現(xiàn)在，船東和運(yùn)營商都在積極推動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型，因此在船舶設(shè)備、燃油供應(yīng)、替代能源等多方面嘗試進(jìn)行綠色創(chuàng)新。但一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是各種新技術(shù)的引入和應(yīng)用在與原有技術(shù)充分融合時(shí)，會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)安全產(chǎn)生一定的影響。“五月花”號(hào)(Mayflower)無人船在橫渡大西洋時(shí)就因機(jī)械故障而被中止任務(wù)——“盡管該船的自主系統(tǒng)非常完美，但當(dāng)硬件出現(xiàn)問題時(shí)，多數(shù)AI無法自行解決”。從這個(gè)角度考慮，有關(guān)綠色航運(yùn)的諸多新技術(shù)應(yīng)用可能也會(huì)讓船舶面臨新的安全挑戰(zhàn)，行業(yè)需要對(duì)此有足夠的認(rèn)識(shí)，確保綠色轉(zhuǎn)型過程平穩(wěn)安全。
警惕“不兼容、不穩(wěn)定”
很長一段時(shí)間以來，航運(yùn)業(yè)似乎沒在燃油選用方面有過多的想法，“只要價(jià)格低廉，單位能量密度高就好，哪家企業(yè)不希望燒更少的油，行更遠(yuǎn)的路”？尤其在油價(jià)較高、運(yùn)量較少的時(shí)期更是如此。然而，在嚴(yán)格的“限硫令”背景下，市場(chǎng)正在勸退傳統(tǒng)船用燃油，而對(duì)于低硫油的需求比重不斷增加。一份來自德路里(Drewry)關(guān)于燃料使用的調(diào)查問卷顯示，約66%的受訪者表示其運(yùn)營中的船舶會(huì)選用低硫油作為燃料，對(duì)于新造船是否使用低硫油的詢問，37%的受訪者選擇肯定回答。但船舶在安全使用低硫油方面卻面臨些許風(fēng)險(xiǎn)。
(資料圖)
船用燃油是一種從煉制中分離出來的除蒸汽、煤和柴油外的渣油產(chǎn)品，渣油之間兼容性問題不太大，主要因渣油芳香烴指數(shù)比較高(芳香烴指數(shù)越高，越容易溶解渣油里的瀝青烯)。但隨著低硫油普遍應(yīng)用，燃油兼容問題越來越多。上海圣清石油化工有限公司業(yè)務(wù)總經(jīng)理田明輝說：“燃油兼容性指不同燃油在混合時(shí)產(chǎn)生沉淀的趨勢(shì)。當(dāng)互不兼容的油品混合時(shí)，沉淀可能立即發(fā)生。新型燃油可能達(dá)到要求的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，與其它燃油混合很可能變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致不兼容。各地區(qū)混合油品成分差異大，油品不兼容的問題可能突出，不僅不同類型和批次油品之間可能不兼容，即使同一批次的油品也可能不兼容。燃油不兼容導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀而形成油泥和油渣，致使過濾器、分油機(jī)堵塞，在極端情況下會(huì)堵塞燃油管道，主機(jī)停車和跳電風(fēng)險(xiǎn)非常高。”
斑點(diǎn)測(cè)試法是一種在船可用的簡(jiǎn)單測(cè)試燃油兼容性方法，田明輝說：“它主要用于評(píng)價(jià)化工領(lǐng)域油品穩(wěn)定性，也可用于評(píng)價(jià)油品摻混互溶安定性情況。選取兩種試驗(yàn)樣品按各50%的比例加熱混合并攪拌均勻，取一滴混合油樣滴在預(yù)熱后的試紙上，再將試紙放入烤箱中加熱到100攝氏度，然后觀察試紙油點(diǎn)情況。如果斑點(diǎn)均勻、內(nèi)部顯示無環(huán)，表示兼容并穩(wěn)定；如果斑點(diǎn)內(nèi)部有細(xì)微環(huán)狀，表示產(chǎn)生一些沉淀，混合油品不宜過度加熱，加強(qiáng)分油過程；如果斑點(diǎn)內(nèi)部出現(xiàn)明顯的黑色環(huán)狀甚至了出現(xiàn)固體，則表示油品之間不兼容、不穩(wěn)定。”
