液化天然气船

背景介绍

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在世界民用船舶製造领域，有一种“三高船”，就是液化天然气船，也就是LNG船。说它“三高”，因为它是目前世界公认的高技术、高附加值、高可靠性的一种船。同样一个吨位，它的价格是普通货船的好几倍，目前世界上也只有少数几家船厂能够建造。

从外表看上去，液化天然气船可没有超大型油轮那麽气派。进到裏面来，却又是另一番天地。由于运输的是极低温度的液态气体，这就给船的建造带来了非常大的难度，在它的身上集中了世界上最先进的造船技术。存放液态气体的储气舱可以说是製造中的最大难关。为防止液化气体泄露，一种叫做“殷瓦”的特殊金属材料被选作储气舱的内防护壁，直接与这些温度极低的气体接触。大部分殷瓦板的厚度只有0.7毫米，整个舱内的防护壁就是由这些金属薄板一块块焊接起来，长达130公裏的焊缝全都要靠工人手工焊接。为了过好这一关，在真正的船开始建造以前，船厂还特意对焊接工人进行了长达两个月的模拟训练与选拔。现在在船上进行这项特殊工作的全都是专家级焊工。

除了高超的焊接技术，良好的作业环境也至关重要。如果焊接工人的一滴的汗水落在殷瓦钢上，整个一大片钢板就得重新换掉。而一个泄漏点的返修工时至少需要1000个小时。储气舱内是零下163度的极低温，而舱外却是20多度的常温，极大的温度差异让绝热成为製造中的另一个难关。一种特製的绝热箱承担了这个艰巨的任务。

庞大的LNG船全船需要安装1000多种不同类型的绝缘箱5万多只，安装后，箱子之间的精度必须控製在0.5毫米，相当于两张白纸的厚度。

船只简介

LNG是压缩天然气的升级换代产品，具有一次充装量大，行驶裏程远、系统低压运行安全、清洁等特点。西蓝天然气股份有限公司是美国纳斯达克上市公司，该项目是国家能源套用领域的重点科研项目，历时两年时间进行试验，受到国家交通部等有关部门的高度肯定。

LNG船舶项目由湖北西蓝天然气公司与武汉轮渡公司合作，并首次在武拖轮302号船上使用LNG柴油与天然气混合动力能源，柴油与天然气能耗为3：7，船舶改用动力燃料后不仅比一般燃油节能25%左右，而且安全、环保，不漏油。

大型液化天然气船（LNG船）是当前国际造船界公认的“船舶建造皇冠上的明珠”，是技术密集、资金密集、劳动力密集的高风险船舶。LNG船技术要求极高，涉及的领域几乎都是专利技术，即使日、韩船厂建造的LNG船採用的仍然是欧洲的专利技术。目前世界上仅有韩国、日本、欧洲少数及我国的沪东船厂能够建造。

技术特征

攻克特殊焊接技术

液货舱是LNG船的核心。147210立方米的LNG船全船的殷瓦钢（Invar钢，不膨胀钢）焊缝长度达到130公裏，大部分殷瓦钢的厚度只有0.7mm，所有焊缝不能有丝毫的泄漏，一旦有一个点出现焊接质量问题，将导致相邻的一大片殷瓦板的更换和重新焊接，一个泄漏点返修工时至少要1000小时。

焊接工艺包括手工焊和自动焊两大部分，它所涉及到的板材为国内首次使用的殷瓦钢，涉及到的焊接材料为国内首次使用的专用焊材M93，涉及的自动焊焊机同样为国内首次使用。殷瓦钢的焊接技术成为LNG船建造必须攻克的技术关键。

建立第一条绝缘箱生产线

LNG船装载的货物是温度为－163℃的液化天然气，通过全船安装的二层绝缘箱使液化天然气和船体保持绝缘。在147210立方米的LNG船上，需要1100多种不同类型的绝缘箱55000只，箱子的精度必须控製在0.5mm公差範围内。绝缘箱是LNG船上的关键部件，只能通过建立一条可靠的高精度的生产线才能保证其质量。

突破殷瓦预製件加工难关

殷瓦预製件是LNG船的重要部件，是薄膜和船体相连线的连线件，它包括殷瓦管、殷瓦三面体和其他殷瓦小零件，以往建造散货船、油船、集装箱船时都没有这种部件。而在LNG船上，殷瓦管和殷瓦三面体约有400只，殷瓦小零件60000只，所有这些殷瓦预製件的生产不仅有量的要求，还有严格的精度控製要求，建造LNG船必须攻关解决这些关键零件的加工技术。

自製LNG船液货进出泵塔

泵塔是LNG船上液货进出的重要通道，也是人员进入液货舱的通道，15万立方米级LNG船的泵塔高度达27米，三角桅形式。由于泵塔部件直接接触液化天然气，工作温度都将达到零下163℃，整个泵塔几乎都由不锈钢管子製作而成，它的製造工艺、焊接质量、焊接精度控製等是需要重点攻克的技术难关。

