中國船級社助力船舶氨燃料應用邁上新臺階

大連分社總經理張輝向大連中遠海運重工頒發氨燃料拖輪設計AIP證書

2022年10月，中國船級社(CCS)參研的中遠海運重工有限公司“氨動力雙燃料發動機及供應系統研發和示范應用專項”科研項目在上海和大連兩地，采取線上線下結合方式同步舉行了項目首型氨柴雙燃料性能試驗機點火儀式和氨動力船舶和供氨系統設計AIP(原理性認可)發布儀式。此次AIP證書的頒發標志著項目研發工作取得重大階段性成果，也代表著CCS再次憑借其高質量技術支持和專業服務為綠色航運發展賦能。

上海分社產品處處長倪智勇向威海重工科技頒發氨燃料供應系統AIP證書

為船舶氨燃料應用按下加速鍵

隨著國際航運業面臨的環保法規要求日益嚴格，業界對降低溫室氣體排放的呼聲越來越高，加快行動促進創新脫碳技術和綠色替代燃料的開發和應用也已成為全行業的共識。在航運業大力探索清潔替代燃料的過程中，氨吸引到了越來越多的關注，盡管目前氨燃料的船上應用仍處于起步階段，但作為一種有望實現零碳或近零碳排放的解決方案，它被廣泛視為航運脫碳最具潛力的燃料選項，船舶應用氨燃料也在全球范圍內掀起了研發熱潮，其發展潛力和市場前景日漸明朗。目前，瓦錫蘭、曼恩能源方案、WinGD(中船溫特圖爾)等主要船舶發動機制造商均揭曉了各自的氨燃料發動機開發計劃。瓦錫蘭已經成功測試了使用70%氨的混合燃料發動機，將于2023年之前推出基于實驗室測試的100%純氨燃料發動機。曼恩能源方案也聯合業界及研究機構發起了氨燃料發動機項目，旨在開發能夠使用柴油和氨的雙燃料中速發動機，該公司二沖程業務部已宣布將在2024年之前推出氨燃料發動機。WinGD同樣表示將從2025年開始提供氨燃料發動機，并且正在與合作伙伴開展項目積極推進氨燃料二沖程發動機的研發進程。

在氨燃料發動機研發進展如火如荼的同時，許多船廠、船東也在大力推動氨動力船舶實現商業化運營。據“零排放聯盟”(Getting to Zero Coalition)發布的2022版零排放試點和示范項目圖顯示，氨燃料相關的船舶技術、燃料生產、加注和基礎設施等開發項目在近三年均出現了顯著增長，而且氨燃料還頗受大型船舶的青睞。上海船舶研究設計院和大船集團分別于2019年推出了18萬噸氨燃料散貨船和23000TEU氨燃料集裝箱船概念設計，江南造船也在2021年推出了40000立方米氨燃料液化氣船概念設計，今年初，上海船舶研究設計院又自主研發設計了中國首款7000車位氨動力汽車運輸船。韓國三星重工、大宇造船也在2020年分別推出了氨燃料蘇伊士型油船和23000TEU超大型氨燃料集裝箱船概念設計。日本三大船東日本郵船、商船三井和川崎汽船均將氨作為重要的零碳燃料選項，正在加大對氨動力船舶研究和應用的投入。

由中遠海運重工牽頭，匯集了國內一流科研院校、設備制造商、造船廠、船級社等各方伙伴的“氨動力雙燃料發動機及供應系統研發和示范應用專項”科研項目則進一步為船舶氨燃料應用按下了加速鍵。該項目以大連中遠海運重工自行建造使用的5000HP拖輪為載體，致力于實現氨柴雙動力發動機的設計制造、氨燃料的供給和儲存、供氣系統和尾氣處理等關鍵技術及設備研制，以及船舶的整體設計與建造，爭取最終形成具有自主知識產權的工作成果、指南和標準。該項目是國內第一個氨燃料燃燒、氨柴雙燃料發動機、供氨系統、尾氣處理以及實船應用示范等綜合性技術研究項目，CCS作為參研單位，組建專家團隊參與子課題研發和實船建造檢驗，已完成了全球首個基于實船建造項目氨燃料拖輪設計AIP認可和國內首個船用四沖程發動機氨燃料供應系統AIP認可工作。近年來，CCS廣泛參與節能減排工作，積極響應行業對氨等清潔燃料應用的實際需求，在氨燃料船舶領域開展了豐富的研究工作，于上半年正式推出了《船舶應用氨燃料指南》2022版，使業界開展氨燃料船舶的設計與建造有了公認的技術標準，也為船舶安全和清潔能源水上應用與發展提供了堅實保障。

