，联合武汉规范研究所，由马丹博士向主办方大连中远海运重工介绍了CCS在氨燃料船舶方面的研究成果。启动会后，大连分社立即成立相关小组，由建造处于得会副处长任项目组组长，全面负责与大连中远海运重工的对接工作，并成立现场检验小组。大连审图中心董学斌主任召集相关人员，成立审图项目组，由陈良高工任审图项目经理，对接大连中远海运重工的技术设计部。

审图项目组联合内部专家对大连中远海运重工提交的设计认可图纸进行审核，形成初步审图意见后，随即同建造项目组、大连中远海运重工技术部和大连理工大学相关人员召开了第一轮技术交流会。审图项目组成员结合初步审图意见对每一份图纸进行分析，引用指南条款对有疑惑之处做以解释，针对项目中出现的问题提出合理的解决方案，并建议大连中远海运重工将其落实在更新版本的图纸上，同时梳理需要进一步对照CCS指南进行优化的设计方案。第一次交流会顺利完成，赢得了大连中远海运重工的好评，他们称赞CCS大连审图中心技术精湛、工作务实，助其解决了项目实际操作中遇到的技术难题。

随着AIP认可工作的持续深入，CCS专家团队对各项技术要点予以细致把控，有效地保障了实船设计的安全、合规。由大连中远海运重工开发的5500HP氨燃料拖轮船长36米，型宽11米，型深4.8米。由于船舶尺寸较小，氨气用作动力燃料除了可燃性，还存在有毒性这一特殊指标。在实船设计中，最大的难点就是要保证燃料罐、加注站和设备处理间的布置以及防爆/毒性区域划分满足指南的要求。同时，由于该项目是国内第一条实船性质的氨燃料拖轮，设计单位面临着一定的考验和压力，如何确保船舶燃料供给(双壁管设置)、消防、通风、探测以及环保等方面的设计符合指南要求是一项不小的挑战。在交流过程中，CCS船体专业审图验船师及时提出了燃料舱与A类机器处所之间应按照指南要求设置一个至少900mm的隔离空舱，且燃料舱的垂向布置应使加注站与安全区域的开口保持适当距离等指导意见；并在与内部专家和设计单位的反复沟通中，给出了相对合理的解决方案，明确了隔离舱的等效布置要求，同时调整燃料舱沿着船长方向纵向布置，使得加注站尽量靠近后部，远离安全区域的开口。轮机专业验船师着重优化了设备处理间与应急电源间的布置，将设备处理间由闭式改为开敞式，取消了双壁罐水媒保护，采用通风型式。电气验船师着重分析了船舶开口布置，指出了舵机室、机舱等其他安全处所的开口应布置在防爆和毒性区域外。

为确保设计优化方案和意见在升版图纸中得到充分落实，大连分社建造处/审图中心项目组成员与大连中远海运重工技术部以及大连理工大学相关人员展开了第二轮技术交流，并给出了颁发船型认可的前提条件。此外，交流会上还形成了对下一阶段实船项目需要完成的相关工作的统一认识。目前，实船项目已经开始提交图纸审核，针对5500HP氨燃料拖轮申请的附加标志AFD Ready 2，根据CCS《船舶应用氨燃料指南》，需要提交风险分析报告(定性分析)。同时，为了满足“起居处所、服务处所、控制站或其他非危险区域的空气进口、出口或开口不应位于毒性区域内”的规定，作为上述要求的替代，可使用气体扩散分析或其他等效方式证明船舶布置的安全合理性(定量分析)。CCS在气体燃料技术风险评估上具备一定的经验和优势，大连审图中心将联合武汉规范研究所直接参与该项目的风险评估工作。

精细服务确保供氨系统认可圆满完成

CCS在“氨动力双燃料发动机及供应系统研发和示范应用”项目中，主要负责以下四个子课题的研究工作，一是氨燃料动力船舶风险及安全性技术要求研究，二是燃料供应系统检验和试验要求研究，三是氨燃料发动机检验和试验要求，四是氨燃料船舶检验和试验标准研究。除了氨动力船舶之外，CCS还承担了相关供氨系统设计的原理认可工作，由CCS青岛分社为威海中远海运重工科技有限公司(威海重工科技)设计的氨燃料供应系统签发了AIP证书。这款氨燃料供应系统采用定制化开发与模块化设计，自主开发的核心控制程序采用双核冗余+DCS控制+PID闭环控制，开发了多变量系统解耦算法和稳压控制逻辑，在发动机负荷多变的工况下，能够保证燃料供应压力、温度等的稳定输出，确保发动机不会出现不可接受的动力损失。此外，系统设计成单一故障不影响安全操作，在所有封闭空间和可能发生人体接触的地方，均采取双重屏障防止氨气泄漏，可有效确保系统安全运行。

青岛分社在了解到市场情况后，主动与威海重工科技沟通，了解相关产品的研发进度，积极做好认可前服务工作。在氨燃料供给系统认可方面，青岛分社产品处已经积累了一定的经验，有过相同产品的检验经历，并且做好了相关技术储备。不过，鉴于该产品是国内首个氨燃料燃烧和实船应用项目，在实际认可过程中还存在一定的难度。青岛分社产品处决定先行先试，在CCS总部产品处的大力支持下，以轮机、电气、材料三个专业背景为基础，成立了于强、翟文和张一铭三位专家组成的认可工作组，采用原理认可的模式，依据CCS《船舶应用氨燃料指南》的相关要求，围绕技术原理可行性分析、安全理念审核以及风险分析审核开展相关工作。为了确保原理认可的顺利完成，工作组加班加点与威海重工科技的设计人员开展了多次现场技术讨论，在疫情严峻的情况下，灵活采用线上视频方式持续保持交流通畅。在技术沟通中，工作组专家详细解释了CCS对氨燃料供应系统的相关要求，帮助设计单位解决技术难题，达到了降低产品应用风险的目的，确保按时按节点推进认可工作。经过三个多月紧张有序的奋斗，工作组针对氨燃料供应系统完成了技术原理可行性分析、安全理念审核、风险分析审核、图纸及技术文件的原则批准以及设计准则的批准，对图纸、技术文件的设计计算和仿真的方式进行了技术可行性分析后，确定该产品符合CCS相关要求，并于2022年9月29日签发了“氨燃料供应系统”原理认可证书。 

此次氨燃料拖轮和供氨系统设计AIP认可工作的圆满完成标志着“氨动力双燃料发动机及供应系统研发和示范应用”项目取得了重要的阶段性突破，该项目落地对于氨燃料船舶的安全发展和水上清洁能源应用具有积极的促进作用，也体现了航运温室气体减排和国内“双碳”战略下的积极成果。据了解，该项目预计将于2023年上半年进行陆基样机试验，并于2023年年底前进行实船测试。随着后续实船建造检验工作的推进，CCS也将继续开展相关子课题研究工作，积极发挥技术创新引领作用。届时，青岛分社产品处也将按照CCS规范要求继续开展好后期的检验工作，为项目顺利推进提供技术支撑。