LNG船建造技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新

陳建國，樓丹平，張麗萍

（1. 中國船舶工業(yè)貿(mào)易公司，上海 200120；2. 滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

1 LNG船特點(diǎn)和建造LNG船的重大意義

液化天然氣船（LNG船）是在常溫常壓下裝運(yùn)-163℃液化天然氣的特殊船舶，由于 LNG超低溫的高危特點(diǎn)，對(duì) LNG船也就有著特別的安全、技術(shù)要求，是目前世界上建造難度最高、要求最高的民用船舶之一。

LNG船必須保證常溫常壓下-163℃液化天然氣的安全運(yùn)輸能力，保證液貨操控系統(tǒng)在巨大溫度變化下的承受、處理能力以及對(duì)液化天然氣于海上航行中的自然揮發(fā)部份經(jīng)專門管路提供至主機(jī)的再利用能力等。這樣，特殊的液貨操控系統(tǒng)、特殊的主推進(jìn)系統(tǒng)、船體結(jié)構(gòu)的長壽命要求和低溫鋼在船體結(jié)構(gòu)的大量使用，構(gòu)成了 LNG船最主要的 4大技術(shù)特點(diǎn)。

LNG船無論對(duì)于保障國家能源戰(zhàn)略順利實(shí)施，還是滿足船舶工業(yè)做大做強(qiáng)的戰(zhàn)略需要，或是實(shí)現(xiàn)船舶工業(yè)跨越發(fā)展，都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 薄膜型LNG船的預(yù)研和開發(fā)

滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司（以下簡稱公司）的LNG船開發(fā)始于1997年，至今已有10多年的時(shí)間，在前期開發(fā)中經(jīng)歷了如下幾個(gè)關(guān)鍵階段：

1)調(diào)研、考察和預(yù)研項(xiàng)目立項(xiàng)

早在 1997年，公司就已組織相關(guān)的專家和人員認(rèn)真研究 LNG船的相關(guān)資料，包括規(guī)范規(guī)則、船型資料、貨艙專利資料等的收集工作。

1999年，國內(nèi)首個(gè)LNG引進(jìn)項(xiàng)目——廣東大鵬 LNG引進(jìn)項(xiàng)目啟動(dòng)。公司向國家計(jì)委、國防科工委、國家科技部申報(bào)了“13.5萬m3液化天然氣船開發(fā)和研制項(xiàng)目立項(xiàng)建議書”，立項(xiàng)獲得批準(zhǔn)后，LNG船實(shí)質(zhì)性研發(fā)工作全面展開。

早期的研發(fā)做得越深，編制的技術(shù)規(guī)格書和繪制的圖紙就更合理，在競標(biāo)中更易獲得高分。所以通過對(duì)船型性能、船體結(jié)構(gòu)、機(jī)艙布置、設(shè)備容量計(jì)算等分別進(jìn)行的研究，不僅為成功競標(biāo)打下了基礎(chǔ)，而且為后來廣東項(xiàng)目技術(shù)談判創(chuàng)造了條件。

2)E-80模型艙的制作

E-80模型艙是LNG船貨艙的一個(gè)典型角隅分段，分段長5.80m，寬9.88m，高5.43m，通過在其上安裝絕緣箱和殷瓦薄膜，初步體驗(yàn)薄膜型LNG船液貨艙制作的主要過程。模型艙于2001年7月在國內(nèi)首制建成。

雖然只是一個(gè)簡單的模型艙分段，但它對(duì)LNG船的發(fā)展和后來廣東 LNG運(yùn)輸項(xiàng)目的成功獲得具有非常重要的意義。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)情況下 LNG船對(duì)于國內(nèi)所有船廠都是一個(gè)新生事物，國外船廠又對(duì)中國進(jìn)行技術(shù)封鎖，誰能成功邁出第一步，誰就能占據(jù)更有利的地位。在模型艙成功制作后，通過邀請(qǐng)船東、船級(jí)社參于評(píng)審的方式，擴(kuò)大影響，樹立腳踏實(shí)地認(rèn)真做好 LNG船建造準(zhǔn)備工作的形象。并且在當(dāng)年9月份北京召開的“LNG運(yùn)輸項(xiàng)目國產(chǎn)化研討會(huì)”上獲得與會(huì)專家和船東的好評(píng)，這也間接為公司中標(biāo)廣東項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

