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CCS探索LNG水上应用技术的自主研发之路
时间:2015-06-24    来源:中国水运报    作者:
CCS探索LNG水上应用技术的自主研发之路

入级CCS的我国首艘LNG加注趸船“海港星01号”。

CCS探索LNG水上应用技术的自主研发之路

入级CCS的我国首艘新造柴油/LNG双燃料港作拖轮“海洋石油521”。

CCS探索LNG水上应用技术的自主研发之路

2014年9月,CCS为中海油海南LNG接收站LNG燃料港作拖轮试点方案提供技术支持。

  编者按:

  国务院出台的《关于促进海运业健康发展的若干意见》,将海运业发展上升为国家战略,提出到2020年基本建成安全、便捷、高效、绿色、具有国际竞争力的现代海运体系,在保障能力、竞争能力、影响能力和可持续发展能力四个方面全面实现海运强国的战略目标,同时明确提出要建设国际一流船舶检验机构。站在新的历史起点上,中国船级社(CCS)备受鼓舞,深感责任重大、任务艰巨,唯有坚定信念,攻坚克难,不辱使命,向着国际一流船级社的建设目标奋勇迈进。

  本报记者 赵虎 特约通讯员 胡刚

  18世纪前,帆船把煤运往世界各地。而煤作为船用燃料,使得蒸汽动力船替代了帆船,得以广泛应用。而内燃机的发明,促使液体燃油又取代了煤,成为了船舶的主要燃料。纵观人类船用燃料史,遵循着一条从固态——液态——气态的自然法则。

  每一次改变,都是一次进步。当“LNG作为船用燃料”跃上时代潮头,以“安全、环保,为客户和社会创造价值”为发展宗旨的中国船级社(CCS),敏锐地组织科研力量在LNG水上应用领域展开了一次史无前例的技术标准研发。作为CCS专门研制内河船舶规范、新技术开发的直属科研机构武汉规范研究所,主动请缨承担研发了《天然气燃料动力船舶规范》、《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》,加之CCS已有的《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》和《内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范》,为构建我国LNG水上应用标准体系奠定了坚实基础。

  如今,一个涵盖运输、加注、利用等环节的LNG水上应用链的CCS技术标准体系已基本形成,填补了国内空白,走在世界前列,为航运开启了“清洁时代”的大门。

  A

  技术创新更要理念创新

  纵观全球,牛“气”冲天。被誉为“工业血液”的石油,正让位于LNG风采——美国页岩气革命,批准的出口规模为2600万吨/年,到2020年,7300万吨/年的产能将释放。澳大利亚、俄罗斯等国正加大天然气开发与规划建设。

  绿色浪潮席卷,全球致力于控制温室气体排放和PM排放,勘划排放控制区。中国开始自我审视:过度依赖煤炭和石油,能源结构不合理、利用效率不高和环境问题日益突显;航运业空气污染物排放已经占较高比重,燃油成本超过50%。

  面对国家、行业、安全和“四个交通”建设要求,肩负“国际化、现代化、社会化、服好务”的重托,船检国家队CCS责无旁贷!

  理念是行动的先导,思想是行动的指南。CCS坚持“自主创新、引领发展”的科技工作指导方针,在研发方向、理念、平台上迈向国际一流。

  回顾我国民用船舶气体燃料应用,无不凝聚着CCS人的智慧和结晶。从2006年开始,CCS制定了《气体燃料动力船检验指南》等标准并建立技术储备。2012年,在CCS总部的大力支持和指导下,武汉规范研究所承担了交通运输部海事局和国家能源局联合科技项目,开展LNG水上应用的关键技术研究,着手制定LNG应用技术标准。面向市场、面向现场、面向未来技术,CCS武汉规范研究所不断探索前沿理念,大胆实践,引领LNG产业走出一条科学发展之路。

