LNG船国产化研究

张涛 高彩魁 罗明星

1.广东省深圳市城市规划发展研究中心 2.广东省深圳市城市规划设计研究院有限公司3.重庆大学城市建设与环境工程学院

LNG船国产化研究

张涛1高彩魁2罗明星3

1.广东省深圳市城市规划发展研究中心 2.广东省深圳市城市规划设计研究院有限公司3.重庆大学城市建设与环境工程学院

随着LNG海上贸易的蓬勃发展,LNG船的建造越来越受到各国的重视,而我国在这方面的工作才刚刚起步。为此,概述了LNG船的发展历史,详细介绍了 GTT型(薄膜舱)、MOSS型(球形舱)和SPB型(棱形舱)3种类型LNG船货舱货物围护系统;讨论了LNG船的关键性技术,指出LNG船的技术进步主要反映在降低日气化率和提高蒸发气的回收利用率上;分析了我国LNG船建造业和国际先进水平的差距,认为我国发展LNG船建造业面临如下瓶颈问题:①目前我国制造业的整体水平、冶金及材料等相关行业的发展水平和工人技术水平都是发展LNG船的制约因素;②缺乏关键性技术,需要攻关相关基础技术、设计技术、建造技术、管理技术、专用工装设计5项技术难题。最后提出了打造中国自己的LNG船的技术途径——只有坚定不移地走自主创新与技术引进相结合的道路,才能构建好中国的LNG船舶制造业,打造出完全属于中国自己的LNG船。

LNG船 产业链 薄膜舱 球形舱 棱形舱 自主创新 技术引进

在LNG海上运输行业中,LNG船是连接天然气液化厂和LNG接收站的重要工具[1]。LNG船是除长输管线以外进行规模化天然气输送最为有效的方法之一,同时也是下游燃气企业摆脱“照付不议”制约条款最有效的方式。这类船舶在目前技术条件下的标准载货量主要集中在(13～15)×104m3的区间,设计船龄在40～45 a。

构建中国LNG船舶制造业有着极其重要的意义,但同时也面临着缺乏关键性技术的瓶颈问题,要想打造中国自己的LNG船,需要走自主创新与技术引进相结合的道路。

1 LNG船的发展概况

20世纪50～60年代,美国开始研究LNG船,并率先投入于规模化的天然气液化和海上LNG商业贸易运输,后来其他的少数发达国家逐渐掌握了LNG船的建造技术,并发展至大规模使用阶段。据统计, 2006年LNG船全球共有206艘,2009年就已经增加到了300艘。

从目前的技术发展来看,某些先进国家已经设计并投入使用了16×104m3、20×104m3乃至30×104m3的LNG运输船舶[2]。20×104m3以下的LNG船普遍采用双燃料作为动力(天然气和柴油)。为求适应LNG贸易的理性发展,同时也受到LNG发送站和LNG接收站港口水深条件的限制[3],LNG运输船舶的舱容量稳定在(10～20)×104m3的水平是较为合理的。此类容量LNG船的建造合同价格同样随着LNG海上贸易的发展而稳步攀升,表1为在1998年至2006年间,舱容量为13.5×104m3LNG船的建造合同价格统计情况。

表1 13.5×104 m3 LNG船的建造合同价格表

2 LNG船货舱的围护系统

LNG船货舱气化率数值的取值高低完全是由LNG船货舱的漏热性能决定的,因设计理念的不同,各个国家LNG船货舱货物围护系统采用的隔热方法也有所不同。据此,LNG船货舱货物围护系统可分为以下3种:GTT型(Gaz Transport Technigaz)、MOSS型(Moss Rosenberg)和SPB型。GTT型是薄膜舱, MOSS型是球形舱,SPB型是棱形舱(前身为Couch型)[4]。

2.1 GTT型LNG船

GTT型LNG船为薄膜围护系统的LNG船,此类围护系统主要由主薄膜、次薄膜、双层船壳和低温隔热层4部分所组成,其结构如图1所示。GTT型的围护结构有两种形式,其薄膜内均会受到静应力、动应力和热应力的作用影响。

