LNG船液貨艙技術(shù)發(fā)展趨勢

　　自1959年甲烷先鋒號(hào)METHANEPIONEEER開始試驗(yàn)運(yùn)行以來，世界范圍內(nèi)的LNG運(yùn)輸業(yè)整整經(jīng)歷了60年的發(fā)展歷程。在此過程中，LNG運(yùn)輸船技術(shù)也經(jīng)歷了從小型、簡單、單一到目前的大型、復(fù)雜、專用的不斷提升的過程。而LNG船貨物維護(hù)系統(tǒng)是LNG船舶的核心技術(shù)之一。

　　早期設(shè)計(jì)師嘗試研發(fā)出很多貨物維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)。20世紀(jì)70年代中期以后，市場的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律最終使LNG船舶貨物圍護(hù)系統(tǒng)的主流技術(shù)選擇范圍縮小到4個(gè)主要設(shè)計(jì)概念：中小型LNG船適用的C型壓力罐、大型LNG船的Moss球罐型、GTTMARKⅢ和NO96薄膜型以及IHISPB型。

　　1 LNG船貨艙型式分類

　　一般來說，IGC規(guī)則將液貨艙分為5種主要類型：整體貨艙、薄膜型貨艙、半薄膜型貨艙、獨(dú)立貨艙和內(nèi)部絕緣貨艙。

　　獨(dú)立貨艙又可以分為A型，B型和C型（見圖1），而內(nèi)部絕緣貨艙也可以分為1型和2型。

　　從數(shù)量上看，目前LNG船舶市場上以傳統(tǒng)的大型LNG船舶為主流。中小型LNG船以C型壓力罐為主。中大型LNG船則是Moss球罐型以及GTT薄膜型MarkIII型和NO96的天下。

　　2 LNG船舶貨艙技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

　　自1959年LNG海上運(yùn)輸技術(shù)開端以來，歷經(jīng)60年的發(fā)展LNG船舶液貨艙技術(shù)逐漸向高可靠性、低蒸發(fā)率、低建造成本、低維護(hù)費(fèi)用以及更輕更薄的方向發(fā)展。

　　目前國際LNG船造船市場上，韓國船廠以薄膜型技術(shù)占據(jù)絕對(duì)主要地位；日本船廠以其Moss型貨艙技術(shù)仍然占有一席之地；以上海滬東中華船廠為代表的中國船廠開始在LNG造船市場逐漸嶄露頭角。

　　2.1目前市場上主流LNG貨物維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　根據(jù)GIIGNL2018年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在世界范圍內(nèi)的LNG運(yùn)營船隊(duì)中薄膜型液貨艙技術(shù)占70%的比例，Moss型有23%的應(yīng)用比例，其他諸如C型壓力罐以及SPB等貨艙技術(shù)只有7%左右。薄膜型貨艙統(tǒng)稱為GTT薄膜型，可以細(xì)分為Mark型和NO型兩類。Moss型技術(shù)專利目前為挪威MossMarine公司所擁有。SPB型貨艙技術(shù)仍然為日本石川島播磨IHI牢牢把持。

　　1）薄膜型貨艙技術(shù)：MarkⅢ技術(shù)（見圖2）：該技術(shù)源自于1994年GTT公司合并之前的Tcehnigaz公司設(shè)計(jì)方案，屬于薄膜型，由船體結(jié)構(gòu)直接支撐。主層屏壁為1.2mm厚帶

　　有縱橫方向（長度為340mm方格）波紋方格的304不銹鋼板。次層屏壁為2層玻璃纖維布中間夾1層鋁箔結(jié)構(gòu)。絕緣板總厚度270mm，主層絕緣100mm，次層絕緣170mm。通過樹脂繩將絕緣面板粘合到船體內(nèi)板上，這種樹脂繩用于雙重目的，錨固絕緣層并均勻地分配液貨載荷。

　　MarkIIIFlex技術(shù)：將次層絕緣的厚度由170mm增加到300mm，同時(shí)緣層的硬質(zhì)聚氨酯PU泡沫密度增大，這樣貨艙強(qiáng)度增加且絕緣性能增強(qiáng)。BOR可以降低到最低0.085%V/天。

　　MarkIIIFlex+技術(shù)：由于絕緣厚度增加了480mm，因此除了增加貨艙強(qiáng)度之外，還可將BOR降低到0.07％V/天。

　　MarkIIIFlexHD技術(shù)：將硬質(zhì)絕緣R-PUF密度可以從130kg/m3增加到210kg/m3，可以提供超過2倍的貨艙抗壓強(qiáng)度。

