IGF-CODE GAS ALS SCHIFFSBRENNSTOFF DISKUSSIONSSTAND ZU DEN QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN. -Was wollen die Reeder? -

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1 Fachhochschule Flensburg Flensburg University of Applied Sciences Kanzleistraße Flensburg Telefon: +49 (0461) Telefax: +49 (0461) Prof. Dr.-Ing. HOLGER WATTER IGF-CODE GAS ALS SCHIFFSBRENNSTOFF DISKUSSIONSSTAND ZU DEN QUALIFIKATIONSANFORDERUNGEN -Was wollen die Reeder? -

2 Operation and Maintenance Requirements 1. IGF-DISCUSSION STATUSBLG & STW HTW = Human Elements, Training and Watchkeepingincl. ISM 2. INFLUENCE ONSHIPOPERATIONS MANAGEMENT What s new and where are the changing demands? 3. SUMMARY ANDCONCLUSION Strategie Design/ Concept Development Construction Operation Decommission / Scrapping

3 German Working Group Gerd.Wuersig[at]dnv.com Anneliese.Jost[at]bmvbs.bund.de; Bernd.Siegler[at]hdw.de; Bernhard.Urban[at]luerssen.de; berthold.kolberg[at]see-bg.de; cengiz.r[at]deutz.com; cperrocco[at]eagle.org; Dietrich.dabels[at]lr.org; dirk.thum[at]man.eu; fritz.fleischer[at]man.eu; gerhard.untiedt[at]meyerwerft.de; Gpo.germany[at]de.bureauveritas.com; Hans-Christian.Haarmann-Kuehn[at]tge-marine.com; harald.krekel[at]man.eu; hbr[at]rina.org; Henning.Pewe[at]gl-group.com; Hintzsche[at]reederverband.de; holger.watter[at]fh-flensburg.de; Keno.Leites[at]blohmvoss-naval.com; Marquardt[at]vsm.de; Mueller-Baum[at]vdma.org; schmidt[at]marine-service-gmbh.de; StA[at]admaris.net

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5 IMO Resolution MSC.285(86) and GL Rules, Guidelines for the Use of Gas as Fuel for Ships - safety related challenges and perspectives Dipl.-Ing. Benjamin Scholz, Dipl.-Ing. Ralf Plump, Dr.-Ing. Gerd Würsig, Germanischer Lloyd SE, Hamburg Regarding the scheduled environmental requirements gas has been in the focus of the maritime industry. The Marine Safety Committee (MSC) has been charged withthedevelopmentofaninternationalguidelinefortheuseofgasasshipfuel. According to the current SOLAS convention only fuels with flash points above 60 C are permitted to be used as fuel. The interim Guideline MSC.285(86), which has been adopted in June 2009, will be the international standard for the coming years until a general code will have been developed. The goal of Resolution MSC.285(86) is to provide criteria for the arrangement and installation of machinery for propulsion and auxiliary purposes using natural gas as fuel. The GL guideline has incorporated the MSC.285(86) and provides additional guidance and recommendations. Within the presentation technical challenges and perspectives for the arrangement of the engine room and the onboard gas supply as well will be presented. Source:

6 SAFETYASSESSMENT AND HAZARDIDENTIFICATION Strategie Design/ Concept Development Construction Operation Decommission / Scrapping

7 Small leakage in flange connection for liquid filling line RiskScreening Fault on one pressure relief safety valve Hazards with portable LNG fuel containers (containerized) Hazards on maintenance or entry confined space

8 IGF Code -schedule Source:

9 IGF-Code (BLG17, 2013) Reference: Part A: Design including sub-parts A-1 to A-7 for the various fuels addressed by this Code; Part B: Alternative Design; Part C: Manufacturing; and Part D: Operation