  一路走来,先进理念从未褪色。

  ——规范法规采用目标型标准的编制模式。

  LNG应用难点有二:一则具有燃烧爆炸、低温风险;二则,深冷设备制造技术含量高,难度大。基于此,CCS武汉规范研究所采用目标型标准的模式编制规范法规,制定了船舶安全目标和功能要求,此举既适应了LNG技术不断创新需求并满足新颖设计要求,又符合了高新技术发展规律,使得所有天然气动力船和加注趸船始终处于较高安全水平。此外,在我国内河水域,人口稠密、船舶密度大、通航障碍物多、水文条件复杂。而水上LNG燃料应用又处于起步阶段。为此,CCS武汉规范研究所对加注趸船制定了分级要求,限制趸船规模,极大控制了其对周边设施带来的灾害风险,促进了LNG动力船的安全发展。

  ——吸收最新的技术。

  LNG技术属高新技术,且在材料、储存方式、LNG舱型,安全与防护等各项技术方面处于不断创新之中。在加注趸船规范法规制定过程中,CCS武汉规范研究所不仅运用了最新的风险分析手段,提出完整准确的趸船安全技术要求,而且充分吸收融合了国内外陆上以及汽车、飞机、火车等交通工具上应用LNG的成熟经验和最新成果,引入风险评估方法,使天然气动力船和加注趸船安全技术要求与最前沿船舶建造技术、LNG设备制造技术相适应,确保船舶安全冗余度高,系统运转可靠,潜在风险小。

  ——立足国内制造业。

  当前,船舶利用LNG作燃料尚处于起步阶段。在规范法规制定过程中,CCS武汉规范研究所与国内LNG工业界进行广泛联系与合作,基于国内制造业的成熟技术,在增强安全型机舱、双燃料发动机、储罐型式、拦蓄区布置、LNG泵及控制系统等方面制定了切合实际的技术要求。由此,天然气动力船和加注趸船安全技术要求更容易得到贯彻与实施,成熟技术规避了不可预见的安全风险。同时,也注重技术标准的引领作用,引导水上LNG应用安全技术不断创新和发展。

  ——持续关注操作安全。

  LNG在水上运输方面有着良好记录,这得益于较高的船舶技术要求和严格的管理与操作要求。以往资料显示,灾害绝大多数是人为因素引发。CCS武汉规范研究所在天然气动力船和加注趸船规范制定工作中,提出了标准操作程序供船方参考,这些程序并不限制经验的积累,并鼓励运营方完善这些文件。船舶安全技术要求与严格的操作程序相结合,将确保天然气动力船和加注趸船安全运营。

  “可以说,整个LNG动力船和加注趸船规范研发做到了以研究为基础,密切联系业界共同研发,抓住技术核心,最终形成了适应和引领我国水上LNG发展需要的规范。”CCS武汉规范研究所所长罗肖锋说。

B

  船检国家队勇担社会责任

  近年来,随着国内水上LNG应用的发展,从航运公司到船厂,到LNG配套设备制造商,到船舶设计公司等业界不同部门,有着不同的需求。CCS作为国家船舶检验的主力军,志存高远,以引领行业发展为己任,充分发挥技术优势,积极致力于推动行业的绿色发展和促进我国工业技术水平的整体提升,勇担社会责任。

  为此,CCS瞄准LNG水上应用全产业链,一手牵政府,一手牵企业,与主管机关、能源企业、设备制造、造船航运以及设计研发等机构合作搭建了“产、学、研、用、检”为一体的研发平台。

  ——新奥舟山LNG燃料船舶加注站。

  为响应国家节能减排号召和推动舟山群岛新区乃至浙江区域经济可持续发展,新奥集团拟在舟山建设船舶LNG接收/加注站,并开展《浙江舟山液化天然气接收及加注站项目》前期研究和建设。CCS武汉规范研究所受邀开展了浙江舟山LNG加注站项目的船舶加注液化天然气专题研究,通过对国内外LNG燃料船舶、加注工艺、市场及LNG燃料船舶加注站安全风险的深入研究,提出了加注站建设方案及经济、安全和环保的评价结论,为项目顺利实施提供技术保障。2014年5月,该所参加了国家发改委组织的浙江舟山液化天然气接收及加注站项目一期工程项目调研评审会,成功获得专家组验收通过。

