LNG船

LNG 船舶介绍,2008.12.16,目录,第一章：概述第二章：LNG船的特点及现状第三章：LNG船的主要结构第四章：LNG船的发展趋势第五章：我国发展LNG船的意义,第一章 概述,天然气在常态下是一种无色、无味、无毒且无腐蚀性的气体，主要成分为甲烷，燃烧后主要产物为二氧化碳，是一种清洁能源。LNG（ Liquefied Natural Gas ）是指液态的天然气，它的利用过程还是比较复杂的。 天然气从开采出来，要经过处理、液化、航运、接收和再气化等几个环节，最终送至终端用户。 液化过程能净化天然气，除去其中的氧气、二氧化碳、硫化物和水。该过程能使天然气中的甲烷纯度接近100%。,第一章 概述,LNG的使用流程,第一章 概述,LNG船就是用来运输液化天然气（Liquefied Natural Gas）的专用运输工具。 随着人们环保意识的逐渐增强，低污染的LNG越来越受消费者亲睐，世界各国对液化天然气的需求将不断增加，LNG的开发和海运市场也将日益扩展，高附加值的LNG船建造市场规模会逐年扩大，其市场前景非常可观。,第二章：LNG船的特点及现状,第一章：概述第二章：LNG船的特点及现状第三章：LNG船的主要结构第四章：LNG船的发展趋势第五章：我国发展LNG船的意义,第二章 LNG船的特点及现状,2.1 LNG船概况 LNG船是国际上公认的高技术、高难度、高附加值的“三高产品”，被誉为造船皇冠上的“明珠”，集中了当今世界最先进的造船技术。目前主要有日本、韩国和欧洲的少数几个国家具有较强的建造能力。 我国自建的第一艘LNG船“大鹏昊”号已于2008年4月3日在上海交付船东。“大鹏昊”号的成功交付，填补了我国LNG船设计、建造的空白。,第二章 LNG船的特点及现状,2.2 LNG船的主要形式及其特点 世界上第一艘LNG船建造于1964年。当时吨位很小，技术也不成熟。到70年代，逐步形成挪威MOSS球罐式和法国GT、TGZ两种薄膜形式的LNG船。 球罐式的特点是：独立舱体不容易被伤害，可分开制造，造船周期短，质量检查容易；液面晃动效应少，不受装载限制，充装范围宽；保温材料用,第二章 LNG船的特点及现状,量少；操作灵活，安全性好，紧急情况下，在装卸的任何阶段都可离港。 薄膜式的特点是：船的主要尺寸较小、低温钢材用量少，功率低、燃料消耗低；船体可见度大，视觉宽，船体受风阻面积少；设置 完整的第二防漏层，不需要复杂的应力计算；船厂投资少，但劳动强度大，不能对保温层检查；液面易晃动，装载受限制。,第二章 LNG船的特点及现状,LNG船在技术上的要求是极其苛刻的,如： 1. 船体要承受40年疲劳的长寿命要求；2. 压载舱油漆要求类似于特涂，表面处理Sa2.5; 3. 透平装置是重点课题，包括透平安装、高温高压蒸汽管路（6.5MPa/550。C）等；4. 庞大的低温报警网络，仅低温报警点就达3000多个；5. 焊接式、双层管壁的天然气管路，外层设置通风和气体探测器，或在双壁间充注氮气，并设置低压报警；6.全船货舱区INVAR钢总焊缝长度达到130公里。,第二章 LNG船的特点及现状,在船上，低温状态的LNG储罐放置于约510。C高温的机房旁边，但这会导致恶性爆炸事故，因此需要严格的造船技术。LNG船的储罐都是独立于船体的特殊结构。在LNG船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，以及对易挥发、易燃物的处理。