LNG船用殷瓦合金和膠合板國產(chǎn)化的必要性探討

鄭坤楊波

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300450）

LNG船用殷瓦合金和膠合板國產(chǎn)化的必要性探討

鄭坤楊波

（中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300450）

LNG作為我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其占我國能源結(jié)構(gòu)的比例及進口量正在逐年上升。我國LNG進口依賴大型LNG運輸船遠(yuǎn)距離海上運輸，LNG船舶建造的國產(chǎn)化是我國能源戰(zhàn)略安全的必然要求。我國雖具備建造GTT NO96大型LNG運輸船的能力，但是其貨物圍護系統(tǒng)核心材料殷瓦合金和膠合板均依賴進口，對我國大型LNG船及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展產(chǎn)生巨大的束縛作用。因此，LNG船用殷瓦合金和膠合板國產(chǎn)化，對推動技術(shù)創(chuàng)新，支撐產(chǎn)業(yè)升級，建設(shè)制造強國，維護國家能源安全具有重要戰(zhàn)略意義。

LNG船；LNG進口；殷瓦合金；膠合板

1 背景

殷瓦合金作為建造液化天然氣（LNG）船及產(chǎn)業(yè)鏈所需的關(guān)鍵材料，對材料性能和帶材的尺寸精度、板型要求十分苛刻，是一種體現(xiàn)當(dāng)今最高技術(shù)水平的鋼帶，制造難度極大。開展LNG船用殷瓦合金材料研制以及-163℃低溫狀態(tài)下應(yīng)用研究，掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)，打破國外在特種殷瓦材料制造領(lǐng)域的技術(shù)壁壘，研制符合LNG船及產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)要求的殷瓦合金薄膜材料，使產(chǎn)品性能達(dá)到法國GTT標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，替代進口，滿足LNG船及產(chǎn)業(yè)鏈對關(guān)鍵材料的需求，從而打破國外少數(shù)公司壟斷LNG船用殷瓦合金的局面，降低產(chǎn)品價格，有效控制LNG船建造成本。同時，LNG船用殷瓦合金國產(chǎn)化可實現(xiàn)LNG船自主建造中掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)，并極大提高我國船廠LNG船的自主建造能力和獲取LNG船舶訂單的競爭力，保障我國LNG進口的戰(zhàn)略安全。

膠合板作為傳統(tǒng)的復(fù)合材料在很多領(lǐng)域都有著比較廣泛的應(yīng)用，除了在常溫狀態(tài)下的普通用途之外，伴隨著我國LNG運輸船需求的不斷提升，膠合板將會在超低溫狀態(tài)下應(yīng)用。常規(guī)膠合板在超低溫狀態(tài)下使用將會產(chǎn)生變形等不良缺陷，目前國內(nèi)尚無在超低溫狀態(tài)下使用的膠合板。通過研究，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LNG船用膠合板，打破國外在特種超低溫膠合板材料制造領(lǐng)域的技術(shù)壁壘，掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，并形成自己的核心技術(shù)，使產(chǎn)品性能達(dá)到法國GTT標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，替代進口，滿足LNG船及產(chǎn)業(yè)鏈對關(guān)鍵材料的需求，對引導(dǎo)木材加工企業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代，改變我國雖是人造板生產(chǎn)大國但高質(zhì)量人造板依然依賴進口的局面具有直接的指導(dǎo)意義。

2 我國LNG進口需求現(xiàn)狀

2006年我國深圳大鵬LNG接收站正式投產(chǎn)，自此中國開始進口LNG，并呈逐年快速遞增趨勢。從2006年一直到2013年，我國LNG進口量一直保持平穩(wěn)增長趨勢，2006年我國LNG的進口量僅為69萬噸，而到2013年，已經(jīng)增長到1860萬噸，短短七年間增長了近30倍。

