冷藏碳氢化合物和非石油基液化气体燃料 - 在货物运输操作期间 将气体作为燃料在LNG运输船上计量标准立项发展报告

冷藏碳氢化合物和非石油基液化气体燃料-在货物运输操作期间将气体作为燃料在LNG运输船上计量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Refrigeratedhydrocarbonandnon-petroleumbasedliquefiedgaseousfuels—MeteringofgasasfuelonLNGcarriersduringcargotransferoperations摘要随着全球对清洁能源需求的日益增长，液化天然气（LNG）作为船用燃料的应用日益广泛，LNG运输船在货物运输操作期间将蒸发气（BOG）或部分液化气体用作自身燃料已成为行业标准做法。然而，长期以来，针对此类燃料计量的国际标准存在缺失，导致贸易结算、监管合规及能效管理面临诸多挑战。为应对这一需求，国际标准化组织（ISO）发布了ISO19970:2025标准。本报告详细阐述了该标准的立项背景、制定过程、核心技术与内容、产业影响及发展趋势。研究指出，该标准统一了燃料计量的术语、方法、不确定度评估及仪表要求，为LNG船用燃料的精确计量提供了全球通用的技术规范。该标准的实施，不仅能够有效促进LNG作为船用燃料的公平贸易，降低运营风险，还将有力推动国际海事组织（IMO）温室气体减排战略的落地，是航运业绿色转型进程中的重要技术里程碑。报告预测，随着LNG动力船队的扩张及数据共享机制的完善，该标准将有望进一步进化，覆盖船对船加注、多组分气体燃料计量等更广泛的场景。关键词液化天然气；LNG运输船；燃料计量；货物运输操作；蒸发气；国际标准化组织；ISO19970Keywords:LiquefiedNaturalGas;LNGCarrier;FuelMetering;CargoTransferOperations;Boil-OffGas;InternationalOrganizationforStandardization;ISO199701.引言：标准立项背景与战略意义1.1行业背景与技术变革全球航运业正面临前所未有的脱碳压力。国际海事组织（IMO）设定了到2050年实现国际航运温室气体净零排放的宏伟目标。在这一背景下，液化天然气（LNG）凭借其硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）近乎零排放、二氧化碳（CO₂）排放比传统重油降低约20%-25%的优势，被公认为当前最具商业可行性的过渡期清洁船用燃料。截至2024年底，全球在运营及在建的LNG动力船舶已超过600艘，且增长势头迅猛。在这一产业链中，LNG运输船的角色正在发生深刻变化。传统上，LNG运输船的动力系统主要依赖货物蒸发气（BOG）作为燃料，残余部分通过燃气或燃油补充。然而，随着LNG贸易方式的多样化，LNG运输船在进行船对船（STS）或船对岸（SSB）货物运输操作时，将BOG或部分液货直接用作燃料的比例显著增加。这种操作模式涉及到复杂的货物管理、发动机工况调节以及严格的贸易计量。准确、可靠的燃料计量对于确保公平交易、监控发动机性能、报告碳排放量以及满足港口国监管要求至关重要。1.2立项必要性：标准化缺失的挑战在ISO19970:2025发布之前，全球范围内缺乏一个统一的、专门针对LNG运输船在货物运输操作期间将气体作为燃料进行计量的国际标准。业界只能参考其他相关领域的标准，如石油和天然气行业的流体计量标准（如ISO17089系列）或针对固定式LNG设施的设计和计量标准（如EN1776）。这种“借用”的做法存在诸多问题：1.术语不一致：不同国家和地区、不同技术供应商对“燃料计量”、“蒸发气量”、“气化率”等关键术语的定义存在差异，导致交易各方沟通困难，容易引发商务纠纷。2.方法不统一：缺乏公认的计量方法，例如，对于BOG流量的动态计量、对气液相变的估算、对计量系统不确定度的评估等，各船东、运营商采用各自不同的实践方法，导致计量结果缺乏可比性和公信力。3.贸易壁垒：在LNG货物贸易中，燃料消耗量直接影响可交付的货物净重。在无标准可依的情况下，买卖双方在船燃消耗的计量上容易产生分歧，增加了交易成本和风险。特别是在运输合同（如CIF、FOB）中对燃料归属和责任界定不清时，更易引发争端。4.监管盲区：随着各国对船舶碳排放报告的严格要求（如欧盟的EUETS、IMO的数据收集系统DCS），监管部门需要可验证、可追溯的燃料消耗数据。缺乏统一的计量标准，使得这些数据的真实性和准确性难以得到保证。1.3战略意义与行业价值ISO19970:2025的发布，填补了这一关键领域的国际标准空白。