,第二章 LNG船的特点及现状,2.3 世界范围内LNG船的现状 随着建造成本等原因，目前欧洲船厂已逐渐退出市场，基本形成了韩国以薄膜型为主及日本以MOSS型为主的两大LNG船舶型式。日、韩两国建造的LNG船已约占世界船队的一半。但他们都需要购买法国和挪威的专利技术。,第二章 LNG船的特点及现状,近年来LNG船队在不断扩充，各造船厂为争取新船订单而形成了激烈的竞争态势，世界各船厂的报价越来越低。1998年底时，一艘13.5万立方米的LNG船价格高达2.2亿美元，而到了1999年底时已经低于当年的平均船价，最低时仅为1.45亿美元。在近十年间，新LNG船价格实际已下降了30%。,第二章 LNG船的特点及现状,2.4 我国LNG船的现状 我国参与LNG船建造业务的能力也在逐年提高，目前具有一定建造能力的主要有大连新船重工有限责任公司、江南造船（集团）有限公司、外高桥造船有限公司和沪东中华造船（集团）有限公司等。 我国自建的第一艘LNG船“大鹏昊”号是由沪东中华造船（集团）有限公司建造，是一艘 14.7万立方的薄膜型LNG船。,第三章：LNG船的主要结构,第一章：概述第二章：LNG船的特点及现状第三章：LNG船的主要结构第四章：LNG船的发展趋势第五章：我国发展LNG船的意义,第三章 LNG船的主要结构,本章主要内容：3.1 LNG船的主要原理3.2 LNG船的主要构成 3.2.1 船舶动力以及推进系统 3.2.2 辅助设备系统 3.2.3 货物围护系统 3.2.4 特殊的管路系统3.3 LNG储罐的深冷绝热技术概述3.4 再液化系统概述3.5 其它问题,第三章 LNG船的主要结构,3.1 LNG船的主要原理 LNG在用船舶进行水路运输的过程中，会自然挥发。对这些自然挥发的天然气体必须加以适当的处置，否则，会导致危险的后果。目前，对船运过程中LNG自然挥发气体的处置方式一般为： a.将挥发气体作为船舶的动力燃料加以利用； b.再液化装置对其进行再液化处理后送回液货舱贮存。,第三章 LNG船的主要结构,船舶的动力系统通常采用的是传统的蒸汽透平 推进装置（蒸汽轮机）或者是近年来流行的双燃料（柴油及电力）推进系统。 蒸汽透平式的LNG船的动力来源是：货舱（即LNG储存区）内挥发的天然气在主锅炉中燃烧，产生的高温高压过热水蒸汽驱动蒸汽透平，再经减速齿轮箱及轴系后带动螺旋桨作为船舶前进的动力。,第三章 LNG船的主要结构,其整个动力系统就以锅炉系统、蒸汽系统和水系统为主要组成部分的。 产生蒸汽的锅炉是全船的动力之源，是LNG船的心脏。它产生515 /61.8Bar之高温高压的过热蒸汽,以供蒸汽透平（蒸汽轮机）、透平发电机和透平给水泵作动力用。,第三章 LNG船的主要结构,3.2 LNG船的主要构成 一般，LNG船都是由以下四个主要系统组成的。船舶动力以及推进系统、辅助设备系统、货物围护系统、特殊的管路系统。3.2.1 船舶动力以及推进系统 该系统的主要组成设备是：蒸汽透平（蒸汽轮机） 、透平发电机、柴油发电机、应急发电机、主锅炉等。,第三章 LNG船的主要结构,1.蒸汽透平 通常，LNG船一般选用蒸汽透平作为其主动力装置。蒸汽透平的功能是：由高温高压过热蒸汽所产生的机械能，传递到减速齿轮箱,带动中间轴以及艉轴螺旋桨提供船舶前进动力。 其设备主要由高压透平机，低压透平机，减速齿轮箱等组成。,第三章 LNG船的主要结构,蒸汽透平,第三章 LNG船的主要结构,2.透平发电机 透平发电机的功能是：由高温高压过热蒸汽所产生的机械能，传递到发电机转子，给所有电机马达以及其它辅助设备提供充足的电能。 