LNG船國產(chǎn)化研究

張濤 高彩魁 羅明星

1.廣東省深圳市城市規(guī)劃發(fā)展研究中心 2.廣東省深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司3.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院

LNG船國產(chǎn)化研究

張濤1高彩魁2羅明星3

1.廣東省深圳市城市規(guī)劃發(fā)展研究中心 2.廣東省深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司3.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院

隨著LNG海上貿(mào)易的蓬勃發(fā)展,LNG船的建造越來越受到各國的重視,而我國在這方面的工作才剛剛起步。為此,概述了LNG船的發(fā)展歷史,詳細(xì)介紹了 GTT型(薄膜艙)、MOSS型(球形艙)和SPB型(棱形艙)3種類型LNG船貨艙貨物圍護(hù)系統(tǒng);討論了LNG船的關(guān)鍵性技術(shù),指出LNG船的技術(shù)進(jìn)步主要反映在降低日氣化率和提高蒸發(fā)氣的回收利用率上;分析了我國LNG船建造業(yè)和國際先進(jìn)水平的差距,認(rèn)為我國發(fā)展LNG船建造業(yè)面臨如下瓶頸問題:①目前我國制造業(yè)的整體水平、冶金及材料等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展水平和工人技術(shù)水平都是發(fā)展LNG船的制約因素;②缺乏關(guān)鍵性技術(shù),需要攻關(guān)相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)、建造技術(shù)、管理技術(shù)、專用工裝設(shè)計(jì)5項(xiàng)技術(shù)難題。最后提出了打造中國自己的LNG船的技術(shù)途徑——只有堅(jiān)定不移地走自主創(chuàng)新與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合的道路,才能構(gòu)建好中國的LNG船舶制造業(yè),打造出完全屬于中國自己的LNG船。

LNG船 產(chǎn)業(yè)鏈 薄膜艙 球形艙 棱形艙 自主創(chuàng)新 技術(shù)引進(jìn)

在LNG海上運(yùn)輸行業(yè)中,LNG船是連接天然氣液化廠和LNG接收站的重要工具[1]。LNG船是除長輸管線以外進(jìn)行規(guī)?；烊粴廨斔妥顬橛行У姆椒ㄖ?同時(shí)也是下游燃?xì)馄髽I(yè)擺脫“照付不議”制約條款最有效的方式。這類船舶在目前技術(shù)條件下的標(biāo)準(zhǔn)載貨量主要集中在(13～15)×104m3的區(qū)間,設(shè)計(jì)船齡在40～45 a。

構(gòu)建中國LNG船舶制造業(yè)有著極其重要的意義,但同時(shí)也面臨著缺乏關(guān)鍵性技術(shù)的瓶頸問題,要想打造中國自己的LNG船,需要走自主創(chuàng)新與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合的道路。

1 LNG船的發(fā)展概況

20世紀(jì)50～60年代,美國開始研究LNG船,并率先投入于規(guī)?；奶烊粴庖夯秃Ｉ螸NG商業(yè)貿(mào)易運(yùn)輸,后來其他的少數(shù)發(fā)達(dá)國家逐漸掌握了LNG船的建造技術(shù),并發(fā)展至大規(guī)模使用階段。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2006年LNG船全球共有206艘,2009年就已經(jīng)增加到了300艘。

從目前的技術(shù)發(fā)展來看,某些先進(jìn)國家已經(jīng)設(shè)計(jì)并投入使用了16×104m3、20×104m3乃至30×104m3的LNG運(yùn)輸船舶[2]。20×104m3以下的LNG船普遍采用雙燃料作為動力(天然氣和柴油)。為求適應(yīng)LNG貿(mào)易的理性發(fā)展,同時(shí)也受到LNG發(fā)送站和LNG接收站港口水深條件的限制[3],LNG運(yùn)輸船舶的艙容量穩(wěn)定在(10～20)×104m3的水平是較為合理的。此類容量LNG船的建造合同價(jià)格同樣隨著LNG海上貿(mào)易的發(fā)展而穩(wěn)步攀升,表1為在1998年至2006年間,艙容量為13.5×104m3LNG船的建造合同價(jià)格統(tǒng)計(jì)情況。

