海洋装备制造技术现状及发展先进技术的必要性 (1)

1、 摘要：“海洋工程装备及高技术船舶”作为国务院加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级的十大领域之一大致分为以下几个方面：一是用于海洋油气和矿产资源开发的装备，二是利用海洋可再生能源的装备，三是利用海洋空间资源的装备，四是海水的淡化及利用海洋生物资源的装备，五是共性海洋基础设施。目前我国海洋产业布局已初步形成，但产品设计开发能力与国外差距较大，配套市场还被外国企业掌控。此外，我国的工程总包能力不足，且在高端海工装备设计建造领域基本还是空白。本文主要选取海洋钻井平台和高技术船舶方进行了具体的调研，并初步总结了发展规律和一些发展经验。关键字:海洋装备 高技术船舶 海上钻井平台一、调查研究的

2、背景与意义1、 调研背景制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。必须紧紧抓住这一重大历史机遇，按照“四个全面”战略布局要求，实施制造强国战略，加强统筹规划和前瞻部署，力争通过三个十年的努力，到新中国成立一百年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国

3、梦打下坚实基础。中国制造2025，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。开发和利用海洋是我国自身发展的需要。古语云“工欲善其事，必先利其器”，要综合开发利用好海洋，就离不开装备的发展。目前大家通常所说的海洋工程装备多指油气类装备。油气类装备主要包括勘探装备、钻井装备、生产与加工装备、运输装备、海岸工程船舶装备水下装备与水下系统装备等等。从钻井装备来看，主要有海洋钻井平台等；从生产装备来讲，主要有半潜式升降平台等。此外还有海洋工程船、水下的作业设备等。谈及海洋工程装备的产业结构，从用户来看的话，则用户相对集中，其中石油公司占30%左右，钻探公司占60%左右。从海工装备的供应商来看，范围比较

4、小，主要是工程的总承包商，如国外的一些大型承包商，国内的中海油、中石油等;此外还有装备的集成供应商，如国内的中船重工、海油工程、中远船务、中海工业等。从当前全球海工装备建造的格局来看，欧美是第一梯队，掌握设计的核心技术，以高端海工产品为主;韩国、新加坡是第二梯队，具备工程的总承包能力，正在向深水高技术装备领域发展;我国已经具备了一定的基础条件，但产品还属于中低端，高技术是我国的薄弱环节。我国目前建造力量集中在沿海几大区域，如环渤海有海洋工程装备制造基地，长三角有一批船舶制造企业，珠三角有海洋工程装备制造基地，此外海南有海工装备制造基地，武汉有海工装备配套基地。目前产业布局已初步形成，但产品设计

5、开发能力与国外差距较大，配套市场还被外国企业掌控。此外，目前我国的工程总包能力不足，且在高端海工装备设计建造领域基本还是空白。总体而言，目前我国在海洋资源开发利用领域所做的工作有限，而未来市场对相关装备安全、环保方面的要求更高。这就给基础科研带来了更多的挑战，要求中国船舶行业在以下领域不断探索：新型海洋工程装备总体设计及性能分析技术，海洋工程装备总体及系统试验技术，深海设施结构动力响应及疲劳强度分析技术，深海平锚索、立管等柔性构件的动力特性分析技术，深海海洋工程安全性检测、检测与风险控制技术，深海设施长效防腐及防护技术、浮式结构物恶劣海况下安全性评估技术等等。2、 调研意义海洋工程装备是开发、

6、利用和保护海洋所使用的各类装备的总称，是海洋经济发展的前提和基础。海洋装备具有技术复杂度高、价值量高的特点，是推动我国造船产业转型升级的重要方向。海洋工程装备和高技术船舶处于海洋装备产业链的核心环节，推动海洋工程装备和高技术船舶发展，是促进我国海洋装备工业结构调整转型升级、加快我国世界海洋装备强国建设步伐的必然要求，对维护国家海洋权益、加快海洋开发、保障战略运输安全、促进国民经济持续增长、增加劳动力就业具有重要意义。二、调研思路和方法提出问题：发展的基本状况？制约的因素？采取哪些方法解决？文献研究：查阅统计年鉴和权威资料，对相关数据进行分析。对比研究：国内外发展经验与启示问题分析：找出关键问题

7、，进行归纳和分析。提出对策：结合实际和现有发展成果，提出对策建议。 1、调研思路首先，摸清现状。通过查阅相关统计资料和数据,客观分析海洋钻井平台和高技术船舶的发展状况,摸清发展底数。这一部分重点是用定性和定量相结合的方式客观反映出发展的基本情况。其次，根据具体调研的方向进行深入的调研。分析出发展的新任务、新要求、新挑战以及制约发展的关键难题。最后要在调研的基础上初步的提出对策、化解挑战、抓住机遇。认真研读相关研究成果和著作，在借鉴国内外先进经验和相关研究成果的基础上，结合我国海洋装备发展的客观实际，提出了新形势下促进我国海洋装备发展的对策建议。整个调查研究按照以下技术路径展开。2、 研究方法由