  ——30万吨油船(VLCC)燃油/LNG双燃料解决方案。

  随着我国能源结构调整和节能减排战略的逐步实施,特别是国际海事组织《防止船舶污染国际公约》(MARPOL)对NOx Teri III排放标准即将于2016年生效,诸多航企在新建船舶上预留了LNG燃料的功能需求。对此,CCS武汉规范研究所提出了LNG Fuel Ready附加标志,并将推出LNG Ready实施指南。去年,针对30.8万吨油轮(VLCC)船型,CCS武汉规范研究所开展了相关研究,从双燃料推进方案及设备初步选型(主机、辅机、锅炉、燃料舱、供气系统等)、采用LNG Fuel Ready概念的初步方案、LNG燃料的加注方案、采用双燃料新造方案经济性分析(基于投资回收期法)、LNG Fuel Ready服务流程以及船厂建造能力等方面探讨采用燃油/LNG双燃料方案,为船东详细评估了采用双燃料的技术可行性和投资回收情况。

  ——4 0万吨矿砂船(VLOC)船型燃油/LNG双燃料解决方案。

  针对40万吨矿砂船(VLOC)船型,考虑到未来国际公约对船舶污染物排放及EEDI的相关要求,CCS针对该船型开展了LNG Fuel Ready可行性分析并提供了技术解决方案。先后就国际公约最新变化趋势分析、主要设备选型评估、货物围护系统布置方案评估、船舶能效(EEDI)评估、LNG与传统燃料的经济性对比分析、LNG Fuel Ready方案优化及经济性分析。

  ——中海油2艘6500HP纯LNG动力拖轮试点方案。

  中海油拟建造2艘6500HP纯LNG动力拖轮在洋浦LNG接收站港区内为大型LNG运输船进出港提供服务。首艘拖轮计划于2015年初交船,届时将成为亚洲首艘纯LNG动力拖轮。依据交通运输部海事局出台的48号文要求,该轮需编制试点方案提交海事局审核。受中海油洋浦船务有限公司委托,CCS武汉规范研究所承担了该试点方案的编制工作。项目组基于LNG相关服务产品和定量风险评估方法,全方位剖析了拖轮作业中可能存在的风险,制订了完善的试点方案,从技术上保障了该轮应用液化天然气燃料。2014年10月21日,在海南海事局组织召开的初审评审会,该试点方案获得专家一致通过。

  在国内,CCS勇破“藩篱”,首次锁定LNG水上应用全产业链,包括储存、运输、分销、终端船舶应用等多个环节,涵盖了全领域、全过程、全技术、全应用,开启了全面研发模式先河。从第一艘内河天然气动力船到第一艘天然气动力海船;从我国第一艘LNG加注趸船到第一艘移动LNG加注船;从设备厂商到科研院所;从船厂到高校……一串串“接地气”的研究,一项项“长底气”的国家项目,成为制定技术标准、开展市场服务、辅助政府决策的基础,大大提升了CCS的技术积累和服务能力。

C

  科技成果彰显服务能力

  奋斗是梦想的动力,创新是梦想的风帆。胸怀“为客户和社会创造价值”的CCS人,不断探索实践,开拓创新,促进掌握核心技术的科技成果向服务产品转化,大力提升技术支持能力和服务水平,更好地服务我国经济社会健康发展。

  随着水上LNG的安全应用与发展,风险控制成为首要难题。我国LNG工业中供气系统普遍在陆上,LNG水上设施安全要求远远高于陆地,而且储运困难,一旦泄漏,随时可能引发低温损伤、火灾等危险。LNG深冷设备何以“由陆转水”?