动力情况

在进行液化天然气船主机配置和装载状况察看之前，通常会先讨论液化天然气船所需的动力要求和天然气汽化（NBOG）燃料的数量。

天然汽化气体

自上世纪60年代第一艘液化天然气船投入运营以来，天然气汽化（NBOG）燃料一直是液化天然气船的动力燃料。根据液化天然气船的容量大小不同，燃料每天的汽化率一般是船舶液化天然气运量的0.11-0.15%,一艘标準的155,000立方米液化天然气船，其气体蒸发可产生大约20MW的主机机械动力。

当液化天然气船以设计航速18.5-20节的速度航行时，NBOG燃料可能难以满足船只整体动力需要，需要其他诸如HFO或MDO燃料作为补充。或者，在货主允许的情况下，船公司可直接将承运的液化天然气转为燃料，这就是通常所称的FBOG。其他航行如在苏伊士运河通行时，船只需求的动力相对较小，这时就有多余的汽化气体。当天然气汽化气体多于主机燃料所需时，气体舱将持续加压一段时间回收多余气体。当然，这期间天然气汽化气体需要被气体燃烧装置氧化。

液化天然气船燃料组合航行

在选用液化天然气船动力推进方式和主机配置时，首先要了解液化天然气船的营运特点。大多数液化天然气船都有固定的航运线路，并且和油轮类似，液化天然气船不允许长时间在某地滞留，在港口装载和卸载的时间也很短，因此需要注意以下航行状况：（1）双燃料主机的维护是在航行时进行，需要关闭进行维护的主机，因此有可能出现最大主机停止运转的情形。这时就需要啓用柴油电控发电机组来满足液化天然气船的动力需求；（2）液化天然气船必须按航行计画保持航速；（3）船只遭遇船壳污垢困扰和恶劣天气影响；（4）双燃料主机採用气体和液体燃料。两种模式试用时，都是注入大约总燃料消耗量的1%的量进行实验；（5）通常液化天然气船营运契约档案只允许船舶发电系统使用天然气汽化气体（NBOG）作为燃料。当气体燃料不足以满足船只动力需求时，方可使用液体燃料作为补充。这意味着在液化天然气船实际运行时，有些主机採用气体燃料，有些主机仅採用HFO燃料。因此在液化天然气船不同航程中，其天然气汽化（NBOG）燃料需要进行转换，至少有一类主机会处于关闭状态。

动力需求

对于液化天然气船来说，不同的航行过程需要的动力也不同。在液化天然气船内部，各系统如推进器、货物泵、装载系统等所需动力也不尽相同。以一艘155,000立方米液化天然气船为例，其航行时最大动力需求为32MW，许多液化天然气船设计者都以次资料作为液化天然气船的动力设计标準。液化天然气船在进出港口时平均需要的动力为14MW，等候进港时动力需求最低，为1.5MW。装载和卸载时，动力消耗主要集中在货物泵上，分别需要4MW和7.5MW的动力。按燃料每天的汽化率一般是船舶液化天然气运量的0.12%计算，四沖程双燃料主机採用天然气汽化（NBOG）燃料，足以产生大约20MW的动力。

液化天然气船专用主机概念

为了和HFO燃料、气体燃料等不同燃料相匹配，主机润滑油也必须正确选用。润滑油用于主机燃料燃烧的沉淀物及主机磨损。採用HFO燃料的主机，一般选用基数(BN)为30或40的润滑油。採用气体或MDO为燃料的主机，则一般使用基数为5-15的润滑油。曼恩(MAN)公司生产的51/60DF型中速双燃料主机，无论採用气体燃料或是HFO燃料，都可使用基数为30的润滑油。

然而，燃料价格飞涨和污染排放要求日益严格使得船舶运营商多採用气体主机，与次相对应，应该採用基数底的润滑油。曼恩(MAN)公司研发了一种称为“孪生润滑油”的系统，可供各种不同情形使用。

在液化天然气船航程中，根据主机燃烧的天然气汽化（NBOG）燃料用量的差异，有些主机需要关闭，其他主机採用同类燃料运行。为便于操作，一种称为“dedicatedengine”的主机应运而生。这种主机能全程持续运行，最佳化结合燃料和润滑油系统，无需中途更换。

液化天然气船主机配置

一艘标準的液化天然气船需要装备总动力为40MW的主机，可以由4-5台主机共同组成，总动力由各单个汽缸组成，因此需要对各主机配置进行合理分配。液化天然气船安全方面烦琐的条约规定更是要求必须有多用途型主机。目前市场上有两款常用的主机配置，分别是Inline配置和Mixed配置，具体如下：

市场情况

中国与韩国造船业的战火已燃烧到液化天然气（LNG）船领域。

大连船舶重工和熔盛重工日前均高调表示，将进军LNG船舶製造市场。“LNG船被称为造船业‘皇冠上的明珠’，附加值远远高于传统船型。”熔盛重工总裁陈强在接受本报记者採访时说。

