浅析天然气液化船.doc

重庆科技学院 论 文 题 目 浅谈液化天然气船 院 （系） 石油与天然气工程学院 专业班级 油气储运工程 学生姓名 学号 指导教师 职称评阅教师 职称2013年 5 月 22 日 浅谈液化天然气船摘 要：液化天然气船简称lng船。lng运输船是为载运在大气压下沸点为-163的大宗lng货物的专用船舶。这类船目前的标准载货量在13到15万m 之间。一般它们的船龄在25到30年。lng船是当前造船界公认的船舶建造皇冠上的明珠,是技巧密集、资金密集、劳动力密集的高风险船舶。关 键 词: lng船；专用船舶；高风险 由于天然气的产地往往不在工业或人口集中地区，特别是海上天然气的开发，必须解决运输和储存的问题。天然气的主要组分是甲烷，其临界温度是190.58k，故在常温下，无法仅靠加压将其液化。通常的液化天然气（lng）多存储在温度为112k、压力为0.1mpa左右的低温储罐内，其密度为标准状态下甲烷的600多倍，体积能量密度为汽油的72%，十分有利于输送和储存。据美国能源调查机构发布的报告,19852007年世界lng海运贸易量平均增长69%,几乎是世界总海运贸易发展速度的两倍,到2010年全世界lng海运量将达到24亿t。目前世界上开采出来的天然气有1/5以国际贸易的形式被销售,而其中75%采用管道运输,另外的25%用lng船运输。lng船是高科技术的船舶lng船成为越洋大量输送天然气的便携方式和载体。lng船是技术性能高的船舶,集中了当今世界最先进的造船技术,能够建造lng船已经成为一个国家船舶工业水平和能力的重要标志。国际上只有韩国、日本以及欧洲等少数国家能建造。一艘15万t薄型lng船的价格高达16亿美元,通常为同吨位散货船的6倍,或等于5艘普通巴拿马型散货船的造价。国际lng船舶建造的发展全球从1964年第1艘lng船舶建造起,总舱容量为27 400 m3,发展到2005年生产32艘,总舱容量为4 471 078 m3。lng船舶建造年际间的变化状况,反应国际市场对lng船舶的需求,同时也反应了国际市场对lng的需求。截至2007年5月,世界lng船舶保有量为230艘,总舱容量为2 818万m3。1 lng货舱的围护系统 lng货舱的汽化率的高低取决于货舱的漏热性能。不同的货物围护系统采用不同的隔热方式。目前有三种货物围护系统，即法国的gaz transport、technigaz（gtt型）；挪威的moss rosenberg（moss型）及日本的spb型。gtt型是薄膜舱，moss型是球形舱，spb型是菱形舱。其结构简图见图a、b、c。（a）gtt型薄膜舱（b）moss型球形舱（c）spb型菱形舱20世纪90年代前，在已建造的87艘lng船中，以moss型和gtt型建造得最多，分别是总艘数的37.9和28.7。spb型的前身是棱形舱conch型。(1)moss型lng船球罐采用铝板制成，牌号为5038。组分中含质量分数为4.04.9的镁和0.410的锰。板厚按不同部位在30169mm之间。隔热采用300mm的多层聚苯乙烯板。下图a示出moss型lng船的液舱示意图。下图b给出了moss型lng船照片以及液舱结构示意图。lng船大型球罐的制造工艺流程由备料、分段焊接、组件合成以及液罐总成四大阶段组成。（a）moss型lng船（b）moss型（球形液舱）lng船(2)gtt型lng船薄膜型液体舱的概念薄膜型lng船的开发者gaz transport和technigaz已经合并成一家，故对该型船称为gtt型。上图示出薄膜维护系统的概念。从途中可见，该围护系统是由双层船壳、主薄膜。次薄膜和低温隔热所组成。薄膜内应力是由静应力、动应力和热应力三部分组成。(3)spb型lng船spb型的前身是菱形舱conch型，是由日本ihi公司开发的。该型大多用在lpg船上，建造并已运行的lng船仅两艘。下图a示出该型液舱断面结构。（a）spb型液舱断面结构2 lng船的技术新构思 在lng船的建造发展中，技术进步的一个重要方面是不断提高lng液货运输效益。