在某些情況下，存儲(chǔ)狀態(tài)發(fā)生改變會(huì)影響燃油的穩(wěn)定性，這主要取決于燃油的抗分解能力。燃油分解取決于其懸浮瀝青質(zhì)的液態(tài)碳?xì)浠衔镄再|(zhì)，如果介質(zhì)是芳香烴，它將保持懸浮狀態(tài)，如果是石蠟(分子結(jié)構(gòu)為直鏈烴)，瀝青質(zhì)可能有聚合成污泥的傾向。一旦燃料發(fā)生化學(xué)分解，其過程不易逆轉(zhuǎn)，且沉淀瀝青質(zhì)不能再溶解。燃油在油艙長期存放后，瀝青質(zhì)成分會(huì)沉淀變成油泥或油渣，進(jìn)而造成油路、分油機(jī)和濾器堵塞。某家位于新加坡的燃油供應(yīng)商也表示，低硫油在油艙中存放太久會(huì)析出沉積物，燃油總酸值也會(huì)受到影響。如果酸性過高，就會(huì)導(dǎo)致船舶操作出現(xiàn)問題。
燃油使用問題總會(huì)隨著經(jīng)驗(yàn)積累而得到解決，但碰到問題燃油，那麻煩可就大了。燃油檢測(cè)機(jī)構(gòu)Veritas Petroleum Services(VPS)表示，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀已檢測(cè)出在“ARA地區(qū)”(阿姆斯特丹、鹿特丹、安特衛(wèi)普地區(qū))加注的超低硫油樣品中檢測(cè)出揮發(fā)性有機(jī)化合物，且已經(jīng)有船在上述地區(qū)加油后報(bào)告船舶主輔機(jī)在使用問題燃油后，噴油嘴和燃油泵出現(xiàn)損壞。在VPS看來，這些化合物通常不是來自正常的煉油過程，是燃油已受到污染的跡象。而使用這些存在污染的燃油可能導(dǎo)致船舶在運(yùn)營過程中出現(xiàn)問題。
低硫油黏度、潤滑性與高硫油相比有較大不同，高硫油艙改裝低硫油時(shí)，如果沒有對(duì)油艙進(jìn)行完全清理，不僅殘留高硫油混入低硫油會(huì)造成硫含量超標(biāo)，也有可能引發(fā)機(jī)械故障。因此要注意檢查油艙清洗程序要滿足“三遍燃油處理劑的化學(xué)清洗、一遍少量輕油清洗、人工清洗”要求，并確保記錄與計(jì)劃相一致，完善船舶換油程序，在切換不同批次的低硫油時(shí)，盡量將沉淀柜及日用柜中的舊燃料用完，以最大限度地減少“混油”風(fēng)險(xiǎn)等。
集中挑戰(zhàn)來自“化學(xué)式”
在替代能源使用方面，氨、氫和甲醇是需求所向，譬如最近三年，有關(guān)船舶使用這三種燃料的消息一經(jīng)發(fā)布，關(guān)注度都相當(dāng)高。但是，氨、氫和甲醇具有的化學(xué)特性或隱患又給船舶安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。
氨的毒性和腐蝕性不言而喻，尤其當(dāng)泄漏的氨遇到水后，會(huì)與空氣中的凝結(jié)物發(fā)生反應(yīng)而形成有毒霧氣，很難消散。而且氨是可燃的，任何泄漏都有可能產(chǎn)生火災(zāi)和爆炸。如果說80%-90%的海上事故因人為因素導(dǎo)致，那么，當(dāng)船員在有關(guān)氨燃料專業(yè)知識(shí)的掌握與所受培訓(xùn)不充分(必是氨是新興能源) 的情況下，危險(xiǎn)可能隨時(shí)發(fā)生。另外，燃料用氨不同于裝在儲(chǔ)罐中的運(yùn)輸氨，它會(huì)“流通”到更多的環(huán)節(jié)，比如通過管道從油艙到燃料準(zhǔn)備室(泵、壓縮機(jī)等)，進(jìn)而輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)。氨在傳輸過程中遇到設(shè)備越多，意味著其接觸的面積越大，泄露風(fēng)險(xiǎn)也就更大。無疑，這加大了氨作為船用燃料的安全系數(shù)。
