CNG運(yùn)輸船開發(fā)動(dòng)向

中船集團(tuán)七○八所 李 源

CNG運(yùn)輸船開發(fā)動(dòng)向

中船集團(tuán)七○八所 李 源

最早的CNG運(yùn)輸船概念出現(xiàn)于1968年，CNG的壓力值和溫度分別為80bar和-60℃，原型船在美國(guó)新澤西州建造和試驗(yàn)，并通過美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)審核，但并未商業(yè)化應(yīng)用。目前，世界范圍內(nèi)開發(fā)出的技術(shù)成熟的CNG運(yùn)輸船設(shè)計(jì)方案共有6種。

加拿大Sea NG公司開發(fā)的CNG運(yùn)輸船

加拿大海洋天然氣公司的CNG運(yùn)輸船采用Coselle技術(shù)，Coselle是一種貨物系統(tǒng)，將高壓力（275bar，常溫）的天然氣儲(chǔ)存于小口徑鋼質(zhì)盤圓管路中，是典型的Coselle系統(tǒng)為10英里（約合16km）長(zhǎng)的小口徑管路盤卷成的一個(gè)盤圓結(jié)構(gòu)。Coselle的直徑為15～20米，高2.5～4.5米，重約550t。一個(gè)Coselle約可裝載3 mmscf（300萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺）的天然氣，裝載量的大小與Coselle的尺度、氣體溫度、壓力及組分有關(guān)。Coselle CNG系統(tǒng)只需要很少的岸上設(shè)施，天然氣的裝、卸能在簡(jiǎn)單的港口管道設(shè)施中完成，大大減少了環(huán)境污染和費(fèi)用投入。如果無法進(jìn)入港口，也可在海上浮體上轉(zhuǎn)運(yùn)。Coselle CNG船每航程為200～2000km，運(yùn)力可達(dá)30 ～ 500mmscf。

2006年美國(guó)船級(jí)社批準(zhǔn)了首艘Coselle壓縮天然氣船的建造，該船由Guido Perla & Associates（GPA）公司為Sea NG公司提供設(shè)計(jì)。船長(zhǎng)118米，船上擁有16個(gè)Coselle，天然氣裝載量為50mmscf，這些Coselle布置在4個(gè)相同尺寸的堆架中（Stack），堆架位于主甲板上一個(gè)完全封閉的貨艙內(nèi)。船上裝備有2臺(tái)全方位Z形推進(jìn)系統(tǒng)和1個(gè)船首導(dǎo)管推進(jìn)器，船員編制11人。

2007年GPA公司又開發(fā)出兩種不同尺度的CNG船，其中種船長(zhǎng)204米，船員編制20人，配備有84個(gè)Coselle，總的氣體裝載能力達(dá)到250mmscf。另一種船長(zhǎng)141米，船員編制11人，配備有25個(gè)Coselle，5個(gè)堆架，總的氣體裝載能力達(dá)75mmscf。

Sea NG公司目前已開發(fā)出數(shù)量Coselle船，從擁有16個(gè)Coselle，可運(yùn)載約50mmscf天然氣的CNG船到擁有144個(gè)Coselle，可運(yùn)載約450mmscf天然氣的CNG船。將其運(yùn)載量與LNG船比較，一艘大型的LNG船能運(yùn)載超過140000m3的LNG，當(dāng)再氣化時(shí)，將膨脹到8400萬m3，或約30億立方英尺天然氣，即相當(dāng)于3000mmscf。

EnerSea運(yùn)輸公司、川崎汽船及現(xiàn)代重工合作開發(fā)的CNG運(yùn)輸船

早在2002年，美國(guó)EnerSea運(yùn)輸公司就開始與日本川崎汽船及韓國(guó)現(xiàn)代重工合作開發(fā)CNG運(yùn)輸船，核心技術(shù)為VOTRANS技術(shù)，天然氣被壓縮至130bar，溫度需冷卻至-29℃，采用鋼質(zhì)、垂直放置的管路模塊存儲(chǔ)壓縮天然氣，典型的該模塊高36米，包含24個(gè)管路，可裝載約7mmscf天然氣。合作開發(fā)的具體分工為EnerSea公司負(fù)責(zé)天然氣壓縮存儲(chǔ)艙和天然氣流程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)代重工則負(fù)責(zé)船體、動(dòng)力系統(tǒng)和相關(guān)功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首艘合作開發(fā)的船型稱為V800型，該船天然氣設(shè)計(jì)裝載量為700～800mmscf，單次航程可達(dá)2500英里（約1552km），平均運(yùn)力為300～ 500mmscf/天。2003年ABS原則認(rèn)可了V800的船型設(shè)計(jì)。目前共開發(fā)出三種船型：V800、V600及V1000，并計(jì)劃實(shí)施商業(yè)化建造。

