ISO 106652024 船舶和海洋技术 船舶设计 CNG和LNG推进系统标准立项发展报告

船舶和海洋技术船舶设计CNG和LNG推进系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Shipsandmarinetechnology—Shipdesign—CNGandLNGpropulsionsystem摘要随着全球环保法规日益严格以及航运业对脱碳目标的追求，清洁能源在船舶动力系统中的应用已成为行业发展的必然趋势。压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）作为重要的船用替代燃料，以其显著的减排优势受到广泛关注。然而，由于缺乏统一的设计标准，CNG和LNG在船舶推进系统中的应用面临技术路径多样、安全风险管控不一、兼容性差等挑战。本报告立足于此，对ISO10665:2024《船舶和海洋技术船舶设计CNG和LNG推进系统》这一最新的国际标准进行了系统性分析。报告首先阐述了该标准的立项背景及其在船舶设计标准化体系中的核心地位，然后深入解读了标准的范围、规范性引用文件、术语定义、系统设计要求、安全与风险评估、安装与集成规范、试验与验收方法及文件记录等关键技术要素。报告指出，该标准的发布填补了国际标准在CNG/LNG双燃料及纯气体推进系统设计领域的空白，为全球船舶设计单位、船东、船厂和船级社提供了统一的技术依据。标准的实施将有效促进LNG和CNG在船舶动力系统中的安全、高效应用，推动船舶制造业向绿色、低碳方向转型升级，并为未来氢、氨等新型替代燃料标准的制定提供了可借鉴的技术范式。关键词船舶设计；CNG；LNG；推进系统；国际标准；清洁能源；安全设计；船舶标准化Keywords:Shipdesign;CNG;LNG;Propulsionsystem;Internationalstandard;Cleanenergy;Safetydesign;Shipstandardization正文1引言全球航运业承担着约90%的世界贸易运输量，与此同时，其温室气体排放量约占全球总排放量的3%。为应对气候变化，国际海事组织（IMO）提出了到2050年将航运业温室气体排放量较2008年减少50%的目标，并设定了一系列短期和中期减排措施。在此背景下，使用LNG和CNG等低碳或零碳燃料作为船舶主推进动力，成为当前最成熟、最可行的减排路径之一。LNG可减少约20%的二氧化碳排放、85%的氮氧化物排放及接近100%的硫氧化物和颗粒物排放；CNG作为LNG的补充形式，在特定航线和中小型船舶上亦具有良好适用性。然而，CNG和LNG的物理化学性质与传统的船用重油和柴油存在本质差异，其低温（-162℃储存LNG）、高压（250bar储存CNG）以及易燃易爆等特性，对船舶设计提出了全新且严峻的挑战。在ISO10665:2024发布前，虽然国际气体运输船和码头经营者协会（SIGTTO）等组织发布了相关导则，但尚无统一的国际标准涵盖CNG和LNG推进系统的整体设计、安装和安全评估。这种标准缺失的状况导致不同船厂和设计院的设计方案存在较大差异性，增加了船舶检验认证的复杂性和跨国贸易的成本。因此，ISO10665:2024的发布，标志着船舶CNG和LNG推进系统设计进入了一个有据可依、规范统一的新阶段。2标准立项背景与历程ISO10665:2024由国际标准化组织船舶与海洋技术技术委员会（ISO/TC8Shipsandmarinetechnology）负责制定。该项目于2019年正式提出立项申请，旨在响应全球对低排放船舶设计标准化的迫切需求。在制定过程中，来自中国、日本、韩国、挪威、荷兰等主要造船国家和地区的专家、船级社代表及企业工程师共同参与，历经工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段，最终于2024年11月27日正式发布。该标准的立项依据主要来自以下几个方面：一是IMO逐步收紧的船舶能效设计指数（EEDI）和现有船舶能效指数（EEXI）要求，以及硫氧化物排放限制法规；二是各国政府对LNG动力船舶的财政补贴与政策支持，如欧洲的“FuelEUMaritime”法规和中国的“气化长江”等内河船舶清洁能源改造计划；三是主流船用发动机供应商（如瓦锡兰、MANEnergySolutions、中船动力集团）已完成LNG/CNG双燃料发动机的商业化和小型化，技术成熟度足够支撑标准化。3标准核心内容解读3.1范围与适用对象ISO10665:2024适用于使用CNG或LNG作为主燃料或双燃料之一的船舶推进系统设计。其适用船舶类型包括但不限于沿海和内河货船、客滚船、拖轮、工程船以及部分远洋商船。标准不涉及以下范畴：液化天然气运输船上用于货物处理的系统（受IMOIGC规则约束）、岸基加注设施的具体设计，以及发动机内部燃烧过程的详细控制逻辑。标准明确强调了“系统级”设计理念，即从燃料储存单元到推进器输出端的全链条进行整体设计规范。