國內3萬m3LNG運輸船開發(fā)研究

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(中海油能源發(fā)展采油服務公司,天津 300452)

液化天然氣是一種清潔的能源，已經成為近年來世界上需求增長速度最快的礦物燃料，作為綠色能源而備受青睞。隨著天然氣的廣泛應用，LNG運輸船需求十分旺盛，液化天然氣海上運輸船的開發(fā)與研究已經成為當今的熱點問題。

“十一五”期間[1]，中國液化天然氣進口量年均增速達到120%。國家發(fā)展和改革委員會能源研究所于2011年3月17日在第六屆中國天然氣市場高峰論壇上表示，根據我國“十二五”規(guī)劃，到2015年我國天然氣市場供應量可望超過2 400億m3，國內天然氣市場將供不應求。

隨著我國經濟的發(fā)展，國內能源需求日益增加，政府倡導能源多元化政策，支持以LNG方式從國外進口天然氣，以緩解國內能源緊缺的狀況。目前國內廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東等地紛紛投資興建LNG項目，這些項目將最終構成一個沿海LNG接收站與輸送網。

1 相關調研

1.1 運輸方式

傳統(tǒng)的大型LNG船是基于長途運輸的經濟性發(fā)展起來的，主要承擔國際遠洋運輸任務。隨著市場的發(fā)展，LNG物流逐漸呈現多樣性，近年來對小型LNG船的需求逐漸出現。隨著我國LNG接收站、LNG衛(wèi)星站的快速增加，沿海LNG運輸需求也隨之出現。要實現LNG近海和沿海范圍內的物流運輸，需要有小型LNG船。小型LNG船是相對于大型LNG船而言的，通常是指容量在3萬m3以下的LNG船，適合于沿海、近海乃至內河范圍內的LNG運輸，可為大型接收站的LNG分配、海上油田伴生氣的回收、海上LNG的駁運等服務。

1)開發(fā)建設3萬m3LNG運輸船可以有效地解決沿海城市天然氣季節(jié)性調峰和月度不均勻供氣的運輸問題。LNG應用的日益增長，必然產生巨大的調峰工作氣量，也必然帶動LNG區(qū)域運輸量的增加，如果全部采用儲罐調峰和LNG槽罐車運輸調峰顯然是不經濟和不現實的，對于沿海地區(qū)的水上運輸優(yōu)勢也是一種極大的浪費。

2)小型LNG運輸船還可以廣泛應用于大型LNG接收終端和LNG衛(wèi)星站之間的運輸。對于那些位于沿海地區(qū)的LNG衛(wèi)星站，采用小型LNG船的運輸方式可以大大提高運輸的效率和安全性，節(jié)約運輸成本。

3)開發(fā)建設小型LNG運輸船，涉足和占領LNG的區(qū)域運輸市場，是對國內LNG進口業(yè)務和運輸產業(yè)的有益補充，也是對國家天然氣能源發(fā)展戰(zhàn)略實現“國貨國運”“國船國造”的積極響應。

1.2 發(fā)展機遇

我國目前正在建設和規(guī)劃中的主要是大型LNG進口接收站，在組織LNG運輸和運作方面有如下特點：①以沿海省為區(qū)域性的布局來建設LNG的接收站，這種布局使得接收站的運作具有相對獨立性和消費市場的局限性；②三大石油公司為主所主導的LNG貿易和接收站的經營，形成接收站群和構成石油公司主導LNG貿易和接收站的經營。中海油、中石油、中石化基本上參與和控股接收站項目，并在資源采購方面發(fā)揮主導作用。例如，中海油已經參股廣東和福建的上游資源項目。石油公司為主導的貿易和接收站的經營為統(tǒng)籌組織LNG貨源和項目間的合作提供了機會。

隨著LNG作為清潔能源逐漸擴大利用，城市燃氣公司以及地方石化企業(yè)也對經營LNG越來越有興趣?？紤]到中國大型LNG站基本上沒有對接的小型LNG接收站，從而小型LNG站的建設就開始被提上了日程，沿海和沿江小型LNG接收站等基礎設施的建設，將為3萬m3LNG船舶運輸帶來巨大的機遇。

