LNG船液货舱技术发展趋势

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文 | 谷林春 何萧，上海振华重工，船舶物资与市场，转载自能源情报

自1959年甲烷先锋号METHANEPIONEEER开始试验运行以来，世界范围内的LNG运输业整整经历了60年的发展历程。在此过程中，LNG运输船技术也经历了从小型、简单、单一到目前的大型、复杂、专用的不断提升的过程。而LNG船货物维护系统是LNG船舶的核心技术之一。

早期设计师尝试研发出很多货物维护系统技术。20世纪70年代中期以后，市场的实际运行规律最终使LNG船舶货物围护系统的主流技术选择范围缩小到4个主要设计概念：中小型LNG船适用的C型压力罐、大型LNG船的Moss球罐型、GTTMARKⅢ和NO96薄膜型以及IHISPB型。

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LNG船货舱型式分类

一般来说，IGC规则将液货舱分为5种主要类型：整体货舱、薄膜型货舱、半薄膜型货舱、独立货舱和内部绝缘货舱。

独立货舱又可以分为A型，B型和C型（见图1），而内部绝缘货舱也可以分为1型和2型。

从数量上看，目前LNG船舶市场上以传统的大型LNG船舶为主流。中小型LNG船以C型压力罐为主。中大型LNG船则是Moss球罐型以及GTT薄膜型MarkIII型和NO96的天下。

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LNG船舶货舱技术发展现状及趋势

自1959年LNG海上运输技术开端以来，历经60年的发展LNG船舶液货舱技术逐渐向高可靠性、低蒸发率、低建造成本、低维护费用以及更轻更薄的方向发展。

目前国际LNG船造船市场上，韩国船厂以薄膜型技术占据绝对主要地位；日本船厂以其Moss型货舱技术仍然占有一席之地；以上海沪东中华船厂为代表的中国船厂开始在LNG造船市场逐渐崭露头角。

根据GIIGNL2018年底的统计数据，在世界范围内的LNG运营船队中薄膜型液货舱技术占70%的比例，Moss型有23%的应用比例，其他诸如C型压力罐以及SPB等货舱技术只有7%左右。薄膜型货舱统称为GTT薄膜型，可以细分为Mark型和NO型两类。Moss型技术专利目前为挪威MossMarine公司所拥有。SPB型货舱技术仍然为日本石川岛播磨IHI牢牢把持。

1）薄膜型货舱技术：MarkⅢ技术（见图2）：该技术源自于1994年GTT公司合并之前的Tcehnigaz公司设计方案，属于薄膜型，由船体结构直接支撑。主层屏壁为1.2mm厚带

有纵横方向（长度为340mm方格）波纹方格的304不锈钢板。次层屏壁为2层玻璃纤维布中间夹1层铝箔结构。绝缘板总厚度270mm，主层绝缘100mm，次层绝缘170mm。通过树脂绳将绝缘面板粘合到船体内板上，这种树脂绳用于双重目的，锚固绝缘层并均匀地分配液货载荷。

MarkIIIFlex技术：将次层绝缘的厚度由170mm增加到300mm，同时缘层的硬质聚氨酯PU泡沫密度增大，这样货舱强度增加且绝缘性能增强。BOR可以降低到最低0.085%V/

天。

MarkIIIFlex+技术：由于绝缘厚度增加了480mm，因此除了增加货舱强度之外，还可将BOR降低到0.07％V/天。

MarkIIIFlexHD技术：将硬质绝缘R-PUF密度可以从130kg/m3增加到210kg/m3，可以提供超过2倍的货舱抗压强度。

MarkV技术：次层屏蔽用焊接的波纹形殷瓦膜代替了3层结构的玻璃丝布铝箔结构。这些技术升级使得货舱自然挥发率可以进一步降低到0.075%V/天。

GTTNO.96薄膜型技术（见图3）：NO.96薄膜型货物源自于1994年GTT公司合并之前的GazTransport。该系统的主、次屏壁均采用0.7mm厚的含镍36%的殷瓦钢。主次层绝缘箱（厚度230mm+300mm）均由填充有膨胀珍珠岩粉末的胶合板箱制成。

GTTNO.96GW技术：仅仅通过将绝缘箱中的膨胀珍珠岩粉末用玻璃丝棉替代，NO96GW系统的BOR可以降为0.125％~0.13％V/天。

GTTNO.96-LO3技术：绝缘箱共分3层。主绝缘箱厚度不变，内部充填玻璃丝棉。次层绝缘箱变成2层：减薄的92mm厚次层绝缘箱（填充玻璃丝棉）底部增加1层208mm厚强化聚氨酯R-UF泡沫板。NO96-L03货舱BOR因此可达到0.11％V/天。