三星重工開發(fā)的PNG船

在現(xiàn)代重工成功研發(fā)CNG船的同時(shí)，三星重工也成功地研發(fā)出了與CNG船性能相類似的壓縮天然氣運(yùn)輸船PNG船。三星重工現(xiàn)正在向歐洲船東推薦PNG船，并希望獲得訂單。

三星重工開發(fā)的PNG船基于Knutsen OAS航運(yùn)公司所有的壓縮天然氣儲(chǔ)存技術(shù)，該技術(shù)已獲DNV正式認(rèn)可。采用直徑為1米，長(zhǎng)度為36米的管狀容器存儲(chǔ)天然氣，溫度為常溫，壓力250bar，溫度及壓力均高于現(xiàn)代重工所開發(fā)的CNG船。該船長(zhǎng)259.7米，寬54米，深29米，33000DWT，天然氣裝載容積77190m3，船上設(shè)有12個(gè)貨艙，裝載壓縮天然氣的氣瓶共2672個(gè)，由于是常溫運(yùn)輸，因此無需絕緣冷柜，天然氣也不會(huì)因蒸發(fā)而損耗。

挪威CETech公司開發(fā)的CNG運(yùn)輸船

2004年挪威Teekay航運(yùn)公司、Leif Hoegh公司與挪威最大的油氣公司Statoil組成CETech（Compressed Energy Technology，壓縮能源技術(shù)）公司開始長(zhǎng)期的項(xiàng)目合作，合作的最終目的是促成壓縮天然氣運(yùn)輸技術(shù)的商業(yè)化。此后，CETech公司又進(jìn)一步擴(kuò)展其業(yè)務(wù)范圍至開發(fā)混合CNG/石油運(yùn)輸船、Shuttle Producer和CNG穿梭運(yùn)輸船。

該公司開發(fā)的CNG穿梭運(yùn)輸船的貨艙系統(tǒng)是水平布置的外覆厚壁的鋼質(zhì)存儲(chǔ)管，壓力可達(dá)150～250bar。這些管路布置在甲板內(nèi)和甲板上。船長(zhǎng)200～300米，寬40～60米。CNG穿梭運(yùn)輸船可有多種用途，可從平臺(tái)接收處理過的氣體，也可在船上對(duì)氣體進(jìn)行處理，另外氣體也可通過一個(gè)APL裝載/卸載系統(tǒng)裝載到船上。該系統(tǒng)中，連接海底設(shè)備的浮體被引入船體中，并與船自身的接收設(shè)備相匹配，船裝載完畢后與浮體解除連接，然后可航行至陸地終端或其它海上設(shè)施。

而Shuttle Producer則是將CNG系統(tǒng)安裝在常規(guī)的穿梭油船上。CNG貨艙系統(tǒng)是單獨(dú)制造的，增加了船體建造的靈活性。該項(xiàng)目的開發(fā)主要是針對(duì)挪威研究委員會(huì)（Norwegian Research Council）的要求，滿足了同步生產(chǎn)石油和伴生氣的要求。該項(xiàng)研究著重開發(fā)船舶與管路系統(tǒng)間的接口，特別是管路如何固定在船舶上。同時(shí)，還有多種設(shè)計(jì)是針對(duì)阿芙拉型和蘇伊士最大型油船的?；诎④嚼陀痛脑O(shè)計(jì)將能裝載60000～70000m3石油和8000m3氣體，而基于蘇伊士最大型的設(shè)計(jì)將裝載120000m3石油和30000m3氣體。所有存儲(chǔ)設(shè)備將安裝于甲板上，甲板內(nèi)存儲(chǔ)石油。盡管布置空間足夠，但額外的重量和體積將改變船舶自身的性能，因此船舶必須新建。

