淺析LNG船建造中的幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題

韓純強(qiáng)，王慶豐，路詩(shī)奎

(江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

在全球運(yùn)輸業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈、油價(jià)上漲以及節(jié)能減排呼聲高漲的影響下，人們出于成本和社會(huì)責(zé)任，紛紛將目光投向耗能較低的綠色能源。比石油便宜且儲(chǔ)量豐富的LNG(液化天然氣)，以其綠色、環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)，成為了全世界的首選能源，并以每年約12%的速度增長(zhǎng)，成為全球發(fā)展最迅猛的能源行業(yè)之一。LNG逐步替代煤炭和石油等能源，將是綠色能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)能源需求隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展而日益擴(kuò)大，對(duì)進(jìn)口液化天然氣的巨大需求，必然引起LNG海運(yùn)量大幅增加，這不僅為我國(guó)航運(yùn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了商機(jī)，也為我國(guó)造船工業(yè)提供了極為難得的歷史機(jī)遇。國(guó)家確立了“國(guó)船國(guó)造，國(guó)貨國(guó)運(yùn)”的指導(dǎo)政策，即進(jìn)口到中國(guó)的LNG貨物必須由中國(guó)的公司來(lái)運(yùn)輸，運(yùn)輸LNG貨物所使用的LNG船舶也必須由中國(guó)的船廠來(lái)建造。雖然國(guó)外技術(shù)壟斷、專利屏蔽等給我國(guó)自行建造設(shè)計(jì)LNG船造成了諸多困難，但是自主開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、建造LNG無(wú)論對(duì)于保障國(guó)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。

1 國(guó)內(nèi)外的建造歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

1．1國(guó)外建造歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

作為國(guó)際公認(rèn)的“三高”(高技術(shù)、高難度、高附加值)產(chǎn)品，LNG船建造難度非常大。早在20世紀(jì)60～70年代，LNG船的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)完全被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷;1964年，建造了世界上第1艘LNG船，當(dāng)時(shí)噸位很小，技術(shù)不成熟，之后LNG船的建造水平不斷提高。70年代，形成了以挪威的MOSS球罐式和法國(guó)的GT和TGZ兩種薄膜形式的LNG船，艙容最大為12．5萬(wàn)m3左右。而此時(shí)建造LNG船的船廠主要被歐美國(guó)家所統(tǒng)治，如挪威的MOSS Rosenberg、法國(guó)的大西洋船廠、美國(guó)的GDQUincy船廠等。80年代，最初日本川崎重工引進(jìn)了MOSS型，率先成功地建造了多艘LNG船，接著三井造船、三菱重工業(yè)也引進(jìn)MOSS型并開(kāi)始建造，但船艙容量?jī)H增大到13萬(wàn)m3左右，建造LNG船的船廠開(kāi)始被日本取代。90年代初，日本的NKK船廠引進(jìn)TGZ型，IHI船廠開(kāi)發(fā)了SPB型液艙形式的LNG船，這時(shí)LNG船的建造基本被日本船廠所壟斷了，而且MOSS型占多數(shù)。到了90年代中期，韓國(guó)造船開(kāi)始崛起，韓國(guó)現(xiàn)代重工成功地建造了韓國(guó)第一艘MOSS型LNG船。1995年韓進(jìn)重工的第一艘GT型LNG船建造完工，隨后大宇重工引進(jìn)了GT型，三星重工引進(jìn)了TGZ型。這樣就形成了韓國(guó)以薄膜型為主和日本以MOSS型為主的兩大格局。目前，韓國(guó)、日本建造的LNG船己約占世界船隊(duì)數(shù)量的一半。

20世紀(jì)90年代末，法國(guó)GTT公司并購(gòu)了另一家薄膜型液艙專利公司TGZ，從而形成了薄膜型專利技術(shù)為法國(guó)GTT公司壟斷的局面。而兩種薄膜型專利技術(shù)分別發(fā)展到了GT No96和MARKIII，在此基礎(chǔ)上，GTT公司結(jié)合兩種薄膜型技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出新型液艙圍護(hù)系統(tǒng)CS-1，法國(guó)的大西洋船廠目前是惟一建造該種技術(shù)的LNG船的船廠。GTT公司希望以三種不同的薄膜型液艙技術(shù)形成世界各主要船廠不同船型競(jìng)爭(zhēng)的局面。目前國(guó)外主要LNG船建造廠采取的船型情況和基本狀態(tài)見(jiàn)表1。