图1 GTT型LNG船货舱的结构示意图

2.2 MOSS型LNG船

MOSS型LNG船的球罐采用铝合金制成,板材的厚度按照不同的部位大致取值在30～170 nm。为达到理想的保温作用,铝合金球的外表覆盖着一层厚厚的泡沫绝缘材料,同时为了保护绝缘材料,整个货舱球的最外表面是保护型金属外壳。大型球罐的制造工艺流程分为备材、分段焊接、组件合成和液罐总成4个部分,详见图2。

2.3 SPB型LNG船

SPB型LNG船是由棱形Couch型LNG船逐渐发展而来的,其货舱结构原本是考虑设计在液化石油气(LPG)船上的。研发之初,为减少货物(即LNG)在舱内的晃荡撞击,增加船舶的稳定性和安全性,通常在货舱内部增加一道纵向舱壁将货舱一分为二,货舱材料采用的是耐低温铝合金,绝热材料采用塑料泡沫。目前此类结构船舶已较少用作LNG船。

图2 MOSS型LNG船的球罐总成流程图

3 LNG船技术发展的新构思

在LNG船的建造和发展过程中,技术的持续更新和不断进步是提高LNG运输效益和拓展LNG市场的一个非常重要的因素,LNG船的技术进步主要反映在日气化率和蒸发气的回收利用上。

3.1 具备热阻滞新型舱裙结构系统

在MOSS型船的球形储槽中,沿舱裙结构的漏热量占储槽总漏热量的比例较大,如果我们在此流程中采用较为先进的热阻滞结构,则可大大地减少漏热量。此项技术的关键在于插嵌入一块特殊材质的不锈钢板在铝和钢质裙之间,这样既可以起到隔热的效果,又可以发挥其稳定系统的作用,而且可以将日气化率下降到0.1%左右。其结果如图3所示。

图3 舱裙结构示意图

3.2 再次液化系统的模拟研究

在LNG船上装备可靠性较强的再次液化装置,具有巨大的市场价值。再次液化装置分为全部再次液化装置、自持式再次液化装置和部分再次液化装置3类,其均处于可行性研究阶段,并未实际投入生产使用。图4为LNG船的再次液化装置原理图。3.3 强制气化系统

图4 LNG船再次液化装置原理示意图

为了提高LNG船的气化效率,在一个富有弹性的范围内提供更多的天然气,可以在LNG船上考虑设计强制气化系统。强制气化系统主要包括加热器、压缩机、强制式蒸发器、阀门、水泵(液货舱内)以及一些附属设备等。相关原理如图5所示。

图5 强制式气化系统原理示意图

4 构建中国LNG船制造业的重要性

4.1 保障国家的能源安全

据统计,2010年,我国需要38艘LNG船以期带动LNG贸易的发展,到2015年,则将超过65艘。如果我国本土企业完全掌握了LNG船舶建造的核心技术,那么我国能源战略的实施将会得到强有力的保障[5]。

4.2 激活能源供应市场

下游燃气企业拥有一定规模的LNG载运能力,可以激活能源供应市场。

4.3 提高船舶工业国际竞争力

打造中国自己的LNG船,可以大大提高我国船舶工业的整体技术水平和竞争力,促进产品的结构调整,扩大船舶工业的生存和发展空间。日本和韩国造船业的发展历程就证明了这一点。他们通过技术引进和自我创新,确立了本国在国际船舶行业中的强国地位[6]。

4.4 提高船舶工业出口创汇能力并带动相关产业的发展

LNG船由于技术难度大、附加值高、价格是同吨位散货船的4～5倍,因而建造LNG船具有较好的经济效益。LNG船项目关联度较大,能带动相关产业的发展,而且建造LNG船涉及的众多关键性技术,同样对其他船舶制造也是一个促进。

5 中国LNG船舶国产化的可行性

中国是世界上第三大造船大国,国内的大型船厂已经基本具备建造各类新型船舶的经验和条件,某些国内大型船舶建造企业已经完成了LNG船模拟货舱的制作,突破了LNG船制造中的某些关键性技术,特别是中船集团下属的沪东中华造船集团有限公司承担的“大型薄膜型液化天然气船关键制造技术研究”项目,目前已通过了中华人民共和国工业和信息化部的验收。因此,从现有水平来看,中国完全有潜力独立承担LNG船的建造工作。

