船用甲醇燃料供应系统（LFSS）的设计与应用研究

摘要：船用甲醇燃料供应系统（Low-Flashpoint Fuel Supply System， LFSS）作为甲醇双燃料船舶的核心供应系统，其设计与应用是航运业低碳化转型的关键。本文基于国内外政策、技术标准与工程实践，系统分析LFSS的应用背景、发展现状、系统组成、设计规范及未来趋势，结合中国船级社（CCS）、国际船级社（如ABS、DNV）相关规范，提出LFSS设计的核心要点与创新方向。

关键词：LFSS、船用甲醇系统

一、应用背景

1.“双碳”目标的政策驱动

全球航运业碳排放占全球总量的2.89%，国际海事组织（IMO）提出2030年碳排放强度较2008年降低40%的目标，欧盟更将航运业纳入碳排放交易体系（EU ETS），倒逼船舶燃料清洁化。甲醇作为低碳燃料，其全生命周期碳排放较传统燃料降低30%-60%，成为航运脱碳的重要选项。

2.甲醇燃料的天然优势

甲醇具有高辛烷值、低硫排放、液态易储存等特点，且可通过煤、天然气或绿色氢气与二氧化碳合成，具备经济性和可持续性。中国以煤制甲醇为主（产能占比78.89%），成本优势显著，适合大规模推广。

二、发展现状

1. 国际市场需求激增，订单量持续攀升

根据DNV的替代燃料洞察（AFI）平台统计，截至2024年底，全球手持订单中甲醇燃料船舶数量已达322艘[1]，远超氨燃料船舶的27艘，成为当前最受关注的替代燃料船型。甲醇燃料船舶的快速发展得益于其技术成熟度与改装便利性：

2. 国内船舶建造与交付实现突破

中国在甲醇双燃料船舶的建造与交付方面进展显著：

2025年2月，国内首艘130型甲醇-柴油双燃料集散两用船“民厚”轮完成首航（上海至重庆），总长129.97米，载箱量440TEU，填补了内河甲醇船舶空白，并计划年内投运4艘同类型船舶。

3. 产业链配套与技术国产化加速

主机与燃料系统：中国船舶集团中船发动机手持甲醇双燃料主机订单超40台，2024年下半年交付6台，2025年将实现批量化建造；广船国际自主研发的甲醇燃料供给系统已适配49500载重吨化学品船。

加注与标准：中国石油流通协会发布《船用甲醇燃料水上加注规程》（T/CPCAS1-2023），推动甲醇加注网络建设，覆盖沿海及内河港口[2]。

三、LFSS系统组成

LFSS由燃料加注、存储、供给、控制与安全等几部分组成，具体如下：

1.加注站单元

加注站的设计要遵循SGMF和相关的船级社规范。

加注站主要包括液相加注管路、气相回气管路、氮气吹扫管路、积液盘、阀门、滤器和液位开关组成，材质一般为不锈钢或碳钢涂锌。加注站的主要功能是将岸上或加注船上的甲醇燃料，通过加注站和加注管路，注入到船上的甲醇储存设施中，并在加注前后进行吹扫和惰化，以保证甲醇燃料的洁净度。设置积液盘和液位开关的目的是对加注站进行甲醇泄露监测和处理，以保证人员安全。加注站通常还会配备船岸连接系统，以便加注船和受注船进行加注操作时，进行实时通讯，一旦发生意外，还可通过加注站上的紧急拉断装置暂停加注[3]。

2.燃料储存单元

燃料储存单元包括甲醇储存舱、甲醇日用舱、甲醇泄放舱等。甲醇储存舱主要用于储存甲醇燃料，供全船航行过程使用；甲醇日用舱的容积应满足主机最大SMCR功率下航行8小时；甲醇泄放舱用于收集泄漏和泄放的甲醇。