1．2 國(guó)內(nèi)建造和發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)LNG船的技術(shù)跟蹤和開(kāi)發(fā)工作始于20世紀(jì)90年代中期。1995年法國(guó)GTT公司訪問(wèn)當(dāng)時(shí)的大連造船新廠推廣其薄膜型液艙技術(shù)。1997年大連造船新廠與歐洲MASA船廠建立友好船廠后，MASA船廠向大連新船重工介紹了其LNG船業(yè)務(wù)，并提供了部分技術(shù)資料，從此開(kāi)始對(duì)LNG船的技術(shù)開(kāi)展跟蹤了解。廣東進(jìn)口LNG項(xiàng)目有力地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)LNG船開(kāi)發(fā)，主要船廠包括:滬東中華船廠、大連新船重工船廠、江南造船集團(tuán)等紛紛開(kāi)展LNG船的開(kāi)發(fā)工作，并不同程度地取得了進(jìn)展，國(guó)內(nèi)LNG船開(kāi)發(fā)工作全面展開(kāi)。

中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司于1999年成立研究LNG船小組，滬東中華船廠成為中國(guó)第一家參與LNG船研發(fā)及建造工作的企業(yè)。在LNG船研發(fā)建造的各個(gè)階段，涉及到許多專項(xiàng)生產(chǎn)工藝技術(shù)。滬東中華船廠針對(duì)各個(gè)課題組開(kāi)展了專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，先后完成了LNG船技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目80項(xiàng)，成功申請(qǐng)了“專用絕緣箱制造專利”、“泵塔制造專利”在內(nèi)的31項(xiàng)與大型薄膜型液化天然氣(LNG)船關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)的專利。截止到2010年底，已獲授權(quán)專利共10項(xiàng)。通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新的方式，滬東中華船廠在LNG船研發(fā)建造的關(guān)鍵技術(shù)中取得了巨大突破，擺脫了國(guó)外桎梏，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為L(zhǎng)NG船在國(guó)內(nèi)的系列化和批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

表1 國(guó)外主要LNG船建造廠采用的船型情況和基本狀態(tài)

2011年1月，?？松梨诤蜕檀c滬東中華船廠舉行LNG造船項(xiàng)目簽約儀式，這也是中國(guó)船廠首次接獲LNG船出口訂單;4月，17萬(wàn)m3的大型液化天然氣船的基本技術(shù)設(shè)計(jì)在大連船舶重工(集團(tuán))有限公司完成;此外，江蘇熔盛重工有限公司也計(jì)劃加強(qiáng)對(duì)LNG船的重點(diǎn)研發(fā)工作。目前，已擁有LNG船技術(shù)許可的中國(guó)船廠見(jiàn)表2。

表2 目前已擁有LNG船技術(shù)許可的中國(guó)船廠現(xiàn)狀

2 LNG船建造施工中的幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題

2．1 貨艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)設(shè)計(jì)中的主要難點(diǎn)

貨艙圍護(hù)系統(tǒng)作為薄膜型LNG船的建造核心，通常由雙層船殼、內(nèi)薄膜、外薄膜和低溫隔熱材料所組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。主、次薄膜通常由具有較低熱膨脹率的殷瓦鋼制作而成，構(gòu)成了裝載低溫液貨的完整限界面，并與絕緣箱(內(nèi)外薄膜之間的部分)一起，共同保證船體結(jié)構(gòu)不受低溫侵害而產(chǎn)生脆性破壞。因而在圍護(hù)系統(tǒng)中，薄膜及絕緣箱的安裝技術(shù)成為主要的技術(shù)難點(diǎn)，所以安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造更是關(guān)鍵的技術(shù)。安裝平臺(tái)比較復(fù)雜，其實(shí)際結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖1 為GTT型液艙圍護(hù)系統(tǒng)的基本模型

目前國(guó)內(nèi)在安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造上主要有以下問(wèn)題函待解決:

(1)強(qiáng)度衡準(zhǔn)。由于在薄膜型LNG船的設(shè)計(jì)建造上主要依靠國(guó)外的技術(shù)引進(jìn)，因而沒(méi)有安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)對(duì)液艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)的強(qiáng)度衡定標(biāo)準(zhǔn)一直是個(gè)空白，建立一套液艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)衡準(zhǔn)有著重要的意義。