  针对水上LNG项目特点,CCS武汉规范研究所开展了大量风险分析的理论研究:从故障率分析到危险场景确定,从事故后果分析到风险值计算,从风险评价到风险控制措施建议,形成了一整套标准定量风险评估流程。为使评估结果更精确,他们还引进了代表国际最先进水平的三维计算流体力学(CFD)软件FLACS进行LNG灾害后果仿真计算。基于该产品,该所开展了LNG加注趸船分级、LNG燃料动力船充装作业安全距离评估、内河LNG运输船通航安全评估、船舶LNG加注码头国家标准制定等项目研究工作。在深入研究,反复试验的基础上,一个个创新点不断涌现:如“全容型”本质安全船用LNG罐概念——即要求储罐外壳具有二次屏壁作用,并且要求设置冷箱防护。这与传统的陆用LNG真空罐截然不同,成本上虽有提高,但安全得到保证。再如交通运输部西部交通建设科技项目“内河LNG运输船风险评估及预防措施研究”,致力于解决LNG运输船进入内河航行的问题。在该项目研究中,LNG项目组基于定量风险评估(QRA)方法,对LNG运输船在内河航行过程中可能发生事故场景的后果和发生概率进行分析计算,掌握了小型LNG运输船在内河航行过程中因事故泄漏而产生的风险水平,并提出了全面的风险控制措施。

  实现技术成果向生产力的转化,是CCS LNG水上应用研究的又一特点,他们在传统定性分析基础上对LNG应用实施安全定量分析,让这一产业更加安全环保、利国利民。

  CCS攻坚克难,开发了适用于LNG项目的定量风险评估(QRA)产品,以辅助客户进行船舶优化设计、实施风险管理、制定保障人员和财产安全的预案,有助于客户权衡成本投入和安全控制。

  ——中海油小型LNG运输船长江口至鄂州通航安全综合安全评估。

  中海油气电集团在湖北鄂州筹划LNG接收站项目,并筹备建立1万方LNG运输船,用于宁波到鄂州的江海直达LNG运输。根据有关要求,必须对长江口至鄂州的LNG运输船通航风险进行全面评估和有效控制后,LNG运输船才能进入长江。为此,CCS武汉规范研究所采用基于风险分析的计算方法,对运输船在内河航行过程中可能发生的事故后果和概率进行了深入研究。为进行后果分析,他们建立了柱状实体池火模型、水平喷射火椎体模型,对泄漏火灾的热辐射危害进行定量计算;基于计算流体力学方法建立了低温重气扩散模型,对可燃气体云团被引燃后的闪火灼烧危害进行定量计算;为进行频率分析,课题组开展了广泛调研和事故数据搜集,在对目标航段船舶分类事故数据进行归纳统计的基础上进行泄漏频率计算。最终,课题组确定了不同概率水平对应的安全区域,降低了LNG泄漏后可燃气体云团被引燃的概率,大大降低了泄漏风险。经海事、航企、设计单位、科研院校专家和代表评审,一致认为该研究技术路线清晰、正确,论证充分,研究结论可作为管理部门制订安全监管的依据。

  ——新奥200方LNG加注船。

  航行于京杭运河的新奥200方LNG加注船为CCS入级的国内首艘移动加注船,该新船型国内外均无相关技术标准,实船经验又少,LNG项目组针对移动加注船特点及作业水域进行了危险源识别,针对加注作业中泄漏场景分析(冷箱、集液盘、水面),LNG、NG泄漏后扩散进行了模拟仿真分析,船上集液盘内池火的热辐射损害分析,船对船(STS)加注作业安全间距评估,并为船东提供了风险控制措施或减缓方法建议。

  ——内河LNG燃料船透气管高度评估。

  一批LNG燃料船拟航行于上海—江苏内河航线,航道上较低的桥梁和跨河管道限制了通航船舶高度。船舶设计时,其气罐压力释放阀的透气管高度无法满足天然气燃料动力船相关法规和规范要求,按照规范等效或替代原则,需对该特定情况进行评估分析,以确定其可行性。CCS武汉规范研究所根据系列船的布置特点、安全阀起跳条件和作业水域等,采用QRA方法,选取了不同风速、风向情况下24个场景进行计算,最终给出了相应结论与建议。

  CCS为适应业界不同需求,为LNG行业相关设计、检验及航运等单位量身定制了高质量的系列培训产品:《LNG燃料动力船舶规范培训》和《LNG燃料加注趸船规范培训》课程,系统介绍了LNG燃料性质与特性、LNG动力船舶和LNG加注趸船的特点、LNG气罐、气体燃料供应系统、气体燃料发动机及辅助装置、通风系统、控制、监测与安全系统、LNG燃料的加注作业、消防系统、气体燃料相关机电设备设计和应用、船舶检查和检验、便携式及固定式气体测量仪器的选择等内容。2014年在武汉、秦皇岛、江苏、广东、湖南等多地,来自各地的船东、设计人员和船检人员400余人参加了培训,并对培训给予了高度评价。

