专利视角下LNG外输系统技术发展态势

祖木子 盛永祥 周航

[摘要]鉴于LNG外输系统是能否实现LNG能源更加快捷、安全、经济高效运输的重要因素。为满足LNG能源外输要求，拟基于Patsnap专利数据库平台研究LNG能源外输系统领域的研究动态、技术演化、发展态势等，研究分析LNG外输系统领域的三个重点技术，预测LNG外输系统未来发展方向，为我国船舶行业实现绿色发展提供有益参考。

[关键词]外输系统;LNG能源;技术演化;专利

[中图分类号]TE832[文献标识码]A[文章编号]1005-152X（2021）12-0006-06

Development Trend of LNG Export System Technology：A Patent Perspective

ZU Muzi1，SHENG Yongxiang1，ZHOU Hang1，2

（1. School of Economics & Management，Jiangsu University of Science & Technology，Zhenjiang 212003;

2. Institute of Marine Equipment Research，Jiangsu University of Science & Technology，Zhenjiang 212003，China）

Abstract：In this paper，in order to meet the requirements of LNG energy export，we planned to study the research dynamics，technological evolution and development trend in the field of LNG energy export system based on the Patsnap patent database platform. We then looked at the three key technologies in this field，and forecast the development direction of the LNG export system，providing useful reference for the green development of the shipbuilding industry in China.

Keywords：export system;LNG energy;technological evolution;patent

0引言

國际海事组织（IMO）明确指出国际海运业未来的绿色发展方向、船舶低碳技术的发展方向，坚持绿色可持续发展是目前船舶行业发展的重要目标，提倡使用无污染或者污染较小的能源作为船运能源是促进当下船舶行业发展的切实可行的举措。与传统能源相比，LNG能源能够使船舶碳排放量减少20%，LNG能源已成为中短期内最为现实可行的、能够规模化应用的主流船用清洁能源[1]。传统LNG能源外输主要分为槽车运输、船运和管道输送等三种运输方式，但传统的LNG能源外输方式已无法满足我国对LNG能源与日俱增的需求。因此，探索更加快捷、安全、经济高效的LNG能源运输方式是未来LNG能源外输系统领域发展的关键性问题。本文结合LNG能源的发展背景和趋势，对LNG能源外输系统技术的应用现状与应用前景进行深入分析，优化船舶领域能源结构，促进能源高效利用，实现节能减排目标。

目前，已有较多学者对LNG外输系统领域进行研究。如，邓志安，等[2]对国内外LNG能源运输系统现状进行剖析，并预测未来天然气运输系统发展方向。马群凯[3]提出在LNG外输系统中要做好第三方施工安全管控与各类地质灾害防控，确保LNG管道本身质量和运输环境的高度安全。张廷首[4]指出利用银钢作为LNG管道常用材料，可以使LNG外输系统的安全性得到较好保障。关于专利分析，已有许多学者利用专利分析的方法探究技术发展动态。如，Fatma，等[5]利用专利分析对风能技术发展趋势进行研究。Vanderlei，等[6]利用自动化思维图谱专利对某水和污水环卫公司可持续性发展进行研究。丁贺[7]利用专利分析方法对LNG冷能发电技术进行研究。邓超月，等[8]利用数据节能技术专利对轨道交通领域进行分析研究。陈柏兴，等[9]基于全球专利视角下对广东省可见光通信产业进行分析与研究。

专利作为技术信息的有效载体，囊括了全球90%以上的最新技术情报[10]，已有许多学者采用专利分析方法研究LNG能源的接收储存系统，以此分析LNG能源应用发展方向预测。虽然已有较多学者对LNG能源存储等技术进行研究，但尚未有相关学者基于专利的视角对LNG能源外输系统技术进行分析。因此，本文拟基于Patsnap专利数据库平台研究LNG能源外输系统领域的发展趋势、技术焦点等，得到LNG能源外输系统技术三个分支方向的技术演化结果，预测LNG能源未来发展方向，为我国船舶行业实现经济高效的绿色航运提供有益参考。