它主要反映在日汽化率的降低及蒸发气的回收和利用中。下面介绍几个技术新构思：2.1 具备热阻滞新型舱裙结构系统 在moss型船的球形储槽中，沿舱裙结构的漏热量占储槽总漏热量的比例较大，如果我们在此流程中采用较为先进的热阻滞结构，则可大大地减少漏热量。此项技术的关键在于插嵌入一块特殊材质的不锈钢板在铝和钢质裙之间，这样既可以起到隔热的效果，又可以发挥其稳定系统的作用，而且可以将日气化率下到0.1%左右。其结果如图3所示。2.2 再次液化系统的模拟研究 在lng船上装备可靠性较强的再次液化装置，具有巨大的市场价值。再次液化装置分为全部再次液化装置、自持式再次液化装置和部分再次液化装置3类，其均处于可行性研究阶段，并未实际投入生产使用。图4为lng船的再次液化装置原理图。2.3 强制气化系统 为了提高lng船的气化效率，在一个富有弹性的范围内提供更多的天然气，可以在lng船上考虑设计强制气化系统。强制气化系统主要包括加热器、压缩机、强制式蒸发器、阀门、水泵(液货舱内)以及一些附属设备等。相关原理如图5所示。3 构建中国lng船制造业的重要性 全球lng船建造的转移从国际上第一艘液化天然气(lng)船诞生起,世界lng船建造市场大体经历了从欧洲到日本再到韩国的演进过程,目前的基本格局是韩国一家独大,日本勉强维持,中国小规模进入,欧洲零星建造。全球lng船建造首先从欧洲英国开始,在20世纪6080年代到美国,20世纪90年代进入亚洲3国。 截止到2007年5月底,世界lng船保量230艘,其中63艘由欧洲建造,占总数274%,法国是欧洲最主要的lng船建造国美国从1980年最后一艘lng船交付后,退出lng船建造市场。日本目前的建造量仅次于韩国,为lng船保有量317%,韩国是目前全球lng船最多的国家,共81艘。其中74艘是在2000年及其后建造交付的,占世界lng船交付量的639%。到2007年5月底,全球共有lng船手持订单143艘,其中110艘掌握在韩国的船厂中,占769%,日本有27艘,占189%,中国有5艘,西班牙有1艘。可以看出世界lng船建造能力几乎全部集中在亚洲,其中绝大部分为韩国的企业垄断。韩国获得了手持订单的72%(按立方米计算为79%),日本和中国分别获得18%和9% (按立方米计算为16%和4%),其他国家则只占1%。由此可见, lng船建造国的集中度高,韩国、日本、中国3国垄断了全球的99%的建造市场。中国虽然进入国际lng船建造行列,但lng船建造企业仅沪东中华造船(集团)公司一家,远远不如韩国和日本等国的lng船企业数和建造lng船企业我国的造船工业在2008年由位居世界第三位提升到世界第二位,但lng船建造刚刚起步。21世纪开始中国进入lng船建造国际行列,落后于世界最早lng船建造国3040年,与目前主要lng船建造国家相比,比日本落后20多年,比韩国落后10多年。3.1 保障国家的能源安全据统计，2010年，我国需要38艘lng船以期带动lng贸易的发展，到2015年，则将超过65艘。如果我国本土企业完全掌握了lng船舶建造的核心技术，那么我国能源战略的实施将会得到强有力的保障。3.2 激活能源供应市场下游燃气企业拥有一定规模的lng载运能力，可以激活能源供应市场。3.3 提高船舶工业国际竞争力 打造中国自己的lng船，可以大大提高我国船舶工业的整体技术水平和竞争力，促进产品的结构调整，扩大船舶工业的生存和发展空间。日本和韩国造船业的发展历程就证明了这一点。他们通过技术引进和自我创新，确立了本国在国际船舶行业中的强国地位6。3.4 提高船舶工业出口创汇能力并带动相关产业的发展 lng船由于技术难度大、附加值高、价格是同吨位散货船的45倍，因而建造lng船具有较好的经济效益。lng船项目关联度较大，能带动相关产业的发展，而且建造lng船涉及的众多关键性技术，同样对其他船舶制造也是一个促进。