系统安全研究团队 KIM Houngsoo & PARK Dongwook

  1. 引言

随着国际社会致力于在2050年前实现碳中和目标，航运产业正面临国际海事组织（IMO）的温室气体零排放目标以及欧盟（EU）“Fit for 55”等日益严格的环境法规。尤其是碳税及排放权交易制度（ETS）等市场化措施的引入，不仅对航运企业的盈利能力构成压力，也引发了对脱碳相关设备投资成本上升的担忧。

根据 CE Delft 的研究报告，通过引入低排放燃料并优化船舶运营，到2030年可实现温室气体减排36%~47%，且相关成本被分析为处于可控水平。

为应对上述变化，KR 与 HMM 签署了联合开发项目（Joint Development Project, JDP）协议，并启动了针对 100% 生物燃料（B100） 应用可行性的技术验证及安全性评估合作研究。
HMM 于2023年9月15日在6,400 TEU级集装箱船 “HMM Tacoma” 号上开展了 B30（30% 生物燃料混合油）的试验航行，并以此为起点，推进以生物燃料替代整体燃料消耗量5~10%的中长期计划。同年下半年起，HMM 开始从 GS Caltex 采购 B100，并目前以12艘24,000 TEU级集装箱船为对象，开展实证项目。

在此背景下，HMM 制定了在24,000 TEU级集装箱船上应用 B100 的设计及运行概念，并委托 KR 开展风险分析。KR 组建了由船舶建造、海洋工程、燃料系统等多个领域专家构成的跨学科 HAZID（危险源识别）团队，开展相关研究。

  2. 生物燃料（B100）的特性

生物燃料（B100）主要以废弃食用油（UCO）、植物油脂及动物脂肪等可再生有机资源为原料生产，近年来作为船舶替代燃料备受关注。

与化石燃料相比，B100 在燃烧过程中净碳排放量显著较低，且几乎不含硫（Sulfur），在降低硫氧化物（SOx）排放方面具有明显优势。部分商业化 B100 燃料已满足 IMO《MARPOL 公约附则 VI》的相关要求，与航运业脱碳战略相结合的示范运行案例也在不断增加。

B100 与现有柴油发动机系统在机械兼容性方面表现较好，在特定条件下无需对发动机进行改造即可使用。然而，其燃料特性也带来多项技术考量。例如，B100 的氧化稳定性较低，长期储存可能发生燃料劣化，从而引发燃料滤清器堵塞、燃油管路异常及设备故障等问题。此外，与普通船用柴油相比，B100 的黏度较高、低温流动性（Cold Flow Property）较差，在低温环境下可能出现燃油输送受阻或滤清器堵塞等现象。

此外，B100 具有较强的吸水性，若储油舱内混入水分，可能导致微生物滋生或燃料分层现象。因此，有必要加强对燃料储存系统的定期检查、回油管路的严格管理以及燃料品质的周期性分析等维护管理措施。

在机械性能方面，已有研究表明 B100 的润滑性优于普通柴油，但在高温燃烧条件下，燃烧室内形成沉积物或碳积聚的可能性仍然存在，需要予以关注。目前，MAN Energy Solutions、Wärtsilä 等主要发动机制造商仅在部分发动机型号中有条件地允许使用 B100，并根据燃料规格提出了相应的运行温度、过滤系统配置及燃料预热条件等技术要求。

综上所述，B100 在环境效益及与现有燃料系统兼容性方面具有显著优势，但必须在应用前充分识别其物理与化学特性所带来的运行风险，并制定相应的技术对策，方可确保安全可靠运行。

  3. 风险分析

研究对象船舶为预留 LNG 燃料使用条件的设计船型，配备 1 台主机、5 台发电机及辅助锅炉等主要推进与供电设备。该船全长约 400 米，型宽约 60 米，除 30 名常规船员外，还可额外搭载 6 名苏伊士运河专用船员。

本次 HAZID 研究旨在系统识别在该船舶应用 B100 生物燃料时可能产生的潜在风险因素，并提出确保实际运行安全的补充安全措施及建议。研究在 KR 主导下，通过举办研讨会形式开展，参与单位包括 HMM、HD KSOE、HD HHI-EMD、MAN Energy Solutions、GS Caltex、SAMGONG 等相关行业及设计、发动机、燃料领域的专家。

研究范围涵盖考虑 B100 燃料应用的 24,000 TEU 级集装箱船整体设计概念。为提高分析效率并聚焦讨论内容，研究将船舶系统按功能单元划分为多个节点（Node），并据此开展风险识别。

HAZID 分析主要聚焦于与 B100 燃料应用密切相关的系统；对于在传统化石燃料船舶中同样适用、且其设计与运行方式已被充分验证的标准化系统与组件，则不纳入本次分析范围。

为实现更系统、结构化的分析，研究将目标系统划分为以下五（5）个节点，并分别开展独立的 HAZID 讨论，详细内容参见【图1】。

• Node 1 – B.F.O Filling & Transfer
• Node 2 – Fuel Purification
• Node 3 – Equipment Operation
• Node 4 – Sludge & Oily Bilge Incineration & Discharge
• Node 5 – Tank Discharge

[图1] HAZID 分析用系统节点划分

  4. 结论

在本次 HAZID 研究中，通过研讨会形式系统识别了多种风险因素及危险事件。所谓危险事件（hazardous event），是指由特定风险因素可能引发的事故情景，有助于更清晰地理解潜在原因之间的因果关系。
在研讨过程中，针对 24,000 TEU 级集装箱船 B100 燃料应用的设计与运行方案中已包含的安全装置及系统进行了全面审查，同时也提出了进一步降低风险的补充性安全措施及建议。

[图2] 危险因素识别总体结果

[图3] 按系统节点划分的危险因素识别结果