LNG雙燃料動力船舶的安全監(jiān)管研究

凌黎華 徐春暉

摘? 要：LNG雙燃料動力船舶的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，LNG因具有其特殊的理化性質(zhì)，LNG燃料動力船舶與傳統(tǒng)燃油動力船舶的動力系統(tǒng)有著顯著差異。為了更好地做好對該類型船舶的海事安全監(jiān)管和保障工作，本文從LNG雙燃料動力特點(diǎn)入手，在分析潛在風(fēng)險的基礎(chǔ)上，提出對于LNG雙燃料動力船舶安全監(jiān)管建議，保障新型能源船舶快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：LNG雙燃料;風(fēng)險分析;安全監(jiān)管;建議

0 引 言

2011年7月，國際海事組織MEPC（70）會議通過了MARPOL附則VI《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》修正案，要求到2020年，船舶燃油含硫量必須低于0.5%，并且，從2015年起，進(jìn)入波羅的海、北海和北美沿海水域、加勒比海等硫排放控制區(qū)（SECA）的船舶，其燃油含硫量必須低于0.1%;氮氧化物排放分3個階段控制，從2011年起，全部公海實(shí)施Tier II標(biāo)準(zhǔn)，從2016年起進(jìn)入北美、加勒比海等氮排放控制區(qū)（NECA）的船舶全部實(shí)施Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，排放量相比TierⅠ標(biāo)準(zhǔn)降低約80%。而使用低硫燃油、加裝脫硫裝置以及使用LNG等清潔能源是目前降低船舶硫排放的主要措施。不過，與使用LNG相比，其余方式雖能使硫排放達(dá)標(biāo)，但產(chǎn)生的油污、洗滌水、氮氧化物、碳氧化物及顆粒物仍會對環(huán)境造成較大污染。

LNG有著“未來燃料”的美譽(yù)，在作為船用燃料方面也越來越受歡迎。研究表明，使用LNG燃料能減少氮氧化物排放近90%，減少二氧化碳排放量25%～30%，硫氧化物和顆粒物排放則幾乎可以忽略不計。正是由于LNG良好的環(huán)保性能，世界各國和地區(qū)為應(yīng)對嚴(yán)格的船舶排放控制要求，均大力發(fā)展LNG雙燃料動力船舶。如歐盟先后制定了《歐洲替代燃料基礎(chǔ)設(shè)施指令》、歐洲替代能源交流戰(zhàn)略交流機(jī)制、歐盟應(yīng)用LNG綜合框架行動方案，特別在LNG新建船舶、加氣站等采取了減稅、資金補(bǔ)貼等激勵措施;挪威早在2001年就率先制定LNG船舶檢驗規(guī)則，當(dāng)前，LNG雙燃料動力船舶的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段。歐洲、美國、日本、韓國都在LNG雙燃料動力船舶的設(shè)計和生產(chǎn)使用上取得了長足進(jìn)展。我國自從2010年第一艘雙燃料主機(jī)系統(tǒng)改造船營運(yùn)以來，各地都在積極開展LNG能源船舶新建、改造和試點(diǎn)工作。

2020年9月22日，由滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司為法國達(dá)飛海運(yùn)集團(tuán)建造的世界首艘23 000 TEU雙燃料動力集裝箱船“達(dá)飛雅克薩德”輪在上海長興島造船基地交付，并于9月24日首次?？可虾Ｑ笊礁?。2020年12月17日，國內(nèi)首艘萬噸級特定航線江海直達(dá)雙燃料集裝箱船“湘水運(yùn)26”輪靠泊上海洋山港。截至2020年底，我國國內(nèi)航行LNG燃料動力船舶已建成290余艘，全球有190艘LNG燃料動力遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)營，還有更多的在建船即將投入市場。在此背景下，如何更好的對LNG雙燃料動力船舶的監(jiān)管，已經(jīng)是海事部門的重要議題。

1 LNG雙燃料動力船舶特點(diǎn)

LNG雙燃料動力與常規(guī)燃油動力存在差異，在LNG動力船上，典型的氣體燃料動力系統(tǒng)包括：燃料充裝、燃料圍護(hù)、燃料供應(yīng)以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等[1]，以保障將使用LNG燃料對船舶、船員和環(huán)境造成的風(fēng)險降至最低，如圖1所示。