10 Overview (Part D) Part D 18 Training and operational requirements 18.1 Goal 18.2 Functional requirements 18.3 Training requirement 18.4 General 18.5 Category A training 18.6 Categories B and C training 18.7 Maintenance 19 Operational requirements (bunkering operations and/or other operations) 19.1 Goal 19.2 Functional requirements 19.3 Requirements for bunkering operations 19.4 Requirements for enclosed space entry 19.5 Requirements for Inerting and purging of fuel systems 19.6 Hot work on or near fuel systems

11 STCW and ISM requirements under discussion 13.7 The Sub-Committee (STW 43/2/2/Add.1 (part)) was informed that BLG 16, in considering whether specific training requirements for gas and chemical tankers already in place were suitable for officers and crew serving on ships fuelled by gas or low-flashpoint fuels, had agreed that it was premature to include any training requirements in chapter 18 of the draft International Codeof safety for ships using gas or other low-flashpoint fuels (IGF Code), even as interim provisions, before these had been considered by the STW Sub- Committee. Accordingly, BLG 16 had requested the Sub-Committee to consider chapter 18 of the draft IGF Code (BLG 17/8) and provide guidance on any training requirements for inclusion in the draft Code being developed In this context, the Sub-Committee noted that, due to the short time period between BLG 16 and the current session, it had not been possible for Member Governments to consider this request and submit comments and proposals within the deadline for submission of documents for STW Accordingly, the Sub-Committee invited Member Governments to consider the matter in detail and submit comments and proposals to STW 44, and agreed to defer its consideration to STW 44, and instructed the Secretariat to convey the same to BLG 17.

12 HTW Discussion Status = Human Elements, Training and Watchkeeping IMO Marine Saftey Commitee MSC HTW (STW) ISM-Code BLG STW USA STW Norway STW Denmark STW 44-INF.6 France IGF-Code Chapter 18-19

13 Road Map Identification Logistik Bunkerverbindung, Verfügbarkeit Gaschromatographie Lagerung Speicherkonzept Festigkeit, Dimensionierung, Sicherheit Aufbereitung Kraftstoffaufbereitung (Verflüssigung, Verdampfung/ Regasification ) Sicherheit: Explosionsschutz, Leckagen Nutzung Nutzungs-, Sicherheits- und Schulungskonzept transientes Verhalten (Lastsprünge, Beschleunigungsverhalten)

14 IGF Training Requirements Deck and engineer officers Operator emergency procedures to deal with conditions of leakage, spillage or fire involving the fuel and a sufficient number of them shall be instructed and trained in essential first aid for the fuel carried. Crew basic training in the procedures, appropriate to their duties, necessary under emergency conditions.

15 IGF Training Requirements Category C: Supplementary training for engineer officers. Category B: Supplementary training for deck officers; Category A: Basic training for the basic safety crew; Category A: theoretical and practical exercises basic understanding of the gas technical properties explosion limits, ignition sources, risk reducing rules and procedures The instructors shall include one or more of the suppliers of the technical gas equipment Practical extinguishing of gas fires

16 IGF Training Requirements Category C: Supplementary training for engineer officers. Category B: Supplementary training for deck officers; Category A: Basic training for the basic safety crew; Category B/C: Company's training manager responsible for arranging training gas training beyond the general basic training crew members who are to participate in the actual bunkering work, All gas-related systems on board shall be reviewed Risk analysis maintenance of electrical installations in explosion hazardous spaces, shall be qualified

17 USA: STW Ziel: Mindestanforderungen in die Tabellen zum Kapitel III (Specification of minimum standard) aufzunehmen. Mit freundlicher Unterstützung durch Prof. Rachow, VDSI und HS Wismar

18 Norway: STW Ziel: Mindestanforderungen in die Tabellen zum Kapitel II (Nautik) und III (Technik) aufzunehmen Mit freundlicher Unterstützung durch Prof. Rachow, VDSI und HS Wismar

