CNG运输船开发动向

中船集团七○八所 李 源

CNG运输船开发动向

中船集团七○八所 李 源

最早的CNG运输船概念出现于1968年，CNG的压力值和温度分别为80bar和-60℃，原型船在美国新泽西州建造和试验，并通过美国海岸警卫队审核，但并未商业化应用。目前，世界范围内开发出的技术成熟的CNG运输船设计方案共有6种。

加拿大Sea NG公司开发的CNG运输船

加拿大海洋天然气公司的CNG运输船采用Coselle技术，Coselle是一种货物系统，将高压力（275bar，常温）的天然气储存于小口径钢质盘圆管路中，是典型的Coselle系统为10英里（约合16km）长的小口径管路盘卷成的一个盘圆结构。Coselle的直径为15～20米，高2.5～4.5米，重约550t。一个Coselle约可装载3 mmscf（300万标准立方英尺）的天然气，装载量的大小与Coselle的尺度、气体温度、压力及组分有关。Coselle CNG系统只需要很少的岸上设施，天然气的装、卸能在简单的港口管道设施中完成，大大减少了环境污染和费用投入。如果无法进入港口，也可在海上浮体上转运。Coselle CNG船每航程为200～2000km，运力可达30 ～ 500mmscf。

2006年美国船级社批准了首艘Coselle压缩天然气船的建造，该船由Guido Perla & Associates（GPA）公司为Sea NG公司提供设计。船长118米，船上拥有16个Coselle，天然气装载量为50mmscf，这些Coselle布置在4个相同尺寸的堆架中（Stack），堆架位于主甲板上一个完全封闭的货舱内。船上装备有2台全方位Z形推进系统和1个船首导管推进器，船员编制11人。

2007年GPA公司又开发出两种不同尺度的CNG船，其中种船长204米，船员编制20人，配备有84个Coselle，总的气体装载能力达到250mmscf。另一种船长141米，船员编制11人，配备有25个Coselle，5个堆架，总的气体装载能力达75mmscf。

Sea NG公司目前已开发出数量Coselle船，从拥有16个Coselle，可运载约50mmscf天然气的CNG船到拥有144个Coselle，可运载约450mmscf天然气的CNG船。将其运载量与LNG船比较，一艘大型的LNG船能运载超过140000m3的LNG，当再气化时，将膨胀到8400万m3，或约30亿立方英尺天然气，即相当于3000mmscf。

EnerSea运输公司、川崎汽船及现代重工合作开发的CNG运输船

早在2002年，美国EnerSea运输公司就开始与日本川崎汽船及韩国现代重工合作开发CNG运输船，核心技术为VOTRANS技术，天然气被压缩至130bar，温度需冷却至-29℃，采用钢质、垂直放置的管路模块存储压缩天然气，典型的该模块高36米，包含24个管路，可装载约7mmscf天然气。合作开发的具体分工为EnerSea公司负责天然气压缩存储舱和天然气流程系统设计，现代重工则负责船体、动力系统和相关功能系统的设计。首艘合作开发的船型称为V800型，该船天然气设计装载量为700～800mmscf，单次航程可达2500英里（约1552km），平均运力为300～ 500mmscf/天。2003年ABS原则认可了V800的船型设计。目前共开发出三种船型：V800、V600及V1000，并计划实施商业化建造。

三星重工开发的PNG船

在现代重工成功研发CNG船的同时，三星重工也成功地研发出了与CNG船性能相类似的压缩天然气运输船PNG船。三星重工现正在向欧洲船东推荐PNG船，并希望获得订单。

三星重工开发的PNG船基于Knutsen OAS航运公司所有的压缩天然气储存技术，该技术已获DNV正式认可。采用直径为1米，长度为36米的管状容器存储天然气，温度为常温，压力250bar，温度及压力均高于现代重工所开发的CNG船。该船长259.7米，宽54米，深29米，33000DWT，天然气装载容积77190m3，船上设有12个货舱，装载压缩天然气的气瓶共2672个，由于是常温运输，因此无需绝缘冷柜，天然气也不会因蒸发而损耗。