1专利分析

1.1专利整体发展态势分析

通过对专利申请的分析能够及时掌握目标技术的发展态势[11]，截至2021年6月，涉及LNG外输系统领域的全球专利申请共计2 970件。图1给出了LNG外输系统领域全球专利申请量逐年分布趋势。图中数据显示，外输系统领域的专利申请最早出现在1953年，在此之后的一段时期，仅出现零星的专利申请，处于前期萌芽阶段;从1975年到1998年，该领域呈现持续缓慢的增长态势，处于慢速增长期;1999年以后，全球外输系统技术领域进入快速发展阶段，全球申请量有了质的飞跃。虽然全球申请总量波动幅度很大，但是总体上升势头迅猛，表明该领域的技术研究发展正处于一个相当活跃、快速增长的阶段。

1.2技术关注焦点

通过对船舶动力系统领域专利的IPC进行统计分析，将全球排名前10的IPC技术定位技术焦点，对筛选出的2 973组专利进行分析。如图2所示，位列前十位的有B63B35：船上货物卸载或乘客上下设备的配置;B67D9：用于装卸船只时输送液体的设备或装置;F17C13：容器或容器装填排放的零部件;F16L11：软管，即可弯曲的管子;F17C7：从压力容器内排放液化、固化或压缩气体的其他小类内不包含的方法或设备;B63B25：载荷处理装置;F17C9：自非压力容器排放液化或固化气体的方法或装置;F17C5：液化、固化或压缩气体装入压力容器的方法和设备;F16L59：一般的绝热;B63B35：适合于专门用途的船舶或类似的浮动结构。从分类号代表的技术分布可见，外输系统领域专利申请的重点主要集中在船上货物装卸或乘客上下设备的配置。

1.3主要申请人重点技术对比分析

在主要专利技术分类分布上，表1显示了LNG外输系统领域专利技术的时间分布趋势和技术分布国家状况。表中数据显示，近年来与外输系统领域有关的专利都有明显增长的趋势，包括与船上液体货物卸载相关的B63B35：船上货物卸载或乘客上下设备的配置;与用于输送液体相关的B67D9：用于装卸船只时输送液体的设备或装置;与装载容器设备相关的F17C13：容器或容器装填排放的零部件;与运输液体管路相关的F16L11：软管，即可弯曲的管子。从主要技术的总量来看，尤其近三年来，外输系统领域技术发展速度较快;从国家分布情况来看，法国和美国在外输系统技术领域专利数量上占有绝对优势，中国各方技术发展相对均衡，其他国家的技术发展整体相对较弱。

1.4核心专利识别

核心专利是指在某个领域具有高度影响力和创新性的且具有重要经济价值的专利[12]，核心专利由于其高度的创新性和影响力，通常可以带来明显的经济效益。因此，识别核心专利对于分析目标技术当前发展状况和预测未来发展趋势具有重要意义。通常情况下，专利被引频次被认为是识别核心专利的重要指标，即专利被引频次越高，表明此专利在该技术领域创新程度越高、影响力越大和价值越高。

本文依据普莱斯定律[13-14]，专利被引频次界定专利是否为核心专利。即当某一专利被引频次在M～N_max，即认为该专利为核心专利。其中，M=

2专利技术演化分析

进行专利文本分析有利于精确把握目标技术的核心要点。通过专利文本发现，LNG能源外输系统领域内的重点技术分支可从输运系统、运输管路以及加注系统三部分展开。结合核心专利技术分析，针对LNG外输系统中存在的问题，为相关研发机构和企业提供新的研究方向和思路。

2.1核心专利筛选

运用引用专利文献数量和非专利文献数量、被引频次等10个指标*从2 973组专利中筛选出32条核心专利，并根据输运系统、运输管路、加注系统三个技术层面对核心专利进行归纳分析，最后按照时间顺序绘制专利发展演化图，如图3所示。

