CNG運輸船開發動向

中船集團七○八所 李 源

CNG運輸船開發動向

中船集團七○八所 李 源

最早的CNG運輸船概念出現于1968年，CNG的壓力值和溫度分別為80bar和-60℃，原型船在美國新澤西州建造和試驗，并通過美國海岸警衛隊審核，但并未商業化應用。目前，世界范圍內開發出的技術成熟的CNG運輸船設計方案共有6種。

加拿大Sea NG公司開發的CNG運輸船

加拿大海洋天然氣公司的CNG運輸船采用Coselle技術，Coselle是一種貨物系統，將高壓力（275bar，常溫）的天然氣儲存于小口徑鋼質盤圓管路中，是典型的Coselle系統為10英里（約合16km）長的小口徑管路盤卷成的一個盤圓結構。Coselle的直徑為15～20米，高2.5～4.5米，重約550t。一個Coselle約可裝載3 mmscf（300萬標準立方英尺）的天然氣，裝載量的大小與Coselle的尺度、氣體溫度、壓力及組分有關。Coselle CNG系統只需要很少的岸上設施，天然氣的裝、卸能在簡單的港口管道設施中完成，大大減少了環境污染和費用投入。如果無法進入港口，也可在海上浮體上轉運。Coselle CNG船每航程為200～2000km，運力可達30 ～ 500mmscf。

2006年美國船級社批準了首艘Coselle壓縮天然氣船的建造，該船由Guido Perla & Associates（GPA）公司為Sea NG公司提供設計。船長118米，船上擁有16個Coselle，天然氣裝載量為50mmscf，這些Coselle布置在4個相同尺寸的堆架中（Stack），堆架位于主甲板上一個完全封閉的貨艙內。船上裝備有2臺全方位Z形推進系統和1個船首導管推進器，船員編制11人。

2007年GPA公司又開發出兩種不同尺度的CNG船，其中種船長204米，船員編制20人，配備有84個Coselle，總的氣體裝載能力達到250mmscf。另一種船長141米，船員編制11人，配備有25個Coselle，5個堆架，總的氣體裝載能力達75mmscf。

Sea NG公司目前已開發出數量Coselle船，從擁有16個Coselle，可運載約50mmscf天然氣的CNG船到擁有144個Coselle，可運載約450mmscf天然氣的CNG船。將其運載量與LNG船比較，一艘大型的LNG船能運載超過140000m3的LNG，當再氣化時，將膨脹到8400萬m3，或約30億立方英尺天然氣，即相當于3000mmscf。

EnerSea運輸公司、川崎汽船及現代重工合作開發的CNG運輸船

早在2002年，美國EnerSea運輸公司就開始與日本川崎汽船及韓國現代重工合作開發CNG運輸船，核心技術為VOTRANS技術，天然氣被壓縮至130bar，溫度需冷卻至-29℃，采用鋼質、垂直放置的管路模塊存儲壓縮天然氣，典型的該模塊高36米，包含24個管路，可裝載約7mmscf天然氣。合作開發的具體分工為EnerSea公司負責天然氣壓縮存儲艙和天然氣流程系統設計，現代重工則負責船體、動力系統和相關功能系統的設計。首艘合作開發的船型稱為V800型，該船天然氣設計裝載量為700～800mmscf，單次航程可達2500英里（約1552km），平均運力為300～ 500mmscf/天。2003年ABS原則認可了V800的船型設計。目前共開發出三種船型：V800、V600及V1000，并計劃實施商業化建造。

三星重工開發的PNG船

在現代重工成功研發CNG船的同時，三星重工也成功地研發出了與CNG船性能相類似的壓縮天然氣運輸船PNG船。三星重工現正在向歐洲船東推薦PNG船，并希望獲得訂單。

三星重工開發的PNG船基于Knutsen OAS航運公司所有的壓縮天然氣儲存技術，該技術已獲DNV正式認可。采用直徑為1米，長度為36米的管狀容器存儲天然氣，溫度為常溫，壓力250bar，溫度及壓力均高于現代重工所開發的CNG船。該船長259.7米，寬54米，深29米，33000DWT，天然氣裝載容積77190m3，船上設有12個貨艙，裝載壓縮天然氣的氣瓶共2672個，由于是常溫運輸，因此無需絕緣冷柜，天然氣也不會因蒸發而損耗。