挪威CETech公司开发的CNG运输船

2004年挪威Teekay航运公司、Leif Hoegh公司与挪威最大的油气公司Statoil组成CETech（Compressed Energy Technology，压缩能源技术）公司开始长期的项目合作，合作的最终目的是促成压缩天然气运输技术的商业化。此后，CETech公司又进一步扩展其业务范围至开发混合CNG/石油运输船、Shuttle Producer和CNG穿梭运输船。

该公司开发的CNG穿梭运输船的货舱系统是水平布置的外覆厚壁的钢质存储管，压力可达150～250bar。这些管路布置在甲板内和甲板上。船长200～300米，宽40～60米。CNG穿梭运输船可有多种用途，可从平台接收处理过的气体，也可在船上对气体进行处理，另外气体也可通过一个APL装载/卸载系统装载到船上。该系统中，连接海底设备的浮体被引入船体中，并与船自身的接收设备相匹配，船装载完毕后与浮体解除连接，然后可航行至陆地终端或其它海上设施。

而Shuttle Producer则是将CNG系统安装在常规的穿梭油船上。CNG货舱系统是单独制造的，增加了船体建造的灵活性。该项目的开发主要是针对挪威研究委员会（Norwegian Research Council）的要求，满足了同步生产石油和伴生气的要求。该项研究着重开发船舶与管路系统间的接口，特别是管路如何固定在船舶上。同时，还有多种设计是针对阿芙拉型和苏伊士最大型油船的。基于阿芙拉型油船的设计将能装载60000～70000m3石油和8000m3气体，而基于苏伊士最大型的设计将装载120000m3石油和30000m3气体。所有存储设备将安装于甲板上，甲板内存储石油。尽管布置空间足够，但额外的重量和体积将改变船舶自身的性能，因此船舶必须新建。

该货舱系统的概念设计已获得DNV原则认可，船型设计上的主要技术难点在于：1）货舱系统；2）钢质管路两端的设计；3）专门的货舱加热系统，卸载气体时货舱中压力的下降会导致温度明显下降，并对货舱系统中的钢材产生影响。

此外，CETech公司还在研制具商业价值的最大CNG船，构思中的最大CNG船可装载10万m3气体，每年运量在5～30亿m3，每航程为300～2000海里之间（556～3706km）。

加拿大Trans CNG公司开发的CNG运输船

加拿大Trans CNG公司由TransCanada管路公司和海外船舶控股集团（OSG）合资成立，开发了气体运输模块（GTM）CNG运输系统，该系统采用NCF工业公司的复合材料管路技术。GTM是一种复合加强压力容器，重量较轻，安全性高，可在环境温度下操作。天然气被压缩到高于207bar，然后通过高压装载连接管装载到船上的GTM中。卸载时，CNG船与卸载管道系统和减压站相连执行卸载作业。该设计用于内河驳船已获ABS审核通过，远洋船的GTM系统也已获得LR的原则认可。

Trans Ocean Gas公司开发的CNG运输船

Trans Ocean Gas公司是加拿大一家私人公司，其模块化的CNG运输容器采用纤维强化塑料（FRP）压力容器。这种FRP压力容器广泛用于航空工业、国防工业、海洋油气工业以及公共运输，其安全性和可靠性已经过检验。其优点为：重量轻（为钢材的1/3）；耐腐蚀；安全性好，不会产生破裂；可靠性高（故障率＜10-5）；耐低温（-80℃）；成本低等。

该CNG系统装配于模块盒，便于安装和固定。模块盒可垂直放置许多FRP瓶，每个模块盒的顶端和底端均设有连接总管。钢质的模块盒结构使气体容器系统免受水动力运动和振动的影响。该模块盒系统在航行中任何时候均可保证100%的可视率。另外，为确保FRP瓶的连贯性，总管和管路网以及第一绝缘阀均采用双炼不锈钢制造。该货舱系统2003年获ABS原则认可。