該貨艙系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)已獲得DNV原則認(rèn)可，船型設(shè)計(jì)上的主要技術(shù)難點(diǎn)在于：1）貨艙系統(tǒng)；2）鋼質(zhì)管路兩端的設(shè)計(jì)；3）專門的貨艙加熱系統(tǒng)，卸載氣體時(shí)貨艙中壓力的下降會(huì)導(dǎo)致溫度明顯下降，并對(duì)貨艙系統(tǒng)中的鋼材產(chǎn)生影響。

此外，CETech公司還在研制具商業(yè)價(jià)值的最大CNG船，構(gòu)思中的最大CNG船可裝載10萬m3氣體，每年運(yùn)量在5～30億m3，每航程為300～2000海里之間（556～3706km）。

加拿大Trans CNG公司開發(fā)的CNG運(yùn)輸船

加拿大Trans CNG公司由TransCanada管路公司和海外船舶控股集團(tuán)（OSG）合資成立，開發(fā)了氣體運(yùn)輸模塊（GTM）CNG運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用NCF工業(yè)公司的復(fù)合材料管路技術(shù)。GTM是一種復(fù)合加強(qiáng)壓力容器，重量較輕，安全性高，可在環(huán)境溫度下操作。天然氣被壓縮到高于207bar，然后通過高壓裝載連接管裝載到船上的GTM中。卸載時(shí)，CNG船與卸載管道系統(tǒng)和減壓站相連執(zhí)行卸載作業(yè)。該設(shè)計(jì)用于內(nèi)河駁船已獲ABS審核通過，遠(yuǎn)洋船的GTM系統(tǒng)也已獲得LR的原則認(rèn)可。

Trans Ocean Gas公司開發(fā)的CNG運(yùn)輸船

Trans Ocean Gas公司是加拿大一家私人公司，其模塊化的CNG運(yùn)輸容器采用纖維強(qiáng)化塑料（FRP）壓力容器。這種FRP壓力容器廣泛用于航空工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、海洋油氣工業(yè)以及公共運(yùn)輸，其安全性和可靠性已經(jīng)過檢驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)為：重量輕（為鋼材的1/3）；耐腐蝕；安全性好，不會(huì)產(chǎn)生破裂；可靠性高（故障率＜10-5）；耐低溫（-80℃）；成本低等。

該CNG系統(tǒng)裝配于模塊盒，便于安裝和固定。模塊盒可垂直放置許多FRP瓶，每個(gè)模塊盒的頂端和底端均設(shè)有連接總管。鋼質(zhì)的模塊盒結(jié)構(gòu)使氣體容器系統(tǒng)免受水動(dòng)力運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)的影響。該模塊盒系統(tǒng)在航行中任何時(shí)候均可保證100%的可視率。另外，為確保FRP瓶的連貫性，總管和管路網(wǎng)以及第一絕緣閥均采用雙煉不銹鋼制造。該貨艙系統(tǒng)2003年獲ABS原則認(rèn)可。

CNG運(yùn)輸船的商業(yè)化進(jìn)程

雖然CNG運(yùn)輸船的技術(shù)難點(diǎn)已經(jīng)攻克，但商業(yè)化應(yīng)用一直還未實(shí)現(xiàn)。目前，并沒有一艘商業(yè)化的CNG運(yùn)輸船交付，不過近年來業(yè)內(nèi)一些企業(yè)紛紛考慮投資新建CNG運(yùn)輸船。

2004年印尼船東PT Arpeni已開始與韓國(guó)現(xiàn)代重工就建造世界第1艘CNG運(yùn)輸船事宜進(jìn)行談判，當(dāng)時(shí)計(jì)劃訂造最少2艘每艘容積75000m3的CNG運(yùn)輸船。

韓國(guó)現(xiàn)代重工與美國(guó)EnerSea公司對(duì)CNG運(yùn)輸船的合作開發(fā)工作已順利完成，并且船型設(shè)計(jì)已獲得ABS船級(jí)社的認(rèn)可。日本川崎汽船公司將成為首家訂購企業(yè)。

加拿大Sea NG公司計(jì)劃在今后10年內(nèi)投資建造多艘Coselle CNG運(yùn)輸船，各類型號(hào)和艘數(shù)分別是：運(yùn)力為50mmscf的16艘，運(yùn)力為250mmscf的84艘，運(yùn)力為325mmscf的108艘，運(yùn)力為450mmscf的144艘。