相比氨動(dòng)力船，成型或在設(shè)計(jì)之中的氫動(dòng)力船舶數(shù)量較多，不論是從能源采集/應(yīng)用還是從能源供給來講，氫都處于相對(duì)優(yōu)勢(shì)。但這只是相對(duì)于其他替代能源(氨和甲醇)而言。如果將傳統(tǒng)燃料與氫進(jìn)行對(duì)比，后者面臨的安全應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)還有很多。
盡管氫在消除二氧化碳方面表現(xiàn)出的潛力最好(可能除太陽能、風(fēng)力等自然動(dòng)力源外)，但它的能量密度特點(diǎn)意味著必須在船配備巨大的燃料艙——液氫的存儲(chǔ)溫度為零下253攝氏度。這不僅意味著很大的艙位損失，還意味著存儲(chǔ)罐壓力的管理，且這種管理在數(shù)字化和智能化時(shí)代已經(jīng)從“人的管理”分包出去，一旦AI無法糾正錯(cuò)誤，出現(xiàn)壓力泄漏，后果不堪設(shè)想。這兩方面考慮是氫燃料還很難應(yīng)用在超大型集裝箱船上的最重要原因。當(dāng)然，業(yè)界也在著力解決這些“此前未有的挑戰(zhàn)”。
甲醇動(dòng)力船舶也是綠色船舶發(fā)展方向，從馬士基和達(dá)飛輪船下單定造甲醇動(dòng)力集裝箱船的消息即可知這種燃料的可用度。甲醇具有良好的應(yīng)用前景，比如船用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)對(duì)于甲醇應(yīng)用的成熟度相對(duì)較高意味著其在使用過程中的安全系數(shù)高，且甲醇的單位體積能量密度明顯高于氫，預(yù)示著這種燃料更加適用于非短程航線。
雖然甲醇動(dòng)力船舶可以較少(相對(duì)于氨/氫動(dòng)力船舶)思慮船舶運(yùn)營安全問題，但也應(yīng)通過布置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)(通風(fēng)、探測(cè)和安全措施)將甲醇燃料相關(guān)危險(xiǎn)所發(fā)生概率和后果限制在最低水平，比如設(shè)置安全且合適的甲醇供應(yīng)、儲(chǔ)存和加注裝置，以便能夠接收和容納所要求狀態(tài)下的燃料而不會(huì)造成泄漏，同時(shí)，針對(duì)潛在泄漏或火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，要有泄漏探報(bào)、火災(zāi)預(yù)警和滅火措施等警示。
難點(diǎn)下的船型設(shè)計(jì)思路
“氨、氫和甲醇等替代能源能量密度差異，以及易燃、易爆或有毒特征也給船舶總布置帶來了巨大挑戰(zhàn)，顯然，傳統(tǒng)的船舶總布置方案無法適應(yīng)氨、氫和甲醇等替代能源能的使用要求。”
這也是道達(dá)爾(Total)參與一項(xiàng)旨在降低氨作為船用燃料風(fēng)險(xiǎn)研究的主要目的，這項(xiàng)研究目前考慮了單壁/雙壁密封及加注作業(yè)期間的不同泄漏情況，提供關(guān)于通風(fēng)和蒸汽處理系統(tǒng)效率、所需安全區(qū)域，以及暴露于氨泄漏中相關(guān)人員健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵見解。評(píng)估氨泄漏對(duì)船員和乘客健康、航行安全造成風(fēng)險(xiǎn)后，將逐步確定有關(guān)氨燃料的關(guān)鍵安全標(biāo)準(zhǔn)，以便加深航運(yùn)業(yè)對(duì)氨燃料的理解。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料系統(tǒng)通常位于下層甲板的密閉空間，由于不僅限于上述原因的種種因素，未來出現(xiàn)的氨動(dòng)力船舶設(shè)計(jì)可能會(huì)改變常規(guī)布局，甚至導(dǎo)致徹底的重新設(shè)計(jì)。目前，一些已有概念圖的氨動(dòng)力新船已經(jīng)將氨儲(chǔ)罐放置于甲板上，以求最大限度地降低氨泄露帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)，減少對(duì)船舶安全和海上環(huán)境的侵蝕。