　　MarkV技術(shù)：次層屏蔽用焊接的波紋形殷瓦膜代替了3層結(jié)構(gòu)的玻璃絲布鋁箔結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)升級(jí)使得貨艙自然揮發(fā)率可以進(jìn)一步降低到0.075%V/天。

　　GTTNO.96薄膜型技術(shù)（見圖3）：NO.96薄膜型貨物源自于1994年GTT公司合并之前的GazTransport。該系統(tǒng)的主、次屏壁均采用0.7mm厚的含鎳36%的殷瓦鋼。主次

　　層絕緣箱（厚度230mm+300mm）均由填充有膨脹珍珠巖粉末的膠合板箱制成。

　　GTTNO.96GW技術(shù)：僅僅通過將絕緣箱中的膨脹珍珠巖粉末用玻璃絲棉替代，NO96GW系統(tǒng)的BOR可以降為0.125％~0.13％V/天。

　　GTTNO.96-LO3技術(shù)：絕緣箱共分3層。主絕緣箱厚度不變，內(nèi)部充填玻璃絲棉。次層絕緣箱變成2層：減薄的92mm厚次層絕緣箱（填充玻璃絲棉）底部增加1層208mm厚強(qiáng)化聚氨酯R-UF泡沫板。NO96-L03貨艙BOR因此可達(dá)到0.11％V/天。

　　GTTNO.96-LO3+技術(shù)：與NO96-L03有相同的絕緣厚度，中間絕緣層采用PU泡沫板代替填充玻璃絲棉的膠合板箱。BOR可以降到0.11％V/天。

　　GTTNO.96Flex：其特點(diǎn)是主層屏蔽膜為波紋304不銹鋼膜，次層屏蔽為含鎳36%的殷瓦膜。主次層絕緣均采用強(qiáng)化聚氨酯R-UF泡沫板。BOR可以降到0.07％V/天。

　　GTTNO96Max：是NO96GW的升級(jí)，使用支柱結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)絕緣材料來增加絕緣箱的強(qiáng)度。同時(shí)絕緣箱的隔板厚度由1.2mm增加到1.5mm，且頂板改為雙層。GTTNO.96Max可以分為MR/UR(Mega/Ultra-Reinforced)。貨艙內(nèi)局部采用強(qiáng)化絕緣箱后，貨艙的裝載液位限制區(qū)間由傳統(tǒng)的10%~70%縮小到10%~50%貨艙高度。

　　綜上，GTT公司的薄膜型技術(shù)具有船體線型適應(yīng)性好、船體容積利用率高的優(yōu)點(diǎn)，適合大型LNG船的建造。但是其強(qiáng)度偏弱，因此在貨艙部分裝載時(shí)必須考慮晃蕩力對(duì)貨艙內(nèi)膜的破壞，需特殊設(shè)計(jì)。一般來說GTT規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)液貨艙內(nèi)部限制裝載液位為10%~70%貨艙高度。

　　2）Moss型的技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展：20世紀(jì)70年代，早期的薄膜式LNG船上陸續(xù)出現(xiàn)過晃蕩力沖擊造成艙內(nèi)薄膜表面損傷的事故，設(shè)計(jì)人員嘗試研發(fā)出更能耐受液貨晃蕩力的Moss型貨物圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)。世界上第一條采用Moss型液貨艙的LNG船是在1973年由挪威MossRosenbergVERF（MRV）船廠建造。

　　傳統(tǒng)的Moss球罐型技術(shù)（見圖4）：起初設(shè)計(jì)的貨艙的材料是含鎳9%鎳的合金鋼，后期貨艙材料改為5083鋁合金。球罐型貨艙鋁合金材料的厚度在28~55mm之間。在球型貨罐中部的赤道位置，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度厚度會(huì)達(dá)到170mm。

　　Moss型貨艙艙壁結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，無需擔(dān)心液貨艙內(nèi)部的液貨晃動(dòng)力造成的破壞問題，因而可以不限制貨艙內(nèi)部的裝載液位。

　　Moss型貨艙的熱絕緣層主要有2種形式：板塊式聚苯乙烯和發(fā)泡噴涂式聚苯乙烯，外表面均粘貼覆蓋0.3mm鋁箔，以形成一個(gè)氣密的空間從而可以隔離泄漏的液貨，同時(shí)也可以阻隔外部空氣中的濕氣保證球罐外壁絕緣的干燥度，不至于使其吸潮降低熱絕緣性。貨艙底部設(shè)置有防漏滴盤，能夠承納15天的液貨泄漏量。