3.甲醇供应单元

甲醇供应单元主要由泵、换热器、滤器、阀门和仪表构成。甲醇供应单元的主要目的是将甲醇燃料通过增压、换热和过滤，使其满足主机要求的压力、温度和精度，并输送至主机供其使用。

4.氮气系统

氮气系统主要包括氮气发生器、氮气增压器、氮气缓冲罐和相关仪表阀门。氮气系统的主要功能是为整个甲醇系统的吹扫、惰化和舱压保持提供氮气。

5.泄放系统

泄放系统主要由气动隔膜泵、液位开关等设备组成。其目的是将污水井、积液盘、隔离空仓等其他泄露点泄露的甲醇，通过液位开关进行泄露检测，并通过气动隔膜泵将泄露的甲醇抽吸至泄放舱中，以保证人员和船体结构的安全。

6.气体探测系统

气体探测系统主要由气体探测探头和控制柜组成。气体探测系统主要用于探测泄露的甲醇气体，一旦检测到泄露，可发出声光报警并触发急停动作。

7.控制安全系统

控制安全系统主要由控制柜、急停按钮和各种传感器、遥控阀门组成。控制系统的主要目的是通过遥控阀门对全船甲醇系统进行远程控制和操作，包括程序的设定，例如吹扫、加注、惰化、供应、泄放等；安全系统的主要目的是根据船级社规范要求，对各种紧急状况进行应急切断，以保证设备和人员安全。

四、规范要求

1.燃料舱的设计要求

根据船级社规范，燃料舱通常可设计为甲板罐（独立式）和储存舱（整体式）。储存舱形式的燃料舱，需在四周设计隔离空仓，以保护船体结构和收集泄露的甲醇；甲板罐形式的燃料舱需在底部设计积液盘以收集泄露的甲醇。

2.加注站的设计要求

加注站通常位于露天甲板，以便有足够的自然通风。若是围蔽或半围蔽的加注站，则需考虑设置通风风机，以保证人员安全。

3.供应单元的设计要求

供应单元通常位于燃料准备间内部，燃料准备间作为封闭的危险区域，应当配备通风风机和气体探测设施。

五、未来展望

1.技术创新方向

绿色甲醇制备：绿氢与CO₂合成电制甲醇，结合碳捕捉技术（CCUS）实现全生命周期碳中和。

燃料电池集成：开发甲醇重整燃料电池（RMFC），能量效率较内燃机提升至50%以上。

2.标准与基础设施完善

国际互认：推动ISO 8217与T/CPCAS1-2023加注标准对接，建立全球甲醇燃料质量认证体系。

加注网络：2030年前建成覆盖中国沿海、欧洲鹿特丹港的甲醇加注枢纽，单港加注能力≥5000吨/日。

3.应用场景扩展

内河船舶：依托西江、长江航线开展试点，2025年广东计划投运50艘甲醇动力内河船。

远洋船舶：2050年绿色甲醇占比预计达13.4%，集装箱船与油轮将成为主力应用领域。

六、结论

LFSS作为甲醇船舶的“心脏”，其设计需兼顾安全性、环保性与经济性。当前国内技术已实现国产化突破，但绿色甲醇成本、标准缺失仍是主要瓶颈。未来需通过政策引导、技术创新与市场协同，推动LFSS向高效化、智能化发展，助力中国航运业实现“双碳”目标

参考文献：

[1]. 池韶光， 甲醇燃料船缘何异军突起？. 广东造船， 2024. 43（03）： 第13-14页.

[2]. 潘龙亚， 新能源清洁能源燃料加注监管法规现状及建议. 珠江水运， 2024（08）： 第96-98页.

[3]. 蒯晶晶， 大型双燃料散货船LNG燃料加注系统设计. 船舶工程， 2021. 43（06）： 第35-38+102页.

郭双淇，男，1997年1月，汉族，山东省平度市，硕士，助理工程师，青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，研究方向：船用系统，化工。

作者简介：郑文博，男，汉族，1997年4月，山东日照人，硕士研究生，工程师，研究方向：船舶与海洋工程。