人類(lèi)在發(fā)展過(guò)程中，大量使用的煤和石油等化石燃料，由于在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化氮、一氧化碳、硫化物、以及其它有毒氣體，會(huì)嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，且在全球范圍內(nèi)加劇了溫室效應(yīng)。近年來(lái)，隨著全球變暖、氣候異常等問(wèn)題頻出，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，綠色環(huán)保、節(jié)能減排等已成為全世界大多數(shù)國(guó)家的共識(shí)。用更加環(huán)保的“新能源”去替代傳統(tǒng)的化石燃料是解決環(huán)境污染和能源緊缺問(wèn)題的首要途徑。與煤和石油相比，天然氣更加清潔、高效、低碳， 將在傳統(tǒng)化石能源向新能源發(fā)展的過(guò)度階段扮演著重要角色，因此越來(lái)越受到重視，在一次能源中的占比也越來(lái)越重。

工業(yè)排放

根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的預(yù)估，全球可采常規(guī)天然氣總量有471萬(wàn)億m3 之多。雖然天然氣的儲(chǔ)量看起來(lái)非常豐富，但是分布卻極其不均勻，以天然氣能源豐富的俄羅斯（23.9%) 、伊朗( 15.8%) 、卡塔爾( 13.5%) 為例，三國(guó)家天然氣儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的比例超過(guò)了50%。而受地理位置的限制，一些能源緊缺的用氣地區(qū)與天然氣儲(chǔ)量豐富地區(qū)往往遠(yuǎn)隔重洋，相距萬(wàn)里，如日本、英國(guó)本土都不產(chǎn)天然氣，而且通過(guò)管道和車(chē)輛運(yùn)輸均不可行，因此必須尋求新的運(yùn)輸方式。在這種情況下，使用液化氣船進(jìn)行海上運(yùn)輸天然氣成為一種較為理想的方式。

石油和天然氣的運(yùn)輸鏈

由于天然氣在常溫下的密度非常小，船舶運(yùn)輸起來(lái)非常的不經(jīng)濟(jì)；而又因?yàn)榻?jīng)過(guò)液化后的天然氣僅為氣體時(shí)的1/625，為了節(jié)約存儲(chǔ)空間和降低運(yùn)輸成本，船舶運(yùn)輸?shù)亩际墙?jīng)過(guò)液化后的液化天然氣（ Liquefied Natural Gas，LNG）。通常液化氣體的方式有對(duì)氣體加壓或者對(duì)氣體降溫，以及同時(shí)對(duì)氣體降溫、加壓。天然氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液化溫度低至-162℃，加壓到45個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓后，其液化溫度仍低至-82℃，因此液化天然氣船不可能設(shè)計(jì)成全壓式，也難以設(shè)計(jì)成半冷半壓式，所以基本上都是全冷式。全冷式意味著運(yùn)輸貨物的溫度低至-163℃，那么LNG運(yùn)輸船想要運(yùn)輸溫度如此低的貨物，就必然要有其獨(dú)到技術(shù)。

薄膜型LNG運(yùn)輸船

LNG運(yùn)輸船的最關(guān)鍵核心技術(shù)

由于所運(yùn)貨物為-163℃的低溫液體，所以貨物圍護(hù)系統(tǒng)（液貨艙）是LNG運(yùn)輸船的關(guān)鍵。想要安全有效的運(yùn)輸，LNG運(yùn)輸船的貨物圍護(hù)系統(tǒng)面臨兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：一是可靠的低溫絕熱，因?yàn)橹挥胸浳飮o(hù)系統(tǒng)具備良好的低溫絕熱技術(shù)，才能減少外界熱量的傳入，減少LNG的蒸發(fā)和腐蝕，以及防止LNG泄漏時(shí)對(duì)船體構(gòu)件造成的低溫脆裂破壞。二是耐低溫深冷性能，因?yàn)長(zhǎng)NG運(yùn)輸船在接收站裝卸LNG時(shí)溫度會(huì)由-163℃升高到25℃（溫差大），而船舶在航行時(shí)船體晃動(dòng)對(duì)液貨圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞晃蕩載荷，所以容器的材料的要求非常高，必須在低溫運(yùn)輸環(huán)境下仍然有較高的強(qiáng)度、良好的延伸塑性、較小的膨脹系數(shù)和一定的低溫沖擊韌性值等綜合性能，并且還要保證材料具有良好的焊接性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