4 中国建造lng船舶的可行性 韩国的三星重工是该领域的先行者，已经获得了8艘lng船订单，还有2艘备选船舶，并且这2艘备选船舶极有可能被确定下来。由于油价持续高涨以及受到日本地震的影响，对于天然气的需求简直要“爆炸”了。而lng运输船新订单也呈现出明显的上升趋势。自2000年开始，lng船新订单平均每年都20艘。在2007年，由于卡塔尔疯狂的订造，达到了最高峰为70艘。而从2000年中期以后，lng船订单大幅度下降，出现了2009年无一艘lng船订单。但是最近液化天然气巨头gazprom和qgtc正在考虑订造一批lng新船。并预计到2018年每年的lng新船将达30-40艘，这样总的数量为300艘左右。船厂也疯狂的支持lng新造船，一位来自三星重工的官员说：“这些新的lng船订单已经签订，成为了今年lng船市场转好的信号，并在将来有大量的新订单落实。”大宇造船与海洋工程株式会社也与挪威awilco公司签订了为其建造2+2艘lng船的意向书。此外，希腊船东angelicoussis把在大宇造船建造的vlcc更改为3艘lng船。同时，现代重工被报道自2006年5月开始没有获得lng船新订单。然而，现代重工有建造moss型和membrane型lng船的有利条件，相信公司有望在不久的将来获得新的lng船订单。中国目前是世界上第三大造船国，国内的大型船厂已经具备建造各类船舶的经验和条件。比如大连新船重工有限责任公司可以建造30万吨原油轮，5618teu集装箱船，15万吨散装货轮等。上海江南造船集团已经建造过22000m 以下各种规格的液化气船，积累了丰富的经验。沪东造船集团已经完成了lng船模拟货舱的制作，突破了lng船制造中的某些关键技术。因此从历史和现实看，中国完全有能力承担lng船的制造工作。5 实现中国lng船国产化的所必须研究的内容 lng船型的论证及综合性能优化研究 lng船舱的稳性研究 lng储罐系统专利实施的研究 lng装卸系统专利实施的研究 船体结构设计研究 动力装置设计研究lng船的特殊建造工艺技术研究6 中国lng船制造业面临的困境就lng船的建造能力而言，我国与世界领先国家的差距主要表现在lng船的整体研发能力方面。目前，我国只是消化吸收了15104m3lng船的建造技术，而对于20104m3以上的lng船还缺乏技术准备，需要攻关的技术难点主要有以下5项：一基础技术，主要包括：计算流体力学技术在lng船上的应用、螺旋桨设计技术、液货舱晃荡压力、lng船船体温度场分布，lng船材料与设备国产化、lng船特殊管系的温度应力分析等研究。 二是设计技术，主要包括：lng船设计规范和标准、船体论证、船体结构对液货舱温度场的应力响应、船体屈曲屈服疲劳强度和变形的分析、典型动力装置设计技术、超大容量电站电网、集成自动化系统、涂装规范等。 三是建造技术，主要包括：超大型分段精度建造技术、总组和船坞总装技术、船体焊接技术、新型动力装置安装及实验技术、绝缘箱制造技术与产能、泵塔制造及安装技术、殷瓦安装技术、殷瓦焊接技术规范、货舱围护系统密性试验技术等。四是管理技术，主要包括：计划管理技术、质量管理中cti计划标准化、hse管理技术、货舱围护系统物流管理技术等。 五是专用工装设计，主要包括：液货舱围护系统殷瓦安装模板及工具、检验超低温阀门的压力检测设备、泵塔制造的专用工具装备等。结束语 预计20062010年，全球lng船新船需求总量将为百余艘，年需求为2030艘；而20112015年需求量为85艘，年需求1520艘。届时，国内对lng船的需求也将会十分旺盛。目前，有不少用户已经明确希望国内造船企业能够尽快为他们开发新型lng船。 近年来，随着全世界能源需求的转变，液化天然气正在不断受到各国的青睐，由此也产生了对lng船的巨大需求。据国际权威机构调查数据显示，未来10年，除去中国及印度等发展中国家的液化天然气需求，欧美国家对液化天然气的需求也将不断上升。因此，lng船市场迎来了难得的黄金发展时期，中国船舶制造企业的发展空间十分广阔。参考文献：1 大连新船重工有限责任公司. lng船的研究与开发. 2