其发布具有深远的战略意义：-促进公平贸易：为LNG运输船在货物操作期间的燃料消耗提供了公正、透明的计量依据，有助于建立交易双方互信，降低商务摩擦，促进LNG作为清洁船用燃料市场的健康发展。-增强技术互通：统一了全球LNG船用燃料计量的技术语言和要求，使得不同制造商设计的计量系统和不同运营商的操作规程能够在同一框架下进行比对、验证和优化。-支撑绿色发展：为标准化的碳排放核算提供了底层数据支撑。通过可靠的计量数据，船东可以更精准地评估其脱碳技术的效果，监管机构可以更有效地实施碳税、碳积分等市场机制。-提升运营效率：标准化的计量系统和方法能够帮助船东和运营商实时监控燃料消耗，优化发动机运行参数和航速，实现节能降本。2.核心内容与技术解析2.1标准适用范围与原理ISO19970:2025明确规定了在LNG运输船进行货物运输操作（包括装卸货、压载航行、船对船过驳等）期间，对用作自身燃料的天然气（包括BOG和强制气化的LNG）进行计量的总体要求、技术规范、安装、检验、校准、不确定度评估及报告要求。其核心原理是基于质量守恒定律和热力学原理，通过精确测量流经燃料供应系统的气体状态参数（如压力、温度、流量）和组成成分，计算出被消耗燃料的质量。2.2关键技术条款分析1.计量系统架构：标准对计量系统的设计提出了系统性的要求。它通常包含流量计、温度计、压力变送器、气体成分分析仪、密度计及计算单元。标准特别强调了在高动态变化工况（如BOG流量随货物操作、环境温度等因素剧烈波动）下，整个测量系统应具备足够的响应速度和稳定性，以确保计量的准确性。2.流量计选型：由于测量介质（BOG或气化后的LNG）具有低温、易燃易爆、组分变化大（甲烷含量通常在85%-99%之间）等特点，标准对适配的流量计类型进行了指导。目前行业内普遍认可的包括：-超声波流量计：因其无压损、量程比宽、对介质的适应性好，且能实现双向测量，成为BOG测量的主流选择。-科里奥利质量流量计：可直接测量质量流量，精度极高，尤其适用于组成复杂的流体，在加气站和部分新造船上应用广泛。-涡轮流量计：在部分特定工况下使用，但对介质的清洁度和流动状态要求较高。3.不确定度评估：这是该标准的精髓之一。它强制要求计量系统必须提供可量化的测量不确定度（通常以扩展不确定度U表示，置信水平95%）。不确定度评估需要综合考虑所有影响因素，包括：流量计、温度、压力、组分的测量误差；环境条件（如温度、湿度变化）；安装条件（如直管段长度、振动）；校准链的不确定度等。标准要求最终报告的燃料消耗量必须附带明确的不确定度区间，例如“(10.000±0.030)吨”。4.校准与验证：标准规定了计量系统的首次校准、周期校准和在役验证要求。强调溯源至国际单位制（SI）的重要性。对于核心元件（如流量计），建议采用经认证的独立实验室或现场比对方法进行校准。对于整个系统，建议采用在线验证方式，例如通过注入已知质量的标准气体，或与船舶的燃料舱液位计读数进行定期比对。标准还引入了计量核查的概念，要求配备冗余或独立的验证手段，确保单点故障不会导致无法验证的计量结果。5.数据记录与管理：标准规定了计量数据的记录频率、存储方式、安全性和可追溯性。要求记录所有关键的原始测量数据、计算过程、校准证书、异常事件及维修记录。数据的格式和存储时长需满足贸易合同、IMODCS或EUETS等监管要求。这些数据应支持黑匣子式的后期审计，为可能的争端提供客观依据。3.标准起草与主要参与单位介绍3.1起草过程与组织结构ISO19970:2025由国际标准化组织石油、石化和天然气工业用设备材料及海上结构技术委员会（ISO/TC67）的管道输送系统分技术委员会（SC6）负责制定。该标准经过了标准的立项建议（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段的严格审查与多轮投票，最终于2025年7月11日正式发布。整个过程汇集了全球顶尖的航运公司、LNG供应商、船舶设计院、设备制造商、认证机构及咨询公司的专家意见。3.2主要参与单位：法国GTT（Gaztransport&Technigaz）公司在众多参与单位中，法国GTT公司因其在LNG围护系统领域的绝对领导地位和对该标准的深刻技术贡献，值得被重点介绍。单位概况：法国GTT（Gaztransport&Technigaz）是LNG海上运输和储存领域技术设计、工程服务和专利授权的全球领导者。其开发的薄膜型围护系统（如MarkIII、NO96系列）在全球LNG运输船、浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）和陆上储罐市场中占据了超过90%的份额。