2014年我國LNG進口量增長趨勢明顯變緩，而2015年相對2014年有了小幅減少。這是因為自2014年以來國際油價大幅下跌，LNG相對原油的價格優(yōu)勢減弱，市場需求增量減少甚至有降低趨勢，因此這兩年進口量增速下滑甚至變成負(fù)增長。

2016年以來，在我國環(huán)保政策收緊，大力推廣天然氣使用的“煤改氣”項目影響下，國內(nèi)天然氣需求量提升，LNG進口量增速也隨之反彈。2016年我國LNG進口2615.40萬噸，比2015年增長32.97%。2017年上半年，中國LNG進口量達(dá)到1591.94萬噸，同比增長38%，維持高速增長。

圖1 2006年-2016年我國LNG進口量及占全球進口量比例

“十三五”期間我國天然氣消費增速有望保持在年均8%以上，進口LNG對于進口氣源多元化、保障國家能源安全不可或缺。

3 我國LNG船船隊現(xiàn)狀

我國天然氣進口主要有管道天然氣和LNG遠(yuǎn)洋運輸兩種方式。管道天然氣進口一是進口貨源比較單一，二是管道一般途經(jīng)多個國家地區(qū)，容易受制于人。而LNG進口貨源可選性比較多，更有利于保障我國天然氣的使用。LNG的運輸只能依靠大型LNG船舶，為了保障我國LNG的進口，國家確立了“國船國造，國貨國運”的指導(dǎo)政策。“國貨國運”是指我國進出口的商品盡可能交由我國的航運企業(yè)承擔(dān)運輸任務(wù)。只有掌握了LNG船的自主建造技術(shù)，掌控LNG的運輸船隊，才能確保LNG這種國家戰(zhàn)略能源的運輸安全。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，對LNG的進口量勢必會不斷增長。對于LNG這種戰(zhàn)略物資運輸，應(yīng)該加大國貨國運比重，國貨國運，一方面保障外貿(mào)運輸安全，另一方面也利于國內(nèi)船公司的發(fā)展。當(dāng)前世界政治格局復(fù)雜多變，更需要對LNG這種重點能源物質(zhì)加速實施“國貨國運”。

截止到2017年2月，中國現(xiàn)有13艘服役LNG船舶。

表1 我國LNG船隊信息

其中“大鵬昊”、“大鵬月”、“閩榕”、“閩鷺”和“大鵬星”LNG系列船是我國首批建造的LNG船，設(shè)計裝載能力為14.7萬立方米，由上海滬東中華造船廠承建。主要服務(wù)于廣東和福建的LNG接收站。

“申海”號LNG船，由上海滬東中華造船廠承建，是14.7萬立方米第六艘LNG船，主要承擔(dān)上海LNG項目以FOB（到岸交付）模式采購的國際LNG的運輸任務(wù)。

“巴布亞”、“南十字星”、“北斗星”和“天堂鳥”系列LNG船是滬東中華為商船三井株式會社、中國海運集團、中國石油化工集團以及其它有關(guān)方合資成立的船東公司建造的17.2萬立方米LNG系列船。相關(guān)船舶將部署到巴布亞新幾內(nèi)亞的PNG LNG項目及澳大利亞Gorgon Jansz LNG項目上。MOL公司與PNG LNG項目的運營商ExxonMobil公司在簽署長期包租合同基礎(chǔ)下，將經(jīng)營相關(guān)船舶，該船舶將為中國石油化工集團做LNG運輸工作。

“中能福石”和“中能青島”LNG船系列LNG船用于服務(wù)于目前澳大利亞最大的LNG項目APLNG項目。由中海運能源、中石化冠德和商船三井共同投資，在滬東中華船廠為該項目定造了6艘17.4萬立方米LNG船舶。2016年10月，該系列首制船“中能福石號”命名交付，2017年1月，該系列第二艘船“中能青島號”正式命名并交付使用。