1.1 加氣站

加氣站一般包括氣體燃料充裝管路以及回氣管路，回氣管路主要用于蒸發(fā)氣體返回充裝站和可能的轉(zhuǎn)移裝置，該轉(zhuǎn)移裝置用來平衡氣罐壓力。充裝站一般布置在具有良好自然通風(fēng)條件的開敞甲板上。圍蔽或半圍蔽的充裝站應(yīng)經(jīng)風(fēng)險評估和特殊考慮。

1.2 圍護(hù)系統(tǒng)

圍護(hù)系統(tǒng)是包括燃料艙接頭在內(nèi)的用于燃料儲存的裝置。它包括附件、所設(shè)的主屏壁和次屏壁以及附屬的絕熱層和屏壁間處所，還包括必要時用于支持這些構(gòu)件的鄰接結(jié)構(gòu)。

LNG雙燃料動力船舶的燃料艙分為多種，獨(dú)立性液貨艙是完全由自身支撐的液貨艙，它不需要參與分擔(dān)船體強(qiáng)度，不構(gòu)成船體結(jié)構(gòu)的一部分，根據(jù)其設(shè)計壓力和外形結(jié)構(gòu)可分為A型、B型和C型。薄膜型液貨艙屬非自身支持的液貨艙，薄膜作為主屏壁不能獨(dú)立承受燃料重量，需要船體結(jié)構(gòu)對其予以支持。目前各種燃料艙都有相應(yīng)規(guī)模的市場，其中A型、C型和薄膜型燃料艙是目前航運(yùn)市場應(yīng)用較多的。

LNG雙燃料動力船舶的接頭處所主要是為了保障燃料艙（布置在開敞甲板也可設(shè)置接頭處所）的安全和基本功能的實(shí)現(xiàn)。因為氣罐安全附件中存在大量低溫閥件，相比較燃料艙體和輸氣管路，這些閥件及閥件的接口處存在更大的泄漏概率，LNG雙燃料動力船舶的接頭處所用來圍堵燃料艙泄漏的LNG，同時防止NG擴(kuò)散，避免人員誤操作和因此造成的機(jī)械損傷。

1.3 燃料供給系統(tǒng)

燃料供應(yīng)主要通過BOG壓縮機(jī)、LNG蒸發(fā)器、NG加熱器、燃?xì)饩彌_柜等設(shè)備作用，共同為主、副機(jī)、鍋爐提供滿足其使用要求的氣體燃料。燃料供應(yīng)系統(tǒng)主要分為三個步驟 ：燃料艙內(nèi)的浸沒式泵把液體至LNG蒸發(fā)器，控制壓力溫度至許用范圍，經(jīng)由燃?xì)饩彌_柜輸送至主副機(jī);BOG通過BOG壓縮機(jī)控制輸送壓力，NG加熱器控制溫度，再經(jīng)由燃?xì)饩彌_柜輸送至主副機(jī);BOG也可通過壓縮機(jī)輸送至雙燃料鍋爐（作為GCU的替代），緊急工況時，BOG 可通過旁通路自由流動至鍋爐[2]。

與燃油供應(yīng)不同的是，LNG燃料供應(yīng)過程中要完成從液體到氣體的相態(tài)轉(zhuǎn)變，因此，需要對液體燃料進(jìn)行加熱，加熱后產(chǎn)生的氣體燃料還可能需要進(jìn)行加壓，然后再輸送至發(fā)動機(jī)。

2 相關(guān)相關(guān)公約和法規(guī)

2009年召開的海上安全委員會第86次會議（MSC 86）通過了《船上天然氣燃料發(fā)動機(jī)裝置安全臨時指南》。隨著天然氣燃料動力船的進(jìn)一步發(fā)展，IMO著手將“指南”升級為國際規(guī)則，即制定“氣體和其他低閃點(diǎn)燃料船舶安全國際規(guī)則”（IGF 規(guī)則）。經(jīng)過10多輪的反復(fù)討論，終于在2014年9月召開的CCC 1次會議上，完成了對IGF規(guī)則主體，即天然氣動力船舶部分的定稿，并遞交MSC 94批準(zhǔn)，同年11月，MSC94批準(zhǔn)了IGF規(guī)則，2015年6月召開的MSC 95正式通過了IGF規(guī)則，于2017年1月1日正式生效。