其设备主要由蒸汽透平机和发电机等组成。3.主锅炉 主锅炉采用加热蒸馏水的方式产生高温高压的过热蒸汽，提供给透平设备使用。,船用双燃料主锅炉结构,第三章 LNG船的主要结构,第三章 LNG船的主要结构,主锅炉主要是由水包，蒸汽包，双燃料（燃油和天然气）燃烧器，经济器（即常规船舶中的锅炉废气加热器）等组成。3.2.2 辅助设备系统 这个系统主要是由透平给水泵、氮气发生器、惰性气体发生器、制淡装置锅炉、强力风机、空气压缩机、各类油泵、水泵等组成。,第三章 LNG船的主要结构,1.透平给水泵 透平给水泵的主要作用是：将标准工作状况下的蒸馏水提供给锅炉水包进行燃烧加热，或提供给经济器进行废气加热。2.氮气发生器 氮气系统提供足够的氮气用于如下用途：液化管和透气主管的吹扫；锅炉燃气主管路的供气,第三章 LNG船的主要结构,置换；挥发气回气空压机和燃气空压机的密封；货舱绝缘层的充气等。 氮气分配系统由氮气发生器和氮气缓冲柜组成。3.惰性气体发生器 惰性气体系统主要用于LNG加注前后货舱和管路的惰化干燥、驱气和管路清扫。,第三章 LNG船的主要结构,惰性气体发生器主要有以下单元构成：由冷却清洗塔、燃烧器组成的发生单元；燃烧供气风机；冷却单元；干燥单元等。4.制淡装置 制淡装置的作用是将海水或者冷凝水制造成可用于生活或者工作用途的淡水。由海水-淡水发生器和冷凝水-淡水发生器组成。,第三章 LNG船的主要结构,5.锅炉强力风机 强力风机向锅炉燃烧室提供足够量、足够压力的空气，以保证燃烧效果。6.空气压缩机单元 这个单元的作用是向各气动设备（各类阀件和甲板机械等）提供足够的动力气源。由压缩机，干燥器和空气储气瓶等组成。,第三章 LNG船的主要结构,3.2.3 货物围护系统（所谓的“货物”即指LNG） 货物维护系统主要有以下单元构成：薄膜型的LNG液货舱、泵塔、主液货泵、扫舱喷淋泵、喷淋单元、应急液货泵、挥发气回气空压机、燃气空压机等。1.液货舱 主要功能为贮藏液态温度为-163的LNG。,第三章 LNG船的主要结构,液货舱由主、次两层绝热绝缘层和相应的保护薄膜组成。绝缘层由许多个绝缘箱构成，保护薄膜为被称为“不变钢”的殷瓦（Invar）材料。主、次绝缘层起有效的隔热作用，以在运输途中保持舱内货物的温度。在正常装载时充入氮气以确保安全。另外，还有一个液体穹顶和一个气体穹顶，分别用于LNG货物的装卸和挥发气体的回收利用。,液货舱的主要结构,第三章 LNG船的主要结构,2.泵塔 每个液货舱都装有一个悬挂浸入式泵塔，其本体内安装有主排出管和注入管，以及应急排出管等。泵塔就是固定、安装用于LNG货物正常装卸（排出和注入）设备的大型结构件。3.主液货泵 每个液货舱备有电力驱动浸没式马达和潜水泵，用于LNG的排出。,第三章 LNG船的主要结构,4. 扫舱喷淋泵 每个液货舱备有一台扫舱喷淋泵，在更低液位，主液货泵无法排出LNG的情况下使用。此外，在装载或者航行状态下，扫舱喷淋泵还用于向喷淋塔提供液态天然气，用于液货舱空间的降温。5. 喷淋单元 每个液货舱装备有一个喷淋塔，位置在气体穹顶上。,第三章 LNG船的主要结构,一个喷淋塔有30-46个喷嘴，由来自喷淋泵管的液态天然气对货舱空间进行降温。6. 应急液货泵 每艘船提供一台应急液货泵，其作用是在两台主液货泵都失去功能的情况下应急使用。每个泵塔上都留有专门的应急液货泵的吊入通道，底部装有可弹开式阀件：正常情况下关闭，应急吊入时弹开。