8、于实际因素的制约，本文主要采用了文献分析法。通过查阅大量国内外研究论文，研究报告，通过对这些资料的收集、整理、分析和比较,初步梳理分析我国海洋装备发展的现状，学习借鉴国内外成功的经验做法，明确了研究的方向。适当参考主要媒体报道和重大会议领导讲话等内容，进行综合分析，发现问题。三、海上钻井平台的调研1、调研方向介绍 我国南海油气资源丰富，周边国家竞相开采，使我国领土被侵占、海域被分割、资源被掠夺，而我国在南海深水海域油气勘探开发工作基本处于空白。目前我国海洋油气勘探和开发还没有突破500m水深，与国外深水海洋工程技术的飞速发展形成巨大反差，重要原因之一在于我国尚不拥有实施深水油气勘探开发的技术和

9、装备，成为制约我国深水能源开发的瓶颈。为保护我国南海油气资源，实现南海深水油气资源的自主勘探开发，我国必须打破国外技术垄断，掌握深水油气勘探开发前沿技术，拥有当今国际先进水平的自主知识产权的深水油气勘探开发装备。为此，中国石油集团海洋工程有限公司，制定了南海油气勘探开发规划，先期启动建造一座深水半潜式钻井平台。适用于深海钻井的浮式钻井装置主要有两种半潜式平台和钻井船。其中半潜式平台(Semi-submersible Platform)具有可移性好、抗风浪能力强、工作水深范围广、甲板空间大、储存能力大、可变载荷高等一系列优点，是用于深水和超深水较多的钻井平台。由于半潜式钻井平台拥有诸多优点且有极

10、高的使用率，故本次调研集中调研半潜式钻井平台。（1）半潜式钻井平台的组成半潜式平台主要由三大部分组成：上层平台，浮箱或下浮体，立柱和撑杆。上层平台布置着全部钻井机械、平台操作设备、物资贮备和生活设施，承受的甲板载荷常在30006000mt之间。一般上层平台为水密或具有一定水密性的空间箱形结构，根据布置和使用要求可分为若干层。浮箱结构是水密圆台，设置在立柱下面，彼此互不相连，三角形半潜式平台和五角形半潜式平台用得较多。矩形半潜式平台多采用下浮体结构，由若干个纵横隔舱组成，以保证其结构水密性和强度。在这些分舱中放置机械设备、推进器、油水舱和压载水舱，以保证下浮体潜浮作业的进行。立柱一般由外壳板、垂

11、向扶强材、水平桁材、水密平台、非水密平台、水密通道围壁和水密舱所组成。立柱一方面与撑杆一起将上层平台支撑在下浮体(浮箱)上，另一方面在平台处于半潜状态时提供一定的水线面，使平台获得稳性。撑杆结构的作用是把上层平台、立柱和下浮体三者联结成一个空间刚架结构，同时有效地将上部载荷传递到平台的主要结构上(立柱、下浮体)，并将由于风、浪等载荷和其它受力状态(如拖航、沉浮过程)所产生的不平衡力进行有效的再分布。现代深水半潜式钻井平台工作平台一般呈矩形，由二个下浮体，四至八个立柱，矩形上层平台以及若干撑杆所组成。图3-1和图3-2所示分别为典型的四立柱型和六立柱型深水半潜式钻井平台。图3-1 四立柱型半潜式

12、钻井平台图3-2 六立柱型半潜式钻井平台（2）半潜式钻井平台技术水平半潜式钻井平台由坐底式平台演化而来。1962年，第一座半潜式钻井平台由坐底式钻井平台“蓝水1号”(Bluewater I)加装立柱改造而成。1963年第一座三角形半潜式钻井平台“海洋钻井者号”出现，1964年第一座长方形半潜式钻井平台“蓝水2号”出现。20世纪70年代，半潜式钻井平台开始装上推进器，便于拖航和定位。1973年以后建造的大多数半潜式钻井平台具有某种自航功能。1978年建成第一座动力定位半潜式钻井平台Sedco709号。从第一座半潜式钻井平台的诞生至今将近半个世纪的时间里，半潜式钻井平台的发展经历了多次技术改造和革

13、新。第一代半潜式钻井平台：20世纪60年代，作业水深小于350ft(106m)，结构型式不很合理且设备自动化程度低。如Bluewater I(1962)、Ocean Driller(1963)、Sedco 135(1965)。第二代半潜式钻井平台：20世纪70年代中后期，作业水深可达1000ft(304m)，甲板可变载荷30004000st，设备操作自动化程度不高。如：南海2号、Sedco702、Stena Spey。第三代半潜式钻井平台：20世纪80年代中期，作业水深达2000ft(608m)，甲板可变载荷约为4000st，结构较为合理，设备操作自动化程度不高，为20世纪80、90年代主力平

14、台，建造数量最多。如：南海5号、南海6号、Atwood Hunte。第四代半潜式钻井平台：20世纪90年代末，作业水深达到5000ft(1524m)，推进器辅助定位，配有部分自动化钻台甲板机械，设备能力与甲板可变载荷都有提高。如：Jack Bates、Scarabeo、西方阿尔法。第五代半潜式钻井平台：20世纪90年代末，作业水深达到7500ft(2286m)，甲板可变载荷达7000mt，动力定位为主，锚泊定位为辅，配有全自动化的司钻房。如：Deepwater Horizon、Sedco Energy、Aker-H3.2。第六代半潜式钻井平台：21世纪初，作业水深10000ft(3000m)，