GTTNO.96-LO3+技术：与NO96-L03有相同的绝缘厚度，中间绝缘层采用PU泡沫板代替填充玻璃丝棉的胶合板箱。BOR可以降到0.11％V/天。

GTTNO.96Flex：其特点是主层屏蔽膜为波纹304不锈钢膜，次层屏蔽为含镍36%的殷瓦膜。主次层绝缘均采用强化聚氨酯R-UF泡沫板。BOR可以降到0.07％V/天。

GTTNO96Max：是NO96GW的升级，使用支柱结构和非结构绝缘材料来增加绝缘箱的强度。同时绝缘箱的隔板厚度由1.2mm增加到1.5mm，且顶板改为双层。GTTNO.96Max可以分为MR/UR(Mega/Ultra-Reinforced)。货舱内局部采用强化绝缘箱后，货舱的装载液位限制区间由传统的10%~70%缩小到10%~50%货舱高度。

综上，GTT公司的薄膜型技术具有船体线型适应性好、船体容积利用率高的优点，适合大型LNG船的建造。但是其强度偏弱，因此在货舱部分装载时必须考虑晃荡力对货舱内膜的破坏，需特殊设计。一般来说GTT规定标准液货舱内部限制装载液位为10%~70%货舱高度。

2）Moss型的技术现状及其发展：20世纪70年代，早期的薄膜式LNG船上陆续出现过晃荡力冲击造成舱内薄膜表面损伤的事故，设计人员尝试研发出更能耐受液货晃荡力的Moss型货物围护系统技术。世界上第一条采用Moss型液货舱的LNG船是在1973年由挪威MossRosenbergVERF（MRV）船厂建造。

传统的Moss球罐型技术（见图4）：起初设计的货舱的材料是含镍9%镍的合金钢，后期货舱材料改为5083铝合金。球罐型货舱铝合金材料的厚度在28~55mm之间。在球型货罐中部的赤道位置，为了增强结构强度厚度会达到170mm。

Moss型货舱舱壁结构坚固，无需担心液货舱内部的液货晃动力造成的破坏问题，因而可以不限制货舱内部的装载液位。

Moss型货舱的热绝缘层主要有2种形式：板块式聚苯乙烯和发泡喷涂式聚苯乙烯，外表面均粘贴覆盖0.3mm铝箔，以形成一个气密的空间从而可以隔离泄漏的液货，同时也可以阻隔外部空气中的湿气保证球罐外壁绝缘的干燥度，不至于使其吸潮降低热绝缘性。货舱底部设置有防漏滴盘，能够承纳15天的液货泄漏量。

传统的Moss球罐型LNG船的缺点亦十分明显：球型罐体体积巨大，不但影响驾驶台视野造成船舶操纵方面的一定困难，同时罐体裸露在甲板外面受风面积大，造成船体风阻较大，最后，球型罐体造船船体内部容积利用率低。

MHISayaendo1型Moss球罐货物围护系统：2011年由三菱重工MHI开发成功。有别于传统的Moss球罐型LNG船，Sayaendo1型LNG船的几个球罐型货舱被完整包覆起来，类似豌豆荚。这样的改进结果是一方面改善了空气动力性能，降低了船体风阻，同时甲板面的管系电缆等附件可以隐藏于船舱内部，提高了设备的可维护性。

MHISayaendo2型Moss球罐货物围护系统：2012年MHI开发成功。在Sayaendo1型基础上，圆球形货舱被在垂直方向上拉长，外形看起来更像一个苹果，货舱舱容因此而增加约8000m3，而船体结构重量减少约10％，结合机舱动力系统的改进能耗降低约20%。

当前LNG货物维护系统市场基本被GTT薄膜型和MossMaine球罐型2种技术垄断。除此之外，依然有数量比较少的C型压力容器式货舱、棱柱形SPB型货舱等技术存在。

C型压力容器式货舱：C型货舱一般为球型或者圆柱形压力容器，技术比较成熟。圆柱形货舱可以水平或者垂直安装。

这种类型的货舱通常用于半压和全压液化气体运输船。用于LNG运输船时，货舱材料必须是耐低温钢材。C型压力罐是按照传统的压力容器标准设计建造，需要进行精确的应力分析。

货舱的外表面敷设聚苯乙烯板或者喷涂发泡聚苯乙烯。根据IGC规则，C型压力罐不需要次层屏蔽屏障，货舱与船体之间的缓冲空间可以填充惰性气体或干空气。C型压力式货舱因其造价低廉，工艺简单，制造容易以及没有高昂专利费的特点在中小型LNG船上仍然有着广阔的发展空间。