(2)穩(wěn)定性。由于薄膜艙的建造材料殷瓦鋼薄膜全部引進(jìn)，價(jià)值不菲，而且在建造過(guò)程中一旦損壞一處，將使相鄰的一大片殷瓦鋼薄膜不得不進(jìn)行更換和重新焊接，因而這對(duì)安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)提出很高的要求。要求平臺(tái)可以伸縮、提升自如，對(duì)零部件的制造、裝配精度以及焊接變形控制等方面要求極高。安裝平臺(tái)部分或整體坍塌，損失巨大。目前安裝平臺(tái)的整體穩(wěn)定性研究還沒(méi)有任何成就，只能對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，然后得出整體的穩(wěn)定性，存在著一定的局限性，解決整體穩(wěn)定性問(wèn)題已迫在眉睫。

圖2 為GTT型液艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)

(3)關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)。目前支撐腿、電梯等結(jié)構(gòu)形式受到國(guó)外專利保護(hù)。我國(guó)滬東船廠采用的是意大利PD公司的專利技術(shù)，需要高昂的專利費(fèi)用。自主開(kāi)發(fā)研制LNG船，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，必須避開(kāi)國(guó)外專利保護(hù)點(diǎn)，自主設(shè)計(jì)出一套新型的結(jié)構(gòu)形式，并申請(qǐng)專利。

2．2 艙室溫濕度環(huán)境控制的主要難點(diǎn)

LNG船舶建造艙室屬于高大空間結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部需要腳手架布置。高大空間的通風(fēng)氣流組織均勻性受到極大限制。根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有LNG船艙室內(nèi)部的通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)試，氣流分布嚴(yán)重不均，頂層空間和底層空間溫差可達(dá)5～7℃，同一水平空間溫差也可達(dá)3～4℃。而氣流均勻性又影響到艙室內(nèi)壁殷瓦鋼的生銹問(wèn)題以及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。LNG船舶的艙室內(nèi)壁采用“嬌貴”的殷瓦鋼，殷瓦鋼板含有36%的鎳，艙室內(nèi)溫濕度的控制對(duì)殷瓦鋼的順利安裝極其重要。目前艙室溫濕度環(huán)境控制中的主要難點(diǎn)有以下:

(1)使用成本高?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)外除濕機(jī)組大都采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷單冷型冷凍除濕，冬天全部采用電加熱的空調(diào)方式，且過(guò)度季節(jié)仍需冷凍運(yùn)行，使得全年運(yùn)行費(fèi)用高。一艘15萬(wàn)m3的LNG船在建造過(guò)程中所需要的除濕機(jī)組年運(yùn)行費(fèi)用高達(dá)1 200萬(wàn)元，這就需要開(kāi)發(fā)出一套節(jié)能型的除濕機(jī)組，發(fā)展機(jī)組及其艙室環(huán)境溫濕度高精度控制技術(shù)，制定好全年節(jié)能運(yùn)行控制策略。

(2)技術(shù)要求高。殷瓦鋼是一種非?！皨少F”的材料，常溫下接觸到水或油，8 h以內(nèi)就會(huì)生銹，而且由于殷瓦鋼板厚度僅0．7 mm，一旦生銹，整張都將報(bào)廢，因此，LNG船施工現(xiàn)場(chǎng)必須配備具有除濕功能的空調(diào)。除了提供給施工者25%的新鮮空氣外，還要保證整個(gè)艙內(nèi)干燥度保持在60%以下。我們必須通過(guò)對(duì)LNG船艙室這一高大空間通風(fēng)系統(tǒng)的氣流組織模擬研究，確定合理的通風(fēng)方式，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決高大空間通風(fēng)系統(tǒng)的分層送風(fēng)氣流組織的均勻性問(wèn)題;完成新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制運(yùn)行模式研究;對(duì)高重復(fù)利用率的專用風(fēng)管及其快速安裝與拆裝技術(shù)進(jìn)行研究。

2．3 預(yù)舾裝實(shí)施過(guò)程中存在的難點(diǎn)

在建立現(xiàn)代化的造船模式方面，我國(guó)的大部分船舶企業(yè)還只是處于一個(gè)中等的水平。在這個(gè)階段，國(guó)內(nèi)各大船舶企業(yè)仍然普遍表現(xiàn)出重生產(chǎn)、輕策劃的問(wèn)題。所有的工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)限于圍繞營(yíng)銷、設(shè)計(jì)、施工幾個(gè)最直接關(guān)聯(lián)到接船交船的部門(mén)，而對(duì)于生產(chǎn)管理、物流配套等部門(mén)，則大都淪為完全的配角地位，在整個(gè)生產(chǎn)的過(guò)程中，最多能夠起到被動(dòng)服務(wù)于生產(chǎn)的作用，而對(duì)于一些管理相對(duì)較弱，職責(zé)劃分不夠清晰的船舶企業(yè)，其積極主動(dòng)性嚴(yán)重不足。在這種大環(huán)境下，LNG船這種“三高”船舶在建造過(guò)程中單元模塊預(yù)舾裝的深入推進(jìn)工作經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的困難，主要表現(xiàn)為:

