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(中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司,天津 300452)

液化天然氣是一種清潔的能源，已經(jīng)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(yīng)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(jīng)成為當(dāng)今的熱點問題。

“十一五”期間[1]，中國液化天然氣進(jìn)口量年均增速達(dá)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(jù)我國“十二五”規(guī)劃，到2015年我國天然氣市場供應(yīng)量可望超過2 400億m3，國內(nèi)天然氣市場將供不應(yīng)求。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)能源需求日益增加，政府倡導(dǎo)能源多元化政策，支持以LNG方式從國外進(jìn)口天然氣，以緩解國內(nèi)能源緊缺的狀況。目前國內(nèi)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(gòu)成一個沿海LNG接收站與輸送網(wǎng)。

1 相關(guān)調(diào)研

1.1 運輸方式

傳統(tǒng)的大型LNG船是基于長途運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性發(fā)展起來的，主要承擔(dān)國際遠(yuǎn)洋運輸任務(wù)。隨著市場的發(fā)展，LNG物流逐漸呈現(xiàn)多樣性，近年來對小型LNG船的需求逐漸出現(xiàn)。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(xiàn)。要實現(xiàn)LNG近海和沿海范圍內(nèi)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(nèi)河范圍內(nèi)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(wù)。

1)開發(fā)建設(shè)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(diào)峰和月度不均勻供氣的運輸問題。LNG應(yīng)用的日益增長，必然產(chǎn)生巨大的調(diào)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(diào)峰和LNG槽罐車運輸調(diào)峰顯然是不經(jīng)濟(jì)和不現(xiàn)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(yīng)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?shù)男屎桶踩?，?jié)約運輸成本。

3)開發(fā)建設(shè)小型LNG運輸船，涉足和占領(lǐng)LNG的區(qū)域運輸市場，是對國內(nèi)LNG進(jìn)口業(yè)務(wù)和運輸產(chǎn)業(yè)的有益補(bǔ)充，也是對國家天然氣能源發(fā)展戰(zhàn)略實現(xiàn)“國貨國運”“國船國造”的積極響應(yīng)。

1.2 發(fā)展機(jī)遇

我國目前正在建設(shè)和規(guī)劃中的主要是大型LNG進(jìn)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(shè)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(dǎo)的LNG貿(mào)易和接收站的經(jīng)營，形成接收站群和構(gòu)成石油公司主導(dǎo)LNG貿(mào)易和接收站的經(jīng)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(dǎo)作用。例如，中海油已經(jīng)參股廣東和福建的上游資源項目。石油公司為主導(dǎo)的貿(mào)易和接收站的經(jīng)營為統(tǒng)籌組織LNG貨源和項目間的合作提供了機(jī)會。

隨著LNG作為清潔能源逐漸擴(kuò)大利用，城市燃?xì)夤疽约暗胤绞髽I(yè)也對經(jīng)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(shè)就開始被提上了日程，沿海和沿江小型LNG接收站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，將為3萬m3LNG船舶運輸帶來巨大的機(jī)遇。

2 國內(nèi)3萬 m3 LNG運輸船現(xiàn)狀

2013年4月18日寧波高新區(qū)企業(yè)寧波新樂造船集團(tuán)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(shè)計還是施工，該船均填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

這艘3萬 m3LNG船采用雙燃料發(fā)動機(jī)驅(qū)動，它是寧波新樂造船集團(tuán)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(rèn)為，在3萬 m3這個船型中，該船是目前國內(nèi)首艘也是最大容量采用C型貨艙技術(shù)、主推進(jìn)系統(tǒng)采用雙燃料電力推進(jìn)方式的中小型LNG運輸船，具有創(chuàng)新和填補(bǔ)國內(nèi)空白的意義。

據(jù)悉，該船將用于中國石油天然氣股份有限公司國內(nèi)大型LNG接收終端和LNG衛(wèi)星站間的轉(zhuǎn)程運輸，投入使用后將大大提高短程LNG運輸?shù)男?，降低運輸成本。該船按照國際天然氣運輸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，入級中國船級社，由法國船級社協(xié)助審圖、監(jiān)造，預(yù)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(fù)責(zé)建造。上海船舶設(shè)計院負(fù)責(zé)該船的基本設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。

該船總長約185 m，設(shè)計艙容為3萬 m3，采用獨立C型貨艙技術(shù)，主推進(jìn)系統(tǒng)采用雙燃料電力推進(jìn)(DFDE)方式。它是先進(jìn)技術(shù)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(jī)燃料，空氣排放指標(biāo)(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(nèi)大型LNG接收終端和LNG衛(wèi)星站間的二程轉(zhuǎn)運，解決沿海沿江城市天然氣季節(jié)性調(diào)峰和月度不均勻供氣的運輸問題，每年可轉(zhuǎn)運90萬 t LNG。

