LNG运输船特点及发展前景
责任编辑:cnlng    浏览:329次    时间: 2021-02-03 08:33:47      

摘要:当今世界,随着科学技术以及人类文明的发展,人们对于能源的需求也越来越多。LNG船作为一种运输液化气能源的特殊船舶,其巨大的运输量和低的成本可以满足人们对于能源的需求。LNG船作为一种可以运输能源的新兴船舶,它的结构的特殊性值得我们去探讨。熟悉其结构对于..

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当今世界,随着科学技术以及人类文明的发展,人们对于能源的需求也越来越多。LNG船作为一种运输液化气能源的特殊船舶,其巨大的运输量和低的成本可以满足人们对于能源的需求。LNG船作为一种可以运输能源的新兴船舶,它的结构的特殊性值得我们去探讨。熟悉其结构对于提高运输量以及降低运输成本具有深远意义。其发展前景对于船舶业以及能源业也具有重大的意义。

1LNG船的结构特点

在能源的开发利用过程中,天然气作为一种高效、无污染、产量大的清洁能源,已经越来越多地被世界各国所使用。世界对天然气的需求量也在不断增加。据相关资料统计,近几年来,天然气在世界各国的能源结构中占据的比例也越来越高,人们已经有了用天然气去取代石油这个长久以来占据世界第一的能源的想法。天然气的巨大需求也使得人们对于可以运输它的交通工具需求量剧增,而作为可以运输大量液化天然气的LNG船,在其中的重要性也不言而喻。人们越来越重视LNG船舶的发展前景,越来越看重LNG船舶的结构。这也加速了各国对于LNG船队的建设,加速了世界对于LNG船舶各个结构的开发和研制。


1.1主推进动力装置

众所周知,主推进动力装置对于整个船舶的结构起着重要作用,对于LNG船也同样如此,在船舶动力装置各组成部分中,无论从使用占比、制造所花费成本来看,还是从保养检修,日常人员检查维修所投入的费用和工作精力来看,推进装置都处于不可取代的地位。传统上,所有大型LNG船都采用锅炉汽轮机装置来驱动。虽然这种推进装置已经极大证明了其可靠性,但是和其他选择方案来比,其热效率低、经济性差、体积和重量大的缺点也被放大。

目前,对于LNG船的主动力装置主要分为两种,一种为传统的锅炉汽轮机装置,另一种就是柴油机装置。此外还开发了例如以柴油机为主的双燃料混合装置等其他多种衍生的主动力装置,这些装置的普及应用及其带来的种种益处也促使人们对于LNG船主动力装置观念的改变。本文主要介绍的是最为常见的锅炉和柴油机两种动力装置。

1.1.1 锅炉汽轮机装置

一般来说,LNG船的锅炉汽轮机装置是两台锅炉配一台汽轮机。我国首制LNG船采用的就是这种锅炉汽轮装置。

1.1.2柴油机装置

1)二冲程低速柴油机

二冲程柴油机输出功率大,效率高,但只能使用液体燃料,只适用于大型LNG船舶。

2)双燃料柴油机


如图2所示,双燃料柴油机的主要特点是:采用燃油和天然气两种燃料混合驱动,输出功率大,且因为其体积小、重量轻,在LNG船机舱中占地面积也小,节省空间的同时燃料燃烧产生有害物质少,几乎对海洋无污染。符合现代船舶的发展规律和当今世界保护环境的主题。

总的来说,虽然LNG船在使用柴油机动力装置上表现为上升趋势,但作为传统的动力装置,锅炉汽轮机装置也在发展过程中不断改进,在LNG船舶的使用上仍占据着重要地位。两种动力装置各有其优缺点,在未来的发展道路中,我们应结合两者的优势并屏除两者的劣势,推动LNG船的主动力装置走向一个新的平台。

1.2新ICGcode下的LNG船结构设计分析

其实除了这些重要的主动力装置以外,LNG运输船的船体结构设计也具有异常严格甚至是苛刻的要求。为了保障液化天然气在运输过程中的安全性,减少火灾、泄漏等突发意外事故对船员的伤害和海洋环境的污染,国际海事组织也在2014年采用了最新的国际规范,即ICGcode。由此可见结构设计在整个LNG船布局中所占的重要地位。下面就以这个规范为例具体分析。

1)舱室布置

由于LNG运输船属于一种危险系数较高的特殊船舶,原版的规范在某些细节上难以满足其严格的制造要求,也过于落后,例如其对船舶内外壳间距的要求对于LNG船来说过于小,而新版的规范针对此情况提出了新间距,满足了舱室布置中的要求。

2)新旧ICGcode设计载荷对比

出于对货物在运输过程中安全性的考虑,新的规范也涉及了船舶运输过程中可能遇到的一系列载荷:

(1)内部压力

(2)外部压力

(3)热负荷

(4)测试负荷

(5)货舱的支反力

货物的加速度计算公式也发生了稍许的变化,相比于旧的规范,新的规范在垂向速度上有所增加。

3)结构设计

根据规范要求,薄膜型LNG船载荷工况主要包括:波浪工况、垂向动力况、静横倾工况、动横摇工况、抨击工况[5]。这其中动横摇工况计算最为烦琐,属于各个载荷工况中的重点和难点。下面就来简单分析下这种工况。

