唐禮建

（北部灣港欽州碼頭有限公司，廣西 欽州 535000）

2022 年11 月22 日以“共促綠色、智慧、韌性的全球航運(yùn)業(yè)新發(fā)展”為主題的國(guó)際航運(yùn)論壇活動(dòng)在上海北外灘的世界會(huì)客廳拉開(kāi)帷幕?；顒?dòng)倡議，要提升航運(yùn)業(yè)韌性、安全性，以及智慧綠色發(fā)展水平，保障全球物流供應(yīng)鏈穩(wěn)定暢通；努力推動(dòng)航運(yùn)業(yè)智慧綠色轉(zhuǎn)型，加快推動(dòng)航運(yùn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展；著力打造世界一流航運(yùn)中心，加快推動(dòng)長(zhǎng)三角共建輻射全球的航運(yùn)樞紐；加速推進(jìn)全球交通合作，提升“一帶一路”設(shè)施互聯(lián)互通和運(yùn)輸便利化水平。新時(shí)代下，綠色低碳航運(yùn)的實(shí)現(xiàn)，必須有“智慧”元素作為支持，AI 技術(shù)的融入使自主系統(tǒng)得到完美升級(jí)，但在機(jī)械故障問(wèn)題上還無(wú)法實(shí)現(xiàn)自行解決，這也直接導(dǎo)致“Mayflower”號(hào)無(wú)人船在橫渡大西洋時(shí)無(wú)法完成既定任務(wù)。

1 船用燃油不兼容和不穩(wěn)定問(wèn)題

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，航運(yùn)業(yè)更多關(guān)注自主系統(tǒng)運(yùn)行效能方面的問(wèn)題，對(duì)燃油選擇并沒(méi)有過(guò)高要求，只要滿足“價(jià)格低”和“單位能量密度高”這兩個(gè)條件即可。如果在保證航行距離不受影響前提下，降低燃油使用量，就再滿意不過(guò)了。但在“限硫令”背景下，市場(chǎng)正在勸退傳統(tǒng)船用燃油，低硫油需求比重正不斷增加。一組來(lái)自Drewry 的燃料使用數(shù)據(jù)調(diào)查報(bào)告顯示，200 名接受問(wèn)卷調(diào)查的船舶運(yùn)營(yíng)者中，超過(guò)70%的人會(huì)選擇使用低硫油燃料，而對(duì)于新造船是否使用低硫油的詢問(wèn)，超過(guò)45%的受訪者給出了肯定回答[1]。但高期望和意愿卻不一定能夠獲得好的效果。事實(shí)上，船舶在安全使用低硫油方面正面臨著較大風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 燃油不兼容表現(xiàn)

船用燃油屬于一種渣油產(chǎn)品，通過(guò)煉制將蒸汽、煤和柴油分離出去。絕大多數(shù)情況，渣油間并不存在兼容性問(wèn)題，這與其芳香烴指數(shù)較高有直接關(guān)系（芳香烴指數(shù)越高，越容易溶解渣油里的瀝青烯）。但低硫油流行起來(lái)后，燃油兼容性問(wèn)題就變得非常突出，原因在于，通常意義上的“燃油兼容性”，是指兩種或兩種以上燃油混合后所表現(xiàn)出的沉淀趨勢(shì)，若兼容性好，便不容易產(chǎn)生沉淀，或在很長(zhǎng)時(shí)間后才會(huì)出現(xiàn)沉淀，反之，沉淀會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生[2]。這一現(xiàn)象所引發(fā)的后果表現(xiàn)為，瀝青質(zhì)沉淀形成油泥和油渣后會(huì)堵塞分油機(jī)與過(guò)濾器，甚至?xí)氯加凸艿?，這樣就會(huì)增加主機(jī)停車和跳電風(fēng)險(xiǎn)，降低船舶運(yùn)行安全性。不可否認(rèn)，新型燃油在性能和穩(wěn)定性方面有著較大優(yōu)勢(shì)，但不代表能夠與其他燃油較好融合。另外，不同地區(qū)混合油成分存在較大差異，燃油不兼容問(wèn)題可能會(huì)更加突出，即便是同一批次和同一類型燃油，也會(huì)存在不兼容問(wèn)題。

1.2 燃油兼容性測(cè)試方法

當(dāng)前，比較受認(rèn)可的一種測(cè)試方法是斑點(diǎn)測(cè)試法，其作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)化工領(lǐng)域油品穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)；二是對(duì)油品摻混互溶安定性情況做出評(píng)價(jià)。具體操作方法為：（1）選取兩種不同類型燃油作為試驗(yàn)樣品，在熱環(huán)境下（加熱處理）按照1：1 的比例進(jìn)行混合，并充分?jǐn)嚢柚辆鶆?。?）取一滴混合油樣，滴至帶有一定溫度（事前加熱）的試紙上[3]。（3）將吸收混合油樣的試紙至于100℃環(huán)境中（通常指內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到100℃的烤箱），然后觀察試紙油點(diǎn)情況。