IGF規(guī)則要求系統(tǒng)在安全、可靠性和獨(dú)立性方面應(yīng)與新型或類似的常規(guī)燃油動力系統(tǒng)所達(dá)到的水平相同，應(yīng)對燃料供應(yīng)、儲存和充裝裝置進(jìn)行安全和合適的布置，以使其在不泄漏狀態(tài)時能接收和圍護(hù)燃料。在必要時，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)能防止在所有正常工況下進(jìn)行排放，包括未工作期間，目的是為使用低閃點(diǎn)燃料的布置、安裝、機(jī)械控制與監(jiān)測、設(shè)備和系統(tǒng)提出強(qiáng)制性要求。確保符合IGF規(guī)則船上的船員具備任職資格、接受培訓(xùn)和豐富經(jīng)驗，同時確保使用氣體或低閃點(diǎn)燃料的裝載、儲存、操作、維護(hù)和檢驗等操作程序給人員、船舶和環(huán)境帶來的風(fēng)險降低到最小。

2008年，CCS發(fā)布了《氣體燃料動力船檢驗指南》（2008），該指南適用于以液化石油氣（LPG）和壓縮天然氣（CNG）為燃料的內(nèi)燃機(jī)動力裝置船舶，2011年發(fā)布了《氣體燃料動力船檢驗指南》（2011），新版指南明確船舶可使用LNG作為燃料，船舶動力裝置可使用單一燃料（氣體）或雙燃料（氣體和燃油）模式，2013年依據(jù)相關(guān)研究成果在全球率先發(fā)布了《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》，規(guī)范將船舶的適用范圍從國內(nèi)航行船舶拓展至國際航行船舶，分別于2017年和2018年發(fā)布了3次《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》變更通告，并于2021年發(fā)布了《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》（2021）（《規(guī)范》），交通運(yùn)輸部海事局于2018年發(fā)布《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)則》（2018）（《規(guī)則》）。

《規(guī)則》和《規(guī)范》制定目的是為天然氣燃料動力船舶相關(guān)的機(jī)械、設(shè)備和系統(tǒng)的布置、建造和安裝提供標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范明確了適用范圍，明確了船舶設(shè)計與布置以及管路的相關(guān)要求，對燃料維護(hù)系統(tǒng)、加注以及動力系統(tǒng)進(jìn)行了分類闡述，在保障船舶安全性方面對消防、防爆、機(jī)械通風(fēng)、電氣裝置等標(biāo)準(zhǔn)明確。適應(yīng)了我國LNG雙燃料動力船舶設(shè)計、建造和檢驗的需求，也是對于海事監(jiān)管的有力支撐，對引領(lǐng)和推進(jìn)我國天然氣雙燃料動力船舶發(fā)展具有積極作用。

3 船舶潛在風(fēng)險分析

3.1 LNG的特殊理化特性導(dǎo)致潛在的系統(tǒng)性風(fēng)險

《IGF規(guī)則》為使用低閃點(diǎn)燃料船舶的布置、安裝、機(jī)械控制與監(jiān)測、設(shè)備和系統(tǒng)提出強(qiáng)制性要求，從而將使用低閃點(diǎn)燃料對船舶、船員和環(huán)境造成的風(fēng)險降至最低，力求系統(tǒng)在安全、可靠性和獨(dú)立性方面應(yīng)與新型或類似的常規(guī)燃油動力系統(tǒng)所達(dá)到的水平相同。

LNG是以-163℃的深冷狀態(tài)儲存在燃料艙內(nèi)的[3]，再根據(jù)燃料發(fā)動機(jī)要求，將 LNG氣化加熱再輸送到發(fā)動機(jī)或其他用氣設(shè)備中。在天然氣供氣過程中，LNG通過一定的方式增壓后進(jìn)入氣化加熱設(shè)備，被加熱介質(zhì)加熱到用氣設(shè)備所需的溫度，系統(tǒng)中的主要設(shè)備包括增壓泵和換熱器。

與常規(guī)燃料相比，LNG的主要風(fēng)險體現(xiàn)在深冷和可燃特性上，深冷特性會造成與 LNG 直接接觸的甲板、艙壁發(fā)生裂紋甚至冷脆斷裂，可燃特性會導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。

3.2 LNG加注作業(yè)過程中的風(fēng)險

LNG雙燃料動力船舶的加注作業(yè)涉及相關(guān)設(shè)備為軟管、加注臂、加注接頭等連接設(shè)備和拉斷閥、緊急脫離裝置、應(yīng)急切斷（ESD）、消防系統(tǒng)等安全設(shè)備，以及輔助加注作業(yè)進(jìn)行的例如系泊設(shè)備、碰墊、通訊系統(tǒng)等輔助設(shè)備。

