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船级社认证:CCS为国之重器氢燃料船舶保驾护航

信息来源:http://www.whdzrzx.com/ 作者:武汉德兆睿管理咨询有限公司 发布时间:2024-04-25 14

  前路艰巨,初心如炬,面对内河航运转型需求,中国船级社CCS为国之重器氢燃料船舶保驾护航,他们牢记船舶检验“国家队”使命,勇闯技术无人区,攻坚克难,实现了氢燃料电池技术在内河船舶应用上从0到1的突破,蹚出一条交通领域绿色低碳转型的新路子。他们,是屹立在潮头浪尖的开路先锋。

志士重义,他们一心扑在项目上,奔波于珠海江龙船厂与宜昌试航场地之间,为我国首艘氢燃料电池动力船舶“三峡氢舟1”号提供专业高效、精益求精的技术服务,完善相关规范,填补国内空白。他们,是为国之重器全程保驾护航的无名英雄。 

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“三峡氢舟1”号

满怀敢为人先的锐气、舍我其谁的勇气、争创一流的志气,勇攀技术高峰,他们就是中国船级社“三峡氢舟1”号项目组。

江海之上见本领,论文写进浪花中,他们写下了加快建设交通强国、服务长江经济带高质量发展的生动注脚。

 

0到1突破 彰显船检国家队风采

 

为什么要将氢燃料电池作为船舶动力?

绿色发展是高质量发展的底色,必须加快发展方式绿色转型,助力碳达峰碳中和。

同时,随着全球航运业加速绿色低碳转型,探索使用清洁能源提高能效、减少碳排放,成为各国必然选择。

氢燃料电池在减碳、环保、高效等方面优势明显。在长江推广使用氢动力船舶,契合新发展理念,是推进长江经济带高质量发展、长江双碳先行示范区建设的应有之义,对我国航运业乃至交通运输业绿色转型产生积极的示范意义。

2022年5月,搭载中国船舶集团第七一二所氢能源动力系统的“三峡氢舟1”号正式开工,标志着我国首艘入级中国船级社(CCS)氢燃料电池动力工作船正式转入建造阶段,这一示范应用的开展是船舶领域电动化的一个缩影。

确保我国首艘氢动力船舶的安全性、可靠性责任重大,“三峡氢舟1”号的船舶检验任务使命光荣。


责重山岳,能者当之


氢动力首次上船,并不是简单在船舶上安装一套燃料电池设备,如何确保储氢、用氢安全,持续保障船舶动力可靠性与传统燃料船舶相当,成为横亘在项目组面前的一大难题,面临着没有样板、经验的困境,技术创新是关键,勇于攻坚是担当。

“就算是技术无人区,我们也要闯出一条路来,闯出中国船舶规范科研人员、中国验船师的风采。”这是项目组全体成员立下的铮铮誓言。

没有先例参考,就拿出敢为人先的锐气,创造一个参考先例!

项目组成员尝试着从技术基础、规范标准和实船应用等多个维度,利用风险分析、计算模拟、实船调研、试验验证等各种手段,对氢能源首次作为船舶动力源开展论证实验,攻克多重难关,为审图、建造、检验提供技术支撑。每次实验前,项目组都会对关键技术节点进行反复确认。

没有样板参考,就拿出争创一流的志气,创造一个行业样板!

“三峡氢舟1”号立项的那天起,攻克技术难题,提供专业服务,就成了项目组坚定的信念。

他们长期在船厂、试验场地奔波;克服异地检验路途遥远的困难,吃在船上、睡在船上;搭乘午夜航班、周末航班,更是家常便饭;工期焊接工艺论证实验期间,连续多日工作至凌晨2点,只为及时提供技术支持……

 

星光不负赶路人。2022年5月16日,“三峡氢舟1”号开工建造;2023年3月17日,下水;2023年10月11日,在湖北宜昌首航。不到两年,项目组构建了氢能船舶设计建造体系和测试规范,成功推动了国内首艘入级CCS的氢能船舶“三峡氢舟1”号的示范应用,闯出了中国验船师的风采。

 

勇当开路先锋 做规范标准制定引领者

 

氢燃料电池技术在内河船舶应用实现零的突破,源自中国船级社对氢安全前瞻性研究的厚积薄发。多年来,中国船级社致力于服务行业绿色低碳发展需要,持续开展船舶绿色生态规范标准体系的研发工作。