15、船体结构更为优化，重量减轻，配置双井架，DP-3动力定位，全自动化控制的钻井系统操作和甲板操作，平台可变载荷更大。如：West E-drill、Deepsea Atlantic、West Phoenix等。在建的深水半潜式钻井平台以第五、第六代为主。其主要特点有：a.采用优良的设计，其可变载荷与总排水量的比值将超过0.2以上，总排水量与自重的比值将超过4.0。 b.大的甲板可变载荷，大的平台主尺度，大的钻井物资(水泥粉、粘土粉、重晶石粉、钻井泥浆、钻井水、饮用水和燃油等) 储存能力。 c.少节点、无斜撑的简单外形结构。d.良好的船体安全性和抗风暴能力及长的自持能力，以适应全球远海、超深水、全天

16、候和较长期的工作能力。e.更大的工作水深，一般可达3000m以上。预料未来20年内将有工作水深达40005000m的半潜式平台出现。f.装备大功率的新一代先进钻井设备、动力定位设备和变频发电设备。（3）国内半潜式平台发展状况我国现有半潜式钻井平台共5艘，包括自行设计建造的“勘探3号”，该平台于1984年7月交付使用，工作水深仅为200m，其余4艘：“南海2号”、“南海5号”、“南海6号”和“勘探4号”，均从国外进口，工作水深最深为600m。如图3-3所示。图3-3我国在近30年内，没有自行设计和建造超深水平台(除大连船厂根据国外设计，承担了工作水深2500m，钻深能力9144m的Bingo 9

17、000系列4艘半潜式平台的船体建造工程外）。国内拥有的钻井平台船龄大部分都在2232年之间，虽然目前这些平台的设备状况良好，但是在设备配置上也仅增加了顶部驱动和泥浆泵，作业能力方面已明显落后于当今第五、六代主力钻井平台的配置。而且，现有平台作业水深也无法进入南海深水区域，主要在中国近海海域进行钻井作业，自主深水勘探开发尚为空白。我国海洋石油钻井平台发展主要差距： a.我国对移动式钻井平台的设计、建造水平仅停留在20世纪80年代阶段，没有资金，机会和适于当地计算机设计技术和最新软件设计手段，进行常规移动式钻井平台的设计。 b.没有较深水域钻井平台的设计建造实践与经验，更无动力定位浮船和半潜式深水

18、钻井平台的设计技术能力。 c.在移动式钻井平台通用配备仪器的自给能力方面，尚有较大差距。 对比国外深水和超深水钻井平台的快速发展，对于我国这样一个海洋大国，实感自愧。为适应海深30006000m(占海洋总面积73.83%)的深海石油开发，发展深水域海洋石油钻井采油装备，已经成为国际竞争的重要一环，也是今后较长时间发展的必然趋势。 2、国际上半潜式钻井平台发展趋势(1)工作水深和钻深显著增加 现有半潜式钻井平台额定作业水深从5003050m不等，其中约有45%的平台能够事超深海钻井。2002年末现有和在建的175座半潜式平台中，31座工作水深超过(6000ft) ， 16 座 工 作 水 深 超

19、 过 2286m(7500ft) ， 其 中 IHI-RBF Exploration 、Deepwater-Horizon、Eirik Raude工作水深达3048m(10000ft)。2007年以后在建的深海半潜式钻井平台中有16座额定作业水深达到3048m(10000ft)，有2座达到3810m(12500ft)。 现有半潜式钻井平台钻深能力在6000m(19685ft)11430m(37500ft)之间。其中，钻深能力为7620m(25000ft)的平台最多，有53座，占总数的51%。其次是钻深能力为9144m(30000ft)的平台，22座。个别的还能钻井深超万米的井。统计现有深水半潜

20、式钻井平台的钻深能力，如图3-4所示。在建的半潜式钻井平台钻深能力都达到或超过9000m。图3-4 现有深水半潜式钻井平台的钻深能力(2)适应更恶劣海域 半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴能力强，稳性好。大部分深海半潜式平台能生存于百年一遇的海况条件，适应风速达51.461.7m/s(100120kn)，最大波高达1632m。半潜式平台在波浪中的运动响应较小，钻井作业稳定性好，在作业海况下其运动幅值可为升沉1m，摇摆2°，漂移为水深的1/20。随着动力配置能力的增大和动力定位技术的新发展，半潜式平台进一步适应更深海域的恶劣海况，甚至可望达到全球全天候的工作能力。(3)可变载

21、荷增大 采用先进的材料和优良的设计，半潜式平台自重相对减轻，可变载荷不断增大，以适应更大的工作水深和钻深。平台可变载荷与总排水量的比值，南海2号为0.127，Sedco602型为0.15，DSS20型为0.175。甲板可变载荷(含立柱内可变载荷)接近9000mt，平台自持能力增强，同时甲板空间增大，钻井等作业安全可靠性提高。 (4)外形结构简化 半潜式平台外形结构趋于简化，立柱和撑杆节点的型式简化、数目减少。立柱从早期的8立柱、6立柱、5立柱等发展为6立柱、4立柱，现多为圆立柱或者圆角方立柱。斜撑数目从1420根大幅降低，以至减为24根横撑，并最终取消各种形式的撑杆和节点。下浮体趋向采用简单箱