(1)單元模塊的深入推廣與企業(yè)現(xiàn)行體制之間存在矛盾。單元模塊預(yù)舾裝的推進(jìn)需要高度重視前期的策劃及準(zhǔn)備工作。在LNG船生產(chǎn)階段，設(shè)備采購(gòu)、物流配套、分段制造、管子制造及安裝以及涂裝等工種需要進(jìn)行一體化管理，與現(xiàn)行體制存在一些矛盾。目前LNG船建造過(guò)程中單元模塊預(yù)舾裝工作幾乎不存在。如在LNG船整個(gè)機(jī)艙一平臺(tái)，除了一些設(shè)備由廠家提供的模塊外，沒(méi)有其他的模塊。

(2)單元模塊預(yù)舾裝對(duì)精度的要求。單元模塊預(yù)舾裝的制作過(guò)程從精度要求上講，和分段的制作類似，屬于一個(gè)獨(dú)立制作的單元，是模塊式造船的范疇。它的制作過(guò)程和船體結(jié)構(gòu)的制造屬于平行進(jìn)行，各自制作完成后在總組或搭載階段再安裝到船體結(jié)構(gòu)上。這種模塊式組裝方式?jīng)Q定了各個(gè)組裝模塊在制作過(guò)程中必須要滿足組裝時(shí)的精度要求。而現(xiàn)在的造船精度管理還處于一個(gè)相對(duì)落后的階段，留有余量一般都偏大，容易造成材料浪費(fèi)，增大工作量，增長(zhǎng)生產(chǎn)周期，影響生產(chǎn)效率。LNG船造船精度要求很高，制造完成后如何保證與船體結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確楔合度是一個(gè)比較難的課題。

3 展望

我國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)方興未艾，具有很大的發(fā)展空間。中國(guó)LNG船舶建造廠應(yīng)趁著這個(gè)發(fā)展的大好時(shí)機(jī)，在引進(jìn)外國(guó)船廠建造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)與國(guó)外有經(jīng)驗(yàn)的船廠、船級(jí)社的合作，進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和人員培訓(xùn)，吸收國(guó)外造船的成熟技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，注重開(kāi)拓創(chuàng)新，研究如何有效地降低LNG船舶的建造成本，解決關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題，逐步實(shí)現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造國(guó)產(chǎn)化，為早日在國(guó)內(nèi)形成有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的LNG船舶建造業(yè)而努力。

［1］ 黃振旺，鄭劍．船舶運(yùn)輸效率定量分析［J］．大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，36:190-192．

［2］ 祁超忠．LNG船舶運(yùn)輸特點(diǎn)及發(fā)展［J］．航海技術(shù)，2007，(1):41-43．

［3］ 李楊．LNG船舶建造的HSE管理［J］．安全與環(huán)境工程，2011，18(5):80-82．

［4］ 李?。澜鏛NG船舶研究［J］．中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，20(3):18-21．

［5］ 曾寶根，宗蓓華．我國(guó)自行建造LNG船舶SWOT分析［J］．水運(yùn)管理，2007，29(10):22-23．

［6］ 段長(zhǎng)曉．世界 LNG船市場(chǎng)回顧和展望［J］．中國(guó)水運(yùn)，2007，7(6):10-11．

［7］ 王錦輝．中國(guó)液化天然氣(LNG)船建造現(xiàn)狀淺析［J］．江蘇船舶，2004，21(4):8-9．

［8］ 陳建國(guó)，樓丹平，張麗萍．LNG船建造技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新［J］．上海造船，2010，(1):22-24．

［9］ 黃洪濤，丁蓉，孫凱．世界LNG海運(yùn)市場(chǎng)現(xiàn)狀及展望［J］．世界海運(yùn)，2005，28(1):17-18．

［10］ 任偉曙．LNG船貨艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)制造工藝研究［J］．滬東中華技術(shù)情報(bào)，2004，(4):6-19．

［11］ 余折，任偉曙，王德禹．LNG船液艙圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺(tái)簡(jiǎn)化分析模型與優(yōu)化［J］．計(jì)算機(jī)輔助工程，2010，19(2):64-69．