新型LNG IMO A型液货围护系统

上海福建国航远洋船舶管理有限公司 张庆胜

1959年1 月，Methane Pioneer 从美国路易斯安那州的查尔斯湖（Lake Charles）到英国坎维岛（Canvey Island）运载了世界上第一船远洋运输LNG，证明了LNG的远洋运输是可行的。时至今日，在满足世界对清洁能源的需求、助力经济可持续增长方面，LNG海上运输依然至关重要。

液化气体船货物围护系统发展沿革

液化气体运输船是专门设计的远洋船，是专门运输LNG、LPG以及其他烷烯烃类液化气体等的专用船舶。

1931年，第一艘专门建造的能够运输LPG的AGNITA交付使用。LPG储罐采用大型圆柱形压力容器。

1956年，第一艘新建的Methane内河驳船开始测试LNG水上运输技术。其装载5个内部衬有巴尔沙轻木的立式圆桶。

1959年，第一艘改装的Methane Pioneer开始首次商业运输LNG。棱柱形货舱为铝合金材质。

1964年,专门建造的Methane Princess开始运输LNG。该船货舱为5083铝合金材质，货舱绝缘主要是巴尔沙轻木。

1964年，第一艘Technigaz薄膜技术Mark I型试验船Pythagore建造。货舱材料为不锈钢。

图1 1959年2月28日，Methane Pioneer号在Calcasieu河码头装载历史上第一船LNG货物

图2 2019年，第一艘LNT-A型罐LNG船SAGA DAWN交付。货舱材质为304不锈钢

1969年,第一艘Gaztransport殷瓦薄膜型NO技术LNG船Polar Alaska建造。货舱材料为殷瓦钢。

1973年，第一艘MOSS球型LNG 船Norman Lady建造。货舱材料为9%镍钢。

1981年，第一艘SPB型LPG船GENKAI MARU建造。货舱材质为铝合金。

1983年，IGC规则通过生效，对液化气体运输船技术进行了规范化约束。

1988年，第一艘SPB型LNG船KAYOH MARU建造。货舱材质为铝合金。

2019年，第一艘LNT-A型罐LNG船SAGA DAWN交付。货舱材质为304不锈钢。

目前，液化气体运输船的货物围护系统技术日臻成熟，已呈现体系化、大型化、专业化的发展格局。其中,LPG船舶以C型压力式储罐和IMO A型货舱为主；而LNG运输船市场则以GTT薄膜型、MOSS球罐型和SPB型为主，LNT-A型货舱技术在LNG运输船市场上刚刚开始崭露头角。

液化气体船货物围护系统分类

根据IGC的分类，液化气体船货物围护系统共分为五大类型：整体液货舱、薄膜液货舱、半薄膜液货舱、独立液货舱（分为A型、B型、C型3类，A型货舱按传统的结构设计；B型货舱经过特殊设计确保其应力、疲劳和裂纹特性；C型货舱按压容器标准的设计）、内部绝热液货舱。

独立IMO A型货物围护系统演变过程

图3 IGC对液化气体船货物围护系统分类

图4 1970年代后期El Paso项目的CONCH棱柱货舱在Avondale船厂整体吊装

图5 LNT-A型货舱结构

1959年的Methane Pioneer号验证了LNG海运技术的可行性。其货舱技术为CONCH型A型货舱。船上安装了5个铝合金棱柱形货舱，0.3米厚的液体密封的巴尔沙轻木板敷设在船壳内板上作为热绝缘。然而，巴尔沙轻木造价过于昂贵，经济上不划算。

1962年建造的Methane Princess号和Methane Progress号从阿尔及利亚向英国运输进口的LNG。其货舱基本延续了CONCH 公司在Methane Pioneer 号上采用的货舱技术。

1970年代后期，CONCH公司在El Paso项目三艘12.5万方LNG船上对巴尔沙轻木绝缘进行了改进。用喷涂PUF泡沫层加玻璃纤维替代了昂贵的巴尔沙轻木绝缘。然而气试过程中发现喷涂在船体内甲板上的PUF泡沫绝缘发生广泛的破裂跟分层现象。最终该项技术改进措施被证明是失败的。