挪威CETech公司開發的CNG運輸船

2004年挪威Teekay航運公司、Leif Hoegh公司與挪威最大的油氣公司Statoil組成CETech（Compressed Energy Technology，壓縮能源技術）公司開始長期的項目合作，合作的最終目的是促成壓縮天然氣運輸技術的商業化。此后，CETech公司又進一步擴展其業務范圍至開發混合CNG/石油運輸船、Shuttle Producer和CNG穿梭運輸船。

該公司開發的CNG穿梭運輸船的貨艙系統是水平布置的外覆厚壁的鋼質存儲管，壓力可達150～250bar。這些管路布置在甲板內和甲板上。船長200～300米，寬40～60米。CNG穿梭運輸船可有多種用途，可從平臺接收處理過的氣體，也可在船上對氣體進行處理，另外氣體也可通過一個APL裝載/卸載系統裝載到船上。該系統中，連接海底設備的浮體被引入船體中，并與船自身的接收設備相匹配，船裝載完畢后與浮體解除連接，然后可航行至陸地終端或其它海上設施。

而Shuttle Producer則是將CNG系統安裝在常規的穿梭油船上。CNG貨艙系統是單獨制造的，增加了船體建造的靈活性。該項目的開發主要是針對挪威研究委員會（Norwegian Research Council）的要求，滿足了同步生產石油和伴生氣的要求。該項研究著重開發船舶與管路系統間的接口，特別是管路如何固定在船舶上。同時，還有多種設計是針對阿芙拉型和蘇伊士最大型油船的。基于阿芙拉型油船的設計將能裝載60000～70000m3石油和8000m3氣體，而基于蘇伊士最大型的設計將裝載120000m3石油和30000m3氣體。所有存儲設備將安裝于甲板上，甲板內存儲石油。盡管布置空間足夠，但額外的重量和體積將改變船舶自身的性能，因此船舶必須新建。

該貨艙系統的概念設計已獲得DNV原則認可，船型設計上的主要技術難點在于：1）貨艙系統；2）鋼質管路兩端的設計；3）專門的貨艙加熱系統，卸載氣體時貨艙中壓力的下降會導致溫度明顯下降，并對貨艙系統中的鋼材產生影響。

此外，CETech公司還在研制具商業價值的最大CNG船，構思中的最大CNG船可裝載10萬m3氣體，每年運量在5～30億m3，每航程為300～2000海里之間（556～3706km）。

加拿大Trans CNG公司開發的CNG運輸船

加拿大Trans CNG公司由TransCanada管路公司和海外船舶控股集團（OSG）合資成立，開發了氣體運輸模塊（GTM）CNG運輸系統，該系統采用NCF工業公司的復合材料管路技術。GTM是一種復合加強壓力容器，重量較輕，安全性高，可在環境溫度下操作。天然氣被壓縮到高于207bar，然后通過高壓裝載連接管裝載到船上的GTM中。卸載時，CNG船與卸載管道系統和減壓站相連執行卸載作業。該設計用于內河駁船已獲ABS審核通過，遠洋船的GTM系統也已獲得LR的原則認可。

Trans Ocean Gas公司開發的CNG運輸船

Trans Ocean Gas公司是加拿大一家私人公司，其模塊化的CNG運輸容器采用纖維強化塑料（FRP）壓力容器。這種FRP壓力容器廣泛用于航空工業、國防工業、海洋油氣工業以及公共運輸，其安全性和可靠性已經過檢驗。其優點為：重量輕（為鋼材的1/3）；耐腐蝕；安全性好，不會產生破裂；可靠性高（故障率＜10-5）；耐低溫（-80℃）；成本低等。

該CNG系統裝配于模塊盒，便于安裝和固定。模塊盒可垂直放置許多FRP瓶，每個模塊盒的頂端和底端均設有連接總管。鋼質的模塊盒結構使氣體容器系統免受水動力運動和振動的影響。該模塊盒系統在航行中任何時候均可保證100%的可視率。另外，為確保FRP瓶的連貫性，總管和管路網以及第一絕緣閥均采用雙煉不銹鋼制造。該貨艙系統2003年獲ABS原則認可。