表1 13.5×104 m3 LNG船的建造合同價(jià)格表

2 LNG船貨艙的圍護(hù)系統(tǒng)

LNG船貨艙氣化率數(shù)值的取值高低完全是由LNG船貨艙的漏熱性能決定的,因設(shè)計(jì)理念的不同,各個(gè)國家LNG船貨艙貨物圍護(hù)系統(tǒng)采用的隔熱方法也有所不同。據(jù)此,LNG船貨艙貨物圍護(hù)系統(tǒng)可分為以下3種:GTT型(Gaz Transport Technigaz)、MOSS型(Moss Rosenberg)和SPB型。GTT型是薄膜艙, MOSS型是球形艙,SPB型是棱形艙(前身為Couch型)[4]。

2.1 GTT型LNG船

GTT型LNG船為薄膜圍護(hù)系統(tǒng)的LNG船,此類圍護(hù)系統(tǒng)主要由主薄膜、次薄膜、雙層船殼和低溫隔熱層4部分所組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。GTT型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有兩種形式,其薄膜內(nèi)均會受到靜應(yīng)力、動應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用影響。

圖1 GTT型LNG船貨艙的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 MOSS型LNG船

MOSS型LNG船的球罐采用鋁合金制成,板材的厚度按照不同的部位大致取值在30～170 nm。為達(dá)到理想的保溫作用,鋁合金球的外表覆蓋著一層厚厚的泡沫絕緣材料,同時(shí)為了保護(hù)絕緣材料,整個(gè)貨艙球的最外表面是保護(hù)型金屬外殼。大型球罐的制造工藝流程分為備材、分段焊接、組件合成和液罐總成4個(gè)部分,詳見圖2。

2.3 SPB型LNG船

SPB型LNG船是由棱形Couch型LNG船逐漸發(fā)展而來的,其貨艙結(jié)構(gòu)原本是考慮設(shè)計(jì)在液化石油氣(LPG)船上的。研發(fā)之初,為減少貨物(即LNG)在艙內(nèi)的晃蕩撞擊,增加船舶的穩(wěn)定性和安全性,通常在貨艙內(nèi)部增加一道縱向艙壁將貨艙一分為二,貨艙材料采用的是耐低溫鋁合金,絕熱材料采用塑料泡沫。目前此類結(jié)構(gòu)船舶已較少用作LNG船。

圖2 MOSS型LNG船的球罐總成流程圖

3 LNG船技術(shù)發(fā)展的新構(gòu)思

在LNG船的建造和發(fā)展過程中,技術(shù)的持續(xù)更新和不斷進(jìn)步是提高LNG運(yùn)輸效益和拓展LNG市場的一個(gè)非常重要的因素,LNG船的技術(shù)進(jìn)步主要反映在日氣化率和蒸發(fā)氣的回收利用上。

3.1 具備熱阻滯新型艙裙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

在MOSS型船的球形儲槽中,沿艙裙結(jié)構(gòu)的漏熱量占儲槽總漏熱量的比例較大,如果我們在此流程中采用較為先進(jìn)的熱阻滯結(jié)構(gòu),則可大大地減少漏熱量。此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于插嵌入一塊特殊材質(zhì)的不銹鋼板在鋁和鋼質(zhì)裙之間,這樣既可以起到隔熱的效果,又可以發(fā)揮其穩(wěn)定系統(tǒng)的作用,而且可以將日氣化率下降到0.1%左右。其結(jié)果如圖3所示。