22、形，平台上壳体也为规则箱形结构，且上壳体结构内设置层高1.5m左右的双层底。 (5)装备先进化 深海半潜式平台装备了新一代的钻井设备、动力定位设备和电力设备，监测报警、救生消防、通讯联络等设备及辅助设施。居住条件也在增强与改善，平台作业的自动化、效率、安全性和舒适性等都有显著提高。 (6)多功能化、系列化 深海半潜式平台的造价较高，最大程度地利用平台在实际运营中受到关注，许多平台具有钻井、修井、采油、生产处理等多重功能。配有双井系统的平台，可同时进行钻修井作业。钻井平台上增加油、气、水生产处理装置及相应的立管系统、动力系统、辅助生产系统、生产控制中心等，即成为生产平台。平台利用率的提高降低了深

23、海油气勘探开发的成本。3、最新发展的关键技术及应对策略（1） 新一代顶部驱动（TDS技术）a.TDS的动力将以交流变频驱动取代现有的AC-SCR-DC(即交流发电-可控硅整流-直流)驱动。 b.TDS的静液驱动将占有相当的比例。 c.勿需改装井架就可迅速安装的、由游车、水龙头与TDS组合在一起的短尺寸紧凑型TDS将在海洋和陆地石油钻机上得到普遍推广使用。 d. 新一代的TDS将广泛取代过时的TDS，除绝大部分普遍使用于海洋石油钻井外，陆地2000m及其以上的石油钻井将普遍推广使用TDS装置。（2） 变频电驱动和静液驱动钻井泵技术 大功率高压钻井泵：由于井下双动力钻具和强动力钻具的出现及深井、高

24、压喷射钻井的需要，功率为14701837kw、工作压力达34.5MPa，51.7MPa及69MPa的钻井泵将在深井和超深井钻机上配套使用。目前，美国国民油井公司、Garder Denver公司和德国威尔士公司生产的功率为1617kW的钻井泵，其液力端工作压力51.7Mpa。美国国民油井公司生产的14-P-220钻井泵最高泵压为79.1MPa。变频电驱动钻井泵：由于变频电驱动的一系列优点，钻井泵的变频驱动将逐步取代AC-SCR-DC直流电驱动。 静液驱动钻井泵：目前，一种特轻型的由静液三液缸驱动，无曲柄、无连杆型三泥浆缸的可调排量和压力的钻井泵已有产品出现，这种泵的质量仅为传统曲轴连杆三缸钻井泵

25、质量的20%。由于静液传动的优点，易于由电脑控制，从而将成为全自动控制石油钻机不可缺少的组成部分。海洋石油钻井业向深水、深井、大斜度井、大水平位移井、孔底多支井(1口井中有6口水平井)、控制自动化、电脑化、低成本、高效率等方向发展，世界海洋石油钻机相应得到很大发展。海洋石油钻机的发展，在很大程代表和促进了陆地石油钻机的发展。我国应大力发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备。推动深海空间站、大型浮式结构物的开发和工程化。形成海洋工程装备综合试验、检测与鉴定能力，提高海洋开发利用水平。攻克的主要方向是。a.钻机向全液压传动方向发展。 可方便与电脑相联接，通过微电-电-液

26、放大，实现整套钻机的回转、升降和泥浆供应量的无级调节，以实现钻井、升降电脑程序自动控制，并可以大大减少井场操作人员。与全液压顶部驱动、铁钻工、自动排放钻具、液压机械手和天车型液压钻柱运动补偿器组合而成全部钻井工艺过程的自动化操作系统 。b.超深井石油钻机 最近，由韩国三星厂建造的Navis Explorer I型钻机，其钻井工作水深为3048m，钻深能力高达11000m，绞车功率达5.21MW，配备4台功率各为1.49MW的泥浆泵，安装在2000年建成的动力定位钻井浮船上。这充分说明随着海洋石油钻井、采油向深水推移，钻深能力更大的钻机已经得到发展并将在21世纪初得到进一步推广和使用。 c.全自

27、动控制钻机 钻井系统采用自动化管理，整个系统仅需 1 名操作工便可通过计算机控制站完成所有钻进、起下钻和钻杆排放等作业，该钻机自动化程度很高，在投入运行和排除故障过程中，所有例行程序操作都全部自动地同步进行。可以预料，由各种不同型号的钻机、井口液控拧卸排放钻具、以计算机进行优化参数的全自动控制钻机(操作者只需进行监控、调节或维护保养)将在 21 世纪初得到实际应用。 四、高科技船舶调研1、调研方向的介绍近年来全球石油资源消耗加剧，国际油价节节攀升，能源问题己经成为一个国家的战略问题。同时，伴随着人们对环境保护的日益重视，如何使能源向多元化和多源化发展成为了当今社会所关心的主题。在众多新能源中，

28、天然气以其清洁、热值高、安全、储藏丰富等特点，成为人们的关注目标。天然气的主要成分是烧经类化合物，主要存在于油田、气田、煤层和页岩层中，其成分绝大部分为甲烧，在标准状况下，一般以气体形态出现。天然气燃烧的主要产物为二氧化碳和水，二氧化碳的生成量仅为煤炭燃烧后的左右；而二氧化硫及颗粒污染物的生成量极少，对人体健康和环境影响很小。世界天然气市场近几年发展迅猛，根据近年发布的“世界市场预测报告”，到2016年全球天然气相关产业的增幅将达到40%。未来的几年，亚洲、欧洲市场对的需求将呈现增加趋势，尤其是中国、印度等经济增长势头强劲的国家，气体火力发电需求量的上升将消耗大量的天然气；同时从核能发电转为气