3.2规范性引用文件该标准系统性地引用了国际公约（如SOLAS第II-1章、第II-2章）、国际规则（如IGF规则、IGC规则）以及IEC和ISO相关标准。这些引用确保了标准与国际海事法规体系的协调一致，避免了法律层面的冲突。例如，对于LNG储罐的设计，标准引用了ISO21013系列和ISO20421系列对低温储罐的结构和材料要求；对于CNG储罐，则引用了ISO11439等高压气体容器标准。3.3关键术语与定义标准首次统一界定了“CNG推进系统”“LNG推进系统”“双燃料系统”“透气系统”“气体探测系统”等核心术语。其中，“气体安全区域”和“气体危险区域”的划分定义尤为重要，这是后续进行电气设备选型、通风系统设计和爆炸风险控制的基础。标准结合了IEC60079对危险区域划分的通用要求。3.4系统设计要求-燃料储存系统：规范了CNG高压气瓶组和LNG低温真空绝热储罐的布置、紧固、隔热及安全阀设置要求。特别强调了当CNG气瓶布置在开敞甲板时，需考虑防机械碰撞保护；当LNG储罐布置于机舱区域时，必须设置独立的透气桅杆和气体安全围护。-燃料供应系统：规定了从储罐到发动机之间的管路设计、单壁管/双壁管的选择依据、紧急切断阀（ESD）设置位置及逻辑、蒸发气（BOG）处理方案（在LNG系统中尤为重要）等。标准提出了燃料供应系统应具备“本质安全”的设计原则。-发动机与推进装置：涉及气体燃料发动机（包括预混燃烧和高压直喷两种主流技术路线）的燃料压力、温度控制要求，以及双燃料模式下切换的平稳性和安全性要求。对于连续运行的纯气体推进系统，标准还提出了冗余设计建议。-气体探测与安全防护系统：要求在燃料处理区域的多个监测点设置甲烷（CNG/LNG主要成分）传感器，并与通风系统、切断阀联动。标准明确了探测器的灵敏度阈值（通常为20%LFL及以下）和响应时间要求，以防泄漏导致可燃气体积聚。3.5安装、试验与验收标准对系统安装后的试验流程进行了详细规定，包括但不限于：管路的气密性试验（静压试验和泄漏率测试）、ESD阀门的功能测试、气体探测系统的覆盖范围测试、通风系统的气流方向及换气次数验证（建议不低于30次/小时）。此外，标准提出了型式认可试验与出厂交付试验的要求，确保每一艘按照该标准设计的船舶都能达到设计安全水平。文件部分则要求包含系统设计计算书、危险区域划分图纸、操作与维护手册以及应急响应规程。4标准实施的技术经济分析从技术角度看，实施ISO10665:2024将带来显著的规范化效益。首先，标准减少了设计中的主观判断，降低了新进设计人员因经验不足导致的设计缺陷风险；其次，统一的试验要求有助于船级社高效完成审图与检验，缩短船舶交付周期。从经济角度看，虽然合规设计可能会增加部分初期成本（例如选用双壁管、高精度气体探测器等），但长期来看，标准化设计有助于形成规模经济。例如，标准化设计后的LNG燃气系统模块可在不同船型间进行复用，从而降低设计与建造成本。然而，标准实施也面临一定挑战。在CNG领域，标准对高压气瓶的布置空间要求较为严格，对于空间有限的改装修理船舶而言，可能难以完全满足；在LNG领域，对蒸发气BOG处理系统的要求，可能迫使小型船艇采用相对昂贵的再液化或氧化处理方案。这些都需要行业在实践过程中进一步通过等效替代方案或向主管机关申请豁免来解决，标准本身也为这类特殊情形保留了技术评估的空间。5主要起草单位介绍本标准的制定工作由ISO/TC8秘书处统筹，其中，来自中国的中国船舶集团有限公司第七〇八研究所作为核心起草单位之一，在标准研制过程中发挥了关键的技术引领作用。详细背景：中国船舶集团第七〇八研究所（简称七〇八所）是我国成立最早、规模最大、成果最多的船舶及海洋工程设计研究机构之一。自1950年建所以来，七〇八所始终致力于各型军用舰艇、民用船舶及海洋工程装备的设计研发。在民用船舶方面，七〇八所是国内LNG动力船舶设计的先行者，成功自主设计了包括全球首艘双燃料超大型集装箱船、国内首艘LNG动力散货船、全球最大功率LNG动力拖轮等多型代表性船舶，积累了丰富的CNG和LNG推进系统设计实船经验。在标准研制中的贡献：在ISO10665:2024的制定过程中，七〇八所的技术专家基于其深厚的技术积累，重点推动了以下几个方面的标准化工作：1.储罐布置原则的优化：结合中国内河及沿海船舶的实际运营特点，提出了在空间受限条件下CNG气瓶组的创新布置方案建议，以及LNG储罐与机舱之间的防火分隔距离的计算依据。2.安全系统逻辑的完善：基于七〇八所已完成的双燃料船舶安全评估（如HAZOP分析）数据，对气体探测系统的覆盖区域、报警分级（预警、一级报警、二级报警及紧急切断）逻辑进行了更加精细化的界定，增强了标准的可操作性。3.试验验收方法的规范化：七〇八所分享了其在国内参与的多艘LNG动力船舶码头气试和航行气试的实践经验，将其中经过验证的泄漏率极限值、联动测试方案写入标准规范性附录。4.术语的协调统一：作为中英文双语的积极贡献者，七〇八所协助工作组解决了中英文术语在语义表达上的差异问题，确保标准在国际推广时不会产生歧义。七〇八所的深度参与，不仅体现了中国造船工业在国际标准化舞