2 國內3萬 m3 LNG運輸船現狀

2013年4月18日寧波高新區(qū)企業(yè)寧波新樂造船集團有限公司舉行中國首艘雙燃料3萬 m3液化天然氣(LNG)船開工儀式。無論是設計還是施工，該船均填補了國內空白。

這艘3萬 m3LNG船采用雙燃料發(fā)動機驅動，它是寧波新樂造船集團有限公司與上海歐得利船舶工程有限公司共同自主開發(fā)的，該船總長181 m，型寬36 m，型深19 m，吃水深7.8 m，屬無限航區(qū)域船舶。法國BV船級社副總裁陳彪認為，在3萬 m3這個船型中，該船是目前國內首艘也是最大容量采用C型貨艙技術、主推進系統(tǒng)采用雙燃料電力推進方式的中小型LNG運輸船，具有創(chuàng)新和填補國內空白的意義。

據悉，該船將用于中國石油天然氣股份有限公司國內大型LNG接收終端和LNG衛(wèi)星站間的轉程運輸，投入使用后將大大提高短程LNG運輸的效率，降低運輸成本。該船按照國際天然氣運輸標準設計，入級中國船級社，由法國船級社協助審圖、監(jiān)造，預計2015年3月交付。

2013年5月，中海油能源發(fā)展股份有限公司(下稱海油發(fā)展)投資建造的3萬 m3LNG(液化天然氣)運輸船建造合同在北京簽署，委托江南造船廠負責建造。上海船舶設計院負責該船的基本設計和詳細設計。

該船總長約185 m，設計艙容為3萬 m3，采用獨立C型貨艙技術，主推進系統(tǒng)采用雙燃料電力推進(DFDE)方式。它是先進技術集成度較高的船舶。建造完成后，該船由于采用了天然氣作為發(fā)動機燃料，空氣排放指標(硫化物、氮氧化物、二氧化碳)大大降低，是一艘真正意義上的節(jié)能減排、環(huán)境友好型船舶。該船將用于國內大型LNG接收終端和LNG衛(wèi)星站間的二程轉運，解決沿海沿江城市天然氣季節(jié)性調峰和月度不均勻供氣的運輸問題，每年可轉運90萬 t LNG。

中海油能源發(fā)展股份有限公司通過中外聯合設計和自主創(chuàng)新設計的模式，已掌握了中小型LNG船的核心技術。首艘中小型LNG船建成后，海油發(fā)展將具有該船型設計的自主知識產權，為建立規(guī)模化的中小型LNG運輸船隊奠定了基礎。

3 運輸船核心技術

3.1 貨艙形式

獨立C型液貨艙是一種半冷半壓式壓力容器[2]，圓筒形承壓能力最好，且無需設“次屏壁”。目前全球共有在役(建)中小型LNG運輸船約20艘，大多采用獨立C型液貨艙，國際上已有成功使用的經驗。

雙圓筒C型貨艙與單圓筒C型貨艙相比，具有艙室空間利用率高、降低船舶重心高度的優(yōu)點；缺點是制造難度相對較高[3]。見圖1。

圖1 典型雙圓筒C型獨立艙

根據國內外近年建造液化氣體船和現有資科報道，一般來說液貨艙總容積在15 000 m3以下的中小型LNG船其液貨艙形式多采用單圓柱形C型獨立液艙，1.5萬～4.0萬m3左右液化氣船液艙形式大多選取雙筒圓柱或圓錐形液艙。船舶尺度增加，液艙數量也隨著增加。

國內3萬 m3LNG運輸船采用C型雙葉(bi-lobe)獨立液貨艙，其貨物圍護系統(tǒng)設計溫度為-163 ℃，屬2G型船。

3.2 艙容影響因素

1)年運輸量。根據年運輸量選擇合適的船舶載容量，并參照航線的海況與經濟性來制定船舶的速度，最大限度提高船舶利用率。

2)單票貨量。轉出終端到小型接收站的單船轉運量(平均)。

3)運輸距離。一般來說，運輸距離越遠，船舶載貨容量越大，船舶的經濟效益越好，可以提供的運費率越低；本項目為短程海路運輸，依托大型LNG終端或儲備庫向周邊小型站和衛(wèi)星站輻射。