19 Denmark: STW Forderung im Wesentlichen, dass die Besatzungen von Schiffen die LNG als Kraftstoff nutzen genauso ausgebildet werden, wie die, die LNG transportieren. Mit freundlicher Unterstützung durch Prof. Rachow, VDSI und HS Wismar

20 STW 44/INF.4 +5 INF = ergänzende Diskussionbeiträge Dänemarks: Mit freundlicher Unterstützung durch Prof. Rachow, VDSI und HS Wismar

21 STW 44-INF.6 In der Tabelle 1 ist vollständig aus A-V/1-2-1 entnommen, in Tabelle 2 ist bis auf Operate remote controls of gas-related propulsion plant and engineering systems and services und Plan and monitor safe bunkering, stowage and securing of the gas on board alles aus A-V/1-2-1 und A-III/1 entnommen. Tabelle 3 ist weitestgehend aus A-III/1 entnommen. Die Teile in A- V/1-2-1 wurden begrifflich von cargo in gas as fuel umformuliert un d etwas ausgedünnt, wenn es spezielle Ladungsdinge sind. abgespeckter Gastankerkurs + Grundlagen Bunkern und Betrieb + Herstellerspezifische Schulungen zum Equipment.

22 Was wollen die Reeder? Meinungsbild Deutschland??? IGF- Vorgaben? Vorschlag Frankreich? STCW und ISM Einordnung? Vorschlag Dänemark? Vorschlag USA? Vorschlag Norwegen?

23 Operation and Maintenance Requirements 1. IGF-DISCUSSION STATUSBLG & STW HTW = Human Elements, Training and Watchkeepingincl. ISM 2. INFLUENCE ONSHIPOPERATIONS MANAGEMENT What s new and where are the changing demands? 3. SUMMARY ANDCONCLUSION Strategie Design/ Concept Development Construction Operation Decommission / Scrapping

24 Verflüssigung von Gasen JOULE-THOMSEN-Effekt LINDE-Verfahren zur Verflüssigung von Gasen Heizwert Methan 50 MJ/kg Erdgas M/kg Verdampfungsenthalphie 500 kj/kg 1% H U Energiebedarf zur Verflüssigung ca %

25 Typical Volumetric Natural Gas Quality CH C C C N H H H v/v-% LNG x 600 Influenced by gas quality!!! Source: MSC 86/26/Add.1, BÖCKER/FH FLENSBURG

26 Typical Volumetric Natural Gas Quality Erdgas H = GUS & Nordsee 94±4 layering in storage tank!!! 5±5%.. ± 5 % ± 5 %

27 Typical Volumetric Natural Gas Quality Erdgas L = national/europäisch (etwas kleinerer Heizwert) 10%= ± 5 %

28 Engine Manufacture Requirements ρ gem = R p gem T

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30 Thermodyn. Fundamentals Volumenverhältnis = Molverhältnis = Partialdruckverhältnis: Massenverhältnis Gaskonstante & Wärmekapazität & Energiegehalt ni ψ i = = ni m = i ξ i = mi c R p gem gem p p i ges M M i = gem r i ψ R = = ξ R i M = ξ i c p i H i Vi = V U M i gem gem = ψ M = ξ H i U i i i Dichte ρ gem = R p gem T Influenced by gas quality!!!

31 Example: v/v-% m/m-% 94 %Methan + 6 %Ethan M gem = 0,94 ( ) + 0,06 ( ) = 0, ,06 30 = ,8 = 16,8 Einfluss von Inertgas, Luft und Wasser? ξ ξ Methan Ethan = = mi m mi m i i = = M M M M gem i i gem ψ ψ Methan Ethan = = 16 16, ,8 0,94 0,06 0,895 90% 0,107 10%

