現(xiàn)在，船東和運營商都在積極推動綠色轉(zhuǎn)型，因此在船舶設(shè)備、燃油供應、替代能源等多方面嘗試進行綠色創(chuàng)新。但一個不爭的事實是各種新技術(shù)的引入和應用在與原有技術(shù)充分融合時，會對原有系統(tǒng)安全產(chǎn)生一定的影響?！拔逶禄ā碧?Mayflower)無人船在橫渡大西洋時就因機械故障而被中止任務——“盡管該船的自主系統(tǒng)非常完美，但當硬件出現(xiàn)問題時，多數(shù)AI無法自行解決”。從這個角度考慮，有關(guān)綠色航運的諸多新技術(shù)應用可能也會讓船舶面臨新的安全挑戰(zhàn)，行業(yè)需要對此有足夠的認識，確保綠色轉(zhuǎn)型過程平穩(wěn)安全。

警惕“不兼容、不穩(wěn)定”

很長一段時間以來，航運業(yè)似乎沒在燃油選用方面有過多的想法，“只要價格低廉，單位能量密度高就好，哪家企業(yè)不希望燒更少的油，行更遠的路”？尤其在油價較高、運量較少的時期更是如此。然而，在嚴格的“限硫令”背景下，市場正在勸退傳統(tǒng)船用燃油，而對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%的受訪者表示其運營中的船舶會選用低硫油作為燃料，對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險。

(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)務總經(jīng)理田明輝說：“燃油兼容性指不同燃油在混合時產(chǎn)生沉淀的趨勢。當互不兼容的油品混合時，沉淀可能立即發(fā)生。新型燃油可能達到要求的穩(wěn)定性標準，與其它燃油混合很可能變得不穩(wěn)定，導致不兼容。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。燃油不兼容導致瀝青質(zhì)沉淀而形成油泥和油渣，致使過濾器、分油機堵塞，在極端情況下會堵塞燃油管道，主機停車和跳電風險非常高?！?/p>

斑點測試法是一種在船可用的簡單測試燃油兼容性方法，田明輝說：“它主要用于評價化工領(lǐng)域油品穩(wěn)定性，也可用于評價油品摻混互溶安定性情況。選取兩種試驗樣品按各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，然后觀察試紙油點情況。如果斑點均勻、內(nèi)部顯示無環(huán)，表示兼容并穩(wěn)定；如果斑點內(nèi)部有細微環(huán)狀，表示產(chǎn)生一些沉淀，混合油品不宜過度加熱，加強分油過程；如果斑點內(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?！?/p>

在某些情況下，存儲狀態(tài)發(fā)生改變會影響燃油的穩(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)碳氫化合物性質(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)成分會沉淀變成油泥或油渣，進而造成油路、分油機和濾器堵塞。某家位于新加坡的燃油供應商也表示，低硫油在油艙中存放太久會析出沉積物，燃油總酸值也會受到影響。如果酸性過高，就會導致船舶操作出現(xiàn)問題。

燃油使用問題總會隨著經(jīng)驗積累而得到解決，但碰到問題燃油，那麻煩可就大了。燃油檢測機構(gòu)Veritas Petroleum Services(VPS)表示，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀已檢測出在“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出揮發(fā)性有機化合物，且已經(jīng)有船在上述地區(qū)加油后報告船舶主輔機在使用問題燃油后，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致船舶在運營過程中出現(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，如果沒有對油艙進行完全清理，不僅殘留高硫油混入低硫油會造成硫含量超標，也有可能引發(fā)機械故障。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清洗、一遍少量輕油清洗、人工清洗”要求，并確保記錄與計劃相一致，完善船舶換油程序，在切換不同批次的低硫油時，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”風險等。

集中挑戰(zhàn)來自“化學式”

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)注度都相當高。但是，氨、氫和甲醇具有的化學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，尤其當泄漏的氨遇到水后，會與空氣中的凝結(jié)物發(fā)生反應而形成有毒霧氣，很難消散。而且氨是可燃的，任何泄漏都有可能產(chǎn)生火災和爆炸。如果說80%-90%的海上事故因人為因素導致，那么，當船員在有關(guān)氨燃料專業(yè)知識的掌握與所受培訓不充分(必是氨是新興能源) 的情況下，危險可能隨時發(fā)生。另外，燃料用氨不同于裝在儲罐中的運輸氨，它會“流通”到更多的環(huán)節(jié)，比如通過管道從油艙到燃料準備室(泵、壓縮機等)，進而輸送到發(fā)動機。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，泄露風險也就更大。無疑，這加大了氨作為船用燃料的安全系數(shù)。