3)在投標(biāo)工作中與國外船廠的合作

由于 LNG船的特殊性，廣東項(xiàng)目船東在招標(biāo)文件中明確指明：首制船必須在國外船廠建造，后續(xù)船在國內(nèi)建造時(shí)必須具有國外有LNG船建造經(jīng)驗(yàn)船廠的支持等要求。此時(shí)，國外LNG船建造重心已經(jīng)從歐洲轉(zhuǎn)向日、韓，特別是韓國已經(jīng)成為世界上LNG船建造大國。由于我國在上世紀(jì)末、本世紀(jì)初船舶行業(yè)的大力發(fā)展，在常規(guī)船建造的國際市場份額中已占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤?，逐漸成為日、韓的強(qiáng)勁競爭對(duì)手，日、韓為了在LNG船領(lǐng)域保持自己的領(lǐng)先地位，對(duì)中國船廠在LNG船設(shè)計(jì)、建造技術(shù)上進(jìn)行了嚴(yán)密的封鎖。最終公司選擇了與芬蘭馬薩船廠、法國大西洋船廠等合作。在多次接觸商談的基礎(chǔ)上，最終選定馬薩船廠作為球罐型LNG船的合作伙伴，大西洋船廠作為薄膜型LNG船的合作伙伴，并先后于2000年10月和2001年5月分別簽署了合作協(xié)議。

4)廣東、福建、上海項(xiàng)目的中標(biāo)

雖然進(jìn)行了大量的前期開發(fā)工作，但在區(qū)別于常規(guī)船的特殊區(qū)域，如 LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)、液貨操作系統(tǒng)和主推進(jìn)系統(tǒng)，公司認(rèn)為通過引進(jìn)外力贏得首制 LNG船的建造任務(wù)是比較可行的方法。最終在芬蘭馬薩船廠和法國大西洋船廠的支持下，公司獲得了廣東項(xiàng)目的第一承造權(quán)，合同于 2004年8月最終簽署。同樣在福建LNG項(xiàng)目和上海LNG項(xiàng)目的競標(biāo)中，公司也以較大優(yōu)勢(shì)中標(biāo)。

3 通過技術(shù)攻關(guān)成功建造LNG船

針對(duì) LNG船建造的主要特點(diǎn)，公司成立專門的技術(shù)攻關(guān)小組，包括建造技術(shù)、設(shè)備和配套以及人力資源保障等。攻關(guān)小組定期匯總攻關(guān)成績，由LNG項(xiàng)目管理組在 LNG專題會(huì)上交流，并針對(duì)LNG船實(shí)際建造中發(fā)生的問題進(jìn)行突擊攻關(guān)，以保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

3.1 建造技術(shù)攻關(guān)

1)船體建造技術(shù)

按照對(duì)LNG船要求達(dá)到40年的營運(yùn)壽命，對(duì)船體結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度提出了相當(dāng)高的要求，再加上安裝絕緣材料對(duì)船體結(jié)構(gòu)平整度有很高的要求，因此在船體結(jié)構(gòu)建造過程中對(duì)船體結(jié)構(gòu)的精度控制就十分重要。所以 LNG船船體建造技術(shù)的研究和突破主要包括：

(1)分段劃分。將貨艙區(qū)在縱向分為12段，分段長度約為17m。采取增加分段長度的方法，使貨艙區(qū)分段數(shù)量大大減少，同時(shí)也減少了分段大接頭，這對(duì)提高船體結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量和縮短船舶建造周期十分重要。

(2)分段建造方法研究。分別對(duì)雙層底、舭部、舷側(cè)、甲板、隔艙等分段的建造方法進(jìn)行研究，采用模板和胎架，保證外板和內(nèi)殼的建造精度。

(3)分段總組技術(shù)研究。通過科學(xué)合理的分段總組減少了船塢吊裝數(shù)，提高了建造質(zhì)量。

2)貨艙圍護(hù)系統(tǒng)建造技術(shù)