32 Ignitability & Engine Knocking Source: and

33 Dual-Fuel Combustion Process Diesel-/Gas-Process (low-pressure, 4-stroke-engines) Source: Dr. MOHR, 05/2011

34 Lean-Burn Otto-Cycle Combustion Otto-Gas-Magerbrennverfahren (4-stroke-engines) Source: Dr. MOHR, 05/2011

35 Dual-Fuel Combustion Process Gas-Diesel-Process (high-pressure, 2-stroke-engine) power demand ca. 5 8% of engine power Source: Dr. MOHR, 05/2011

36 Fire hazard related Properties of Gas [methane (LNG), Progane(LPG)] and Light Hydrocarbon Liquid Fuels (Diesel and Gasoline) CH 4 enthalpy of formation -75 kj/mol stabilize chemically formation Octane number 130 Flash point: The minimum temperature at which a liquid gives off vapour in sufficient concentration to form an ignitable mixture with air near the surface of a liquid, as specified by test.

37 Octane number 130 C Ignition temperature 540 C

38 MethanNumber of Gases

39 VapourPressureCurve CH 4 Partialdruck Source:

40 VapourPressureCurve C 2 H 6 Partialdruck Source:

41 VapourPressureCurve C 3 H 8 Partialdruck Source:

42 Heizwert Methan 50 MJ/kg Erdgas M/kg Verdampfungsenthalphie500 kj/kg 1% H U Energiebedarf zur Verflüssigung ca % Increasing knock resistance of boil-off Layering of N2 CH kj/kg enthalpy of evaporation enthalpy of re-lequifacation Source:

43 Layering of N2 CH kj/kg enthalpy of evaporation enthalpy of re-lequifacation Source:

44 Layering of N2 CH kj/kg enthalpy of evaporation enthalpy of re-lequifacation Source:

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46 Fuel Gas Processing Source:

47 LNG-System Overview

48 Engine load control sprungförmiges Eingangssignal u(t) G Ausgangssignal x(t) Sollwert w Regeldiff. e Regler y Stellglied Messglied C P u - Steuersignal Gas Valve Unit Ist-Wert (GVU) Stellgröße e Prozess Regelstrecke x& = = η e = η e A x + B u ( m& H ) U ( V& ρ H ) U x Zustand

49 Valvecharacteristic Enthalpie h Entropie s Vordruck p 1 Hinterdruck p c 1 h s Totalenthalphie h 1+ = h c 2 h 1 = h ( p 1, t 1 ) h 2 = h(p 2, t 2 ) α ζ ψ = T R p A m& = + χ χ χ χ χ ψ p p p p =ψ max = 0,4841 ψ 1 1 max 1 2 ' 2 p G p T R A V N N = = ρ α ζ ψ & 1 0,528 1 < p p 2 < 0, < p p 2 <

50 =ψ max = 0,4841 ψ = + χ χ χ χ χ ψ p p p p ' 2 p G p T R A V N N = = ρ α ζ ψ &

51 p 1abs Schallgeschwindigkeit c 2 = a = κ R T Mischung, Wärmeaustausch T1 3 T Expansionskälte p 3abs kritisches Druckverhältnis p2 = 0,5283 p2 0, 5 p1 c1 = 0 p c = 3 0 1

52 Einflussgrößen für die Laststufen Engine load control Folgende Betriebsparameter haben Einfluss auf die Höhe der Laststufen: Luftfilter, sauber / verschmutzt erhöhter Abgasgegendruck Heizwert des Brennstoffes Verschleißzustand des Motors Aufstellhöhe Ansaugtemperatur Emissionsanforderungen NOx _ _de_MWM.pdf

53 Einflussgrößen für die Laststufen Engine load control Folgende Betriebsparameter haben Einfluss auf die Höhe der Laststufen: New Power Management Methodology? Load Rejection? Luftfilter, sauber / verschmutzt erhöhter Abgasgegendruck Heizwert des Brennstoffes Verschleißzustand des Motors Aufstellhöhe Ansaugtemperatur Emissionsanforderungen NOx

54 Inert Gas System Due to Inert Gas System e.g. after Bunker operation the calorific value decreases! Inert Gas System Molecular Sieve Combustion Gas