圖3 艙裙結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 再次液化系統(tǒng)的模擬研究

在LNG船上裝備可靠性較強(qiáng)的再次液化裝置,具有巨大的市場價(jià)值。再次液化裝置分為全部再次液化裝置、自持式再次液化裝置和部分再次液化裝置3類,其均處于可行性研究階段,并未實(shí)際投入生產(chǎn)使用。圖4為LNG船的再次液化裝置原理圖。3.3 強(qiáng)制氣化系統(tǒng)

圖4 LNG船再次液化裝置原理示意圖

為了提高LNG船的氣化效率,在一個(gè)富有彈性的范圍內(nèi)提供更多的天然氣,可以在LNG船上考慮設(shè)計(jì)強(qiáng)制氣化系統(tǒng)。強(qiáng)制氣化系統(tǒng)主要包括加熱器、壓縮機(jī)、強(qiáng)制式蒸發(fā)器、閥門、水泵(液貨艙內(nèi))以及一些附屬設(shè)備等。相關(guān)原理如圖5所示。

圖5 強(qiáng)制式氣化系統(tǒng)原理示意圖

4 構(gòu)建中國LNG船制造業(yè)的重要性

4.1 保障國家的能源安全

據(jù)統(tǒng)計(jì),2010年,我國需要38艘LNG船以期帶動LNG貿(mào)易的發(fā)展,到2015年,則將超過65艘。如果我國本土企業(yè)完全掌握了LNG船舶建造的核心技術(shù),那么我國能源戰(zhàn)略的實(shí)施將會得到強(qiáng)有力的保障[5]。

4.2 激活能源供應(yīng)市場

下游燃?xì)馄髽I(yè)擁有一定規(guī)模的LNG載運(yùn)能力,可以激活能源供應(yīng)市場。

4.3 提高船舶工業(yè)國際競爭力

打造中國自己的LNG船,可以大大提高我國船舶工業(yè)的整體技術(shù)水平和競爭力,促進(jìn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整,擴(kuò)大船舶工業(yè)的生存和發(fā)展空間。日本和韓國造船業(yè)的發(fā)展歷程就證明了這一點(diǎn)。他們通過技術(shù)引進(jìn)和自我創(chuàng)新,確立了本國在國際船舶行業(yè)中的強(qiáng)國地位[6]。

4.4 提高船舶工業(yè)出口創(chuàng)匯能力并帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

LNG船由于技術(shù)難度大、附加值高、價(jià)格是同噸位散貨船的4～5倍,因而建造LNG船具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。LNG船項(xiàng)目關(guān)聯(lián)度較大,能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且建造LNG船涉及的眾多關(guān)鍵性技術(shù),同樣對其他船舶制造也是一個(gè)促進(jìn)。

5 中國LNG船舶國產(chǎn)化的可行性

中國是世界上第三大造船大國,國內(nèi)的大型船廠已經(jīng)基本具備建造各類新型船舶的經(jīng)驗(yàn)和條件,某些國內(nèi)大型船舶建造企業(yè)已經(jīng)完成了LNG船模擬貨艙的制作,突破了LNG船制造中的某些關(guān)鍵性技術(shù),特別是中船集團(tuán)下屬的滬東中華造船集團(tuán)有限公司承擔(dān)的“大型薄膜型液化天然氣船關(guān)鍵制造技術(shù)研究”項(xiàng)目,目前已通過了中華人民共和國工業(yè)和信息化部的驗(yàn)收。因此,從現(xiàn)有水平來看,中國完全有潛力獨(dú)立承擔(dān)LNG船的建造工作。

6 中國LNG船制造業(yè)面臨的困境

就LNG船的建造能力而言,我國與世界領(lǐng)先國家的差距主要表現(xiàn)在LNG船的整體研發(fā)能力方面。目前,我國只是消化吸收了15×104m3LNG船的建造技術(shù),而對于20×104m3以上的LNG船還缺乏技術(shù)準(zhǔn)備,需要攻關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下5項(xiàng)。

6.1 基礎(chǔ)技術(shù)