CNG運輸船的商業化進程

雖然CNG運輸船的技術難點已經攻克，但商業化應用一直還未實現。目前，并沒有一艘商業化的CNG運輸船交付，不過近年來業內一些企業紛紛考慮投資新建CNG運輸船。

2004年印尼船東PT Arpeni已開始與韓國現代重工就建造世界第1艘CNG運輸船事宜進行談判，當時計劃訂造最少2艘每艘容積75000m3的CNG運輸船。

韓國現代重工與美國EnerSea公司對CNG運輸船的合作開發工作已順利完成，并且船型設計已獲得ABS船級社的認可。日本川崎汽船公司將成為首家訂購企業。

加拿大Sea NG公司計劃在今后10年內投資建造多艘Coselle CNG運輸船，各類型號和艘數分別是：運力為50mmscf的16艘，運力為250mmscf的84艘，運力為325mmscf的108艘，運力為450mmscf的144艘。

2009年TransCNG國際公司就建造1艘CNG運輸船發起招標，韓國現代重工、三星重工、大宇重工以及中國一家沒有透露名稱的船廠參與了競標，該種船計劃共建造4艘，并交與越南油氣總公司用于大熊油田的油氣開發運輸。

作為天然氣產業鏈的重要組成部分，氣體運輸船的前景必將十分廣闊。而作為一種新生事物，CNG運輸船為運輸天然氣提供了一種可選方案，能很好地填補采取管道運輸和LNG運輸均不具備經濟性的市場盲區。

CNG運輸船的市場需求潛力很大。在LNG船開發建造方面，我國與日、韓的差距已經很大了，但CNG船的商業化發展剛起步，目前世界范圍內還沒有任何一家企業有建造經驗，這給了我們一個同臺競技的大好機會，也是開拓新的經濟增長點的有效途徑。所以，我們應抓住機會，盡快攻克相關技術難點，提高自身的競爭力。值得注意的是，日、韓以及歐美的一些企業市場嗅覺十分敏銳，能夠時時走在市場的前面，了解船東的需求，提前進行技術儲備，當市場需求來臨時正好合上市場的節拍，拓展了企業的經營渠道，也許這正是我們需要學習的地方。

The commercial use of CNG transport ships has yet to be materialized although technical difficulties concerning CNG transport ships have been resolved. Up to now, there is not yet a single delivery of CNG transport ship for commercial use, however, some enterprises within the industry are considering investing in building new CNG transport ships.

Back in 2004, shipowners in Indonesia have begun to negotiate with Hyundai Heavy Industry about building the fi rst CNG transport ship in the world, and at least 2 CNG transport ships of 75000 m3each were under consideration.

The cooperation on development of CNG transport ships between Hyundai Heavy Industry and the EnerSea Transport LLC has successfully accomplished and the ship type design has been approved by ABS. K-Line Company in Japan will be the fi rst enterprise to order CNG transport ships.

Sea NG Corporation in Canada plans to invest in building Coselle CNG transport ships in the next 10 years, with 16 ships of 50mmscf, 84 ships of 250mmscf, 108 ships of 325mmscf and 144 ships of 450mmscf.

In 2009, TransCNG International called for tenders to build one CNG transport ship, which attracted Hyundai Heavy Industry, Samsung Heavy Industry, Daewoo Heavy Industry and one shipyard from China which declined identif i cation.4 ships of the same ship type are under planning and will be delivered to the Vietnam Oil and Gas Corporation for oil and gas exploitation and transportation of Great Bear oil fi eld.

As the important component of the chain of natural gas industry, CNG transport ships have a bright future. And as a newborn thing, CNG transport ships provide an alternative solution for natural gas transportation, and fi ll in the blind areas of the market where transportation through pipelines and LNG ships may not be an economic choice.

There is great potential in demand for CNG transport ships. China has been lagged far behind from Japan and Korea in the development and construction of LNG ships, whilst CNG ships provide us with the opportunity to compete on the same platform and the effective means to search for points for new economic increase, since no enterprise in the world has obtained the experience of CNG construction. We should grasp this opportunity to resolve the technical difficulties and to sharpen the competitive edges. Enterprises in Japan, Korea, Europe and America are very sensitive to the market and can therefore put themselves in the forefront of the market. They have a good understanding of the needs of shipowners and will make technical reservations beforehand, which enable them to keep tempo with the market when such needs befall. This helps them to expand business and therefore is something worthy for us to learn from.

The Development Trend of CNG Transport Ship

By Li Yuan