29、体火力发电的日本以及欧洲各国，也成为全球天然气进口量最大的区域。目前，天然气运输的方法主要有两种：一种是通过长距离输气管道运输，但当管道长度在16503300公里范围内才有明显的经济效益，如我们从俄罗斯进口的天然气就是通过这种方法；另一种方法是通过LNG运输船进行运输。天然气在常压、约-163摄氏度的条件下可转变成液态，加装在专用的储罐之中，通过船舶进行运输。2000年以前，全球LNG运输船队需求总量以每年的8%增长率递增。而据市场分析预测，未来的几年内，全球每年将有1020艘的LNG运输船投入运营，远超以往。根据英国航运咨询机构预测，到2030年，世界运输船队的规模必须增加到700艘以上，才

30、能满足全球市场对日益飞涨的天然气的使用需求，LNG运输船的前景不言而喻。LNG运输船是国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高”产品，一直是航运界关注和发展的焦点，但其技术长期被国外巨头所垄断。随着业界对LNG作为绿色新能源的日益重视，加之LNG船舶动力装置技术的发展，新一代的LNG运输船渐渐薪露头角。相对于当今低迷的航运市场，LNG船舶运输市场的蓬勃发展，无疑又增加了人们对于LNG运输船舶幵发的热情。本文以LNG运输船为研究对象，对LNG船舶结构特性方面方面进行具体的调研。2、世界LNG船队概况在1959年美国用旧船改装出世界第一艘LNG船之后，英国于1964年率先制造出LNG船，法国、瑞

31、典、意大利、西班牙、挪威紧随其后：70年代中期西德、美国和比利时也造出LNG船。日本到1981年才建造出第一艘LNG船(世界第加艘)。韩国建造出第一艘LNG船是90年代中期(1994年)的事。至今建造过LNG船的国家有11个。可以认为，在6070年代，LNG船的开发设计建造和运营完全被欧美发达国家所垄断：进入80年代后，随着日本在引进欧美技术基础上为本国船东大量建造LNG船，才形成欧、美、日三方并存的局面，随着时间的推移，美国逐渐退出了LNG船的建造，逐渐演变为欧、日双方争斗的态势。进入90年代，随着韩国船厂大规模进入LNG船市场，欧洲船厂逐渐被挤出市场，转为日、韩两方竞争的格局。进入21世纪

32、，韩国在竞争中领先，夺取了大部分订单，日本退居第二，而欧洲船厂只从欧洲船东那里取得少量订单。当然，上述n婚船的转移仅指建造而言，此类船的开发设计基本上一直被欧洲所垄断。应当指出，导致LNG船建造中心转移的基本因素是价格竞争力，那些建造成本低，生产效率高，建造能力大的船厂，在市场竞争中取得主动，占据优势。对LNG消费需求的快速增长，以及海上运输ING成本的明显降低，使得近年来LNG船队发展相当迅速19992003年世界LNG船保有量年均增长速度高达8，7。预计未来十年世界LNG海运量将以年平均78的速度增长，而LNG船船队将以年均75的速度增长。2004年LNG新船订单达到创纪录的60艘据分析，

33、20062010年五年间世界u略新船需求量将为616万载重吨，20112015年五年间将达到973万载重吨，20162020年五年间将进一步达到1246万载重吨根据日本统计，截止到2002年6月底，今年世界造船市场上已正式签约的大型LNG船共64艘。已签订单的主要造船厂为韩、日及欧洲船厂。韩国造船企业获得了37艘确认订单，其中，大宇造船海洋21艘(持订单数位居世界第一)：三星重工7艘。日本造船企业获得了21艘确认订单，其中，三菱重工lO艘；三井造船5艘：川崎重工6艘。欧洲获得6艘：西班牙伊萨造船5艘；法国大西洋造船厂1艘。就删G船的液压罐型式而言，MOSS型式20艘，GTT型式44艘。此外，商

34、务洽淡已基本定局的LNG船约有10艘，其中。卡塔尔的拉斯拉方项目所需6艘138万立方米LNG船在韩国三星建造，比利时爱克斯玛公司与日本三家公司联合向三星重工订造一艘选择权船；AP莫勒向三星重工订造一艘选择权船等。目前，正在积极进行洽谈的项目还有马来西亚国际航运公司的2+2艘LNG船。据调查报告显示，现代重工业、大宇造船海洋、三星重工业等韩国三大造船公司在由卡塔尔国营石油公司与埃克森美哥联合的12艘LNG船舶制造订单项目中，总金额达29亿美元。此批LNG船容量达21万立方米，其中大宇造船海洋获5艘，三星重工业和现代重工业分别为4艘和3艘；LNG船造价三星重工业最高平均每艘2亿5000万美元，大宇

35、造船海洋为2亿4000万美元，现代重工业为2亿3400万美元。2005年10月份由卡塔尔石油公司与埃克森美孚石曲公司组建的LNG专业运输企业QGTC要正式招标订购25万立方米级LNC船5-6艘，每艘造价估计将达3亿美元。3、我国LNG船发展现状虽然中国的大型船厂拥有通用的造船设备和设施，具有设计和建造大型油轮和海洋工程的经验，但是由于LNG的设计、建造、管理、材料和设备配套大多为专有技术，因此我们还不能独立承接一条LNG船的设计和建造全过程，必须使用专利技术，购买专用设备和设施，培训专业人员，联合另外一家有成功建造LNG的船厂才能完成项目的设计和建造，在人力、物力和财力上的难度非常之大阁。但是