2.2输运系统

输运系统专利最早出现于20世纪之前，其主要涉及在低温条件下输送LNG等流体的管道柔性和绝热系统技术。1971年，美国气体产品与化学公司的专利（US3706208A）是将流体导管通过改进的支撑系统与外柔性软管保持间隔关系，使得中央致冷剂转移管支撑在支撑构件的中心，增加系统的灵活性。1999年，挪威斯塔特伊石油公司的CN1121332C主要用来解决输送过程中的LNG、液化石油气等冷凝液体易挥发的问题。

2001-2010年，随着技术的不断发展以及市场要求的不断提高，输运系统方面的专利主要是针对传统的卸载臂在恶劣海况条件下输送LNG安全性不足的问题进行优化和改进。2005年，美国埃克森美孚上游研究公司的CN100577518C主要解决在恶劣的海况环境下停泊和卸载时间的缩短、传统装载臂受到限制的问题。2006年，挪威弗拉莫工程公司的US9562647B2主要解决LNG等低温液体漏出会使得由碳钢制成的容器设备在低温下变脆，失去其结构强度的问题。2009年，瑞士辛格尔浮筒系船公司的CN1177556A主要解决在恶劣海况环境下的技术问题，即两个单元传输系统之间输送LNG过程中容易发生管道碰撞的问题。

2011-2019年间，随着市场竞争的日趋激烈和对LNG运输安全性要求的提高，各界开始针对以往多种问题进行改进，例如，船船间输送LNG的安全性问题、对传统装载臂的改进等。2012年，法国FMC技术股份有限公司的CA2832423C主要解决在任何环境下两艘船都能够快速地连接它们的管道，并且在断开之后尽可能快地彼此离开的问题。2014年，法国气体运输技术公司的CN105745149B主要解决当海面不平静时，船之间的相对移动会使得上述的柔性管道进行随机移动，进而使得其操控特别复杂。2019年，法国FMC技术股份有限公司的EP3849895A1主要解决现有的两脚规类型装载臂中的挠性管道在补给过程中受张力而受阻的问题。

2.3运输管路

就运输管路而言，其重点专利的技术主要集中在输送软管材质的改进和管道结构的优化。20世纪之前的运输管路专利技术主要集中于软管用于装卸使用时的过度弯曲及受环境影响的膨胀收缩问题。1981年，荷兰皇家壳牌石油公司的DE3269199D1主要解決在装载和或卸载液化气罐车时，软管由于船的运动而受到连续弯曲和在浮动构型中受到波浪运动而破损失效的问题。1998年，日本大成建设株式会社的JP3687060B2主要解决采用高成本伸缩接头的情况下钢材料由于温度变化膨胀和收缩导致破裂的问题。

2001-2010年，运输管路专利技术主要集中于低温环境下运输流体的管道安全和输送过程中泄漏的问题。2007年，摩洛哥SBM集团（SINGLE BUOY MOORINGS INC）的IN9816DELNP2007A是提供一种可以安全的桥接相对长距离并容易调节长度的低温输送软管。2007年，澳大利亚BHP比尔利顿石油私人有限公司的CN101517297B是针对以往刚性管不易弯曲、易断裂等问题而提出的一种复合软管。2008年，日本古河电気工业株式会社的JP5184176B2 是针对装载臂不能跟随在设施和油轮之间的移动，且由于设备过大原因在波浪、风等的作用下会大大震动而提出的一种兼具耐久性和隔热性的挠性管。

2011年至今，运输管路的技术重点主要是针对管道材质、结构设计方面进一步改进优化，提升运输管道的稳定性和安全性。2013年美国国民油井华高丹麦公司的US9587773B2主要解决在安装和使用过程中，挠性管收到机械热和化学热影响磨损的问题。2014年中国东莞中子科学中心的CN104565588B主要解决输送低温液体过程中采用真空层绝热的方式也会存在漏热的问题。2017年，日本古河电気工业株式会社的JP2018162844A能够确保最外周部保护层的内管的弯曲追随性，同时防止保护层的局部褶皱产生。2020年，中国威海鸿通管材股份有限公司的CN111207249A主要解决现有的低温管道柔顺性差、密封性不好的问题。

