液化天然气(LNG)槽船发展综述

mzp2012

液化天然气(LNG)槽船发展综述
摘 要：近年来由于石油危机的冲击以及煤、石油所带来的环境问题日趋严重，能源结构逐步发生了变化，作为世界能源三大支柱之一的天然气消量急剧上升。由于以液态来储存和运输天然气具有很高的经济性、灵活性等优点。目前世界范围的液化天然气跨国贸易发展迅速，但由于产气区和用气区之间的地理位置的局限，因此天然气贸易中主要依靠海运，所以液化天然气(LNG)船舶得到了飞速的发展。
关键词：液化天然气；槽船；运输方式；能源
1.概述
近年来由于石油危机的冲击以及煤、石油所带来的环境问题日趋严重，能源结构逐步发生了变化，作为世界能源三大支柱之一的天然气消量急剧上升，其作为清洁能源越来越受到青睐，许多国家都将其列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例也相应增加。天然气的主要组分是甲烷，其临界温度为190.58K，故在常温下无法仅靠加压将其液化。LNG是天然气经“三脱”（脱水、脱烃、脱酸性气体）冷却后（-162oC）形成的，液化后的体积仅为液化前的1/625，其主要成分是甲烷（75%以上），相对密度（气体）为0.6-0.7，液体密度为430-460kg/m3，高位发热量为41.5-45.3MJ/m3，燃点为650oC，爆炸极限为5%-15%，压缩系数为0.73-0.82，其H2S含量不超过400PPm(V)，总硫含量不超过30mg/m3，N2含量不超过1.0% mol等特性，是地球上最干净且方便高效的能源。天然气正以每年约12%的速度增长，成为全球增长最快的能源之一。
在全球范围内，为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，例如日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大型石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。由于以液态来储存和运输，天然气具有很高的经济性、灵活性等优点，同时在天然气贸易中又主要依靠海运，所以液化天然气(LNG)船舶得到了飞速的发展。
在中国，LNG项目发展之快前所未有，需求也迅猛增长。2010年中国进口天然气100亿立方米，其中包括约600万吨液化天然气。预计2015年中国LNG进口将超过2000万吨，2020年还会成倍增长。
世界上涉及液化天然气运输的方式有：船运、汽车罐车、铁路运输等。目前世界范围的液化天然气跨国贸易发展迅速，但由于产气区和用气区之间的地理位置的局限，均通过液化天然气槽船运输；在国内，运输主要依靠汽车罐车和罐式集装箱将其运向二级市场。
2. 国内外LNG槽船发展现状
2.1国外现状
1959年，由杂货船改装的世界上第一艘LNG船——Methane Pioneer 号，从美国路易斯安娜州的查尔斯湖向英国Canvey岛基地运送了5000m3的液化天然气（LNG），揭开了LNG海上运输的篇章。1964年，世界第一次LNG海上贸易诞生，Methane Pioneer号和Methane Progress号在阿尔及利亚和英国Canvey岛之间运营，航次超过900次，总运输量达到22000m3。随后，在阿尔及利亚和Leltayve（法）、阿拉斯加和日本、利比里亚与西班牙以及文莱和日本之间开始了LNG船运输。从此，LNG船作为天然气海上运输的载体，随着LNG海运贸易的蓬勃发展而发展起来。
  目前全球正在营运的LNG船有345艘，总运载量达3000万立方，其中装载量不大于12.5万m3的有34条，总容量为203.1万m3；装载量12.5-15万m3的有311条，总容量为263.6万m3，占全球LNG船队的总装载量90%，为主流船队。
2.2国内现状
随着中国经济的迅速发展以及能源战略的调整，我国对海运进口的液化天然气的需求快速增加，使得我国LNG船建造需求加大。在2004年，上海泸东造船厂通过和法国GTT公司、法国大西洋船厂的合作，掌握了14.5万立方薄膜型LNG船舶的建造技术，开始着手建造中国第一艘“大鹏昊”LNG船舶，并于2008年4月3日建成交付船东，它是目前世界上最大的薄膜型LNG船，船厂292米、宽43.35米、型深26.25米，装载量为14.7万立方米，时速19.5节。我国研制的第二艘LNG船“大鹏月”于2008年7月10日在上海交付船东，该船同“大鹏昊”属同一级别，货舱类型为GTTNO.96E-2薄膜型，为广东大型LNG运输项目建造。沪东中华造船有限公司建造的第5艘“大鹏星”号LNG船于2009年12月11日正式交付船东。现在，沪东中华已在研制第6艘LNG船，这是为上海洋山港液化天然气项目量身定造的，建成后，它将把清洁能源源源不断地输入上海。
3.LNG船结构及其材料
