为液氢大规模运输铺平道路

2023 年 8 月，CB&I 的运输船液氢 (LH₂) 密封系统设计获得了 DNV 的原则批准 (AiP: Approval in Principle)。凭借 CB&I 成熟的陆上液化氢存储技术、壳牌在氢运输船方面的经验以及 DNV 的监管和安全专业知识，稳健的设计现已准备好进一步开发。至关重要的是，与之前的设计相比，这将能够运输更多氢气，从而降低单位能源的运输成本。

航运对于氢气运输至关重要

氢不含碳，因此被视为全球减排的潜在关键贡献者，特别是通过电解产生的氢。 然而，其运输存在一些复杂性。 虽然某些地区可以通过管道进口氢气，但在较长距离（例如从亚洲到欧洲）上这是不可能的，因此需要运输解决方案。

由于其更高的能量密度，以液体形式运输氢气被认为比气体更实用。 然而，液氢运输带来了一些额外的挑战，特别是与安全存储相关的挑战。

DNV 海事咨询结构部首席工程师 Tom Klungseth Østvold 表示，“要液化氢气，必须将其冷却至-253℃，完成此操作后，液化氢需要存储在具有最高真空隔热标准的储罐中。 将氢气暴露在普通气体中会导致严重损害以及许多安全隐患。”

借鉴陆上液氢储存的经验

利用陆基液氢存储领域全球领导者的技术专长可以帮助航运业在液氢运输方面达到更高的标准。

“CB&I 液氢运输船的防护系统基于我们的大规模陆上液氢存储技术，”CB&I研发总监David Creech解释道。“满足这些要求的最可靠的设计是真空绝缘双壁球体，其每天的蒸发率低于0.05%，正如NASA对CB&I储罐的测试所证明的那样。 通过将该技术应用于运输，我们可以为市场提供经过 60 多年运营历史支持的经过验证的设计。”

液氢储罐设计用来适应运输的挑战

设计用于运输的液氢储罐需要适应完全不同的物理环境，例如低温和船舶运动。

Creech表示，“陆上应用和航运应用之间的一个显着区别是船舶运动产生的循环载荷。 陆上液氢储罐是为地震而设计的，但疲劳通常不是一个问题。值得庆幸的是，事实证明，CB&I 用于将内球悬挂在外球内的支撑系统很容易适应疲劳设计。”

壳牌将航海经验融入储罐设计

壳牌的专业知识在使 CB&I 的设计适应海洋环境方面同样有价值。

“经过初步讨论，双方同意 CB&I 将利用其在液氢储存方面的丰富经验来开发安全壳系统，壳牌将提供大量海事专业知识，包括应用在液氢设备和设施的设计和运营中获得的经验，”壳牌国际贸易与航运有限公司 IRD 项目经理 James Cocks 说道。

2023年初，船舶设计师Houlder为壳牌完成了一艘20,000 m³液氢运输船的概念设计开发。 随后，壳牌采取了一系列举措，包括燃料和动力安排的可行性研究、概念总体布置、船体设计和动力以及结构设计工作。

克服液氢标准的差距和成熟度

将这一初始设计应用于 AiP 还需要仔细考虑海事法规和安全规范，包括船级规则、《国际散装运输液化气体船舶建造和设备规则》（IGC 规则: the International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk (IGC Code)）以及 IMO散装运输液化氢临时建议，决议MSC.420(97)。 对于相对新颖的海事技术来说，这是一个具有挑战性的命题。

“海上运输中液氢防护系统的规则和法规的不成熟是一个重大挑战。 这导致在项目开始时就决定应适用 IMO IGC 规则的哪些部分，尽管该规则目前不包括将液氢作为货物，”Cocks 说。

缩小与 DNV 监管专业知识的差距

DNV 在海事法规方面的经验和专业知识对于顺利完成这一过程发挥了重要作用。

Creech 表示，“液化氢存储的陆上和航运应用的标准在很大程度上是一项正在进行的工作，DNV向CB&I 提供了有关 IGC 规则和船级规则如何看待液氢防护系统独特方面的重要见解。

Østvold 说道，“DNV 职责的一个关键部分是解释监管框架以及这与 CB&I 在设计这些储罐时所采用的框架有何不同。他们很高兴采纳这一建议并将其应用到他们的设计中。”

适应于海事标准的成功设计

与 DNV 的密切合作对原始设计进行了一些渐进的改变，从而形成了一个强大且完全适合海上运输的概念。

Østvold表示，“这是一个顺利的过程，各方都进行了良好的对话，我们涵盖了很多领域，可能比 AiP 严格必要的细节更详细，但这导致了最终的设计是安全的，并且几乎没有不确定性。”

实现 AiP 是氢供应链的一个重要里程碑

获得 DNV 的 AiP 是液氢载体概念发展的一个重要里程碑，为氢供应链的进一步发展铺平了道路。

Cocks 表示：“DNV 授予 AiP 是该领域创新前沿公司之间大量辛勤工作和合作的结果。为了支持液氢在能源转型中的作用，迫切需要证明其作为可行能源载体的潜力。实现这一 AiP 是朝着正确方向迈出的重要一步。”

液氢储罐尺寸可扩展

这次合作的成功已经促使这些公司探索如何在未来扩展这种设计。

Creech 表示，“CB&I 目前的技术可以扩展到每个储罐 40,000 m³，这足以容纳容量高达 200,000 m³的运输船，我们现在的重点是与造船厂合作，将我们的安全壳系统集成到针对液氢进行优化的船舶中。”

CB&I公司的新型双球罐设计将比传统设计能够运输更大体积的液态氢，并已获得DNV的AiP。

氢能在未来能源结构中的作用

由于氢被视为未来的关键燃料，CB&I已经在计划进一步的技术开发。Creech说:“我们非常积极地研究和开发低温储存技术，这样我们就可以继续为陆上和航运市场带来液态氢的创新。”

正如该项目所表明的那样，与海事专家的合作对未来的成功至关重要。

“DNV将继续支持CB&I和壳牌等公司在氢技术和基础设施开发的前沿，”Østvold总结道。“这将需要对规则进行导航，并认识到安全应始终是创新的核心。”

翻译人：沈亚皓

来源：https://fuelcellsworks.com/news/paving-the-way-for-large-scale-transportation-of-liquid-hydrogen/