2017年,中国船级社《船舶应用替代燃料指南》中已包含了氢燃料动力船舶的相关规范标准。2020年7月,中国船级社《船舶应用燃料电池发电装置指南》正式发布,使得氢能船舶开始有标准可依,保证氢能船舶与传统能源船舶处于同一安全水平下。同时,中国船级社编制的E23《氢燃料电池》产品检验指南、B07《氢气瓶》产品检验指南、M28《重整装置》产品检验指南也于2022年4月发布,加快国内氢燃料电池产品在船舶上应用的步伐。

敢为人先,不负使命。这次,技术规范编制专家们和现场检验的骨干验船师组成的14人“三峡氢舟1”号项目组,满怀为船舶安全使用氢能提供新路径、解决“卡脖子”难题的底气,志在充分发挥船检“国家队”“主力军”使命担当,为我国首艘氢燃料电池动力示范船保驾护航,为我国船舶氢气加注等环节标准规范完善、参与国际氢能规则制定奠定基础。

 

基于指南中的有关安全原则,项目组为该船提供了诸多解决方案。如在氢燃料动力船危险区域划分方面,在这类船舶中,燃料电池处所的危险区域划分与常规低闪点燃料船舶差异较大,项目组指导相关单位完成了燃料电池处所的设计方案,并依据IMO“燃料电池船舶安全临时导则”中推荐的IEC标准作为设计准则,进一步完成了防爆抑爆的评估工作,其研究成果《中国内河燃料电池船舶安全设计和工程解决方案》发表在“World Electric Vehicle Journal”(EI收录),以指导业界正确理解和使用。

项目组充分发挥创新主导作用,在保障作业安全方面,首次提出固定式和移动式加氢两种不同加注模式为船舶加氢的操作程序和解决方案,为船舶安全加氢作业提供了有力的技术支撑,通过编制船舶加氢作业指导性文件,提高氢燃料动力船的加氢作业安全水平。

风险计算方面,采用CFD建模的方法,揭示氢能船舶“设计—建造—营运”全流程涉氢系统与设备安全事故诱因和致灾构效关系,构建氢能船舶多场景灾害动态演变和防护失效的数字仿真方法、理论。

久久为功,善作善成。项目组围绕氢燃料电池船舶关键技术开展了一系列应用研究和工程实践,在船舶总体安全设计、储氢、加氢和用氢等环节上取得了大量研究进展,不仅进一步完善了中国船级社规范指南,也为后续氢燃料电池实船建造提供了重要的理论基础和数据支撑。

 

攻克加氢用氢技术难点 形成国际先进成果

 

纵使前路多崎岖,“氢舟”无惧万重山。对项目组来说,攻克制氢、储氢、加氢、用氢等环节的技术难点,是“关关难过关关过”的步步为营。

他们心细如发,在2.1毫米的距离里攻克技术难点。

氢气瓶装船后加氢前,再次对所有氢气瓶进行气密性试验时发现,氢燃料系统在氮气打压调试过程中出现泄漏。项目组分析发现,服务商采用了可调节的螺纹形式由O型圈进行密封。压力传感器厂家垫片内径过大导致间隙过大,O型圈损坏同时造成泄漏。找到故障原因后,服务商重新定制一批内径为10.2毫米的垫片(原垫片尺寸为12.3毫米),对氢气瓶压力传感器的垫片和O型圈进行更换,检测无泄漏,O型圈无变形破损。

他们不囿于传统思维,将庞大的知识储备融会贯通,找出最合适的解决方案。

规范要求氢气燃料管路穿过围蔽处所时采用双壁管,常规双壁管的内管和外管之间安装弹簧进行隔离,以适应船上振动和热胀冷缩影响。由于氢气燃料管路通径非常小,内外管之间安装弹簧会导致相邻部件碰撞和摩擦。不安装弹簧怎么办?项目组借鉴天然气用双壁管在船上已有多年应用经验,参考相关技术规定和氢气燃料供应管路特点,确定“三峡氢舟1”号采用三角支撑形式,即底部焊接在外管顶端支撑内管安装。

他们严谨专业,在尽可能复杂的工况下,找到“最优解”。

在氢燃料电池系泊试验中,氢气减压阀多次出现故障,导致系泊试验中断。如果不在短时间内解决,将严重影响建造工期。他们在60多天内反复进行了5种形式、1000多次的试验,判定故障原因为加氢后吹扫,减压阀低压端进行大流量管路放空,导致减压阀两端压力不平衡,高压撞击致使密封件受损。项目组建议将置换流程中的低压放空改为高压放空。经过验证,故障消除,供氢稳定可靠。