  CCS以锲而不舍、驰而不息的决心和毅力,攻克一道道难关。随着我国LNG应用的旺盛需求,其正成为中国的一张名牌,为业界示范。

 D

  事业发展推动人才辈出

  CCS加快建设国际一流船级社的步伐铿锵有力,渐行渐近。CCS在启动LNG项目研发伊始,就瞄准国际前沿,始终将培养国际化人才队伍放在首位,提出了“建设国际一流的研发团队”的目标,经历了重点关键项目的千锤百炼,一支具有团体精神、锐意进取、朝气蓬勃的人才队伍铸造而成。

  目标就是方向就是使命。CCS武汉规范研究所LNG项目组围绕团队建设,对项目组的岗位职责、权利界定、沟通、交流方式等都予以明确,使得团队成员主动性、积极性和创造性充分发挥出来,大大激发了整个团队活力。尤其面对LNG在水上应用研发任务重、人员少、又需快速抢占全球LNG研发制高点的现状,他们怎么办?

  LNG项目组打破传统一体化统筹的惯例,充分发挥团队作用,结合科研项目管理的特点,将处室人员划分为LNG动力船等6个项目组,既立足于现实需求,也探索未来发展;同时,依据专业特长,以关注的方向为重点,分为动力系统等6个专业组,以动态组合的形式服务于相对固定的项目。此举,既可防止由于专业相对固化导致人员边缘化,又可充分发挥每个人的主观能动性,人人都可作为项目管理者,都具有组织、策划项目的机会,同时从梯次上强化了人才队伍建设,不断地把项目执行者中的优秀者上升为项目组织和策划者。“实施专业细分和项目制管理,通过项目锻炼人,最终使得团队中每个人均具有项目组织和策划能力,团队不是一条线,而是一张网,将大家紧紧地联系在了一起。”所长罗肖锋说。

  团队成员突破内河思维,不断强化国际视野。他们积极参与国际海事组织(IMO)的相关工作,包括目前IMO正在制定的热点规范《国际使用气体或其他闪点燃料船舶安全规则》(IGF)制定,对IGF草案提出修改建议,并向IMO提交了两份正式提案和近百页中英文支撑材料;参与了国际船级社协会(IACS)低压气体燃料发动机统一要求(UR)的起草;参与MSC94会议提案工作,并基于我国实际工业水平和利益提出我国立场及发言……

  爱挑的担子不嫌沉。“人才强所”结出累累硕果:在船用LNG燃料储存与供气系统研发方面,与湖北迪峰、中海油、上海船舶设计院等合作方成功申报工信部“船用LNG燃料储存与供气系统研发”项目;与中船重工711所合作开展气体燃料发动机标准体系顶层设计;与中海油能源发展采油服务公司合作编制了国内首次发布的《LNG船对船加注作业指南》;在LNG水上应用安全评估方面,正与中海油气电气团联合开展“LNG水上应用安全评估软件”项目,与陕西燃气院合作编制GB《船舶LNG加注码头设计规范》、《LNG(陆上装置)防火设计规范》,与中外运长航合作开展长江航运主力船型清洁推进系统研究,与新奥能源控股有限公司开展了LNG移动加注船研究,与重庆富江能源公司、重庆川港燃气公司合作开展了三峡库区水上LNG加注站的相关研究。

  激情掀巨浪,从容挽狂澜。当前国家正大力实施长江经济带、“一带一路”战略,我国航运造船业迎来重大发展机遇期,面对中国经济“新常态”,CCS将不辱使命,乘风波浪,按照交通运输部部长杨传堂提出的“三化一好”发展要求,不断夯实LNG水上应用技术的自主研发之路,在长江黄金水道建设中取得新发展新作为,在国际海事界发出“中国”最强音。

  本版图片由中国船级社武汉规范研究所提供