2009年TransCNG國(guó)際公司就建造1艘CNG運(yùn)輸船發(fā)起招標(biāo)，韓國(guó)現(xiàn)代重工、三星重工、大宇重工以及中國(guó)一家沒有透露名稱的船廠參與了競(jìng)標(biāo)，該種船計(jì)劃共建造4艘，并交與越南油氣總公司用于大熊油田的油氣開發(fā)運(yùn)輸。

作為天然氣產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，氣體運(yùn)輸船的前景必將十分廣闊。而作為一種新生事物，CNG運(yùn)輸船為運(yùn)輸天然氣提供了一種可選方案，能很好地填補(bǔ)采取管道運(yùn)輸和LNG運(yùn)輸均不具備經(jīng)濟(jì)性的市場(chǎng)盲區(qū)。

CNG運(yùn)輸船的市場(chǎng)需求潛力很大。在LNG船開發(fā)建造方面，我國(guó)與日、韓的差距已經(jīng)很大了，但CNG船的商業(yè)化發(fā)展剛起步，目前世界范圍內(nèi)還沒有任何一家企業(yè)有建造經(jīng)驗(yàn)，這給了我們一個(gè)同臺(tái)競(jìng)技的大好機(jī)會(huì)，也是開拓新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的有效途徑。所以，我們應(yīng)抓住機(jī)會(huì)，盡快攻克相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。值得注意的是，日、韓以及歐美的一些企業(yè)市場(chǎng)嗅覺十分敏銳，能夠時(shí)時(shí)走在市場(chǎng)的前面，了解船東的需求，提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，當(dāng)市場(chǎng)需求來臨時(shí)正好合上市場(chǎng)的節(jié)拍，拓展了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)渠道，也許這正是我們需要學(xué)習(xí)的地方。

The commercial use of CNG transport ships has yet to be materialized although technical difficulties concerning CNG transport ships have been resolved. Up to now, there is not yet a single delivery of CNG transport ship for commercial use, however, some enterprises within the industry are considering investing in building new CNG transport ships.

Back in 2004, shipowners in Indonesia have begun to negotiate with Hyundai Heavy Industry about building the fi rst CNG transport ship in the world, and at least 2 CNG transport ships of 75000 m3each were under consideration.

The cooperation on development of CNG transport ships between Hyundai Heavy Industry and the EnerSea Transport LLC has successfully accomplished and the ship type design has been approved by ABS. K-Line Company in Japan will be the fi rst enterprise to order CNG transport ships.

Sea NG Corporation in Canada plans to invest in building Coselle CNG transport ships in the next 10 years, with 16 ships of 50mmscf, 84 ships of 250mmscf, 108 ships of 325mmscf and 144 ships of 450mmscf.

In 2009, TransCNG International called for tenders to build one CNG transport ship, which attracted Hyundai Heavy Industry, Samsung Heavy Industry, Daewoo Heavy Industry and one shipyard from China which declined identif i cation.4 ships of the same ship type are under planning and will be delivered to the Vietnam Oil and Gas Corporation for oil and gas exploitation and transportation of Great Bear oil fi eld.

As the important component of the chain of natural gas industry, CNG transport ships have a bright future. And as a newborn thing, CNG transport ships provide an alternative solution for natural gas transportation, and fi ll in the blind areas of the market where transportation through pipelines and LNG ships may not be an economic choice.

There is great potential in demand for CNG transport ships. China has been lagged far behind from Japan and Korea in the development and construction of LNG ships, whilst CNG ships provide us with the opportunity to compete on the same platform and the effective means to search for points for new economic increase, since no enterprise in the world has obtained the experience of CNG construction. We should grasp this opportunity to resolve the technical difficulties and to sharpen the competitive edges. Enterprises in Japan, Korea, Europe and America are very sensitive to the market and can therefore put themselves in the forefront of the market. They have a good understanding of the needs of shipowners and will make technical reservations beforehand, which enable them to keep tempo with the market when such needs befall. This helps them to expand business and therefore is something worthy for us to learn from.

The Development Trend of CNG Transport Ship

By Li Yuan