結(jié)果分析：如果試紙上的油點(diǎn)呈斑點(diǎn)狀均勻分布，且內(nèi)部顯示無(wú)環(huán)，說(shuō)明該油樣穩(wěn)定，即兩種燃油兼容；如果斑點(diǎn)分布不均勻，且內(nèi)部有細(xì)微環(huán)狀，則表示混合油品加熱過(guò)度；如果斑點(diǎn)內(nèi)部出現(xiàn)明顯黑色環(huán)狀，或者出現(xiàn)固體，說(shuō)明兩種燃油不兼容。

1.3 燃油穩(wěn)定性影響因素

在自然存儲(chǔ)狀態(tài)下，燃油會(huì)表現(xiàn)出一定分解現(xiàn)象，至于分解程度大小如何，則由燃油自身的抗分解性所決定（不同類型或品質(zhì)燃油，其抗分解能力存在較大差異）。改變存儲(chǔ)狀態(tài)/環(huán)境后，燃油分解情況也會(huì)發(fā)生改變，也就是說(shuō)，燃油抗分解能力強(qiáng)或弱，需要在相同環(huán)境或存儲(chǔ)狀態(tài)下進(jìn)行衡量。由此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論，隨著存儲(chǔ)狀態(tài)發(fā)生改變，燃油穩(wěn)定性也會(huì)發(fā)生變化，抗分解能力越強(qiáng)，在同一存儲(chǔ)狀態(tài)下的穩(wěn)定性也就越好，反之就越差[4]。

透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，燃油是否易被分解，主要取決于其懸浮瀝青質(zhì)的液態(tài)碳?xì)浠衔镄再|(zhì)，若為芳香烴，懸浮瀝青質(zhì)將始終保持懸浮狀態(tài)，若為直鏈烴（指分子結(jié)構(gòu)），則會(huì)表現(xiàn)出聚合成污泥的傾向。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃料在化學(xué)反應(yīng)作用下被分解后，整個(gè)過(guò)程將很難被逆轉(zhuǎn)，且沉淀瀝青質(zhì)不能再溶解。

船舶航運(yùn)時(shí)，為確保燃油量滿足船舶往返或單程行駛需求，事前往往會(huì)準(zhǔn)備足量燃油（幾天甚至幾周的燃油量），而燃油一旦存儲(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，瀝青質(zhì)成分便會(huì)發(fā)生沉淀，變成油泥或油渣，隨著油艙內(nèi)油量逐漸減少（越往下沉淀物質(zhì)越多），油泥和油渣進(jìn)入油管和分油機(jī)的概率也就越大，過(guò)濾器也會(huì)更容易堵塞。新加坡某家燃油供應(yīng)商經(jīng)過(guò)測(cè)試得出這樣一個(gè)結(jié)論，低硫油在油艙內(nèi)存放時(shí)間越久，沉淀物析出量就越大，并會(huì)直接導(dǎo)致燃油總酸值升高，而當(dāng)總酸值達(dá)到一定高度后，船舶操作就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

1.4 問(wèn)題燃油使用風(fēng)險(xiǎn)

首先區(qū)分一組概念，即“燃油使用問(wèn)題”與“問(wèn)題燃油”，前者是指燃油使用操作時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，后者是指燃油自身的問(wèn)題。顯然，隨著時(shí)間的推移和經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，燃油使用問(wèn)題總會(huì)得到解決，但問(wèn)題燃油則不同。Veritas Petroleum Services 表示（新加坡燃油檢測(cè)機(jī)構(gòu)），通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀已檢測(cè)出在阿姆斯特丹、鹿特丹、安特衛(wèi)普三個(gè)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(wèn)題燃油后，噴油嘴和燃油泵出現(xiàn)損壞[5]。Veritas Petroleum Services認(rèn)為，這些硫油樣品中所含有的揮發(fā)性有機(jī)化合物并非來(lái)自常規(guī)煉油過(guò)程，也就是說(shuō)，在正常操作下，這些化合物本不應(yīng)該存在，這是燃油受到污染后的結(jié)果。如果受污染燃油被大量用于船舶航運(yùn)，必將引發(fā)一系列機(jī)械故障，船舶安全性將受到嚴(yán)重威脅。

低硫油黏度、潤(rùn)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(méi)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需滿足“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。

2 來(lái)自替代能源“化學(xué)式”的挑戰(zhàn)

通過(guò)前面論述可知，低硫油雖然能夠滿足綠色低碳航運(yùn)需求，但需要使用者承擔(dān)比較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，由沉淀物（油泥、油渣）所引發(fā)的機(jī)械故障還是比較多的。因此，需考慮采用替代能源。氨、氫、甲醇是比較理想的能源替代物，也是需求所向，相關(guān)信息一經(jīng)發(fā)布，立刻引來(lái)高度關(guān)注。但氨、氫和甲醇所具有的化學(xué)特性在某種程度上同樣給船舶航運(yùn)安全性帶來(lái)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(shuō)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(guò)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(guò)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(wú)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(lái)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(yáng)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-253℃。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(wú)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(guò)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。

3 基于替代能源的船型設(shè)計(jì)思路

3.1 不同替代能源下的船型設(shè)計(jì)