  

严格产品试验检验,规范建造安装施工工艺,认可焊接工艺,在供氢系统的监测、保护、调试,氢气的加注作业,氢燃料电池供电试验等环节,项目组成员一丝不苟、细心验证、严格把关。为让船用产品检验建造施工和氢气加注作业等程序环环相扣,项目组攻克关键技术难题16项,优化项目设计5项,提出规范、指南、规则修改建议20余项。

攻坚克难、精雕细琢,项目组依托“三峡氢舟1”号开展了国家重点研发计划项目1项、国家高技术船舶科研项目2项,推动我国实现氢燃料电池技术在内河船舶应用从0到1的突破,形成了一批国际先进的科技成果。

 

全程一流标准一流服务 守好安全质量关

 

船名叫“氢舟”,检验任务却很重。其中,首要任务就是把好安全质量关。

船舶图纸审查是保障船舶安全营运航行中的重要环节。“建造图纸就是施工图纸,只有把好审图关,才能为实船建造打好基础。”项目组成员揭佳说。为此,从审图到产品检验、现场检验,项目组坚持将一流标准、一流服务贯穿全程。

高效服务送上门,专业需求即时办,项目组力保按期完工交付。项目组专门抽调审图人员和规范研发人员,成立服务组,重点提供项目前期的技术服务,联合优化氢燃料电池动力方案;形成每周信息沟通反馈机制,从技术交流需求、工作推进需求等方面高效沟通;多次利用周末时间深入船东、设计单位和建造现场,了解技术难点、需求,发现问题第一时间反馈、研讨、提出解决方案。

凭借一双火眼金睛,一手抽丝剥茧绝技,项目组对“三峡氢舟1”号建造图纸反复扫描,从高压氢气瓶的安全布置到船上通风系统的布置和设置,从危险区域的划分到加注站加注接头的型式,从主电源及推进电源容量核算到直流综合电力配电系统设置,项目组多次提出切实有效的建议。

“氢能船舶储氢量大、技术新颖、系统复杂、安全要求高,丝毫马虎不得。”项目组成员张高升说。结合主题教育,项目组扎扎实实办实事,提质船舶检验服务。

克服异地检验困难,项目组及时服务船厂船东,除常规的审图、产品检验、建造检验(开工、安放龙骨、下水、系泊、试航等检验)外,召开审图技术交底交流会、建造协调会、涉氢系统安保协调会、涉氢安全评审会等20余次;协助船厂编写涉氢系统施工、焊接工艺文件,帮助船厂船东解难题,指导首制船系泊和试航,确保“三峡氢舟1”号全程安全。

以提高氢燃料电池舱安全设计水平为例,项目组对氢燃料电池舱内发生氢气泄漏后的安全风险进行了详细分析和评估。前期分析梳理国内外有限空间内氢泄漏规律和风险分析的方法,结合实船调研获取氢燃料电池舱内实际布置数据,基于供氢系统风险分析结果,采用三维计算流体力学软件FLACS对舱内氢气泄漏情况进行计算模拟,为燃料电池舱内机械通风系统设计、氢气泄漏探测布置优化提供安全设计建议。

此外,项目组与各相关单位专家集中研讨了在燃料电池舱内进行泄漏气体浓度试验验证方案,在保证安全的前提下进行了一系列试验测试,进一步确认氢燃料电池舱内各风险防控措施的有效性,拧紧船舶“安全阀”。

用一丝不苟确保万无一失,赢得了中国船舶第七一二研究所、长江三峡通航管理局、长江电力、江龙船艇科技股份有限公司的一致赞赏。长江三峡通航管理局有关负责人表示,“中国船级社抓得紧、抓得细、抓得实。既能严格检验标准,又不生搬硬套,以争创一流的姿态有力地保障了船舶的安全。”

如今,“三峡氢舟1”号畅行长江,成为黄金水道的独特风景线。下一步,中国船级社“三峡氢舟1”号项目组将秉承船检“国家队”和“主力军”的使命与担当,争当助力双碳目标实现的帆和桨,为加快建设交通强国贡献船检力量。

 

文章内容摘录于中国船级社官方网站