公司总部位于巴黎，在全球设有多个办事处，拥有约2000名工程师和技术专家。具体贡献与角色：在ISO19970的制定过程中，GTT公司深度参与并扮演了以下关键角色：1.技术核心提供者：GTT拥有对LNG运输船货物操作全过程的深度理解。他们提供的船舶操作模拟软件（如GTTFLEX®）能够精确模拟不同航行、装载和卸货工况下的压力、温度和BOG产生速率。这些模型是制定标准中关于“动态工况下计量稳定性”要求的重要理论基础。GTT专家的意见帮助标准起草委员会理解了BOG流量波动的物理本质，并确定了合理的流量计响应时间要求。2.计量系统集成方案开发者：GTT不仅提供围护系统，其子公司GTTTraining和GTTTechnicalServices还开发了一整套集成化的燃料计量解决方案。这些方案将围护系统的状态监测数据（如液位、压力、温度）与燃料供应系统的流量数据、组分分析数据进行融合，通过专有的计算引擎得出高度准确的燃料消耗量。GTT的技术数据证明了这种“系统级”计量方法的可行性和更高精度的价值，推动了标准要求从设备级向系统级转变。3.不确定性分析的标准推动者：GTT在为其技术解决方案进行认证和风险分析时，积累了丰富的测量不确定度评估经验。他们向委员会提交了多份案例研究，展示了如何根据ISOGUM（测量不确定度表示指南）对复杂的船载计量系统进行完整的、从底层传感器到最终结果的不确定度溯源。GTT的工作有力地推动了将“不确定度评估”作为强制性条款纳入标准，而非仅仅作为建议性条款。4.行业共识的协调者：作为连接船东、船厂、燃料供应商和发动机厂商的关键纽带，GTT利用其广泛的行业网络，积极协调各方立场。例如，在“是否允许使用基于费率的平均估算方法”这一争议点上，GTT提出了“动态计量为主、基于模型的验证为辅”的折中方案，最终被委员会采纳。这一方案既保证了核心计量的准确性，又为运营方提供了经济可行的校验手段，避免了过于严苛而导致成本飙升。3.3其他重要参与单位除GTT外，参与该标准制定的还有荷兰皇家壳牌（Shell）、挪威国家石油公司（Equinor）、法国达飞海运（CMACGM）、美国康菲（ConocoPhillips）等国际能源巨头和航运巨头；美国艾默生（Emerson）、德国西门子（Siemens）等顶级过程控制仪表商；以及DNV、LR、BV等国际知名船级社。这种由政府间组织、行业巨头和民间智库组成的多元化的起草团队，确保了标准的全球适用性和技术权威性。4.实施路径与产业影响4.1实施路径与挑战1.存量船舶改造：对于现役的大量传统LNG运输船，改造为符合ISO19970标准的计量系统是一项复杂的工程。需要评估现有管系与仪表配置，安装高精度流量计、分析仪等，并对软件系统进行升级。改造的挑战在于技术集成、成本投入（一套完整的系统可能高达数十万美元）以及设备安装期间的停航损失。2.新建船舶设计：从2025年开始，新建LNG运输船在设计阶段就应将ISO19970的要求纳入初始设计。这要求船厂、设计院与设备供应商在早期就进行深度协作，确保船上的空间布局、电气接口、数据通信协议等满足标准要求。新建船舶更易实现系统的最优设计和集成，成本相对可控。3.运营与维护：实施标准要求船员和相关技术人员具备更高的操作水平。他们需要掌握计量系统的原理、日常维护、校准和异常排除。为此，需编制详细的《操作与维护手册》（O&MManual），并开展系统的培训。4.2产业影响与商业价值1.为LNG贸易结算提供终极背书：最直接的影响体现在LNG的贸易结算上。过去，燃料消耗的争议常常导致结算被延迟或需要高昂的仲裁费用。现在，ISO19970标准提供了一个不容置疑的、基于国际共识的计量框架。因此，买方和卖方可以信任基于该标准计算出的货物净交付量，显著降低了交易风险。这也有利于推动LNG“长期合约”向“现货市场”的标准化转型，增加市场流动性。2.赋能碳排放管理：对于船东而言，可靠的数据是进入EUETS等碳市场进行碳配额交易的基础。ISO19970标准产生的数据，因其高精度和可追溯性，更容易获得监管机构的认可。这意味着船东可以将节省下来的碳排放配额在市场上出售，将环保行为转化为直接的财务收益。反之，若数据不符合标准，则可能面临无法交易或被质疑的风险。3.推动船舶能效技术评估：在ISO19970框架下，可以精确量化不同节能措施（如添加节能附体、优化航行路线、采用新的发动机技术）的减碳效果。例如，安装了一个新设计的废气再循环（EGR）系统后，可以精确对比运营前后的燃料消耗变化，从而精确判断其节能效率和投资回报率。5.结论与展望ISO19970:2025的发布，是国际标准化工作在航运能源转型背景下的一次重要创新。它从技术、管理和商业层面，为LNG船用燃料的精确计量提供了全球统一的“度量衡”。该标准不仅