“海洋石油301”是中國海油投資建造的國內(nèi)首艘3萬立方米LNG運輸船，系中國海油集合江南造船（集團）有限責(zé)任公司、上海船舶研究設(shè)計院等國內(nèi)資源強強聯(lián)合的成果，于2015年5月8日在北部灣海域完成氣體試航后順利交付。該船是全球最大的C型LNG運輸船，填補了國內(nèi)3萬立方米LNG運輸船的空白，是中國海油中小型LNG運輸船艦隊的首制船，主要服務(wù)于國內(nèi)LNG二程轉(zhuǎn)運及國際間LNG短程運輸。

此外，中海油還布局自有LNG運輸船建造項目，2016年4月，參與的柯蒂斯項目首制17.4萬立方米“泛亞”號LNG運輸船下水。“泛亞”號是澳大利亞柯蒂斯項目4艘同等級LNG運輸船的首制船，在“泛亞”號之后，還將建造3艘17.4萬立方米的運輸船“泛美”、“泛歐”、“泛非”號服務(wù)于柯蒂斯項目。中海油還計劃組建船舶管理公司，全面進入LNG運輸船投資、建造、管理和運營行業(yè)，拓展LNG全球運營業(yè)務(wù)。

4 我國LNG船建造能力

2008年4月3日，滬東中華造船廠建造的“大鵬昊”交付使用。這是我國首艘國內(nèi)建造的LNG運輸船，也表明我國已經(jīng)基本掌握了LNG船建造能力。截至2017年2月，我國投入運營的大型LNG船舶均由滬東中華造船廠建造。我國LNG船舶建造相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈正在迅速發(fā)展，LNG船舶建造的國產(chǎn)化比例也在逐步提升，其中2016年4月下水的“泛亞號”LNG運輸船造價超過2億美元，國產(chǎn)化比例達(dá)到40%左右。該艘LNG船鋼材消耗量達(dá)2.86萬噸，此外還購置了153臺套大中型設(shè)備，帶動LNG船舶建造相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，促進了我國在冶金、造船和機電等工業(yè)體系的國際化進程。

隨著LNG產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對中小型LNG運輸船的需求也在大幅增加。2015年5月，中國海洋石油總公司在江南造船廠訂制的的國內(nèi)首艘3萬立方米LNG運輸船“海洋石油301”號正式交付。該船是全球最大的C型LNG運輸船，由上海船舶研究設(shè)計院設(shè)計，是中海油中小型LNG運輸船艦隊的首制船。“海洋石油301”號交付后將主要服務(wù)于國內(nèi)LNG二程轉(zhuǎn)運及國際間LNG短程運輸。

5 LNG船核心材料殷瓦合金和膠合板的性能要求及國產(chǎn)化短板

大型LNG船具有在-163℃的條件下運輸天然氣的能力，其在技術(shù)上要求極為苛刻：船體必須滿足承受40年疲勞的要求，而普通船一般為30年；船艙油漆要求保證25年，而目前最講究的LPG船也只需5年。LNG船其建造核心是貨物圍護系統(tǒng)，船上貨物圍護系統(tǒng)需承擔(dān)巨大溫度變化。目前國內(nèi)建造的大型LNG運輸船采用的貨物圍護系統(tǒng)主要是GTT NO96薄膜型，該類型圍護系統(tǒng)主要由絕熱絕緣層和上方殷瓦合金薄膜構(gòu)成，總體可分四層：兩層絕緣箱，其間分別加入兩層殷瓦鋼板。

絕緣箱所用的膠合板，要經(jīng)過處理、蒸干，含水量不能超過8%，且整張木板中不得嵌入螺絲釘。目前我國自行生產(chǎn)的膠合板難以滿足此項要求。LNG船貨艙圍護系統(tǒng)需要的絕緣箱多達(dá)5.5萬多個。絕緣箱膠合板涉及12種規(guī)格，厚度從6.5mm到70mm不等。船上所使用的膠合板要求在-163℃至50℃溫度變化范圍內(nèi)部產(chǎn)生變形并能夠保持強度不發(fā)生重大變化，且其他各項性能均十分優(yōu)良。