主要包括LNG船船體溫度場分布、計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)在LNG船上的應(yīng)用、液貨艙晃蕩壓力、螺旋槳設(shè)計(jì)技術(shù)、LNG船材料與設(shè)備國產(chǎn)化和LNG船特殊管系的溫度應(yīng)力分析研究。

6.2 設(shè)計(jì)技術(shù)

主要包括LNG船設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、船體論證、船體結(jié)構(gòu)對液貨艙溫度場的應(yīng)力響應(yīng)、典型動力裝置設(shè)計(jì)技術(shù)、船體屈曲屈服疲勞強(qiáng)度及變形的分析、集成自動化系統(tǒng)、超大容量電站電網(wǎng)和涂裝規(guī)范等。

6.3 建造技術(shù)

主要包括新型動力裝置安裝及實(shí)驗(yàn)技術(shù)、超大型分段精度建造技術(shù)、絕緣箱制造技術(shù)與產(chǎn)能、總組和船塢總裝技術(shù)、船體焊接技術(shù)、泵塔制造及安裝技術(shù)、殷瓦焊接技術(shù)規(guī)范、殷瓦安裝技術(shù)和貨艙圍護(hù)系統(tǒng)密封性試驗(yàn)技術(shù)等。

6.4 管理技術(shù)

包括計(jì)劃管理技術(shù)、質(zhì)量管理中CTI計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)化、HSE管理技術(shù)和貨艙圍護(hù)系統(tǒng)物流管理技術(shù)等。

6.5 專用工裝設(shè)計(jì)

主要包括液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)殷瓦安裝模板及工具、檢驗(yàn)超低溫閥門的壓力檢測設(shè)備和泵塔制造的專用工具裝備等。

LNG船的設(shè)計(jì)、建造要求極為苛刻,目前我國制造業(yè)的整體水平、冶金及材料等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展水平和工人技術(shù)水平都是我國發(fā)展LNG船的制約因素。

7 中國LNG船國產(chǎn)化的技術(shù)路徑

盡管目前國內(nèi)某些船舶建造企業(yè)基本具備了一定規(guī)模的LNG船建造能力,但要全面掌握LNG船建造技術(shù),完成整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建,最好還是要走自主創(chuàng)新與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合的道路。

中國的船舶建造企業(yè)應(yīng)該以LNG船體結(jié)構(gòu)平臺作為總體設(shè)計(jì)平臺,最好以貨物圍護(hù)、超低溫液貨、動力、電力和集控5大系統(tǒng)為研究重點(diǎn),發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢,充分利用已有基礎(chǔ),引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新和自主開發(fā)協(xié)同進(jìn)行,總體技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)、配套技術(shù)協(xié)同展開。在完成目標(biāo)船的同時(shí),形成自主研發(fā)設(shè)計(jì)能力,實(shí)現(xiàn)LNG船的自主創(chuàng)新,全面提高產(chǎn)業(yè)的競爭力。

要真正實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),必須要把LNG船船型、船體結(jié)構(gòu)兩大平臺的研制工作交由行業(yè)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)牽頭,聯(lián)合相關(guān)高校等研究單位共同攻關(guān),開發(fā)出全部具有自主知識產(chǎn)權(quán)、能夠滿足最新技術(shù)要求、性能優(yōu)良的新船型。

此外,LNG船貨艙貨物圍護(hù)系統(tǒng)可以通過購買國外專利技術(shù),逐漸實(shí)現(xiàn)絕緣箱和絕緣材料的國產(chǎn)化。在超低溫液貨系統(tǒng)和動力系統(tǒng)方面,可與國外廠商開展技術(shù)合作,進(jìn)而掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。在電力系統(tǒng)和集控系統(tǒng)方面,則要實(shí)現(xiàn)自主開發(fā),掌握設(shè)計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