　　傳統(tǒng)的Moss球罐型LNG船的缺點(diǎn)亦十分明顯：球型罐體體積巨大，不但影響駕駛臺(tái)視野造成船舶操縱方面的一定困難，同時(shí)罐體裸露在甲板外面受風(fēng)面積大，造成船體風(fēng)阻較大，最后，球型罐體造船船體內(nèi)部容積利用率低。

　　MHISayaendo1型Moss球罐貨物圍護(hù)系統(tǒng)：2011年由三菱重工MHI開發(fā)成功。有別于傳統(tǒng)的Moss球罐型LNG船，Sayaendo1型LNG船的幾個(gè)球罐型貨艙被完整包覆起來，類似豌豆莢。這樣的改進(jìn)結(jié)果是一方面改善了空氣動(dòng)力性能，降低了船體風(fēng)阻，同時(shí)甲板面的管系電纜等附件可以隱藏于船艙內(nèi)部，提高了設(shè)備的可維護(hù)性。

　　MHISayaendo2型Moss球罐貨物圍護(hù)系統(tǒng)：2012年MHI開發(fā)成功。在Sayaendo1型基礎(chǔ)上，圓球形貨艙被在垂直方向上拉長，外形看起來更像一個(gè)蘋果，貨艙艙容因此而增加約8000m3，而船體結(jié)構(gòu)重量減少約10％，結(jié)合機(jī)艙動(dòng)力系統(tǒng)的改進(jìn)能耗降低約20%。

　　2.2目前市場上其他小眾LNG貨物維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)

　　當(dāng)前LNG貨物維護(hù)系統(tǒng)市場基本被GTT薄膜型和MossMaine球罐型2種技術(shù)壟斷。除此之外，依然有數(shù)量比較少的C型壓力容器式貨艙、棱柱形SPB型貨艙等技術(shù)存在。

　　C型壓力容器式貨艙：C型貨艙一般為球型或者圓柱形壓力容器，技術(shù)比較成熟。圓柱形貨艙可以水平或者垂直安裝。

　　這種類型的貨艙通常用于半壓和全壓液化氣體運(yùn)輸船。用于LNG運(yùn)輸船時(shí)，貨艙材料必須是耐低溫鋼材。C型壓力罐是按照傳統(tǒng)的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造，需要進(jìn)行精確的應(yīng)力分析。

　　貨艙的外表面敷設(shè)聚苯乙烯板或者噴涂發(fā)泡聚苯乙烯。根據(jù)IGC規(guī)則，C型壓力罐不需要次層屏蔽屏障，貨艙與船體之間的緩沖空間可以填充惰性氣體或干空氣。C型壓力式貨艙因其造價(jià)低廉，工藝簡單，制造容易以及沒有高昂專利費(fèi)的特點(diǎn)在中小型LNG船上仍然有著廣闊的發(fā)展空間。

　　IHISPB型貨物維護(hù)系統(tǒng)（見圖5）：1985年日本石川島播磨重工IHI基于最早期的CONCH技術(shù)開發(fā)出SPB型液貨艙，對(duì)貨艙和船體進(jìn)行有限元分析以及船體結(jié)構(gòu)疲勞分析和裂紋擴(kuò)展分析。SPB貨艙形狀為棱柱形，中間有縱向隔艙壁。貨艙材料可以使用5083鋁合金、304不銹鋼或者9%鎳鋼。最大設(shè)計(jì)艙壓0.7bar，貨艙外表面包覆絕緣材料為聚氨基甲酸酯泡沫。IHI的SPB貨艙技術(shù)的開發(fā)使日本成為歐洲以外第一個(gè)擁有LNG貨物圍護(hù)系統(tǒng)專利的國家，2017年采用SPB貨艙技術(shù)的最大的16.5萬方LNG船交付。

　　但是由于本身SPB貨艙材料價(jià)格高昂（據(jù)稱比薄膜型高10%~20%）以及日本IHI公司對(duì)其專利技術(shù)的嚴(yán)密保護(hù)，所以目前市場上采用SPB技術(shù)建造的LNG船并不多，除IHI公司自己建造3條LNG船等有限幾條船之外，其它亞洲和歐洲客戶提供了數(shù)量有限的貨艙成品。據(jù)稱，其貨艙性能非常穩(wěn)定。

　　LNT-A型貨物維護(hù)系統(tǒng)（見圖6）：挪威LNT公司在2015年開發(fā)出LNT-A型新型貨艙技術(shù)，屬于IMOA型獨(dú)立自持式。主層屏蔽材料材料可以為304不銹鋼、5083鋁合金或者9%鎳鋼。絕緣材料與SPB型包覆在主屏蔽（貨艙）的外表面上的方式不同，它是以聚氨酯泡沫板的形式附著在船體內(nèi)甲板上。次層屏蔽為覆蓋在絕緣層內(nèi)表面的密封膜，具有液體密封功能（見圖7）。與SPB型類似，人員可以進(jìn)入液貨艙和絕緣層之間的中間屏蔽空間，方便檢修。貨艙支撐與傳統(tǒng)的貨艙支撐一致。