CNG运输船的商业化进程

虽然CNG运输船的技术难点已经攻克，但商业化应用一直还未实现。目前，并没有一艘商业化的CNG运输船交付，不过近年来业内一些企业纷纷考虑投资新建CNG运输船。

2004年印尼船东PT Arpeni已开始与韩国现代重工就建造世界第1艘CNG运输船事宜进行谈判，当时计划订造最少2艘每艘容积75000m3的CNG运输船。

韩国现代重工与美国EnerSea公司对CNG运输船的合作开发工作已顺利完成，并且船型设计已获得ABS船级社的认可。日本川崎汽船公司将成为首家订购企业。

加拿大Sea NG公司计划在今后10年内投资建造多艘Coselle CNG运输船，各类型号和艘数分别是：运力为50mmscf的16艘，运力为250mmscf的84艘，运力为325mmscf的108艘，运力为450mmscf的144艘。

2009年TransCNG国际公司就建造1艘CNG运输船发起招标，韩国现代重工、三星重工、大宇重工以及中国一家没有透露名称的船厂参与了竞标，该种船计划共建造4艘，并交与越南油气总公司用于大熊油田的油气开发运输。

作为天然气产业链的重要组成部分，气体运输船的前景必将十分广阔。而作为一种新生事物，CNG运输船为运输天然气提供了一种可选方案，能很好地填补采取管道运输和LNG运输均不具备经济性的市场盲区。

CNG运输船的市场需求潜力很大。在LNG船开发建造方面，我国与日、韩的差距已经很大了，但CNG船的商业化发展刚起步，目前世界范围内还没有任何一家企业有建造经验，这给了我们一个同台竞技的大好机会，也是开拓新的经济增长点的有效途径。所以，我们应抓住机会，尽快攻克相关技术难点，提高自身的竞争力。值得注意的是，日、韩以及欧美的一些企业市场嗅觉十分敏锐，能够时时走在市场的前面，了解船东的需求，提前进行技术储备，当市场需求来临时正好合上市场的节拍，拓展了企业的经营渠道，也许这正是我们需要学习的地方。

The commercial use of CNG transport ships has yet to be materialized although technical difficulties concerning CNG transport ships have been resolved. Up to now, there is not yet a single delivery of CNG transport ship for commercial use, however, some enterprises within the industry are considering investing in building new CNG transport ships.

Back in 2004, shipowners in Indonesia have begun to negotiate with Hyundai Heavy Industry about building the fi rst CNG transport ship in the world, and at least 2 CNG transport ships of 75000 m3each were under consideration.

The cooperation on development of CNG transport ships between Hyundai Heavy Industry and the EnerSea Transport LLC has successfully accomplished and the ship type design has been approved by ABS. K-Line Company in Japan will be the fi rst enterprise to order CNG transport ships.

Sea NG Corporation in Canada plans to invest in building Coselle CNG transport ships in the next 10 years, with 16 ships of 50mmscf, 84 ships of 250mmscf, 108 ships of 325mmscf and 144 ships of 450mmscf.

In 2009, TransCNG International called for tenders to build one CNG transport ship, which attracted Hyundai Heavy Industry, Samsung Heavy Industry, Daewoo Heavy Industry and one shipyard from China which declined identif i cation.4 ships of the same ship type are under planning and will be delivered to the Vietnam Oil and Gas Corporation for oil and gas exploitation and transportation of Great Bear oil fi eld.

As the important component of the chain of natural gas industry, CNG transport ships have a bright future. And as a newborn thing, CNG transport ships provide an alternative solution for natural gas transportation, and fi ll in the blind areas of the market where transportation through pipelines and LNG ships may not be an economic choice.

There is great potential in demand for CNG transport ships. China has been lagged far behind from Japan and Korea in the development and construction of LNG ships, whilst CNG ships provide us with the opportunity to compete on the same platform and the effective means to search for points for new economic increase, since no enterprise in the world has obtained the experience of CNG construction. We should grasp this opportunity to resolve the technical difficulties and to sharpen the competitive edges. Enterprises in Japan, Korea, Europe and America are very sensitive to the market and can therefore put themselves in the forefront of the market. They have a good understanding of the needs of shipowners and will make technical reservations beforehand, which enable them to keep tempo with the market when such needs befall. This helps them to expand business and therefore is something worthy for us to learn from.

The Development Trend of CNG Transport Ship

By Li Yuan