LNG船的技术问题最为复杂，LNG也是远洋运输货物中最难运载的一种货物，由于它的液化温度为-163℃，所以对LNG船所使用的材料、制冷设备和建造工艺等要求相当高，特别是液舱的双重屏蔽及绝缘设备等设计制造技术复杂，难度大。
3.1液货舱的结构形式
液货舱是指专门用来装液体货物的主要容器。IGC规则把液货舱分成5种类型：独立液舱（A、B、C型）、薄膜液舱、半薄膜液舱、整体液舱、内部绝热液舱。其中独立液舱和薄膜液舱最重要，目前大多数液化气船的货舱均属于这两种类型中的一种。
3.1.1 独立液舱
这类液舱完全由自身支持，并不构成船体结构的一部分，也不分担船体强度，主要取决于设计压力的大小，即船体与液货舱的结构是分别独立的，独立液货舱设置在船体的中央区。这样，液货舱的热膨胀变形，温度应力不会直接影响船体。因为液货舱承载着液货的重量，所以绝热材料不直接受液货的影响。它有三种不同类型：A型、B型和C型。
3.1.2 薄膜液舱
薄膜液舱的主屏壁非常薄，所以叫薄膜。它可以是金属的，也可以是非金属的，厚度一般不超过10mm。该液舱是非自身支持的液舱，薄膜作为货物维护系统的主屏壁，并不能独立承受货物重量，需通过绝热层由船体予以支持，有船体内部构件承受货物重量。薄膜液舱要求有一个完整的次屏壁，以保证当主屏壁泄漏时货物维护系统的整体完整性。薄膜设计成热膨胀或其它膨胀或收缩时可得到补偿而不致使薄膜受到过大应力。薄膜液舱的设计蒸汽压力通常不大于0.025MPa，如果船体结构尺寸适当增加，并对支持的绝热层作适当考虑，蒸汽压力可适当增加到某一较大值，但不得大于0.07MPa。
常用的薄膜系统有2种主要形式：法国的Gaz Transport薄膜液舱和法国的Technigaz薄膜液舱，它们均以其研制的公司命名(后来被合并起来称为 GTT)，且主要用于LNG船，现专利属于法国燃气公司的子公司——燃气海上运输及技术公司。目前，薄膜型LNG船最具代表性的是法国的Technigaz MklII6型和Gaz Transport No.9型。
3.3液货舱的结构材料
作为液化天然气船上的液货舱使用的金属材料不仅要具备一定的强度外，而且要有足够的低温延展性即不脆化，有韧性，为此普通钢材不能用来建造液化天然气船液舱。
目前达到低温的金属材料有奥氏体不锈钢、铜合金、铝合金、镍等。而在LNG船舱中使用最广泛的则是9%镍钢，其他为5083铝合金和304L不锈钢。
1. 9%镍钢，作为耐低温用材料，毫无疑问，其性能是优越的，可加工性和焊接性都比较良好。特别是热膨胀系数，仅是铝合金的一半左右，故热膨胀冷缩问题少，这是最大的优点。为了提高其经济性，在炼钢方面，除了采用传统的钢锭法生产工艺以外，近年来又成功地采用了连续铸造法的炼钢工艺。
另外，殷钢（INVAR，含镍36%）也是一种底膨胀率的镍合金，它应用于殷钢GT（Gaz-Transport）薄膜型液舱结构中。这种结构由于主次屏壁厚度只有0.5-0.7mm，从而大大减少了液货舱的重量，这种型式的包覆设计也是相当经济的，不失为效果最好的一种结构。
2. 铝合金，作为耐低温用材料，它有优良的特性。作为球形液舱，由于结构上的特点，主要是采用铝合金。作为液舱的使用材料，其广泛性仅次于9%镍钢。但是，由于它的热传导系数较高，故气割较难。为了确保开口坡度的清洁度和防止铁粉等杂质的混入，在施工工艺和设备的管理方面必须严格。由于它的热膨胀系数较大，故障结构设计和工艺设计方面需作详尽的考虑。
3. 奥氏体不锈钢作为耐低温材料，其性能也是优良的。它的可焊性良好，又有很好的耐腐蚀性，与其他材料相比，强度也较低。但是，这种材料价钱较贵，故一般仅用作液舱的屏壁薄膜。同时，由于它的热膨胀系数比殷钢大，故用作液舱薄膜一时般做成波形结构。
4.总结
随着国际社会对清洁能源需求的快速增加，近几年来许多国家都开始扩大 LNG 进口。从以上分析发展趋势来看，全球的LNG消费量和进口量都将快速增长。由于大量LNG的进口，以及大量老、旧LNG船的更新，所以LNG槽船市场发展前景很大，并朝大型化、标准化、自动化、节能推进系统、低蒸发率和蒸汽再液化方向发展。
5.参考文献
[1]  顾安忠,等.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社,2003.
[2]  张松鹤,杨政,吴字.对液化气船的分析与展望.海运科技,1997.
[3] 茅士家,吴连生,蔡国荣.中国液化天然气运输前景与对策.世界海运,2000,23(1):16—19.
[4]  2010-2015年中国液化天气（LNG）行业深度评估及投资前景预测报告.
[5]  付昌辉.全球LNG贸易与LNG船需求.中国水运,2003．
[7]  顾安忠,等.液化天然气技术手册[M].北京：机械工业出版社,2010.
[8]  王 艳.世界液化天然气船舶市场研究分析[J].中国航海,2007,2:61-66.

石油化工学院       化工过程机械        马志鹏     122080706016