中海油能源發(fā)展股份有限公司通過中外聯(lián)合設(shè)計和自主創(chuàng)新設(shè)計的模式，已掌握了中小型LNG船的核心技術(shù)。首艘中小型LNG船建成后，海油發(fā)展將具有該船型設(shè)計的自主知識產(chǎn)權(quán)，為建立規(guī)?；闹行⌒蚅NG運輸船隊奠定了基礎(chǔ)。

3 運輸船核心技術(shù)

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(shè)“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(jīng)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(jù)國內(nèi)外近年建造液化氣體船和現(xiàn)有資科報道，一般來說液貨艙總?cè)莘e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(shù)量也隨著增加。

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

3.2 艙容影響因素

1)年運輸量。根據(jù)年運輸量選擇合適的船舶載容量，并參照航線的海況與經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)出終端到小型接收站的單船轉(zhuǎn)運量(平均)。

3)運輸距離。一般來說，運輸距離越遠(yuǎn)，船舶載貨容量越大，船舶的經(jīng)濟(jì)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(jī)功率所能發(fā)揮的最大航速以及理論經(jīng)濟(jì)航速。

5)船隊調(diào)配。兼顧不同終端航線間的運輸調(diào)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(shù)上已經(jīng)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(jīng)過對不同艙容的船舶進(jìn)行比較，3萬 m3船型艙容范圍較為理想，比較匹配國內(nèi)沿海各LNG終端的轉(zhuǎn)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(diào)配。

3.3 航速的設(shè)計

設(shè)計條件見表1。

表1 航速設(shè)計參數(shù)

根據(jù)雙耳型C型貨艙的蒸發(fā)率指標(biāo)0.3%計算，每天的LNG蒸發(fā)量為100 m3約48 t。主機(jī)發(fā)揮的功率達(dá)到17 kn。

3.4 雙燃料電力推進(jìn)

LNG運輸船的主推進(jìn)裝置是影響船舶營運經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)性,就必須降低燃料費用。目前在LNG運輸船上占主導(dǎo)地位的蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)存在熱效率低、油耗高的致命缺點。

雙燃料電力推進(jìn)(DFDE)[4]相對于傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)推進(jìn)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(jī)以天然氣為主要燃料，船用柴油為備用燃料，燃料供應(yīng)系統(tǒng)能迅速地實現(xiàn)燃料的轉(zhuǎn)換，保證發(fā)動機(jī)的持續(xù)轉(zhuǎn)動。LNG運輸船主推進(jìn)裝置對比[5]見表2。

表2 LNG運輸船主推進(jìn)裝置對比

3.5 雙槳雙舵推進(jìn)系統(tǒng)

雙槳雙舵推進(jìn)器船舶其兩個推進(jìn)器推力的大小分別可以進(jìn)行控制，兩個螺旋槳產(chǎn)生的推力不同和螺旋槳方向相同時，進(jìn)車推力或倒車?yán)Φ牟煌M合將對船舶產(chǎn)生不同的效應(yīng)。

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(shè)備：雙槳、雙舵及側(cè)推器，實現(xiàn)船舶自身的橫向運動，而單槳船舶很難達(dá)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(jī)動性適應(yīng)能力差，無法自主實現(xiàn)安全的靠離泊位，需要至少兩艘拖輪協(xié)助靠泊。雙槳雙舵能夠很好地解決這一問題，從經(jīng)濟(jì)上可有效地降低成本。

4 結(jié)束語

我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得國內(nèi)市場對天然氣的需求量不斷增加[6]，國內(nèi)天然氣開發(fā)供應(yīng)不足的缺口將長期存在，中國液化天然氣進(jìn)口總量將會逐年增加。將液化天然氣運輸?shù)窖睾！⒀亟慕K端，建立完整的LNG產(chǎn)業(yè)鏈，液化天然氣在國內(nèi)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(zhuǎn)運這個產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮巨大的作用，解決國內(nèi)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(wù)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(shè)計技術(shù)[J]．船舶，2010(1):26-29.

[3] 丁 玲．中小型LNG船C型獨立液罐設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．大連：大連理工大學(xué)，2009.

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

[5] 段長曉．LNG船主推進(jìn)裝置的選擇和雙燃料發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性研究[D]．上海:上海海事大學(xué)，2007.

[6] 何繼強(qiáng)．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.