威海重工科技船用四沖程發動機氨燃料供應系統概念圖

精湛技術破解氨燃料實船設計難關

在“氨動力雙燃料發動機及供應系統研發和示范應用專項”項目中，CCS充分利用其在氨燃料應用領域的技術積累和人才力量，積極為客戶排憂解難，通過全程技術支持為項目的順利實施保駕護航。CCS大連分社副總岳孟強帶隊參加了該項目的啟動會，聯合武漢規范研究所，由馬丹博士向主辦方大連中遠海運重工介紹了CCS在氨燃料船舶方面的研究成果。啟動會后，大連分社立即成立相關小組，由建造處于得會副處長任項目組組長，全面負責與大連中遠海運重工的對接工作，并成立現場檢驗小組。大連審圖中心董學斌主任召集相關人員，成立審圖項目組，由陳良高工任審圖項目經理，對接大連中遠海運重工的技術設計部。

審圖項目組聯合內部專家對大連中遠海運重工提交的設計認可圖紙進行審核，形成初步審圖意見后，隨即同建造項目組、大連中遠海運重工技術部和大連理工大學相關人員召開了第一輪技術交流會。審圖項目組成員結合初步審圖意見對每一份圖紙進行分析，引用指南條款對有疑惑之處做以解釋，針對項目中出現的問題提出合理的解決方案，并建議大連中遠海運重工將其落實在更新版本的圖紙上，同時梳理需要進一步對照CCS指南進行優化的設計方案。第一次交流會順利完成，贏得了大連中遠海運重工的好評，他們稱贊CCS大連審圖中心技術精湛、工作務實，助其解決了項目實際操作中遇到的技術難題。

隨著AIP認可工作的持續深入，CCS專家團隊對各項技術要點予以細致把控，有效地保障了實船設計的安全、合規。由大連中遠海運重工開發的5500HP氨燃料拖輪船長36米，型寬11米，型深4.8米。由于船舶尺寸較小，氨氣用作動力燃料除了可燃性，還存在有毒性這一特殊指標。在實船設計中，最大的難點就是要保證燃料罐、加注站和設備處理間的布置以及防爆/毒性區域劃分滿足指南的要求。同時，由于該項目是國內第一條實船性質的氨燃料拖輪，設計單位面臨著一定的考驗和壓力，如何確保船舶燃料供給(雙壁管設置)、消防、通風、探測以及環保等方面的設計符合指南要求是一項不小的挑戰。在交流過程中，CCS船體專業審圖驗船師及時提出了燃料艙與A類機器處所之間應按照指南要求設置一個至少900mm的隔離空艙，且燃料艙的垂向布置應使加注站與安全區域的開口保持適當距離等指導意見；并在與內部專家和設計單位的反復溝通中，給出了相對合理的解決方案，明確了隔離艙的等效布置要求，同時調整燃料艙沿著船長方向縱向布置，使得加注站盡量靠近后部，遠離安全區域的開口。輪機專業驗船師著重優化了設備處理間與應急電源間的布置，將設備處理間由閉式改為開敞式，取消了雙壁罐水媒保護，采用通風型式。電氣驗船師著重分析了船舶開口布置，指出了舵機室、機艙等其他安全處所的開口應布置在防爆和毒性區域外。