4)航速的要求。綜合考慮BOG接近完全消耗時的主機功率所能發(fā)揮的最大航速以及理論經濟航速。

5)船隊調配。兼顧不同終端航線間的運輸調配。

6)建造成本。C型貨艙的限制，艙容突破3萬～4萬 m3以上采用C型貨艙在技術上已經不可行(船舶線型和主尺度的限制)，如采用大型LNG船的薄膜型式或MOSS型式貨艙，建造成本將大幅度上升。

綜合以上信息，經過對不同艙容的船舶進行比較，3萬 m3船型艙容范圍較為理想，比較匹配國內沿海各LNG終端的轉運規(guī)模；相對減少營運航次，也有利于船隊在不同航線間的調配。

3.3 航速的設計

設計條件見表1。

表1 航速設計參數

根據雙耳型C型貨艙的蒸發(fā)率指標0.3%計算，每天的LNG蒸發(fā)量為100 m3約48 t。主機發(fā)揮的功率達到17 kn。

3.4 雙燃料電力推進

LNG運輸船的主推進裝置是影響船舶營運經濟性的重要因素之一，因為燃料費用在整個營運成本中占有很大的比重，要提高船舶的營運經濟性,就必須降低燃料費用。目前在LNG運輸船上占主導地位的蒸汽輪機推進系統(tǒng)存在熱效率低、油耗高的致命缺點。

雙燃料電力推進(DFDE)[4]相對于傳統(tǒng)的蒸汽輪機推進具有低油耗、操縱性能好、載貨空間大等突出優(yōu)點。發(fā)電機以天然氣為主要燃料，船用柴油為備用燃料，燃料供應系統(tǒng)能迅速地實現燃料的轉換，保證發(fā)動機的持續(xù)轉動。LNG運輸船主推進裝置對比[5]見表2。

表2 LNG運輸船主推進裝置對比

3.5 雙槳雙舵推進系統(tǒng)

雙槳雙舵推進器船舶其兩個推進器推力的大小分別可以進行控制，兩個螺旋槳產生的推力不同和螺旋槳方向相同時，進車推力或倒車拉力的不同組合將對船舶產生不同的效應。

雙槳雙舵船舶與單槳船舶操縱方式最大的區(qū)別是雙槳雙舵船舶在低速或零速時，可以利用自身的操縱設備：雙槳、雙舵及側推器，實現船舶自身的橫向運動，而單槳船舶很難達到以上效果。

單槳單舵型LNG運輸船，能保證船舶的正常運營，但機動性適應能力差，無法自主實現安全的靠離泊位，需要至少兩艘拖輪協助靠泊。雙槳雙舵能夠很好地解決這一問題，從經濟上可有效地降低成本。

4 結束語

我國的經濟發(fā)展使得國內市場對天然氣的需求量不斷增加[6]，國內天然氣開發(fā)供應不足的缺口將長期存在，中國液化天然氣進口總量將會逐年增加。將液化天然氣運輸到沿海、沿江的終端，建立完整的LNG產業(yè)鏈，液化天然氣在國內的二次運輸將成為一個新興的市場。3萬 m3LNG運輸船將在沿海、沿江液化天然氣轉運這個產業(yè)鏈中發(fā)揮巨大的作用，解決國內液化天然氣供需矛盾。

[1] 唐海龍，胡 輝．我國沿海小型LNG船運輸業(yè)務發(fā)展策略[J]．水運管理，2011(5)：3-5.

[2] 丁 玲，馬 坤．中小型LNG運輸船液貨罐設計技術[J]．船舶，2010(1):26-29.

[3] 丁 玲．中小型LNG船C型獨立液罐設計關鍵技術研究[D]．大連：大連理工大學，2009.

[4] 李永鵬，陳愛玲，汪 洋．新型LNG船舶采用雙燃料電力推進的優(yōu)勢分析[J]．青島遠洋船員學院學報，2005(4):21-23.

[5] 段長曉．LNG船主推進裝置的選擇和雙燃料發(fā)動機的經濟性研究[D]．上海:上海海事大學，2007.

[6] 何繼強．小型LNG運輸船在中國的發(fā)展前景[J]．船舶工程，2012,34(4):4-5.