设计师的脑子比计算机更好用——LNG船主任设计师宋炜和同伴研发新一代LNG船纪实

本刊特约记者 东华

设计师的脑子比计算机更好用
——LNG船主任设计师宋炜和同伴研发新一代LNG船纪实

本刊特约记者 东华

第一批LNG船基本在2010年完成交付，如果再不推出新一代的LNG船，那么专门开辟的生产线就会被关闭，第二代LNG船的研发“只许成功，不许失败”。

宋炜

天然气作为一种重要的优质能源，是怎样从产地运输到使用地的？除了人们熟悉的管道运输外，还有一种方式就是使用LNG（液化天然气）船来运输。在中国，就有这样一批LNG船研发者，沪东中华造船（集团）有限公司开发研究所LNG船主任设计师宋炜就是其中的一位。

今年10月，全球新型17.4万立方米LNG运输船“泛亚”号投入运营。该船设计吨位8.25万吨，总舱容约17.4万立方米，装载的LNG汽化后容量将达1.07亿立方米，需要116个“水立方”才能容纳。

目标背后 艰辛付出

“我们的目标就是，在LNG船舶制造的高端领域有我们中国人自己的一席之地。从国家战略上来讲，可以保障国家能源供给和运输的安全。”宋炜说。在他看来，在这个宏大目标的背后，还有他和同事对匠人精神追求的一份执着。没有这种精神，就不可能研发出高端产品。“造船业酸甜苦辣都会遭遇，遇到什么问题最后都要平心静气、百折不挠地解决。”宋炜如是说。

宋炜个子不高，身穿一套灰色的工装，走在工厂中，谁也不知道，他就是目前中国最大LNG船的研发者之一。他的工位在办公室的一个角落，旁边就放着一本关于第二代LNG船的资料，重达十多斤，这只是众多资料中的一本。这些资料，记录了当时LNG船关键环节的分析和梳理，承载着宋炜多年的心血，而LNG船巨大的船体，就在这样一个个格子间和一本本资料中诞生。

“欧美对华高新技术一直是禁售封锁的，我们国家要发展各种高端船型，需要我们独立自主、自力更生。”宋炜告诉记者，在国内目前能够设计制造大型LNG船的公司只有沪东中华一家。而在世界范围内，能设计制造LNG船的国家也仅有中、日、韩等几个国家。

1998年，主修船舶动力机械的宋炜大学毕业后进入沪东造船厂。他做过许多液货船的产品，全程参与研制了公司历史上第一艘11万吨的油船。从无到有的船型研发，锻炼了宋炜可以独当一面的专业能力。

只许成功 不许失败

2007年，国际上出现了新一代LNG船型和新的设计理念，船体趋于大型化，而中国也需要这样的船。由于第二代LNG船型相较于第一代性能的提升主要在推进系统的设计上，专业扎实的宋炜被选中，投入到第二代LNG船研发。

宋炜回忆，2007年公司所面临的形势非常紧迫，第一批LNG船基本在2010年完成交付，如果再不推出新一代的LNG船，那么专门开辟的生产线就会被关闭，相关高精尖的技术人员也会流失。“当时，第二代LNG船的研发‘只许成功，不许失败’。”宋炜说。

“巴布亚”号LNG船

LNG船属于劳动密集型产品，一艘船的制造至少需要几百万工时。当时，韩国设计建造的LNG船处于国际顶尖水平，而其对这项技术完全保密。这也意味着，宋炜和他的队友们，在新一代LNG船研发过程中，只能完全靠自己，而在此过程中遇到的每一个问题，都是国内的空白，只能从国外报纸、杂志报道中寻找线索。船舶行业有两种船型是最顶尖的，一个就是LNG船，另一个则是大家熟悉的豪华邮轮。从运输船型来说，LNG是最顶尖的商船，建造难度堪比航母。数万吨零下163℃的液态天然气要漂洋过海，安全地完成几千海里的长途运输，这对于LNG船的安全性要求极高。船舱内低温一旦泄漏，就容易使船体钢板脆裂，此时如果液化天然气从裂缝漏出，会迅速气化，形成易燃易爆的混合气。因此，国内把50吨以上的液化天然气定义为“重大危险源”。