6 中国LNG船制造业面临的困境

就LNG船的建造能力而言,我国与世界领先国家的差距主要表现在LNG船的整体研发能力方面。目前,我国只是消化吸收了15×104m3LNG船的建造技术,而对于20×104m3以上的LNG船还缺乏技术准备,需要攻关的技术难点主要有以下5项。

6.1 基础技术

主要包括LNG船船体温度场分布、计算流体力学技术在LNG船上的应用、液货舱晃荡压力、螺旋桨设计技术、LNG船材料与设备国产化和LNG船特殊管系的温度应力分析研究。

6.2 设计技术

主要包括LNG船设计规范和标准、船体论证、船体结构对液货舱温度场的应力响应、典型动力装置设计技术、船体屈曲屈服疲劳强度及变形的分析、集成自动化系统、超大容量电站电网和涂装规范等。

6.3 建造技术

主要包括新型动力装置安装及实验技术、超大型分段精度建造技术、绝缘箱制造技术与产能、总组和船坞总装技术、船体焊接技术、泵塔制造及安装技术、殷瓦焊接技术规范、殷瓦安装技术和货舱围护系统密封性试验技术等。

6.4 管理技术

包括计划管理技术、质量管理中CTI计划标准化、HSE管理技术和货舱围护系统物流管理技术等。

6.5 专用工装设计

主要包括液货舱围护系统殷瓦安装模板及工具、检验超低温阀门的压力检测设备和泵塔制造的专用工具装备等。

LNG船的设计、建造要求极为苛刻,目前我国制造业的整体水平、冶金及材料等相关行业的发展水平和工人技术水平都是我国发展LNG船的制约因素。

7 中国LNG船国产化的技术路径

尽管目前国内某些船舶建造企业基本具备了一定规模的LNG船建造能力,但要全面掌握LNG船建造技术,完成整个产业链的构建,最好还是要走自主创新与技术引进相结合的道路。

中国的船舶建造企业应该以LNG船体结构平台作为总体设计平台,最好以货物围护、超低温液货、动力、电力和集控5大系统为研究重点,发挥产学研相结合的优势,充分利用已有基础,引进消化吸收再创新和自主开发协同进行,总体技术和系统技术、配套技术协同展开。在完成目标船的同时,形成自主研发设计能力,实现LNG船的自主创新,全面提高产业的竞争力。

要真正实现上述目标,必须要把LNG船船型、船体结构两大平台的研制工作交由行业权威研究机构牵头,联合相关高校等研究单位共同攻关,开发出全部具有自主知识产权、能够满足最新技术要求、性能优良的新船型。

此外,LNG船货舱货物围护系统可以通过购买国外专利技术,逐渐实现绝缘箱和绝缘材料的国产化。在超低温液货系统和动力系统方面,可与国外厂商开展技术合作,进而掌握系统设计技术,实现国产化。在电力系统和集控系统方面,则要实现自主开发,掌握设计技术,实现系统集成。

8 结束语

截至2009年,通过技术引进的方式,我国已完成了5艘LNG船的建造,第6艘LNG船也已开始进入技术准备阶段。与此同时,数家知名船舶建造企业都已表示愿意涉足LNG船建造领域。

要想真正打造出完全属于中国自主研发的LNG船,是一项需要长期坚持的工作,涉及众多产业类型和多项创新技术,需要相关专业同仁们的共同努力。

[1]欧卫新,李玉如.我国LNG海运市场发展前景展望[J].水运管理,2007,29(6):6-8.

[2]付昌辉.全球LNG贸易与LNG船需求[J].中国水运,2003 (4):5-6.

[3]张青松.港口水域LNG罐箱运输定量风险评价[J].天然气工业,2009,29(1):114-116.

[4]汪风莲,朱荣改,王晶.我国LNG船舶的建造技术问题分析[J].石油规划设计,2002,13(5):11-13.

[5]王健.液化天然气船业运输的探讨[J].天津煤气,2004(4): 11-13.

[6]顾安忠.液化天然气技术[M].北京:机械工业出版社, 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

张涛,1981年生,学士;主要从事市政燃气专业规划与设计工作。地址:(518040)广东省深圳市福田区红荔西路8009号规划大厦一楼108B室。电话:13510519754。E-mail:343423690@qq.com

张涛等.LNG船国产化研究.天然气工业,2010,30(7):76-79.

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

2010204216 编辑 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