在加注全流程作業(yè)中直接面臨著深冷及蒸汽控制的問題[4]，需要在加注之前進(jìn)行管路的管系預(yù)冷、惰化、掃吹，加注之后繼續(xù)對管系進(jìn)行同樣的操作。同時，兩個過程都要在操作過程中嚴(yán)格控制傳輸速度和燃油艙壓力，保證燃料艙的穩(wěn)定性。

加注船靠泊作業(yè)時，船速會降低到一定程度，這時候水流的變化、風(fēng)浪的影響導(dǎo)致舵效不明顯，極端天氣情況下如臺風(fēng)、雷暴、能見度的高低都能影響作業(yè)的安全性，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生兩船碰撞引發(fā)后續(xù)的泄漏危害。

在加注過程中，防止天然氣溢漏而產(chǎn)生的爆炸性氣體環(huán)境，需要劃定作業(yè)危險區(qū)（加注作業(yè)現(xiàn)場危險區(qū)域）、限制區(qū)域（加、受注船分別劃設(shè)）、警戒區(qū)域（外圍管控水域與加注船保持安全寬度），并制定相應(yīng)的管控措施，杜絕因加注場所周圍的電氣設(shè)備或者非防靜電工作鞋、服和其他火源等產(chǎn)生危害作業(yè)和水域安全的嚴(yán)重后果。

3.3 船員的操作性風(fēng)險

LNG燃料動力船舶的LNG燃料艙，加注站管系、閥門、控制系統(tǒng)、探測報警系統(tǒng)等一系列設(shè)備設(shè)施維護(hù)等級要求更高，需要更加專業(yè)謹(jǐn)慎的操作和細(xì)致頻繁的巡檢來確保儲罐中LNG的溫度、壓力的穩(wěn)定及相關(guān)管系的有效密封，這些額外的操作對船員提出了更高的要求。

LNG燃料維護(hù)系統(tǒng)已確定結(jié)構(gòu)失效導(dǎo)致臨界狀態(tài)的可能性極低，如果不能排除主屏壁泄漏的可能性的圍護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)會設(shè)有能安全處理泄漏的部分次屏壁和小泄漏保護(hù)系統(tǒng)達(dá)到臨界狀態(tài)前能可靠探測到的失效形成過程（例如通過氣體探測或檢查）應(yīng)有足夠長的形成時間以采取補(bǔ)救措施，在此期間如果相關(guān)船員未及時發(fā)現(xiàn)問題，并按照相應(yīng)的操作手冊正確的話，可能會造成嚴(yán)重的后果。

加注LNG作業(yè)過程中，雙方船舶作為新型船舶且加注流程程序較多，同時現(xiàn)實(shí)中加注作業(yè)較少，缺少經(jīng)驗積累，人員的管理、操作經(jīng)驗、應(yīng)急措施都會影響加注作業(yè)的安全性。

4 海事安全監(jiān)管建議

4.1 練好內(nèi)功，不斷提升安全監(jiān)管水平

LNG雙燃料動力船舶近幾年呈現(xiàn)了高增長趨勢，面對新形勢，主管機(jī)關(guān)需要組織基層執(zhí)法人員對該類船舶檢查的培訓(xùn)，以《IGF規(guī)則》《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)則》為準(zhǔn)，加強(qiáng)系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí);采取跟船隨訪、船廠建造一線參訪等方式進(jìn)行現(xiàn)場學(xué)習(xí)，了解船舶建造的風(fēng)險評估，掌握LNG燃料動力船的安全布置要求，LNG泄漏監(jiān)控與報警系統(tǒng)以及通風(fēng)、消防等要求;編寫相關(guān)檢查指南，為一線執(zhí)法人員的檢查提供更為高效的技術(shù)指導(dǎo)。

根據(jù)國內(nèi)LNG加注作業(yè)的配套政策，重點(diǎn)做好船對船的LNG加注作業(yè)監(jiān)管研究，目前洋山港海事局正在進(jìn)行LNG燃料動力船舶檢查相關(guān)指南的編寫和LNG燃料動力船舶加注作業(yè)方面的監(jiān)管研究。