　　與薄膜型貨艙相比，LNT-A貨艙絕緣材料置于貨艙之外，不需要承受液貨產(chǎn)生的應(yīng)力，因而可以做得更輕更薄，具有更高絕熱性能且成本更低。船體容積利用率高，絕熱性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)靈活。據(jù)技術(shù)開發(fā)方聲稱，LNT-A型貨艙技術(shù)門檻低，以使更多的船廠有能力建造LNG船舶。

　　目前招商重工海門船廠建造的世界上第一艘采用LNT-A貨倉技術(shù)的額LNG船SAGADAWN已經(jīng)成功完成氣體試航，證明了新型貨艙技術(shù)的可行性。未來交付后的穩(wěn)定運(yùn)行，將進(jìn)一步證明該技術(shù)的可靠性。時(shí)間將會(huì)證明，此新技術(shù)的成功將開啟LNG液貨艙技術(shù)的新時(shí)代。

　　韓國KC-1薄膜型貨物圍護(hù)系統(tǒng)：2014年韓國開發(fā)了KC-1薄膜艙。主次屏蔽都是1.5mm厚的304不銹鋼波紋板。絕緣使用密度為115kg/m3的聚氨酯泡沫，結(jié)構(gòu)比GTT薄膜型設(shè)計(jì)更簡單，有效降低了成本。BOR可以降到0.12％V/天。

　　第一條交付的采用KC-1技術(shù)的LNG船在運(yùn)營過程中出現(xiàn)絕緣層結(jié)冰現(xiàn)象，船舶不得不停租進(jìn)塢修船。這對(duì)KC-1市場推廣是一個(gè)不利的挑戰(zhàn)。

　　LNG船貨物圍護(hù)系統(tǒng)本身各有特點(diǎn)，雖然以上這些市場上貨艙技術(shù)在數(shù)量上屬于小眾地位，且其市場推廣仍然受限于技術(shù)本身適用的船舶尺度、航線特點(diǎn)、成本優(yōu)勢以及技術(shù)難度等條件，但是在LNG船造船市場上仍然有其一定的生存空間。

　　3我國中小型船廠在LNG貨艙技術(shù)上的突破

　　經(jīng)過近60年LNG航運(yùn)及造船業(yè)的發(fā)展，目前國際上的大型LNG船造船市場基本被韓國日本船企壟斷。返觀國內(nèi)形勢，目前大型LNG船建造只有上海的滬東中華造船廠有實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)。在此形勢下，國內(nèi)中小型船廠如果想在LNG運(yùn)輸船建造市場上有所突破，以下方向值得考慮：

　　1）國內(nèi)中小型船廠的主攻方向應(yīng)該放在4萬方以下的中小型LNG運(yùn)輸船。

　　2）就貨艙技術(shù)而言，應(yīng)該研究低成本、低難度、低專利費(fèi)、可靠性高的貨物維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)。

　　3）GTT薄膜型技術(shù)難度太大、生產(chǎn)管理復(fù)雜，不適合沒有經(jīng)驗(yàn)的中小船廠。

　　4）日本的SPB技術(shù)因?yàn)樵靸r(jià)及專利高，采用這種技術(shù)的可行性需要謹(jǐn)慎研究。

　　5）C型壓力罐技術(shù)是一個(gè)重要的發(fā)展方向。罐體如果沒有建造經(jīng)驗(yàn)可以外包，降低建造風(fēng)險(xiǎn)。

　　6）新型LNT-A型貨艙技術(shù)目前已經(jīng)開發(fā)成功。其技術(shù)簡單且造價(jià)低，將是中小型船廠進(jìn)行LNG船造船嘗試的一個(gè)新的發(fā)展方向。

　　4結(jié)語

　　受我國乃至世界范圍內(nèi)LNG消費(fèi)以及LNG船舶運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展的影響，LNG船舶建造正在迎來新一輪大幅度增長。受安全、可靠性、環(huán)保以及成本等諸多因素的推動(dòng)，LNG船貨物維護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)進(jìn)步的腳步永遠(yuǎn)不會(huì)停歇。主流大型LNG船舶貨艙技術(shù)專利費(fèi)高企，是新型LNG船貨物圍護(hù)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。（?谷林春 何蕭，上海振華重工，船舶物資與市場）