LNG船貨物圍護系統(tǒng)中另一層重要保護膜就是殷瓦合金保護膜。因為LNG運輸和儲存的溫度在-163℃左右，在該種溫度下，目前找到的最適合的金屬材料就是殷瓦合金。殷瓦合金的熱膨脹率接近于零，這種特殊的物理和化學(xué)性能，使其在巨大的溫差變化時，基本沒有變形，而且在-163℃極低溫度下，依然可以保持很好的強度。GTT公司設(shè)計的NO96貨物圍護系統(tǒng)，采用雙層薄膜，薄膜材料是以0.7mm厚為主、范圍從0.5～8mm厚的殷瓦合金帶材。殷瓦合金的一個缺點是不能長期暴露在濕潤的空氣中，對使用和存儲環(huán)境有較高要求，必須保持濕度在60%以下，溫度在25℃左右，否則極易損壞。在LNG船舶貨物圍護系統(tǒng)建造過程中，要確保殷瓦合金的潔凈、干燥。在實際建造過程中，殷瓦合金保護膜極易損壞，對建造安裝和焊接都有極高要求。

目前，由于GTT專利及標(biāo)準(zhǔn)對建造LNG船薄膜艙用的殷瓦鋼及絕緣箱膠合板性能要求極高，國內(nèi)尚不能配套生產(chǎn)，全部依賴進口，價值不菲，是國內(nèi)大型LNG運輸船建造成本居高不下的重要原因之一。

6 LNG船用殷瓦合金和膠合板國產(chǎn)化的迫切需求

LNG的擴大應(yīng)用，能滿足國家的環(huán)保要求，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，有力推動我國能源消費朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展。因此，LNG船項目在“十三五”期間將繼續(xù)得到大力支持。以滬東中華造船(集團)有限公司建造的14.7萬立方米LNG船為例，每艘船殷瓦鋼的用量為450噸左右，其單價約是普通船板的20倍，殷瓦鋼是LNG船建造的核心原材料，目前全部依賴進口，國內(nèi)寶鋼等單位正在進行研發(fā)。

目前，殷瓦合金和膠合板兩種LNG船貨物圍護系統(tǒng)所使用的重要材料均依賴進口，對我國大型液化天然氣船及產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展產(chǎn)生巨大的束縛作用。LNG作為重要能源，保障LNG運輸船的自主建造關(guān)系到我國的能源戰(zhàn)略安全。隨著我國能源戰(zhàn)略調(diào)整，天然氣使用量的不斷提升，可以預(yù)見LNG進口量仍會持續(xù)增長，而對于LNG船的建造需求也必然增加。而作為LNG船關(guān)鍵原材料的船用殷瓦合金和絕緣箱的需求也會逐步攀升。目前這兩種重要材料的供貨仍然依賴進口，生產(chǎn)周期和采購價格無法保障。因此必須研究大型LNG船用材料，打破國外公司的技術(shù)壟斷，形成關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略儲備。寶鋼等企業(yè)正在進行大型LNG船及產(chǎn)業(yè)鏈用殷瓦合金材料關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，以滿足我國大型LNG船及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈建造的需求。

2017年1月，為貫徹落實國家“十三五”規(guī)劃綱要和《中國制造2025》，工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)展改革委、科技部、財政部研究編制了《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》。《指南》提出，著力突破一批新材料品種，突破關(guān)鍵工藝與專用裝備制約、完善新材料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，支撐中國制造實現(xiàn)由大變強的歷史跨越。其中特別提到要實現(xiàn)殷瓦合金和相關(guān)絕熱材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)在LNG船上的應(yīng)用。

因此，綜上所述，加快實現(xiàn)LNG船用殷瓦合金和膠合板國產(chǎn)化，對推動技術(shù)創(chuàng)新，支撐產(chǎn)業(yè)升級，建設(shè)制造強國具有重要戰(zhàn)略意義。

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