薄膜型LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)的建造主要包括：

(1)絕緣箱的安裝。絕緣箱的安裝必須保證足夠的平整度，以保證敷設(shè)在上的薄膜安裝的平整度。

(2)薄膜的焊接。14.7萬m3LNG船薄膜焊縫長130km，必須保證薄膜的安裝和焊接不能有絲毫的泄漏。

(3)密性試驗(yàn)。密性試驗(yàn)包括承載試驗(yàn)、氦氣試驗(yàn)等，用以檢驗(yàn)并確認(rèn)液貨艙薄膜沒有絲毫的泄漏，并承受LNG液貨的重量。

(4)液貨艙專用工作平臺(tái)拆裝技術(shù)。液貨艙專用工作平臺(tái)的拆卸是在液貨艙工作全部完成之后，拆卸必須有詳盡的程序文件，不能對(duì)薄膜有絲毫觸碰，而且通常一個(gè)艙的拆卸需一個(gè)月左右。所以詳盡的拆卸程序、熟練的拆裝工人、完備的拆裝工具，是保證液貨艙專用工作平臺(tái)快速、有序、安全拆裝的關(guān)鍵。

3)超低溫液貨管路和控制系統(tǒng)建造技術(shù)

超低溫液貨管路和控制系統(tǒng)的建造主要包括：

回顧2018年，行業(yè)利潤整體下行，農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)低迷，而上游原料價(jià)格卻全面上漲，復(fù)合肥行業(yè)舉步維艱。在此背景下，河南心連心化肥有限公司通過與經(jīng)銷商通力合作、專注高效肥料創(chuàng)新、打造精準(zhǔn)農(nóng)化服務(wù)體系等方式，實(shí)現(xiàn)逆勢(shì)增長，復(fù)合肥銷量達(dá)到歷史新高，同比增長14%，位居復(fù)合肥行業(yè)前五位；高效尿素銷量同比增長25%，繼續(xù)保持行業(yè)領(lǐng)先地位，差異化競爭優(yōu)勢(shì)成效顯著。

(1)超低溫管路的焊接技術(shù)。大口徑不銹鋼管系的對(duì)接焊技術(shù)，需要有熟練的不銹鋼焊接工人和可靠的焊接技術(shù)。

(2)超低溫管路的絕緣敷設(shè)技術(shù)。無論是現(xiàn)場發(fā)泡式還是包覆式承受常溫和超低溫溫度交變的超低溫管路需要有可靠的絕緣。

(3)超低溫控制系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)。超低溫控制系統(tǒng)包括泵塔系統(tǒng)、ESD系統(tǒng)、CTS系統(tǒng)、船岸連接系統(tǒng)、水探測(cè)系統(tǒng)、隔艙加熱系統(tǒng)、貨物機(jī)械室等，其調(diào)試技術(shù)是超低溫控制系統(tǒng)建造的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)已基本完成ESD等系統(tǒng)的調(diào)試工作。

(4)氣體試驗(yàn)技術(shù)。氣體試驗(yàn)是對(duì)液貨系統(tǒng)的最后檢驗(yàn)。

4)主推進(jìn)系統(tǒng)建造技術(shù)

由于采用515℃，6.5MPa高溫高壓的蒸汽透平系統(tǒng)，LNG船機(jī)艙系統(tǒng)的安裝和調(diào)試既具有危險(xiǎn)性又具有挑戰(zhàn)性。其關(guān)鍵建造技術(shù)包括：

(1)高溫管系安裝工作；

(2)高溫管系蒸汽沖洗；

(3)鍋爐調(diào)試。僅報(bào)警點(diǎn)就達(dá)到1000個(gè)以上；

(4)透平主機(jī)調(diào)試；

(5)透平發(fā)電機(jī)調(diào)試；

(6)IAS集成自動(dòng)化調(diào)試；

(7)PMS功率管理器調(diào)試，等等。

3.2 設(shè)備和配套能力

LNG船建造所需的配套主要包括：

1)絕緣箱生產(chǎn)流水線

一艘LNG船需絕緣箱53000多只，而且既有數(shù)量要求，還有精度控制，所以引入數(shù)控生產(chǎn)流水線，是解決數(shù)量和精度要求的最佳方法?，F(xiàn)有2條絕緣箱生產(chǎn)流水線，能滿足年建造3～4艘LNG船的要求。