36、我国船在船体质量和价格方面具有无与伦比的优势，我国主要船厂拥有能够进行钢材预处理、数控切割和水下等离子切割的钢材处理中心具有高自动化程度的平面分段制作流水线及船体合拢、船舶舾装、船舶涂装等多条生产线的集配、机装、电装、甲装、居装等完整的配套齐全的、具有国际先进水平的造船基础设施。另外配合国家“国轮国造”的本地化要求，这对国内船厂来说是一个进入心晒市场的最佳机遇，并可以通过建造LN'G船舶，必将带动中国船舶企业建造能力迸一步提高。同时，也为中国航运业和造船业开始步入LNG领域，为中国后续LNG项目大规模开发，提高中国船厂参与国际LNG项目竞争能力莫定坚实的基础。中国目前是世界第3大造船国

37、，并一直致力于积极开展LNG船的技术准备。a.上海沪东中华造船集团，已经完成了LNG船模拟舱E-80的制作，并于2001年7月25日完成，得到GTT公司和LR、BV、ABS、DNV等船级社的认可和高度评价。在广东LNG项目目标船招标中，一举成为第l中标人，承担建造中国第1艘LNG船的重任。目前计划建造2艘运输能力为145万m?的GTTNo96型LNG船舶。b.上海江南造船(集团)有限责任公司和上海外高桥造船有限公司联合体，已经建造过22000m63以下各种规格的液化石油气船，积累了丰富的经验。c.大连造船重工(集团)有限责任公司可以建造30万DWT原油船，5618TEU集装箱船，积累了丰富的经

38、验。2004年8月11日，由沪东中华造船(集团)有限公司与中远集团、招商局集团、广东粤电集团超康投资有限公司、深圳航运总公司、澳大利亚天然气有限公司和美国能源运输集团等6家中外企业组成的广东液化气运输项目船舶投资方，在北京人民大会堂正式签定了2+1艘世界级液化天然气(LNG)船的建造合同，这是我国设在广东深圳大鹏湾称头角的国内第一个进口工NG大型基地的配套项目。该项目中标船船长29200米，船宽4335米，型深2625米，航速1950节，装载量为147万立方米，造价高达16亿美元，几乎等同于5艘普通巴拿马型散货船的总造价，相当于一艘26万吨级油轮2倍，而其钢材消耗量仅相当于1艘7万吨级的散货船

39、，附加值极高。4、LNG船储罐系的基本介绍大型U4G船的吃水在11米左右，水面以上的高度大约15米，这样就使人能够看见更多的船长和高度，因此LNG船看起来比一些VLCC还大。LNG船属航速较快的船舶，其适宜的应运航速在20节，比一般的油轮快5节左右。 LNO船根据液货舱形式的不同大致可以分为薄膜型和球罐型两种。图4-1所示为薄膜型LNG船，图4-2所示为球罐型LNG船。两种类型之间的比较见表4-1。表4-1图4-1图4-2独立式罐独立式罐结构, 罐与船体是独立的,被安装在船壳内,可以自我支撑货物荷重。因此,热胀冷缩所引起的破坏不会直接传递到船壳上。罐内液体荷重不是直接作用在隔离材料上, 而是作

40、用在支撑罐的部件上。这样就要求支撑结构具有较大的强度和较好的隔离性。同时,安装二次隔离层时要考虑到出现紧急事故时保证船壳的安全,防止 LNG 泄漏的问题。目前, 世界上一半以上的LNG 船都采用独立式球型罐。由于这种罐的壁为球型结构, 因此能够很好地避免应力集中的问题。同时,在船舱里,球罐被安装在一个圆柱型的外裙上,这样,热胀冷缩所产生的破坏力将被弯曲的外裙吸收。而且,由于球型罐具有轴对称结构,形状简单,因此其应力分析的精确度较高, 具有很高的安全性.此外, 日本的石川岛播磨还开发了一种独立角型罐, 这种罐的内壁采用-160的 5083-0 铝合金, 绝热材料采用稳定的聚氨基甲酸酯泡沫发泡板,

41、 并用玻璃板加强。发泡板用柱状螺栓固定在外壁四周, 外壁与保护层之间留有探测气体和气体溢出用的狭小空间。板与板之间用柔性接头连接。独立角型罐用支撑块和制动垫块固定在船内, 舱的上下方向载荷由支撑承受, 纵向和横向的移动由制动垫块承受。采用这种结构的 LNG 船具有以下优点。a.由于罐的中部设有防止液体流动的隔壁, 故不存在晃动问题。另外装载和液位也不会因此而受到限制。 b.由于甲板是平的,上面没有大的结构物, 故承受的风压较小, 桥楼上的视野也好, 容易操纵,因此,提高了航行的安全性。c.上甲板平面宽,管道敷设可不受制。此外,液化装置和压缩机等大型设备布置也容易。d.船体外为双层结构,提高了船

42、体的强度。再则,角型罐为独立结构,这对防碰撞和防触礁有利。薄膜式罐薄膜式罐的隔离材料被安装在船体内,其表面由金属薄膜板覆盖。这样可以减少金属材料暴露在低温环境中。薄膜层还可以有效防止液体泄漏,同时不增加载重。液货的载重是通过隔离材料直接作用在船壳上的,这样就要求隔离材料不仅要有很好的隔离性能而且还要有较强的承受外力的能力。目前,薄膜型罐有两种主流型 式 :Gaz Transport 薄 膜 型 和Technigaz薄膜型, 如表 1 所示。其中,Gaz Transport薄膜型采用因钢薄膜罐,因此无需采用措施以防止热胀冷缩现象的发生。其结构为低蒸发损耗率(BOR )的液货罐组合结构,由主隔离层