相比氨動力船，成型或在設(shè)計之中的氫動力船舶數(shù)量較多，不論是從能源采集/應用還是從能源供給來講，氫都處于相對優(yōu)勢。但這只是相對于其他替代能源(氨和甲醇)而言。如果將傳統(tǒng)燃料與氫進行對比，后者面臨的安全應用風險還有很多。

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、風力等自然動力源外)，但它的能量密度特點意味著必須在船配備巨大的燃料艙——液氫的存儲溫度為零下253攝氏度。這不僅意味著很大的艙位損失，還意味著存儲罐壓力的管理，且這種管理在數(shù)字化和智能化時代已經(jīng)從“人的管理”分包出去，一旦AI無法糾正錯誤，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用在超大型集裝箱船上的最重要原因。當然，業(yè)界也在著力解決這些“此前未有的挑戰(zhàn)”。

甲醇動力船舶也是綠色船舶發(fā)展方向，從馬士基和達飛輪船下單定造甲醇動力集裝箱船的消息即可知這種燃料的可用度。甲醇具有良好的應用前景，比如船用發(fā)動機技術(shù)對于甲醇應用的成熟度相對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，預示著這種燃料更加適用于非短程航線。

雖然甲醇動力船舶可以較少(相對于氨/氫動力船舶)思慮船舶運營安全問題，但也應通過布置和系統(tǒng)設(shè)計(通風、探測和安全措施)將甲醇燃料相關(guān)危險所發(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、儲存和加注裝置，以便能夠接收和容納所要求狀態(tài)下的燃料而不會造成泄漏，同時，針對潛在泄漏或火災風險，要有泄漏探報、火災預警和滅火措施等警示。

難點下的船型設(shè)計思路

“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氨、氫和甲醇等替代能源能的使用要求?！?/p>

這也是道達爾(Total)參與一項旨在降低氨作為船用燃料風險研究的主要目的，這項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)人員健康風險的關(guān)鍵見解。評估氨泄漏對船員和乘客健康、航行安全造成風險后，將逐步確定有關(guān)氨燃料的關(guān)鍵安全標準，以便加深航運業(yè)對氨燃料的理解。船舶發(fā)動機和燃料系統(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)的氨動力船舶設(shè)計可能會改變常規(guī)布局，甚至導致徹底的重新設(shè)計。目前，一些已有概念圖的氨動力新船已經(jīng)將氨儲罐放置于甲板上，以求最大限度地降低氨泄露帶來的潛在風險，減少對船舶安全和海上環(huán)境的侵蝕。

氫燃料船舶的價值鏈包括存儲設(shè)備開發(fā)、船體設(shè)計建造、船舶運營管理、燃料供應等環(huán)節(jié)，由歐洲國家政府機構(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個合作伙伴聯(lián)合推出的《氫燃料船舶手冊》就聚焦了船用氫燃料可能遇到的各種難題，詳細介紹了如何駕馭設(shè)計建造的復雜要求，涵蓋安全和風險緩解、氫系統(tǒng)施工細節(jié)、海事應用實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于閃點在60攝氏度以上的重油而設(shè)計，馬士基訂造的閃點在12攝氏度左右的甲醇動力集裝箱船自然面臨設(shè)計挑戰(zhàn)?！盀榇耍覀兊娜剂吓摬捎昧穗p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。” 馬士基船隊技術(shù)部門相關(guān)負責人在向業(yè)界介紹馬士基訂造大型甲醇動力集裝箱船項目時說。

另外，針對替代能源背景下船型設(shè)計面臨的技術(shù)難點，武漢理工大學老師汪皓總結(jié)了以下三點作為思路突破路徑。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、能源儲存、能源供給和能源使用等多個角度完善船型設(shè)計過程中對于替代能源應用的要求，并提供可參考的船舶標準解決方案。

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)計需求的新興船舶總布置設(shè)計方法和手段是未來替代能源船型設(shè)計的主要發(fā)展方向。

結(jié)合現(xiàn)階段三維設(shè)計技術(shù)和空間智能布局技術(shù)，從“加注、儲存、供給和使用”的維度綜合考慮各類替代能源對船舶總布置影響，基于計算機快速生成合理可行的空間布局方法供設(shè)計人員決策判斷，從而進一步提高船舶設(shè)計質(zhì)量、降低船舶設(shè)計周期和成本，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)計過程中的航線選擇、續(xù)航力確定、船舶經(jīng)濟性評估帶來巨大挑戰(zhàn)，具有市場競爭力的新能源船型往往較難得出完美設(shè)計，因此應明確氨、氫和甲醇等替代能源動力船舶的使用路徑，加速相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈形成，為相關(guān)船型設(shè)計提供更好設(shè)計基礎(chǔ)和使用環(huán)境。（趙博）