韓純強，王慶豐，路詩奎

(江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

在全球運輸業(yè)競爭激烈、油價上漲以及節(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。比石油便宜且儲量豐富的LNG(液化天然氣)，以其綠色、環(huán)保、高效的優(yōu)勢，成為了全世界的首選能源，并以每年約12%的速度增長，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。我國能源需求隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展而日益擴大，對進口液化天然氣的巨大需求，必然引起LNG海運量大幅增加，這不僅為我國航運業(yè)發(fā)展帶來了商機，也為我國造船工業(yè)提供了極為難得的歷史機遇。國家確立了“國船國造，國貨國運”的指導(dǎo)政策，即進口到中國的LNG貨物必須由中國的公司來運輸，運輸LNG貨物所使用的LNG船舶也必須由中國的船廠來建造。雖然國外技術(shù)壟斷、專利屏蔽等給我國自行建造設(shè)計LNG船造成了諸多困難，但是自主開發(fā)、設(shè)計、建造LNG無論對于保障國家能源戰(zhàn)略順利實施，還是滿足船舶工業(yè)做大做強的戰(zhàn)略需要，或是實現(xiàn)船舶工業(yè)跨越發(fā)展，都具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 國內(nèi)外的建造歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

1．1國外建造歷史和發(fā)展現(xiàn)狀

作為國際公認(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、建造和運營完全被歐美發(fā)達國家壟斷;1964年，建造了世界上第1艘LNG船，當(dāng)時噸位很小，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球罐式和法國的GT和TGZ兩種薄膜形式的LNG船，艙容最大為12．5萬m3左右。而此時建造LNG船的船廠主要被歐美國家所統(tǒng)治，如挪威的MOSS Rosenberg、法國的大西洋船廠、美國的GDQUincy船廠等。80年代，最初日本川崎重工引進了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MOSS型并開始建造，但船艙容量僅增大到13萬m3左右，建造LNG船的船廠開始被日本取代。90年代初，日本的NKK船廠引進TGZ型，IHI船廠開發(fā)了SPB型液艙形式的LNG船，這時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，韓國造船開始崛起，韓國現(xiàn)代重工成功地建造了韓國第一艘MOSS型LNG船。1995年韓進重工的第一艘GT型LNG船建造完工，隨后大宇重工引進了GT型，三星重工引進了TGZ型。這樣就形成了韓國以薄膜型為主和日本以MOSS型為主的兩大格局。目前，韓國、日本建造的LNG船己約占世界船隊數(shù)量的一半。

20世紀(jì)90年代末，法國GTT公司并購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，開發(fā)出新型液艙圍護系統(tǒng)CS-1，法國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爭的局面。目前國外主要LNG船建造廠采取的船型情況和基本狀態(tài)見表1。

1．2 國內(nèi)建造和發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)LNG船的技術(shù)跟蹤和開發(fā)工作始于20世紀(jì)90年代中期。1995年法國GTT公司訪問當(dāng)時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，從此開始對LNG船的技術(shù)開展跟蹤了解。廣東進口LNG項目有力地推動了國內(nèi)LNG船開發(fā)，主要船廠包括:滬東中華船廠、大連新船重工船廠、江南造船集團等紛紛開展LNG船的開發(fā)工作，并不同程度地取得了進展，國內(nèi)LNG船開發(fā)工作全面展開。

中國船舶工業(yè)集團公司于1999年成立研究LNG船小組，滬東中華船廠成為中國第一家參與LNG船研發(fā)及建造工作的企業(yè)。在LNG船研發(fā)建造的各個階段，涉及到許多專項生產(chǎn)工藝技術(shù)。滬東中華船廠針對各個課題組開展了專項技術(shù)攻關(guān)，先后完成了LNG船技術(shù)攻關(guān)項目80項，成功申請了“專用絕緣箱制造專利”、“泵塔制造專利”在內(nèi)的31項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。通過引進、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，擺脫了國外桎梏，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，為LNG船在國內(nèi)的系列化和批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

表1 國外主要LNG船建造廠采用的船型情況和基本狀態(tài)

2011年1月，埃克森美孚和商船三井與滬東中華船廠舉行LNG造船項目簽約儀式，這也是中國船廠首次接獲LNG船出口訂單;4月，17萬m3的大型液化天然氣船的基本技術(shù)設(shè)計在大連船舶重工(集團)有限公司完成;此外，江蘇熔盛重工有限公司也計劃加強對LNG船的重點研發(fā)工作。目前，已擁有LNG船技術(shù)許可的中國船廠見表2。

表2 目前已擁有LNG船技術(shù)許可的中國船廠現(xiàn)狀

2 LNG船建造施工中的幾個難點問題

2．1 貨艙圍護系統(tǒng)安裝平臺設(shè)計中的主要難點

貨艙圍護系統(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，所以安裝平臺的設(shè)計建造更是關(guān)鍵的技術(shù)。安裝平臺比較復(fù)雜，其實際結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖1 為GTT型液艙圍護系統(tǒng)的基本模型

目前國內(nèi)在安裝平臺的設(shè)計建造上主要有以下問題函待解決:

(1)強度衡準(zhǔn)。由于在薄膜型LNG船的設(shè)計建造上主要依靠國外的技術(shù)引進，因而沒有安裝平臺的設(shè)計制造經(jīng)驗。國內(nèi)對液艙圍護系統(tǒng)安裝平臺的強度衡定標(biāo)準(zhǔn)一直是個空白，建立一套液艙圍護系統(tǒng)安裝平臺的強度設(shè)計衡準(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，價值不菲，而且在建造過程中一旦損壞一處，將使相鄰的一大片殷瓦鋼薄膜不得不進行更換和重新焊接，因而這對安裝平臺的設(shè)計提出很高的要求。要求平臺可以伸縮、提升自如，對零部件的制造、裝配精度以及焊接變形控制等方面要求極高。安裝平臺部分或整體坍塌，損失巨大。目前安裝平臺的整體穩(wěn)定性研究還沒有任何成就，只能對局部結(jié)構(gòu)進行試驗，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)定性問題已迫在眉睫。

圖2 為GTT型液艙圍護系統(tǒng)安裝平臺

(3)關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)。目前支撐腿、電梯等結(jié)構(gòu)形式受到國外專利保護。我國滬東船廠采用的是意大利PD公司的專利技術(shù)，需要高昂的專利費用。自主開發(fā)研制LNG船，實現(xiàn)國產(chǎn)化，必須避開國外專利保護點，自主設(shè)計出一套新型的結(jié)構(gòu)形式，并申請專利。

2．2 艙室溫濕度環(huán)境控制的主要難點

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)國內(nèi)現(xiàn)有LNG船艙室內(nèi)部的通風(fēng)系統(tǒng)測試，氣流分布嚴(yán)重不均，頂層空間和底層空間溫差可達5～7℃，同一水平空間溫差也可達3～4℃。而氣流均勻性又影響到艙室內(nèi)壁殷瓦鋼的生銹問題以及空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行。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有以下:

(1)使用成本高?，F(xiàn)有國內(nèi)外除濕機組大都采用傳統(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，且過度季節(jié)仍需冷凍運行，使得全年運行費用高。一艘15萬m3的LNG船在建造過程中所需要的除濕機組年運行費用高達1 200萬元，這就需要開發(fā)出一套節(jié)能型的除濕機組，發(fā)展機組及其艙室環(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，整張都將報廢，因此，LNG船施工現(xiàn)場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，還要保證整個艙內(nèi)干燥度保持在60%以下。我們必須通過對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，對其進行優(yōu)化設(shè)計，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題;完成新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制運行模式研究;對高重復(fù)利用率的專用風(fēng)管及其快速安裝與拆裝技術(shù)進行研究。

2．3 預(yù)舾裝實施過程中存在的難點

在建立現(xiàn)代化的造船模式方面，我國的大部分船舶企業(yè)還只是處于一個中等的水平。在這個階段，國內(nèi)各大船舶企業(yè)仍然普遍表現(xiàn)出重生產(chǎn)、輕策劃的問題。所有的工廠的運轉(zhuǎn)限于圍繞營銷、設(shè)計、施工幾個最直接關(guān)聯(lián)到接船交船的部門，而對于生產(chǎn)管理、物流配套等部門，則大都淪為完全的配角地位，在整個生產(chǎn)的過程中，最多能夠起到被動服務(wù)于生產(chǎn)的作用，而對于一些管理相對較弱，職責(zé)劃分不夠清晰的船舶企業(yè)，其積極主動性嚴(yán)重不足。在這種大環(huán)境下，LNG船這種“三高”船舶在建造過程中單元模塊預(yù)舾裝的深入推進工作經(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、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船建造過程中單元模塊預(yù)舾裝工作幾乎不存在。如在LNG船整個機艙一平臺，除了一些設(shè)備由廠家提供的模塊外，沒有其他的模塊。

(2)單元模塊預(yù)舾裝對精度的要求。單元模塊預(yù)舾裝的制作過程從精度要求上講，和分段的制作類似，屬于一個獨立制作的單元，是模塊式造船的范疇。它的制作過程和船體結(jié)構(gòu)的制造屬于平行進行，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定了各個組裝模塊在制作過程中必須要滿足組裝時的精度要求。而現(xiàn)在的造船精度管理還處于一個相對落后的階段，留有余量一般都偏大，容易造成材料浪費，增大工作量，增長生產(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)確楔合度是一個比較難的課題。

3 展望

我國LNG產(chǎn)業(yè)方興未艾，具有很大的發(fā)展空間。中國LNG船舶建造廠應(yīng)趁著這個發(fā)展的大好時機，在引進外國船廠建造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過與國外有經(jīng)驗的船廠、船級社的合作，進行技術(shù)引進和人員培訓(xùn)，吸收國外造船的成熟技術(shù)與經(jīng)驗，注重開拓創(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)難點問題，逐步實現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計、建造國產(chǎn)化，為早日在國內(nèi)形成有國際競爭力的LNG船舶建造業(yè)而努力。

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