43、和厚0.7m m 的因钢(36% 镍钢)构成的二次隔离层以及它们之间的胶合板箱组成,内部增强并填充珍珠岩,二次隔离层采用二层胶合板箱。法国的 Gas Transpo 公司和美国的 M ac Donnellas 公司(M DC)共同开发了 GT/M DC 式薄膜型。它是由因钢薄膜原型与开发的增强塑料隔热材料组合而成,目的在于降低造价和蒸发率。Technigaz 薄膜型则是采用波纹薄膜罐,其薄膜波纹部分具有吸收伸缩的特点;液货罐材料采用厚 1.2m m 的不锈钢。目前已开发了三种低蒸发损耗率(BOR )型式。其中,型和型相似,用波纹钢作主隔离层,胶合板为二次隔离层,两层之间由起隔热作用的“巴尔沙”

44、轻质材料相连接。而新开发的型则把连接材料改为塑料泡沫(聚氯乙烯泡沫),用玻璃纤维增强,以提高强度和疲劳寿命。二次隔离层则改为由增强纤维粘接层压板和铝构成的“三层式”,以降低造价。其中,型和型的主保护层中的波纹不锈钢要涉及到采用钨级惰性气体保护焊的问题。5、LNG船关键技术自 1962 年第一艘大型冷冻式液化石油气 (LPG ) 船出现以来,随着各种先进技术的不断出现,LPG 船和 LNG 船均得到了迅速地发展。尤其是上世纪九十年代,计算流体动力学(CFD )的建立和应用,为最优船型的选择奠定了理论基础。在结构设计上,摇摆载荷模拟技术的建立以及高精度结构应力和疲劳强度分析技术的发展为提高船舶结构

45、可靠性提供了保证。总的来说,目前具有良好推进性能的 船的变化可谓日新月异。与第一代 LNG 船相比,当前的 LNG 船具有如下特征。a.罐的容量已从 12500063增加到 135000m3,运输费用大大地降低了。据推测,未来的容量还将继续增大。b. 对于球罐型 LNG 船,随着罐裙上温控闸的成功研发,低BOR 成为了可能。目前,虽然在技术上 BOR 可以达到 0.10% /d,但从实际应用的情况看,0.15% /d是最经济的大多数大型 LNG 船的 BOR 都为 0.15% /d。c.通过优化船型和推进器以及提高热效率技术,LNG 船的船速有了很大地提高, 而主发动机的输出功率和燃料费用却都

46、降低了。d.鉴于以后的维护问题,在船舶设计阶段就对结构的整体布局、材料的选择以及涂漆的规格等方面给予了充分地考虑。尤其在结构设计上,充分利用 DISAM方法进行疲劳强度设计。e.随着自动化操纵系统的广泛应用,船舶操纵起来更加简单了,安全性也更高了。此外,还通过引进自动更换压载水系统、CFC 冷冻方法等新技术,进一步地提高了 LNG 船的工作性能。6、LNG船发展趋势未来,LNG 船发展首先面临的问题就是要降低成本,提高经济效益,此外,安全性和可靠性仍然是关注的重点。大型化就经济性而言,LNG 船与其他商用船舶相同,加大尺寸可以降低其单位运输费用。尤其是LNG 的运输,由于其单位运输量是恒定不变

47、的,因此,增大 LNG船的尺寸就可以减少 LNG 船的数量,从而降低成本和运营费用。在考虑大型化时,主要考虑的是 LNG 运输两端的处理系统,特别是终端接收系统。在大型化的研究中,固然要考虑到船舶的主要尺寸、锚泊系统的布置以及油罐储量等方面的技术问题,但实际上目前建造大型化 LNG 船在技术上已经不存在问题了,最大的问题在于增大船舶尺寸就要重建终端处理系统。标准化由于 LNG 项目需要大量原始资本的投入, 因此其基础设施的建设是以生产者与消费者之间所建立的长期合同为基础的。这样 LNG 船作为一种特种专用船将根据项目和基础设施的需要,在船舶尺寸、船速等方面进行最优化选择。另一方面, 与其它海上

48、运输的货物一样,LNG 合同的签订也是在不同的生产者和消费者之间进行的。但由于大部分 LNG 是在特定市场进行交易的, 因此,LNG 船标准化成为普遍的需要。目前,LNG 船的尺寸已经从125000m3增加到 135000 m3。随着 LNG 船尺寸的增加,如前面所说的,现在面临的主要问题是,现存的 LNG 终端处理系统无法允许大尺寸船舶的进入。此外,由于船舶的尺寸与速度之间存在一定的关系, 如 18 节、145000 m3的LNG 船与 19.5 节、135000 m3的LNG 船的运量是相同的, 因此,在标准化设计中, 要有一定的灵活性。动力装置鉴于液化天然气特殊的理化性质,即极易汽化,所