氫燃料船舶的價(jià)值鏈包括存儲(chǔ)設(shè)備開發(fā)、船體設(shè)計(jì)建造、船舶運(yùn)營管理、燃料供應(yīng)等環(huán)節(jié)，由歐洲國家政府機(jī)構(gòu)、造船廠、能源公司、數(shù)字智能技術(shù)企業(yè)和船配公司等26個(gè)合作伙伴聯(lián)合推出的《氫燃料船舶手冊(cè)》就聚焦了船用氫燃料可能遇到的各種難題，詳細(xì)介紹了如何駕馭設(shè)計(jì)建造的復(fù)雜要求，涵蓋安全和風(fēng)險(xiǎn)緩解、氫系統(tǒng)施工細(xì)節(jié)、海事應(yīng)用實(shí)施階段等氫操作中的最重要方面。
傳統(tǒng)船舶的燃料艙是針對(duì)于閃點(diǎn)在60攝氏度以上的重油而設(shè)計(jì)，馬士基訂造的閃點(diǎn)在12攝氏度左右的甲醇動(dòng)力集裝箱船自然面臨設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。“為此，我們的燃料艙采用了雙層屏障、雙壁管設(shè)置，確保沒有任何單一的故障使得甲醇蒸汽暴露在可能著火的地方，以確保安全。” 馬士基船隊(duì)技術(shù)部門相關(guān)負(fù)責(zé)人在向業(yè)界介紹馬士基訂造大型甲醇動(dòng)力集裝箱船項(xiàng)目時(shí)說。
另外，針對(duì)替代能源背景下船型設(shè)計(jì)面臨的技術(shù)難點(diǎn)，武漢理工大學(xué)老師汪皓總結(jié)了以下三點(diǎn)作為思路突破路徑。第一，加快氨、氫和甲醇等替代能源在規(guī)范法規(guī)及監(jiān)管環(huán)境方面的完善，從能源加注、能源儲(chǔ)存、能源供給和能源使用等多個(gè)角度完善船型設(shè)計(jì)過程中對(duì)于替代能源應(yīng)用的要求，并提供可參考的船舶標(biāo)準(zhǔn)解決方案。
第二，氨、氫和甲醇等替代能源的不同物理性質(zhì)造成了不同能源船舶總布置形式差異巨大，并且船舶噸位、航線、船型的不同也可能造成布置不同，因此能夠綜合考慮能源特性和船型設(shè)計(jì)需求的新興船舶總布置設(shè)計(jì)方法和手段是未來替代能源船型設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。
結(jié)合現(xiàn)階段三維設(shè)計(jì)技術(shù)和空間智能布局技術(shù)，從“加注、儲(chǔ)存、供給和使用”的維度綜合考慮各類替代能源對(duì)船舶總布置影響，基于計(jì)算機(jī)快速生成合理可行的空間布局方法供設(shè)計(jì)人員決策判斷，從而進(jìn)一步提高船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低船舶設(shè)計(jì)周期和成本，提高船舶安全性。
第三，氨、氫和甲醇等替代能源產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，基礎(chǔ)設(shè)施配套不完備，這給船型設(shè)計(jì)過程中的航線選擇、續(xù)航力確定、船舶經(jīng)濟(jì)性評(píng)估帶來巨大挑戰(zhàn)，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的新能源船型往往較難得出完美設(shè)計(jì)，因此應(yīng)明確氨、氫和甲醇等替代能源動(dòng)力船舶的使用路徑，加速相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈形成，為相關(guān)船型設(shè)計(jì)提供更好設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和使用環(huán)境。（趙博）
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