动横摇工况主要需要计算出各点对应最大压力的横倾角,而横倾角的计算比较烦琐,且压力计算也涉及其他因素,同时运用到的公式也比较难且多。

总而言之,新的规范针对LNG船的整体布置和结构规范提出了新的要求,这对于提高我国LNG船的运输水平和综合能力具有很强的必要性。

1.3辅助设备系统和管路系统

然而,一艘完整的船舶不仅仅需要强有力的主动力装置和严格的结构设计,同时也需要好的辅助设备系统和管路系统。

1.3.1辅助设备系统

LNG船的辅助系统主要由以下设备组成:

1)透平给水泵;2台

2)氮气发生器;1台

3)制淡水装置;2台

4)空气压缩机;3台

5)惰性气体发生器;2台

6)锅炉强力扫风;3台

7)各类油泵水泵

(1)透平给水泵:将标准工作工况下的蒸馏水提供给锅炉水包进行加热。

(2)制淡水装置:将海水或冷凝水转换为淡水供船上人员使用。

(3)空气压缩机:为各类气动设备例如阀件和甲板器械提供足够的动能。

(4)惰性气体发生器:用于管路的干燥和清洗以及驱除其他气体。

(5)锅炉强力扫风:为燃烧室提供充足且符合要求压力的空气来确保其充分燃烧。

1.3.2管路系统

特殊的管路系统由高温管路和超低温管路系统组成。

1)高温管路的组成:

锅炉给水系统;

中间排气和撤汽系统;

饱和蒸汽系统;

过热蒸汽系统。

2)超低温管路系统的组成:

液货与挥发的系统;

液货安全阀以及洗吹系统;

扫仓喷淋系统。

高温和低温管路是以焊接这种特殊安装方式而不是常规的法兰焊接。除了特殊的安装方式以外,这两种管路系统还有着比较特别的支架形式。

高温管路系统为了能够减少工作过程中因温度和压力带来的误差,采用了加强型固定支架和弹性支架相结合的方式。

超低温管路系统为了缓解因低温导致的管路变形以及在不损害管路的前提下,采用加强型和半加强型结合的支架方式。且因为介质温度和压力的不同,有着不同的垫片和管路的间隙距离。

船舶航行过程中,除了提高运输效率以及减少运输成本这些方面,运行过程中的安全性也是我们必须重点考虑的一个方面。许多海难事故都是因为安全性问题疏忽而导致。这些悲惨事件的发生时时刻刻提醒着我们要重视船舶运行的安全性。

因此,出于LNG船舶安全性的考虑,一个良好的消防系统是LNG船所必需的。常用的消防系统包括火灾探测、报警系统和灭火系统。因为船舶运输环境的特殊性,目前船上使用最多的灭火系统为水灭火系统,包括消防栓灭火系统、水喷淋系统、细水雾灭火系统等,以及气体灭火系统、泡沫灭火系统、干粉灭火系统等特殊灭火系统。

船舶火灾探测报警系统是保障船舶安全航运的重要设备之一,它可以在船舶的被检测部位发生火灾或火灾预兆时报警,让船员可以及时发现火灾险情并给予处理。LNG船作为一种特殊的运输液化天然气的船舶,由于低温液态物质的泄漏一般导致汽化气云火灾,所以LNG船一般选用泡沫灭火系统以及干粉灭火系统来扑灭火灾。

2LNG运输船的发展前景

前面本文简单地分析了LNG运输船的结构特点,从它的主动力装置、辅助以及管路系统和消防系统中,我们可以看出LNG运输船相比于普通船舶的特殊性。而它的特殊性正是由它可以运输液化天然气这一特殊“货品”所表现出来的。

众所周知,天然气作为一种高效率、无污染、大产量、低成本的能源已被世界各国广泛需求。这也使得可以运输液化天然气的LNG船拥有了一个光明的发展前景。

从图3所作的统计来看,随着天然气逐步替代石油成为世界占主导地位的燃料来源,LNG运输船的订单量也在迅速提高,这也促进了它的发展。As emission standards become more stringent and the price of Liquefied Natural Gas(LNG) falls,more vessels are making the decision to switch to LNG as fuel.正如其所说,除了陆地上的需求,越来越多的船舶也准备将液化天然气作为燃料使用。这种船舶燃料需求的变化也进一步促进了天然气产业的进步。

在我国,天然气使用量占比很低,与世界的平均占比相距甚远。但我国又是一个贫气大国,较少的天然气年产量难以满足庞大的人口对于天然气的需求。这也必然会使得近年来LNG运输船产业迅速发展,例如小型天然气运输船、压缩天然气船等的迅猛发展更是缓解了我国日益增长的天然气需求。而沿海城市作为可以停靠各种LNG运输船并且第一时间接收运输液化天然气的地区,更是在LNG船舶的发展进程中占据着重要地位。