IHISPB型货物维护系统（见图5）：1985年日本石川岛播磨重工IHI基于最早期的CONCH技术开发出SPB型液货舱，对货舱和船体进行有限元分析以及船体结构疲劳分析和裂纹扩展分析。SPB货舱形状为棱柱形，中间有纵向隔舱壁。货舱材料可以使用5083铝合金、304不锈钢或者9%镍钢。最大设计舱压0.7bar，货舱外表面包覆绝缘材料为聚氨基甲酸酯泡沫。IHI的SPB货舱技术的开发使日本成为欧洲以外第一个拥有LNG货物围护系统专利的国家，2017年采用SPB货舱技术的最大的16.5万方LNG船交付。

但是由于本身SPB货舱材料价格高昂（据称比薄膜型高10%~20%）以及日本IHI公司对其专利技术的严密保护，所以目前市场上采用SPB技术建造的LNG船并不多，除IHI公司自己建造3条LNG船等有限几条船之外，其它亚洲和欧洲客户提供了数量有限的货舱成品。据称，其货舱性能非常稳定。

LNT-A型货物维护系统（见图6）：挪威LNT公司在2015年开发出LNT-A型新型货舱技术，属于IMOA型独立自持式。主层屏蔽材料材料可以为304不锈钢、5083铝合金或者9%镍钢。绝缘材料与SPB型包覆在主屏蔽（货舱）的外表面上的方式不同，它是以聚氨酯泡沫板的形式附着在船体内甲板上。次层屏蔽为覆盖在绝缘层内表面的密封膜，具有液体密封功能（见图7）。与SPB型类似，人员可以进入液货舱和绝缘层之间的中间屏蔽空间，方便检修。货舱支撑与传统的货舱支撑一致。

与薄膜型货舱相比，LNT-A货舱绝缘材料置于货舱之外，不需要承受液货产生的应力，因而可以做得更轻更薄，具有更高绝热性能且成本更低。船体容积利用率高，绝热性能优良，设计灵活。据技术开发方声称，LNT-A型货舱技术门槛低，以使更多的船厂有能力建造LNG船舶。

目前招商重工海门船厂建造的世界上第一艘采用LNT-A货仓技术的额LNG船SAGADAWN已经成功完成气体试航，证明了新型货舱技术的可行性。未来交付后的稳定运行，将进一步证明该技术的可靠性。时间将会证明，此新技术的成功将开启LNG液货舱技术的新时代。

韩国KC-1薄膜型货物围护系统：2014年韩国开发了KC-1薄膜舱。主次屏蔽都是1.5mm厚的304不锈钢波纹板。绝缘使用密度为115kg/m3的聚氨酯泡沫，结构比GTT薄膜型设计更简单，有效降低了成本。BOR可以降到0.12％V/天。

第一条交付的采用KC-1技术的LNG船在运营过程中出现绝缘层结冰现象，船舶不得不停租进坞修船。这对KC-1市场推广是一个不利的挑战。

LNG船货物围护系统本身各有特点，虽然以上这些市场上货舱技术在数量上属于小众地位，且其市场推广仍然受限于技术本身适用的船舶尺度、航线特点、成本优势以及技术难度等条件，但是在LNG船造船市场上仍然有其一定的生存空间。

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我国中小型船厂在LNG货舱技术上的突破

经过近60年LNG航运及造船业的发展，目前国际上的大型LNG船造船市场基本被韩国日本船企垄断。返观国内形势，目前大型LNG船建造只有上海的沪东中华造船厂有实际建造经验。在此形势下，国内中小型船厂如果想在LNG运输船建造市场上有所突破，以下方向值得考虑：

1）国内中小型船厂的主攻方向应该放在4万方以下的中小型LNG运输船。

2）就货舱技术而言，应该研究低成本、低难度、低专利费、可靠性高的货物维护系统技术。

3）GTT薄膜型技术难度太大、生产管理复杂，不适合没有经验的中小船厂。

4）日本的SPB技术因为造价及专利高，采用这种技术的可行性需要谨慎研究。

5）C型压力罐技术是一个重要的发展方向。罐体如果没有建造经验可以外包，降低建造风险。

6）新型LNT-A型货舱技术目前已经开发成功。其技术简单且造价低，将是中小型船厂进行LNG船造船尝试的一个新的发展方向。

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结语

受我国乃至世界范围内LNG消费以及LNG船舶运输业的迅猛发展的影响，LNG船舶建造正在迎来新一轮大幅度增长。受安全、可靠性、环保以及成本等诸多因素的推动，LNG船货物维护系统的技术升级进步的脚步永远不会停歇。主流大型LNG船舶货舱技术专利费高企，是新型LNG船货物围护系统持续发展的重要动力。

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