49、以在液货舱不可避免地导致罐内的 LNG 蒸发 汽 化 (Boil Off Gas 缩 写BOG)。从船舶运输的角度来考虑, 每日最经济的蒸发速度为罐内 LNG 储量的 0.05% 左右。必须将罐内的 BOG 压力控制在一定范围内,蒸发会使 LNG 的组分发生变化, 在不允许其组分发生变化的条件下, 就应采用低于此标准的蒸发速度。而且由于 BOG 的产生,会使得槽内空间压力,温度和 LNG 的密度发生变化,因此及时将产生的 BOG 引出是保证罐内空间压力在正常范围的必要措施。一般情况下, 对于产生的BOG 有两种处理方法。对于在以LNG 挥发气作为船舶动力装置的船舶可以把它作为燃料。另一种方法就

50、是在 LNG 船舶上设置再液化装置,将产生的 BOG 用泵从罐内抽出, 利用制冷系统的冷媒再次液化后送入罐内。这样既可以降低其中的压力, 同时也使得温度的变化幅度不至于太大。总而言之,不管采用何种方法,其目 的 都 是 为 了 更 有 效 地 利 用BOG,提高效益。面对目前 LNG 船所利用的几种动力装置: “蒸汽轮机”、“双燃料内燃机”、“具有再液化装置的内燃机”以及“组合式循环轮机”的主要结构、特征、经济性等方面进行分析、比较,见表 4-2。从表中可以看出,每一种装置都能够安全可靠的应用。表4-2其中,蒸汽轮机已被大多数LNG 船采用,因为其具有很高的可靠性,而且,它是用 BOG 和重燃

51、油的混合物作为锅炉的燃料,具有双燃料燃烧的优点。蒸汽轮机的缺点就是其燃烧率低、燃料费用高。双燃料内燃机中,BOG 和重燃料的混合物具有较好的燃烧率,但 BOG 需要高压注射才能进入内燃机内,而且在 BOG 量较低的情况下不能够燃烧。在具有再液化装置的内燃机中,由于 BOG被再次液化后直接送回罐中,因此,货舱与主机可以完全地分开,这使得操作更加便利。此外, 其主机虽然与普通货船的相同, 但却具有更高的燃烧率。这一动力装置的不足之处在于再液化装置需要前期投资,而且,再液化时需要额外的能量,使得重油的消耗量增大。组合式循环轮机的装置与陆地上使用的循环系统相同, 但与普通的蒸汽轮机相比,其燃料成本较低

52、,排出的气体没有污染性。其缺点在于对燃料的要求较高, 双燃料不能燃烧。7、我国设计建造LNG船的难点及拟解决方案流程LNG船建造技术复杂，质量要求高。中国船厂在硬件和软件方面初步具备了独立建造LN0船基本条件，但在关于工NG船特殊技术方面还存在很多方面问题未解决或未完全解决，主要表现在：总体结构设计技术，液货系统，动力系统，自动化系统，装卸系统设计技术，液货舱加工制造，焊接工艺技术，绝缘木箱制作构成技术，最大的难点是总体结构设计和液货舱制造工艺技术。经过大量调研学习，本节分析总结了我国目前设计建造LNG船结构等方面的关键技术，并尝试提出拟解决方案和流程。(1)船型论证球罐型LNG船有很多缺陷难

53、以克服，例如：球罐型货舱与船体分离，船体内部空间的利用率较低：球罐型货舱有一部分露于甲板之上，受风面积大，影响驾驶视线；船厂建造球罐型LNG船的设备初投资额相当巨大，总建造成本较薄膜型高出6-10，港口使用费亦较薄膜型高出很多，相应地影响到运输成本；球罐型LNG船球罐与船体结构需平行作业，坞内建造周期较薄膜型长3个多月，而薄膜型LNG船的液舱绝缘敷设安装可在水下进行。尽管八十年代日本大量建造球罐型LIqG船，使得球罐型LNG船一度占优，但随着九十年代韩国造船业的崛起，打破了日本垄断建造LNG船市场的局面，由于韩国造船船价更具竞争性，薄膜型LNG船获得越来越多的订单，据2004年底的统计，在已经

54、获得的新订单中，薄膜型LNG船占70还多，可以看出薄膜型LHG船发展的优先性。(2)主尺度选择(3)综合性能研究a.目前LNG船主要为单螺旋桨、蒸汽透平驱动(世界已出现双机双桨形式LNG船)货舱区设有双层甲板、双层舷侧、双层底结构及隔离空舱，隔离空舱设置于货舱区的前后部及货舱之间。货舱区包括4个GTT No96薄膜型的液货舱，可运载大气压力下低温-163。C的液化天然气，货舱周围的舷侧和双层底设有四对压载水舱。包括驾驶桥楼的上层建筑和推进机械布置在艉部。b.研究目标船在设计吃水11米左右、主机功率为最大持续功率(MCR=40,000PS)并带有21海况储备的情况下，航速要达到205节。以法国TECNITAS公司提供的130，000n13啉G船为母型，通过母型变换，完成138，000m3液化天然气船的线型设计，并考虑了总体布置、稳性和液货舱容积的要求确定目标船线型的平行中体长度、浮心纵向位置、设计吃水、方形系数、排水体积等关键系数。c.满载计算d.压载水置换完成压载离港状态设计压载水置换程序。采用顺序置换法更换压载水，满足安全要求。e.破舱稳性计算(4)结构设计研究a.船体结构设计根据装载计算并考虑到一定的结构强度储备，确定目标船海上航行最大允许的静水弯矩。通过收集有关技术资料及结构规范计算，完成目标船典型横