在船舶總布置方面，氨、氫和甲醇等替代能源所具有的燃、易爆、毒性特點(diǎn)，以及能量密度差異，同樣會(huì)給船舶航運(yùn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。原因在于，如果按照原有布置思路和成型布置方案對(duì)氨、氫和甲醇等替代能源進(jìn)行使用，就會(huì)存在排斥問(wèn)題，亦可理解為二者無(wú)法相適應(yīng)。

為了弄清楚這個(gè)問(wèn)題，以及提出完整解決方案，道達(dá)爾參與了“降低氨作為船用燃料風(fēng)險(xiǎn)”研究，過(guò)程中對(duì)單壁和雙壁密封情況，以及加注后不同作業(yè)期間的泄漏情況進(jìn)行了充分考慮，并從通風(fēng)和蒸汽處理系統(tǒng)效率等方面提出了獨(dú)到見(jiàn)解，同時(shí)也將暴露于氨環(huán)境中的人員健康問(wèn)題考慮在內(nèi)。在對(duì)氨泄漏所帶來(lái)的各方面風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行客觀評(píng)估后，包括氨環(huán)境中的人員健康、船舶航行安全等，逐步確定了將氨燃料作為替代能源的使用安全標(biāo)準(zhǔn)。此研究幫助整個(gè)航運(yùn)業(yè)更為深入地了解和認(rèn)識(shí)氨燃料。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(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，減少對(duì)船舶安全和海上環(huán)境的侵蝕。

在氫燃料作為替代能源方面，整個(gè)價(jià)值鏈涉及了存儲(chǔ)設(shè)備開(kāi)發(fā)、船體設(shè)計(jì)、燃料供應(yīng)等多個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)氫燃料使用可能遇到或已經(jīng)存在的種種問(wèn)題，包括由歐洲國(guó)家政府機(jī)構(gòu)和大型造船廠與能源公司在內(nèi)的26 個(gè)合作伙伴聯(lián)合推出《氫燃料船舶手冊(cè)》，其中詳細(xì)闡述了氫燃料船舶設(shè)計(jì)要求，介紹了如何緩解安全風(fēng)險(xiǎn)，以及氫系統(tǒng)施工細(xì)節(jié)[6]。

在甲醇作為替代能源方面，由于傳統(tǒng)船舶燃料艙主要是重油進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其主要特點(diǎn)在于，閃點(diǎn)超過(guò)60℃，而由甲醇能源所支持的動(dòng)力集裝箱船，其閃點(diǎn)僅在12℃左右，顯然，這與傳統(tǒng)船舶燃料艙并不匹配。針對(duì)這一問(wèn)題，馬士基船隊(duì)技術(shù)部門人員給出了“雙層屏障、雙壁管”設(shè)計(jì)方案，這樣就確保船艙內(nèi)沒(méi)有任何單一的故障可以導(dǎo)致甲醇蒸汽暴露在可能著火的地方，最大限度地保證了船舶安全。

3.2 替代能源背景下船型設(shè)計(jì)所面臨的技術(shù)難點(diǎn)

第一，從法規(guī)規(guī)范性和監(jiān)管環(huán)境方面對(duì)氨、氫和甲醇等替代能源使用方式做進(jìn)一步完善；從能源加注、儲(chǔ)存、供給等方面對(duì)替代能源應(yīng)用要求進(jìn)行優(yōu)化，要求能夠提出建設(shè)性參考方案。

第二，考慮到氨、氫和甲醇替代能源在物理和化學(xué)性質(zhì)上存在較大差異，因此需要對(duì)不同能源船舶進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，并且也需要注意到船舶噸位、航線、船型差異所帶來(lái)的不同。以三維設(shè)計(jì)技術(shù)與智能化空間布置技術(shù)為基礎(chǔ)，從加注、儲(chǔ)存、供給、使用四個(gè)維度出發(fā)進(jìn)行綜合考量，深入分析氨、氫和甲醇三種替代能源使用給船舶總布置帶來(lái)的積極和消極影響，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)幫助船舶設(shè)計(jì)人員做出正確判斷和決策，以最大限度提升船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量，增強(qiáng)船舶使用安全性，將風(fēng)險(xiǎn)控制在最低。

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(guò)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(lái)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)提供更好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和使用環(huán)境。

綜上所述，綠色低碳航運(yùn)背景下，于船舶設(shè)備、燃油供應(yīng)、替代能源三方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新是當(dāng)前航運(yùn)業(yè)的主要發(fā)展方向?！跋蘖蛄睢敝?，低硫油需求量上升與使用頻率增加是必然結(jié)果，但其所引發(fā)的船舶安全問(wèn)題卻很難得到徹底解決。為了充分保證船舶航運(yùn)安全，提出了替代能源對(duì)策，但氨、氫和甲醇等替代能源所具有的燃、易爆、毒性特點(diǎn)，以及能量密度差異，同樣給船舶航運(yùn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。對(duì)此，需要從替代能源屬性與船舶設(shè)計(jì)和使用需求出發(fā)，采取針對(duì)性改善措施。