2015年,挪威LNGN ew Technologies公司开发新型LNG船用液货罐系统A型罐获得船级社认证和全球国际专利。

在结构上，LNT-A BOX货物围护系统技术与早期的CONCH型液货舱同属IMO A型液货舱。早期的A型货舱技术应用在大型LPG运输船（VLGC）上。LNT-A型液货舱可以用在LNG和LPG运输船上。

新型LNT-A Box货物围护系统

近几十年大型LNG运输船市场逐渐被法国GTT公司的薄膜型货物围护系统所垄断。采用薄膜型货物围护系统技术的韩国、中国船厂需要向专利方支付大量的专利费用。因此，包括韩国、中国在内的许多船厂、科研机构都在寻找薄膜型专利技术的替代方案。LNT-A Box新型液货舱技术就是其中新发展的技术方案之一。

LNTA-BOX是由LNT Marine公司开发的新型货物围护系统技术，属于IMO A型液货舱。该技术发展自数十年来在LPG船上广泛使用的A型独立货舱技术，采用坚固的自支撑式棱柱形货舱，配置有专门设计的次层绝缘及次层屏蔽。该液货舱放置在隔热货舱之中，隔热的热绝缘表面覆盖有完整的次层屏蔽。该技术原理简单，可以较低的门槛使更多造船厂掌握LNG船建造技术。

新型LNT-A 货舱结构特点

图6 LNT-A型货舱绝缘

图7 LNT-A型货舱绝缘导热性与薄膜型货舱绝缘导热性对比（数据来源：LNT Marine）

LNT-A 型货舱属于IMO A型独立货舱。货舱主屏蔽为内部加强的自支撑棱柱形结构，材质可以是304 不锈钢、9%镍钢或者铝合金。货舱最大允许设计压力为0.7 barg。货舱按照传统的船体结构设计，主屏蔽材料不是抗裂纹扩展的，建造成本低。货舱内部有纵向制荡舱壁，货舱装载高度不受限制。船体内甲板敷设PUF 泡沫板热绝缘。绝缘层表面覆盖完整的液体密封次层屏蔽。主次层屏蔽之间的空间叫做屏蔽间空隙IBS（Inter-Barrier Space）,此区域平时充注惰性气体，以防止在主层屏蔽LNG 泄漏时产生爆炸风险以及保持干燥。在必要时人员可以进入该区域进行检查维修工作。货舱支撑系统由垂直方向基座、纵向限位基座、防止横摇基座以及止浮装置组成。基座上设置层压木既保证热绝缘又能保证支撑强度。此外，A 型货舱对船体线型适应性好，船体内部空间利用率高，能够装载更多液货。

LNT-A 货舱绝缘特点

LNT-A型货舱的聚氨酯绝缘板敷设在船体内甲板上，分暖板和冷板两层。暖板直接安装在船体内甲板，冷板在暖板上面面对低温货舱。冷板外表面覆盖有一层完整的次层屏蔽层CAC（Cloth-Aluminum Cloth）。CAC次 层 屏蔽由两层玻璃丝布中间夹一层铝箔构成，具有液体密封效果。一旦货舱主层屏蔽意外破损失效产生泄漏时，按照IGC code要求，可以允许15天的泄漏LNG存留，对船体钢板形成保护。绝缘由安装有双头螺栓的PUF面板组成。面板之间的缓冲接缝胶带吸收了货舱与绝缘层之间由于货舱热胀冷缩而产生的相对运动。膨胀聚苯乙烯(EPS)垫板在必要时用于补偿暖板和船体下面的胶合板之间的间隙。冷暖绝缘板均在车间预制成1200mm×1200mm×175mm的 绝缘板，现场安装可以单人操作，安装方便。锚固双头螺栓从每个绝缘板中心穿过，将绝缘板固定在船体内甲板上，对船体内板平整度要求不高，可以节省平整度校正工时。冷暖绝缘板因为不必承受液货的动态和静态负荷，密度可以做得很低，因而材料简单价格低廉。同时，更容易通过绝缘层的厚度来控制货舱BOR。

相对比于薄膜型液货舱的热绝缘，LNT-A货舱绝缘的密度可以做到40kg/cm3，而薄膜型绝缘因为需要照顾到来自液货的应力必须做到140kg/cm3（MARK III型）。因此，LNT-A型货舱绝缘层重量轻，其成本比薄膜型更低，也更容易控制货舱BOR。