“这种船装了货以后，就像一颗浮动的炸弹。”宋炜说。这也意味着，LNG船的设计建造绝对不能出错，一旦发生泄漏、爆炸事故，这样一艘爆燃的庞然大物在海上根本无法进行紧急处置。即便船舶已至近海，为了保障码头和周边居民的安全，也不允许其轻易靠岸。除了设计上的难题，在LNG船的国际贸易中还采用“照付不议”的商业模式，即除非不可抗力，船舶如因故障错过既定的港口装货期而未实际装货，货主仍需要依照合同约定照付货物费用，这种模式也要求LNG船有超高的可靠性。“一艘LNG船上有成千上万个组件，而任何单一的组件产生故障，小至一个电路、一个阀门，都可能导致整体出现故障问题。”宋炜表示，一艘LNG船造价高达2亿多美元，没有客户会买一艘有丝毫不安全和不可靠因素的LNG船。

宋炜等人在车间内

信息边缘 大海捞针

为了填补设计空白，外国海事报刊、船舶杂志的报道成了宋炜的参考资料，而这些信息都是边缘化的。“就好像搜集情报，大海捞针。”让宋炜印象深刻的是，当时，有国外海事新闻报道称某型LNG船舶下水试航，结果发现和设计预期出现比较大的偏离，这引起了宋炜和同事的高度重视。但是，报道对原因的分析，只有简单的一句“实测的两台主机的功率与模型试验预报的功率有出入”。于是，宋炜只能苦思冥想，整个过程中有哪些环节？是什么原因可能会造成这个后果？经过数月对双艉推进和单艉推进的不同特性的全面思索，利用一切与国外船东、船级社交流的机会，这个悬念历经两年才解开。

还有一次，宋炜看到报道上有一张韩国LNG船的远景照片，艉楼形状非常怪异。当时，宋炜就开始在心里对其进行“CT扫描”，琢磨里面的“五脏六腑”会是什么。凭借着这点蛛丝马迹，宋炜对第二代LNG船上特有的大型设备——天然气焚烧塔的布置有了自己的想法。关键时刻“设计师的脑子比计算机更好用”“图纸不完成，下一步就不能继续。”宋炜回忆说。

在第二代LNG船的研发过程中，他经常失眠，整个人都瘦了五六斤。有一年半时间里，几乎每个周六整个设计团队基本都在公司加班，没有放假的概念。从第一代到第二代，对船舶的性能有着更高要求，如何在非常有限的空间内，把船舶上的各个机电系统紧凑密集地合理布置，并且将这些系统有机地匹配起来实现协同可靠地运行，成为宋炜要做的事情。

他首先需要对动力推进系统进行改进。第一代LNG船是采用单螺旋桨推进，第二代LNG船采用了双艉推进，从单艉到双艉在技术上并非简单的一加一，比如单螺旋桨的水流不会产生干扰，但是两个螺旋桨之间，内侧外侧的流场完全不对称，导致受力状态十分复杂，在艉管后轴承里轴的运行轨迹就会变得飘忽不定，所以必须在设计上克服许多问题。宋炜通过采用艉管轴承第二道斜坡的特殊形状设计，以实现轴承型线与双艉推进可能产生的各种轨迹相耦合，同时采用了大量的船艉部精细变性分析，螺旋桨动力学CFD方法以及多种轴系专业分析软件的综合应用，来形成涵盖各种极端恶劣情况下安全推进的双轴系推进方案。

三年努力 签下50亿

最终，国产第一代LNG船的舱容为14.7万立方米，第二代的舱容为17.2万立方米，虽然舱容变大了17%，但所需要的推进功率是一样的，能耗显著下降了25%。第一代只能用锅炉燃烧货舱挥发气产生动力，采用蒸汽推进，但到了第二代就有多种选择，可以利用柴油机将货舱挥发气作为燃料，相比锅炉燃烧会更为高效；也可以利用再液化设备液化回收来达到理论上的100%液货交付，整个货物运输过程中就不会产生损失。上述推进方式可以根据客户的需求来做选择。历时3年时间，宋炜和他的团队成功开发出了第二代LNG船，并在2010年竞标成功，2011年顺利签下价值50多亿元人民币的合同。

2013年4月中旬，建造中的第二代LNG船进行到了关键的安装阶段，艉轴在艉管后轴承穿插时最小处只有0.01毫米的间隙，一旦有丝毫的错位，将前功尽弃。如何让这根长达14米的轴几乎分毫不差地塞入船体，宋炜在脑海里无数遍演算数据。“这种时刻，设计师的脑子比计算机更好用，所有的数据都在设计师的脑海里刻着。”最终，设备成功安装到位，宋炜也松了一口气。

如今，停不下来的宋炜，已投入到第三代LNG船研发中。★