55 Stickstoff N 2 Aggregatzustand Dichte Schmelzpunkt Siedepunkt gasförmig 1,250 kg/m 3 bei 273,15 K 63,05 K( 210,1 C) 77,15 K ( 196 C) Verdampfungswärme 5,58 kj/mol Schmelzwärme 0,36 kj/mol

56 Inert Gas System

57 Gas Tanker Inert Gas System Inert Gas System

58 IGF Demand for Bunker Operations The ship shall be provided with a suitably detailed fuel transfer manual, approved by the Administration, such that trained personnel can safely operate the fuel loading, discharge, storage and transfer systems. This manual shall be a controlled document under the ISM code. 1 Overall operation of the ship from dry-dock to dry-dock, including procedures for system cooldown and warmup, bunker loading and, where appropriate, discharging, sampling, inerting and gas freeing 2 Bunker temperature and pressure control and alarm and safety systems 3 System limitations, cool down rates and maximum [fuel storage] tank temperatures prior to loading bunkering, including minimum cargo fuel temperatures, maximum tank pressures, transfer rates, filling limits and sloshing limitations. 4 Operation of inert gas systems 5 Fire-fighting and emergency procedures: operation and maintenance of fire fighting systems and use of extinguishing agents 6 Specific fuel properties and special equipment needed for the safe handling of the particular fuel 7 Fixed and portable gas detection 8 Emergency shutdown and emergency release systems, where fitted 9 A fuel system schematic / [piping and instrumentation diagram] P&ID shall be reproduced and permanently mounted in the vessels' bunker control station and at the bunker station. Additionally, the schematic shall be graphically represented in the fuel system IAS control panel if fitted.

59 IGF Demand for Pre-Bunker Tests Prior to conducting bunkering operations, pre-bunkering tests including, but not limited to the following, shall be carried out and documented in the bunker safety checklist: 1. All Communications methods, including ship shore link (SSL), if fitted 2. High level, HH level alarms and overfill protection devices 3. High / low pressure and temperature alarms 4. Operation of automatic pressure control and fill system, if fitted 5. Operation of fixed Gas and fire detection equipment 6. Inert gas plant or equivalent system for purging or maintaining inert atmosphere 7. Operation and calibration of portable gas detection equipment 8. Operation and calibration of gas metering equipment, if fitted 9. Where fitted, ESD systems tested and proved operational in both cold and warm condition; automatic ESD from SSL and remote manual ESD tested 10. Operation of fixed firefighting equipment and water curtain in way of bunkering manifold 11. Bunker station monitoring equipment, including gas detection, heat or flame detection, CCTV, valve position indicators, ventilation and fire damper operation 12. Operation of remote controlled valves and IAS / control panel (Note: What is IAS) 13. Operation of additional safety devices provided by the delivering facility(e.g. booster pump over speed, high pressure, low pressure shut offs, truck brake interlocks, vessel breakaway, low temperature, gas detection, heatorflamedetection, CCTV, inert gas system)

60 Refuelling of LNG fuelled Vessels Gassing up Cooling down Inerting Refueling Inspection Gas freeing Ventilating Warming up Source: Dr. Gerd Würsig, GL, 2010 Inerting

61 Ship Engineering System Engineering Installation Engineering Equipment Technology Component Technology

62 Operation and Maintenance Requirements 1. IGF-DISCUSSION STATUSBLG & STW HTW = Human Elements, Training and Watchkeepingincl. ISM 2. INFLUENCE ONSHIPOPERATIONS MANAGEMENT What s new and where are the changing demands? 3. SUMMARY ANDCONCLUSION Strategie Design/ Concept Development Construction Operation Decommission / Scrapping

63 Herausforderung Komplexität der Systemtechnik Jederzeit und unter allen Bedingungen Energie technik technik Systemtechnik Antriebs- Motorentechnik (energieeffizient und emissionsarm) Dampftechnik für Heiz- und Vorwärmzwecke Energietechnik (Generatoren, Mittelspannungsanlagen, Schalt- und Verteilungssysteme.) Ver- und Entsorgungssysteme Trenn- und Aufbereitungssysteme (Frischwassererzeuger, Abwasserbehandlungsanlagen) Lüftungs-, Kälte- und Klimatechnik..