沿海地区的发展也能在一定程度上缓解我国当前天然气能源产出远远低于需求的现状,对于解决我国的能源矛盾也具有重要意义。我国作为一个工业大国,工业的迅速发展也意味着要消耗更多的能源,能源消耗量的增多也促进了天然气贸易量的增加,贸易量的增加也直接促进了沿海地区LNG产业的发展。

所谓的LNG产业也就是一种具有链系关系的新兴产业,也即一系列与LNG密切联系的相关产业的组合。这样一种链系的发展也有利于各个相关产业相辅相成、相互渗透、共同进步。随着我国LNG订单的增多,越来越多的LNG运输船也开往我国各个沿海港口。目前,我国沿海地区的LNG产业链已具雏形,以广东为首的第一个LNG项目已经建成并已正式投入运营。这一项目覆盖了珠三角的大部分地区并且拥有不错的运输量。而我国的第二个LNG运输链也将在福建、大连、上海等沿海地区建成。LNG运输链正向着更多、更大、覆盖面更广的方向发展。

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天然气需求量的增大也会促进LNG船的建成,LNG船集中了目前世界最先进的造船技术,能够建造LNG船已经成为衡量一个国家船舶工业水平的重要标志。目前,我国LNG船主要由上海沪东造船厂制造,我国正向着制造高运输量、低成本、高效率的LNG运输船方向努力。当然在LNG船舶业迅速发展的同时,我们也不可忽略其可能带来的风险。在海上运输液化天然气时,其操作的危险性可以危及人员生命、设备以及环境,特别是在天气恶劣的条件下更要注意。举个例子,在恶劣海况下进行停泊工作时,靠拖轮的协助不足以将LNG船拉入理想的位置,因此由于距离较近,LNG船舶之间碰撞的可能性也大大增加。鉴于类似此类的种种情形,我们也要做好LNG船舶运输的风险评估。

我国的海运安全以及船舶运输风险评估研究相对于国外起步较晚,目前还没有国外那种完整而又健全的系统体系,但随着我国综合国力的增强,我国也投入了巨大精力去建立相关的体系结构。由于LNG是一种特殊、危险性较高的气体,随着LNG船舶运输业的迅猛发展,我国也在不断完善对其的风险评估,促进其向着更好的方向发展。

不仅我国的LNG产业在迅猛发展,随着世界天然气产量和消费量的增长,全球LNG贸易总量总体保持增长的趋势。LNG新船的成交量也在持续上升,这也间接促进了造船订单量和手持订单量的回暖。但由于最近几年造船市场的不景气,造船价格仍然保持在一个较低的位置。过去10多年的LNG造船市场,韩国几乎占据着垄断地位,但近几年欧洲的LNG造船市场表现活跃,呈现出了上升的趋势,投资量也在不断增加。总的来说,全球LNG海运量将保持在一个稳定增长的趋势,全球LNG船市场的前景也十分广阔。我国也应该追随着这个发展的大好时机,紧追世界的脚步,大力提高自己的LNG船舶的建造水平。

目前世界上的LNG船建造国主要集中在中、日、韩三国。中国虽然进入了LNG船建造行业,但实际上LNG船的建造企业仅有沪东造船厂一家,远远比不上日本和韩国。LNG船建造以其在技术上的高要求、精准度而闻名。我国在近几年LNG船舶的进口量呈现出不断上升的趋势。随着LNG运输业的发展,这个数量仍会不断上升,仅靠进口难以满足我国庞大的需求量,所以发展我国LNG船舶建造业也迫在眉睫。2011年,沪东造船厂成为中国LNG运输项目的中标船厂,这也是我国首获LNG船舶出口订单。此外,上海宝山钢铁厂也打破了外国企业对LNG船板的垄断。这种种迹象表明,我国的LNG船建造业有着光明的发展前景。

目前来说,我国的LNG行业想要成为世界顶尖行业,仍然有着很长的一段路需要走。我国也开辟了LNG船建造的新方向,例如,建设了一批LNG接收和配送装置,加大了对其的投资量,加强了亚太地区各个国家关于LNG项目的交流,筹建了一系列相关项目。总的来说,中国想要实现造船强国的目标,提高我国LNG造船业在世界上的竞争力,就必须坚持我国制定的发展战略,掌握自己的核心技术,加快自有LNG船队建设,推动造船企业学习国外的先进技术,提升对船舶的管理能力,促进相关产业发展创新,加强对专业性人才的培养。

3结语

整篇文章简略地从结构特点和发展前景两个方面分析了LNG运输船,提出了自己的看法,也对于我国LNG船舶该如何发展提出了建议和观点。当前LNG运输船已经成了一种世界备受关注的高技术船舶,其结构特点决定了它建造过程中的复杂性,更是由于其能够运输天然气这个世界需求量极大的能源的属性,使得它具有一个异常广阔光明的发展前景。各国也在加大力度发展自己的LNG行业。而我国作为当今世界一个综合大国,LNG船舶及其相关行业的迅猛发展也在一定程度上促进了我国能源产业的进步,也解决了一些我国能源发展过程中面临的困难,这是一种良性的循环。当然更为重要的是,它更是给步入低潮期多年的航运业添加了新的血液,使得低迷的航海业出现了回暖。


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