2.4加注系统

随着LNG能源船舶的不断发展，能源供应成为各界研究热点，起初加注系统技术主要集中于水上LNG加注站、车船加注，由于水上加注站和槽车加注等不能很好地满足LNG能源船的能源供应问题，之后研究重点开始转向LNG能源加注船。由于加注系统技术起步较晚，在2014年之后才开始走上正轨。2014年，韩国大宇造船海洋株式会社的KR1020160036838A主要解决当船油箱内部的压力升高，会产生蒸发气体进而导致油箱破裂或损坏的问题。

2016年，中國江苏科技大学的CN103615658A主要解决由于LNG水上加气站不能移动、更换储气罐风险高、槽罐车容量小不能很好地解决船舶能源加注的问题。2018年，中国招商重工（江苏）有限公司的CN109114417A主要解决目前LNG加注站的加注接口都是单一的组合模式，需要加注船和加注站的接口相匹配的问题。

2019年至今，2019年，中国浙江海洋大学的CN110594578B主要解决现有的加注船LNG储罐结构单一，整体体积较大，行驶过程中易发生震荡，安全性能无法得到保证的问题。2019年，中国沪东中华造船（集团）有限公司的CN112193368A主要解决船舶能源加注的问题。2021年，中国江南造船（集团）有限责任公司的CN113007594A主要解决在LNG 加注过程中，由于外界环境温度的影响（如管道漏热和液罐温度过高，使得加注管路中的部分LNG蒸发为气体，从而导致薄膜型液罐涨裂的问题。

3结语

从专利统计来看，我国LNG外输系统技术领域的技术发展总体呈现上涨趋势。从全球专利申请态势的角度分析，外输系统领域的专利申请最早出现在1953年，在此之后的一段时期为技术空窗期仅出现零星的专利申请，处于前期萌芽阶段;从1975年到1998年，该领域呈现持续缓慢的增长态势，处于慢速增长期;1999年以后，全球外输系统技术领域进入快速发展阶段，全球申请量有了质的飞跃。该领域的技术研究发展正处于一个相当活跃、快速增长的阶段。其中，我国早在1992年前就已经出现相关技术的专利申请，并且一直到20世纪末，中国在外输系统领域基本保持一个少量的专利申请状态，处于起步探索阶段;2001-2011年间，随着中国海工产业的不断发展与对外开放等政策的扶持，专利申请量进入了缓慢增长期，虽然该过程中有几年略有回落，但是其总体增长趋势不变;2012-2021年，中国在LNG外输系统技术领域得到了快速发展，并在2019年达到申请量的峰值，逐渐成为该领域的领军者。

由技术演化路径分析可知，外输系统技术的发展主要集中在输运系统、运输管路、加注系统三个分支方向。其中，输运系统技术重点主要集中在运输系统、软管设备、液体贮存、载荷处理装置和浮动结构装置等;运输管路技术重点主要集中在输运管、绝热管、载荷处理装置、软管设备和转送装置等;加注系统技术重点主要集中在液化气体灌入、贮气灌入、气体贮存、贮气罐和压力容器等。

LNG能源外输系统在传统柴油发动机、电力推进系统和混合动力系统等方面已有了一定的技术突破，船用LNG能源技术也拥有广阔的发展前景，但随着可持续发展理念和经济高效的发展需求，对LNG 能源外输系统提出了更高的要求。安全性、经济型、规范性、可持续性是未来国内外LNG能源供应链系统发展的主流方向，是进一步推动船用LNG能源、促进船舶动力系统不断成熟的不竭动力。

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