2)殷瓦管及殷瓦預(yù)制件生產(chǎn)線

殷瓦管和殷瓦預(yù)制件是薄膜型 LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，每船需60000余件。公司新建了殷瓦預(yù)制件生產(chǎn)車間，成功實(shí)現(xiàn)了殷瓦管和殷瓦預(yù)制件的自制。

3)貨艙圍護(hù)系統(tǒng)專用安裝平臺(tái)

重達(dá) 1400t的貨艙圍護(hù)系統(tǒng)專用安裝平臺(tái)是LNG船建造的關(guān)鍵配套工裝，是絕緣箱安裝和殷瓦薄膜安裝的專用工作平臺(tái)，要求設(shè)計(jì)上保證受力均勻、制造上要求高精度控制。技術(shù)人員采用邊引進(jìn)、邊自制的方式，從三號(hào)平臺(tái)開始已完全實(shí)現(xiàn)了自制。

4)泵塔生產(chǎn)車間

泵塔是 LNG進(jìn)出液貨艙的主要通道，高達(dá)30m，要求直線偏差率小于5mm，是LNG船建造的又一大難點(diǎn)。通過技術(shù)攻關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)了泵塔的自主生產(chǎn)。

5)高低溫管系制作車間

由于 LNG船的特殊性，既有高溫高壓的蒸汽系統(tǒng)，又有超低溫的 LNG系統(tǒng)，所以對(duì)管系的制作就有非?？量痰囊?。為此成立專門的技術(shù)攻關(guān)小組，成功實(shí)現(xiàn)了高低溫管系的自制，保證了LNG船建造的這一關(guān)鍵配套。

3.3 人力資源

高素質(zhì)的人才隊(duì)伍是成功建造液化天然氣船的最大保障。公司在對(duì)首制船人員的123項(xiàng)培訓(xùn)中就有約15000人次參與。對(duì)于上實(shí)船生產(chǎn)的員工，采用在國外船廠進(jìn)行實(shí)地生產(chǎn)培訓(xùn)和模型艙培訓(xùn)的方式，要求必須通過考核才能上實(shí)船建造。對(duì)于液化天然氣船建造的最難點(diǎn)——殷瓦薄膜焊接，先建立起專門的殷瓦焊工培訓(xùn)工場，培養(yǎng)出合格的殷瓦焊工，至今已有51名焊工獲得GTT認(rèn)可手工焊G證書和65名焊工獲得GTT認(rèn)可自動(dòng)焊證書，為圍護(hù)系統(tǒng)的順利建造創(chuàng)造了條件。

4 掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)，開發(fā)新型LNG船

LNG船的建造對(duì)我國造船業(yè)總體的管理水平、設(shè)計(jì)水平、建造水平、配套水平是一個(gè)綜合的考驗(yàn)，極大提升了我國船舶建造的綜合能力。同時(shí)，形成了有公司特色的 LNG船建造工藝和標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步推進(jìn) LNG船關(guān)鍵設(shè)備配套國產(chǎn)化的研究，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵配套自制。為掌握 LNG船的核心技術(shù)，為自主創(chuàng)新地發(fā)展國內(nèi) LNG船，帶動(dòng)國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，大幅降低建造成本。

在消化、吸收引進(jìn)14.7萬m3LNG船技術(shù)的基礎(chǔ)上，持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展，成功開發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的16萬m3薄膜型電力推進(jìn)型LNG船。該船能滿足世界上大部分氣源終端要求的經(jīng)濟(jì)型、通用型船型。它采用更為高效的雙燃料電力推進(jìn)方式，GTT公司 NO.96型，能滿足不同液化天然氣運(yùn)輸鏈的要求，具有很強(qiáng)的國際競爭力。

同時(shí)，公司正在開發(fā)更大型的 LNG船（17.5萬m3和22萬m3），以滿足國內(nèi)外不同船東和不同航線的需要。

5 結(jié) 語

21世紀(jì)是海洋世紀(jì)，滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司通過國內(nèi)首制 LNG船的成功建造，不僅填補(bǔ)了國內(nèi) LNG船建造領(lǐng)域的空白，而且為我國船舶事業(yè)的跨越式發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)到 2015年成為世界第一造船大國，并最終實(shí)現(xiàn)成為世界第一造船強(qiáng)國創(chuàng)造了條件。