64 STCW-Qualification-Requirements Minimum Requirements versus High-level-state of the art-qualification ingenieurwissenschaftliche und fachmethodische Kompetenzanforderungen der Ingenieurwissenschaften akkreditiert bei der ZEvA betriebliche, operative Mindestanforderungen gem. STCW-Übereinkommen/ Schiffsoffizierausbildungsverordnung zertifiziert nach DIN ISO 9001:2008

65 ISM Code 6.4 The Company should ensurethat all personal involved in the Company s Ship Management System (SMS) have an adequate understanding of relevant rules, regulations, codes and guidelines 6.5 The Company should establish and maintain procedures for identifying any training which may be required in support of the SMS and ensure that such a training is provided for all personnel concerned.

66 Schiffssicherheitsgesetz 3 des Schiffssicherheitsgesetzes enthält den Grundsatz: Wer ein Schiff zur Seefahrt einsetzt, muss dafür sorgen, dass das Schiff und der Schiffsbetrieb sicher geführt werden, die Einrichtungen in einem betriebssicheren Zustand sind und die notwendigen Vorkehrungen zum Schutz der Seeleute getroffen werden. Das umfasst auch die richtige Auswahl, Anleitung, Information, Kontrolle und Unterstützung aller Mitarbeiter, die in der Reederei oder auf dem Schiff mit der Wahrnehmung der Aufgaben beauftragt werden.

67 Vielen Dank! Fragen?

68 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Internationale Fachkommunikation ehealth Business Management Wirtschaftinformatik Internationale Fachkommunikation Betriebswirtschaft FACHBEREICH WIRTSCHAFT Systemtechnik Biology and Process Engineering Elektrische Energiesystemtechnik Biotechnologie- Verfahrenstechnik Angewandte Mathematik Angewandte Informatik FACHBEREICH TECHNIK Wind Engineering Master Seeverkehr, Nautik und Logistik Schiffstechnik Regenerative Energietechnik Maschinenbau Energie-und Umweltmanagement 3900 Studierende 80 Prof

69 Executive Summary Gas als Schiffsbrennstoff: Stand der aktuellen Vorschriftenentwicklung und Schlussfolgerungen für zukünftige Ausbildungsanforderungen für den Gasmotorenbetrieb: Bei der aktuellen Diskussion zur Reduzierung von Schiffsemissionen könnte Gas als zukünftiger Schifffahrtsbrennstoff einen wesentlichen Beitrag leisten. Wegen der besonderen Explosions- und Brandgefahren war dieser Betriebsstoff jedoch bisher nach den internationalen SOLAS-Vorschriften zur Sicherheit an Bord von Seeschiffen (außer als Ladung) verboten. Durch Anpassung der internationalen Vorschriften werden z.zt. die Grundlagen zur Realisierung gasbetriebener Schiffe in der internationalen Fahrt geschaffen. Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation IMO erarbeitet dazu z.zt. den IGF-Code. Eine deutsche Arbeitsgruppe bestehend aus Klassifikationsgesellschaften, Werften, Zulieferbetrieben, Verbände, Behörden und Hochschulen hat den Prozess auf nationaler Ebene begleitet. Im Rahmen des vorliegenden Vortrages wird der aktuelle Diskussionsstand (BLG ) vorgestellt und insbesondere auf betriebliche und operative Aspekte eingegangen. Rückschlüsse für die zukünftigen Ausbildungsanforderungen von Schiffsingenieuren und Besatzungsmitgliedern werden vorgestellt.