近年来，中国对于进口液化天然气的需求迅猛成长，广东、福建、上海三地的LNG进口项目直接催生出中国最早的5艘LNG船舶。製造出这5艘LNG船的沪东中华造船（集团）有限公司，目前又有新订单入手。

背靠中国庞大的天然气进口需求，中国船企在解决LNG船技术难题的同时，还要和韩国船企短兵相接，而这场技术之战才刚刚开始。

“抗韩”实力加强

2010年的LNG新造船市场将活力四射。随着澳大利亚和俄罗斯的LNG项目陆续啓动，今年的LNG新船订单将达到15艘以上，而去年这个数位是零。

这些新订单将被中日韩三国瓜分。由于日本的船厂负债率畸高，且造船价格昂贵，LNG造船市场真正的竞争者是中韩两国。

韩国船厂中的三巨头——三星重工、现代重工和大宇造船在过去10年一直引领全球LNG新造船市场，在该领域有很强的竞争优势。而沪东中华是中国唯一具有製造LNG船经验的船厂，多年来一直独力“抗韩”。

中国造船业常被诟病为“船壳工业”，由于船用主机等主要配套产品依靠进口，船厂也缺乏船舶设计核心技术，造出的船附加值很低，“只赚到船壳的钱”。

LNG船单艘造价就在1.6亿美元左右，相比之下，相同规模的散货船或集装箱船造价只有几千万美元。

2002年以来，沪东中华在母公司中船集团的支持下，先后承接了5艘LNG船的建造契约。直至2009年12月10日，这5艘提供给广东和福建LNG项目的船舶已全部交付使用。

LNG船核心部件之一超低温绝缘箱，目前已成功批量国产。沪东造船电器有限公司通过自主研发，已经掌握了LNG船超低温绝缘箱的所有关键技术，并且实现了该设备的批量生产，年产能达12万只。“生产成本比进口产品还要低20％。”

沪东中华在已开发的14.7万立方米LNG船的基础上，正在开发20万立方米以上级LNG船项目。这将使沪东中华在“和韩国船企的竞争中处于有利地位”。

全球最大的LNG运输公司商船三井在3月宣布，将与埃克森美孚公司签订6艘LNG船长期租赁契约。这6艘LNG船中有2艘已由韩国现代重工建成交付，而剩下的4艘将与中国船厂签订建造契约或购买协定。

内需靠山

中国船舶产业基金副总经理王坤秀对本报表示，该基金今年的重要投资方向将是LNG船为代表的特种船舶。支撑船舶产业基金投资决策的，正是国内市场对天然气进口的巨大需求。

2009年，中国进口液化天然气553.2万吨，同比成长65.8%，佔当年中国液化气进口总量的57.1%。中国的天然气消费在2004年至2008年间，每年平均增加近100亿立方米。

近年来，国内不时出现的局部“气荒”，使石油企业和地方政府加大了LNG进口力度。

沪东中华最新的一艘LNG船订单，来自上海液化天然气海运有限公司，后者将为上海的LNG项目运送液化天然气。

从2009年开始，马来西亚将向上海供应液化天然气，数量从110万吨起逐年增加，2012年后，保证每年供应300万吨液化天然气。这些液化天然气都将由中国生产的LNG船舶运送。

与上海的情况类似，广东和福建两省的LNG进口项目也已落实，我国已有11个省份计画建设大型LNG进口项目。这些来自印尼、澳大利亚和俄罗斯的气源，将被装进众多的LNG船漂洋过海。

2010年国内将需要38艘LNG船，到2015年将超过65艘，国内对LNG船的巨大需求将成为中国船企“抗韩”的最大靠山。

整体趋势及战略

项目

以气代油在建材、冶金、医葯、轻工等行业中，目前企业广泛使用液化石油气、轻柴油和重油作工业燃料，油价的波动、油源和运输条件的製约，影响着产品质量和升级换代，也影响着空气质量的改善。使用燃油的工业企业，若实施以气代油工程，其改造工程量少、投资省、见效快，技术上完全可行，而油改气项目用气量大，用气稳定，也是天然气利用市场开拓初期主要的支撑项目。

範围

城市气化城市燃气主要包括居民生活用气、商业、公用事业等行业用气，中小型工业用气以及机动车替代燃油用气等。城市燃气是城市重要的基础设施，也是衡量城市现代化的重要标志之一。

结构

为了最佳化城市燃气结构，提高供气质量，改善环境，天然气作为清洁能源必将成为我国现代化城市的首选燃料，到2010年，将成为我国大中城市燃气的主导气源。

以气发电天然气发电用气量大，是世界上燃气需求成长最快的领域，也是我国开拓天然气市场的主攻方向，同时，电力工业清洁化和大型化已成为发展的必然。