LNT-A 货舱与传统全冷式LPG船A型货舱区别

根据IGC CODE，独立A型舱的次层屏蔽必须是完整的。在液货舱主层屏蔽破损失效时，次层屏蔽必须能够直接容纳低温液货。

对于全冷式LPG运输船，以液货舱外围的船体内甲板作为完整的次层屏蔽（液货温度在–55℃摄氏以上）。因此，次层屏蔽在主层屏蔽破损失效后，处于液货低温设计温度。同时，IGC规定次层屏蔽设计时还必须考虑30°的横倾角时的状态。所以船体的次层屏蔽结构由能够承受低温的特殊钢制成。在LNT-A型货舱技术中，完整的次层屏蔽是敷设在热绝缘层向船内方向的表面，具有液体密封效果。在货舱主层屏蔽失效泄漏情况下，该液体密封的次层屏蔽（CAC）能够有效容纳15天LNG的泄漏量。

现代全冷式LPG船的货舱绝缘均是喷涂在液货舱外表面的PUF泡沫绝缘，绝缘表面喷涂一层保护涂层，提供机械防护和防水保护。船体内甲板没有绝缘。而LNT-A型货舱绝缘直接敷设在船体内甲板表面，采用预制PUF泡沫绝缘板的形式安装。绝缘表面覆盖CAC作为完整的次层屏蔽。液货舱主层屏蔽外表面不敷设任何绝缘，便于今后的故障检查和维修保养。

图8 LNT-A型货舱与全冷式LPG船货舱对比

LNT-A 货舱与SPB型货舱区别

根据IGC Code，SPB型货舱结构属于IMO独立B型。SPB型货舱是需要经过模型试验，进行严密的船舶运动分析，液舱和船体的FEM（有限元方法）分析，疲劳分析和裂纹扩展分析。而LNT-A型货舱结构，只需要按照常规的船体进行设计，因而具有设计简单、成本低廉的特点。

SPB型货舱需要设置部分次屏蔽。SPB型液货舱主屏蔽层外面的船体结构没有能力直接接触低温LNG液货。因此其货舱底部必须设置防滴盘，且在货舱破损失效的情况下能够承接15天的LNG泄漏量。SPB型液舱的隔热绝缘直接敷设在主层屏蔽液货舱结构的外表面。而LNT-A型货舱外表面是裸露的（方便对液货舱进行检查），隔热绝缘则敷设在船体内甲板上。

图9 LNT-A型货舱与SPB型货舱对比

采用LNT-A型舱技术首制LNG船SAGA DAWN情况

2019年6月16日，江苏招商局重工船厂为新加坡船东Saga LNG Shipping建造的首艘45000立方米LNG运输船SAGA DAWN成功完成气体试航。该船是世界首艘采用LNT A-BOX专利货物围护系统的IMO A型LNG船，由挪威LNT Marine 公司（LNT）设计。该型LNG船舶具船体舱容利用率高以及船体线型设计合理的特点，特别适用于LNG区域性运输和沿海LNG运输，也可用于装载LPG、乙烯、乙烷等货种。LNT Marine公司在招商局重工（江苏）船厂建造的LNG船Saga Dawn成功完成气体试航并交付使用。2020年4月29日，该船从新加坡LNG接收站装载45000方LNG运输到广东东莞九丰码头交付，成功完成首航。目前该船服务于东南亚至广东之间的航线，为广东九丰运输进口LNG，执行为期一年的期租合约。

图10 LNT Marine的Saga Dawn气体试航

LNT-A 货舱用在LNG燃料储罐上的前景

在应对船舶大气排放控制的大形势下，LNG作为船用燃料已然成为一个主要技术措施。相应地，对LNG在船上存储的要求成为一个挑战——在有限的LNG储罐安装空间内既要求有高的存储量，又要求有高的可靠性和低的建造维护成本。根据LNT-A Box液货舱技术在这方面因其独特的特点，LNT Marine成功开发出船用带有2barg压力的LNG燃料舱系统（LNT Fuel-Box），成为解决这种需求的一个有效的解决方案。对于需要大容量的LNG储罐且船体内空间有限的双燃料船，例如大型集装箱船、大型矿砂船（VLOC）和豪华游轮等特别适合采用LNT Fuel-Box技术。在相同的安装空间内，LNT-A Box型储罐相比C型压力式储罐，其LNG储存容积可提高25%～50%。