8 結(jié)束語

截至2009年,通過技術(shù)引進(jìn)的方式,我國已完成了5艘LNG船的建造,第6艘LNG船也已開始進(jìn)入技術(shù)準(zhǔn)備階段。與此同時(shí),數(shù)家知名船舶建造企業(yè)都已表示愿意涉足LNG船建造領(lǐng)域。

要想真正打造出完全屬于中國自主研發(fā)的LNG船,是一項(xiàng)需要長期堅(jiān)持的工作,涉及眾多產(chǎn)業(yè)類型和多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),需要相關(guān)專業(yè)同仁們的共同努力。

[1]歐衛(wèi)新,李玉如.我國LNG海運(yùn)市場發(fā)展前景展望[J].水運(yùn)管理,2007,29(6):6-8.

[2]付昌輝.全球LNG貿(mào)易與LNG船需求[J].中國水運(yùn),2003 (4):5-6.

[3]張青松.港口水域LNG罐箱運(yùn)輸定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].天然氣工業(yè),2009,29(1):114-116.

[4]汪風(fēng)蓮,朱榮改,王晶.我國LNG船舶的建造技術(shù)問題分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2002,13(5):11-13.

[5]王健.液化天然氣船業(yè)運(yùn)輸?shù)奶接慬J].天津煤氣,2004(4): 11-13.

[6]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.

Possibility and difficulties of China-made LNG carriers

Zhang Tao1,Gao Caikui2,Luo M ingxing3
(1.U rban Planning &Development Research Center of Shenzhen,Shenzhen,Guangdong 518040,China; 2.U rban Planning﹠ Design Institute of Shenzhen,Shenzhen,Guangdong 518040,China;3.College of U rban Construction and Environmental Engineering,Chongqing University,Chongqing 400030,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.76-79,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

With the rapid development of LNGmarine trade,more and more countries have showed their great concern for the LNG carrier construction.However,this wo rk in China has just started its initial step.Therefore,this paper firstmakes an overview on the histo ry of LNG carriers,then introduces the cargo-holding and cargo-retaining system of 3 types of LNG carriers:GTT(Gaz Transport Technigaz,a membrane-cabin carrier),MOSS(Moss Rosenberg,a sphere-cabin carrier)and SPB(a p rismatic-cabin carrier).Mo reover,it also discusses the key techniquesof the LNG carriers and pointesout that themajo r technical advances lie in reducing the daily gasification rate and imp roving the recovery﹠utilization rate of the hydrocarbon vapor.In addition,it studies the gap in the LNG carrier construction industry between China and thewo rld,and believes that Chinese LNG carrier construction sector is confronted w ith several p roblem s.First,the current overall level of China’smanufacturing industry,metallurgy and materials related industries,and the technical skills of the wo rkers have become the constraints.Second,China lacks the key technologies and has to tackle 5 major technical p roblems related to basic technology,design technology,construction technology,management techniques,and specialized tool design technology.Finally,this paper suggests that China should only insist on the combination of the independent innovation and the imported technologies in a bid to build a better Chinese LNG shipping industry and to create China’s ow n LNG carriers.

LNG carrier,vessel,industry chain,membrane-cabin,sphere-cabin,p rismatic-cabin,independent innovation,imported technology

張濤,1981年生,學(xué)士;主要從事市政燃?xì)鈱I(yè)規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。地址:(518040)廣東省深圳市福田區(qū)紅荔西路8009號規(guī)劃大廈一樓108B室。電話:13510519754。E-mail:343423690@qq.com

張濤等.LNG船國產(chǎn)化研究.天然氣工業(yè),2010,30(7):76-79.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.021

2010204216 編輯 何 明)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.021

Zhang Tao,bo rn in 1981,holds a B.Sc.degree and ismainly engaged in the p lanning and design of the urban fuel gas engineering.

Add:Room 108B,1st Floor,No.8009,Guihua Building,West Hongli Rd.,Futian District,Shenzhen,Guandong 518040,P.R. China

Mobile:+86-13510519754E-mail:343423690@qq.com