為確保設計優化方案和意見在升版圖紙中得到充分落實，大連分社建造處/審圖中心項目組成員與大連中遠海運重工技術部以及大連理工大學相關人員展開了第二輪技術交流，并給出了頒發船型認可的前提條件。此外，交流會上還形成了對下一階段實船項目需要完成的相關工作的統一認識。目前，實船項目已經開始提交圖紙審核，針對5500HP氨燃料拖輪申請的附加標志AFD Ready 2，根據CCS《船舶應用氨燃料指南》，需要提交風險分析報告(定性分析)。同時，為了滿足“起居處所、服務處所、控制站或其他非危險區域的空氣進口、出口或開口不應位于毒性區域內”的規定，作為上述要求的替代，可使用氣體擴散分析或其他等效方式證明船舶布置的安全合理性(定量分析)。CCS在氣體燃料技術風險評估上具備一定的經驗和優勢，大連審圖中心將聯合武漢規范研究所直接參與該項目的風險評估工作。

精細服務確保供氨系統認可圓滿完成

CCS在“氨動力雙燃料發動機及供應系統研發和示范應用”項目中，主要負責以下四個子課題的研究工作，一是氨燃料動力船舶風險及安全性技術要求研究，二是燃料供應系統檢驗和試驗要求研究，三是氨燃料發動機檢驗和試驗要求，四是氨燃料船舶檢驗和試驗標準研究。除了氨動力船舶之外，CCS還承擔了相關供氨系統設計的原理認可工作，由CCS青島分社為威海中遠海運重工科技有限公司(威海重工科技)設計的氨燃料供應系統簽發了AIP證書。這款氨燃料供應系統采用定制化開發與模塊化設計，自主開發的核心控制程序采用雙核冗余+DCS控制+PID閉環控制，開發了多變量系統解耦算法和穩壓控制邏輯，在發動機負荷多變的工況下，能夠保證燃料供應壓力、溫度等的穩定輸出，確保發動機不會出現不可接受的動力損失。此外，系統設計成單一故障不影響安全操作，在所有封閉空間和可能發生人體接觸的地方，均采取雙重屏障防止氨氣泄漏，可有效確保系統安全運行。

青島分社在了解到市場情況后，主動與威海重工科技溝通，了解相關產品的研發進度，積極做好認可前服務工作。在氨燃料供給系統認可方面，青島分社產品處已經積累了一定的經驗，有過相同產品的檢驗經歷，并且做好了相關技術儲備。不過，鑒于該產品是國內首個氨燃料燃燒和實船應用項目，在實際認可過程中還存在一定的難度。青島分社產品處決定先行先試，在CCS總部產品處的大力支持下，以輪機、電氣、材料三個專業背景為基礎，成立了于強、翟文和張一銘三位專家組成的認可工作組，采用原理認可的模式，依據CCS《船舶應用氨燃料指南》的相關要求，圍繞技術原理可行性分析、安全理念審核以及風險分析審核開展相關工作。為了確保原理認可的順利完成，工作組加班加點與威海重工科技的設計人員開展了多次現場技術討論，在疫情嚴峻的情況下，靈活采用線上視頻方式持續保持交流通暢。在技術溝通中，工作組專家詳細解釋了CCS對氨燃料供應系統的相關要求，幫助設計單位解決技術難題，達到了降低產品應用風險的目的，確保按時按節點推進認可工作。經過三個多月緊張有序的奮斗，工作組針對氨燃料供應系統完成了技術原理可行性分析、安全理念審核、風險分析審核、圖紙及技術文件的原則批準以及設計準則的批準，對圖紙、技術文件的設計計算和仿真的方式進行了技術可行性分析后，確定該產品符合CCS相關要求，并于2022年9月29日簽發了“氨燃料供應系統”原理認可證書。

此次氨燃料拖輪和供氨系統設計AIP認可工作的圓滿完成標志著“氨動力雙燃料發動機及供應系統研發和示范應用”項目取得了重要的階段性突破，該項目落地對于氨燃料船舶的安全發展和水上清潔能源應用具有積極的促進作用，也體現了航運溫室氣體減排和國內“雙碳”戰略下的積極成果。據了解，該項目預計將于2023年上半年進行陸基樣機試驗，并于2023年年底前進行實船測試。隨著后續實船建造檢驗工作的推進，CCS也將繼續開展相關子課題研究工作，積極發揮技術創新引領作用。屆時，青島分社產品處也將按照CCS規范要求繼續開展好后期的檢驗工作，為項目順利推進提供技術支撐。