LNG運(yùn)輸船液貨艙內(nèi)部（薄膜型）

LNG運(yùn)輸船是如何安全儲(chǔ)運(yùn)-163℃的液化天然氣的？

鑒于目前LNG運(yùn)輸船的主導(dǎo)船型是GTT薄膜型和MOSS球型，所以筆者就以GTT薄膜型和MOSS球型兩型液貨艙，來(lái)講解LNG運(yùn)輸船是如何儲(chǔ)運(yùn)-163℃的液化天然氣的。

MOSS球型液貨艙

MOSS球型液貨艙是挪威莫斯·盧森伯格（Moss Rosenberg ）公司發(fā)明的專(zhuān)利，它屬于B型自支撐式液貨艙（B型指承壓能力一般）。MOSS球型液貨艙之所以能儲(chǔ)運(yùn)-163℃的液化天然氣，是因?yàn)橛糜凇笆⒀b”液化天然氣的主屏壁金屬材料選用了耐低溫性能好的Ni9鋼或A5083鋁合金，絕熱材料選用加強(qiáng)乙烯泡沫或塊狀硬質(zhì)聚氨酯泡沫。由于為球形艙，且主屏壁結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行精確的應(yīng)力分析，所以這種設(shè)計(jì)可以不需要次屏壁。在固定方面，球形艙由圓柱形筒裙支撐，筒裙可吸收球罐的水平收縮和船體的撓曲變形，球型貨艙的上部伸出主甲板，使甲板不連續(xù)。由于MOSS球型液貨艙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，所以自上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，世界各地相繼建造了大量的這種船型。

MOSS球型液貨艙

GTT薄膜型液貨艙

GTT薄膜型液貨艙屬于非自支撐式，分為Gaz-Transport （GT）和Technigaz（TGZ）兩種類(lèi)型，其專(zhuān)利都屬于法國(guó)燃?xì)夂Ｉ线\(yùn)輸技術(shù)公司（GTT ）。GT型薄膜型液貨艙的主屏壁和次屏壁薄膜金屬均為0.7mm厚的殷瓦鋼，絕熱材料則是填充帶有珍珠巖或玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯泡沫的膠合板木箱，現(xiàn)已發(fā)展到GTT No.96型貨物圍護(hù)系統(tǒng)。TGZ型薄膜型貨艙的主屏壁薄膜金屬采用波紋形304L不銹鋼，次屏壁是兩層玻璃棉夾薄鋁片的三明治結(jié)構(gòu)，絕熱材料為聚氨酯，現(xiàn)已發(fā)展到Mark III型圍護(hù)系統(tǒng)。由于GTT薄膜型LNG運(yùn)輸船具有船體尺寸較小，屏壁的殷瓦鋼消耗量少，船舶甲板平坦，駕駛盲區(qū)小，艙容利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此使用量逐年增加，到現(xiàn)在已占全球LNG船總量的70%以上，屬于運(yùn)輸LNG的主要船型。

薄膜型圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖片來(lái)源《大型液化天然氣船圍護(hù)系統(tǒng)及其低溫金屬材料焊接技術(shù)》

參考文獻(xiàn)資料：《液化氣船》《薄膜型和球型液貨艙LNG船的對(duì)比研究》《液化天然氣運(yùn)輸船關(guān)鍵技術(shù)研究綜述》《大型液化天然氣船圍護(hù)系統(tǒng)及其低溫金屬材料焊接技術(shù)》《液化氣體船海運(yùn)技術(shù)》 《LNG運(yùn)輸船用低溫材料的發(fā)展》

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作者：小船人的夢(mèng)想 2020年6月27號(hào)