4.2 把好關(guān)口，切實(shí)提升船員實(shí)操能力

在STCW公約中涉及LNG燃料船舶船員培訓(xùn)的主要要求在MSC.396（95）和MSC.397（95）兩個決議案中[5]。其中，在MSC.396（95）決議案中要求LNG雙燃料動力船舶的高級船員，水手和其他人員的強(qiáng)制性培訓(xùn)和資質(zhì)最低要求;MSC.397（95）主要對于STCW公約A部分修訂。在該決議中包括了LNG雙燃料動力船舶船員的基礎(chǔ)培訓(xùn)和高級培訓(xùn)的具體培訓(xùn)內(nèi)容。

我國主管機(jī)關(guān)對于對于海上LNG雙燃料動力船舶船員的培訓(xùn)發(fā)布了理論知識要求大綱，目前是各培訓(xùn)點(diǎn)根據(jù)根據(jù)培訓(xùn)大綱要求編制具體的培訓(xùn)教材，2021年10月26日，上海海事局轄區(qū)首期使用氣體或其他低閃點(diǎn)燃料船舶船員培訓(xùn)在上海海事大學(xué)也已正式開班，并于11月16日為培訓(xùn)合格的首批雙燃料動力集裝箱船舶船員頒發(fā)了合格證書。

建議主管機(jī)關(guān)強(qiáng)化船員考試管理，提高船員培訓(xùn)質(zhì)量，促進(jìn)船員職業(yè)技能和綜合素質(zhì)進(jìn)一步提升，保證培訓(xùn)全過程能夠統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)把教學(xué)質(zhì)量關(guān)，從根本上提升船員實(shí)操能力。

4.3 多方聯(lián)動，構(gòu)建共同應(yīng)急處置體系

一是加強(qiáng)理論探索，對LNG泄漏、爆炸等模型深入進(jìn)行研究，積累數(shù)據(jù)，為LNG雙燃料動力船的應(yīng)急技術(shù)和方法的開發(fā)提供理論基礎(chǔ);二是明確應(yīng)急要求，制定LNG雙燃料動力船舶、加注站應(yīng)急預(yù)案編寫指南，督促公司、船舶制定預(yù)案，開展應(yīng)急培訓(xùn)教育，配備應(yīng)急設(shè)施，開展應(yīng)急演練;三是加強(qiáng)監(jiān)管部門聯(lián)動協(xié)作，建立地方應(yīng)急預(yù)案，構(gòu)建涵蓋海事、應(yīng)急管理、港航、環(huán)保等部門的應(yīng)急響應(yīng)體系，一旦發(fā)生突發(fā)事故能迅速響應(yīng)，及時處置，減少損害。

4.4 正確引導(dǎo)，督促企業(yè)壓實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任

機(jī)關(guān)對企業(yè)健全公司管理體系進(jìn)行詳細(xì)的指導(dǎo)，要求航運(yùn)公司依照有關(guān)安全生產(chǎn)法律、法規(guī)和規(guī)章的要求，結(jié)合工作實(shí)際，根據(jù)LNG雙燃料動力船舶的特殊性，制定公司內(nèi)部安全生產(chǎn)規(guī)章制度，進(jìn)一步指導(dǎo)船舶的日常管理。

督促航運(yùn)公司嚴(yán)格落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，要求航運(yùn)公司根據(jù)LNG雙燃料動力船舶的技術(shù)狀況，運(yùn)用多方資源，制定培訓(xùn)手冊，做好船員的崗前、在崗期間的培訓(xùn)，尤其加強(qiáng)安全操作、LNG燃料相關(guān)的設(shè)備保養(yǎng)以及消防等培訓(xùn)。航運(yùn)公司要通過采取教育培訓(xùn)和激勵等措施，促使全體員工牢固樹立“安全就是效益”的理念，真正認(rèn)識到安全是發(fā)展之本。

5 結(jié) 語

自從國際海事組織實(shí)施排放控制區(qū)相關(guān)要求以來，海運(yùn)業(yè)正式進(jìn)入了低硫低碳的時代。LNG作為清潔高效的船舶燃料，加上完備的公約、規(guī)范和技術(shù)積累，極大的推動了LNG雙燃料動力船舶的發(fā)展，海事監(jiān)管部門面對航運(yùn)業(yè)的新趨勢，不僅需要積極的從公約、法規(guī)、行業(yè)規(guī)范等多方面參與其中，更是要從船舶安全檢查、船員培訓(xùn)、船舶LNG燃料加注等多點(diǎn)發(fā)力，做好相關(guān)配套措施的研究和落地，并且持續(xù)完善，為LNG雙燃料動力船舶織就一張安全之網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

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