,第三章 LNG船的主要结构,7.回气压缩机和燃气压缩机 回气压缩机的作用是：在LNG装货时，将货舱内的LNG挥发气送回岸站以平衡货舱内的压力。在LNG船货舱需要惰化或加热时，将来自惰气发生器或加热器的惰气或天然气送到货舱内。 燃气压缩机的作用是：将液货舱内正常挥发的天然气压缩到一定的温度和压力后输送到锅炉进行燃烧。,第三章 LNG船的主要结构,3.2.4 特殊的管路系统 特殊的管路系统由高温管路和超低温管路系统构成。高温管路应用于机舱区域，提供船舶动力和日常使用的通道；超低温管路应用于货舱区域，提供LNG货物的装载通道。,第三章 LNG船的主要结构,1. 高温管路系统的组成 锅炉给水系统、中间撤气和排气系统；减温蒸汽和 饱和蒸汽系统；过热蒸汽系统共同组成了高温管路系统的组成。 2.超低温管路系统的组成 由液货与挥发气系统、液货安全阀以及吹洗系统、扫舱喷淋系统等组成。,第三章 LNG船的主要结构,3.高温管路的支架形式 高温管支架采用加强型固定支架和弹性支架 相结合的方式，以保证正常工况下，使管路的整个系统或者局部区域由温度和压力导致的变形和位移能控制在标准允许的范围内。所以，固定支架的框体与其中间管夹间有一定的间隙要求。,第三章 LNG船的主要结构,4.超低温管路的支架形式 超低温管路的安装支架采用加强型和半加强型相结合的方式，安装时垫片与管路本体有一定 的间隙要求，这些要求因介质温度和压力的不同而异。目的是在正常工况下，缓解由低温导致的管路变形和位移在一定的范围内可以得到有效的释放而不至损坏管路。,第三章 LNG船的主要结构,3.3 LNG储罐的深冷绝热技术概述 LNG船的储罐深冷绝热是一个关键技术，深冷绝热方法一般有一下几种：高真空保冷、粉末填充真空保冷、叠层（多层）真空绝热等。目前常用的深冷绝热材料大致有气孔型、纤维型和气泡型三类。,第三章 LNG船的主要结构,这些材料主要有聚氨酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯等发泡塑料及粒状膨胀珍珠岩、玻璃纤维等材料，但这些材料在使用中都存在一定的问题。例如，LNG船的液罐，如果绝热材料柔软性欠缺将很容易导致绝热材料的龟裂，这将直接影响到罐体的保冷效果。 更加有效的绝热保冷技术和材料都正在研究之中，相信不久就会有效果更理想的办法和材料。,第三章 LNG船的主要结构,3.4 再液化系统概述 由于保冷效果和运输时间等原因，有部分LNG会挥发，当挥发量（BOG)大于动力燃料的需求时，就需要将多余的天然气再液化。LNG挥发气经低级压缩机压缩后，直接输送到冷箱进行再液化。蒸发气在冷箱中再液化，而冷箱由一个闭式制冷循环冷却。制冷循环用的工作介质一般是氮气。,再液化系统,第三章 LNG船的主要结构,低温LNG船的在液化装置的基本类型有：（1）逆布雷顿循环制冷系统。一般采用氮系统，可采用多级增压透平膨胀机预冷以提高其经济性。（2）单级或多级压缩制冷。一般采用以LNG为工质的开式循环。（3）复叠式制冷。包括以LNG为工质的开式循环和以制冷剂为工质的闭式循环。,第三章 LNG船的主要结构,3.5 其它问题 1. LNG储存分层现象 由于天然气的组成、温度、产地和运输时间等原因，会造成天然气的密度差异，这就会导致在储罐内的LNG发生分层现象，从分层原因看，包括的类型有：1.充注引起的分层；2.自动分层。,第三章 LNG船的主要结构,对储罐内液体的分层现象处理不当会引起LNG翻动，LNG大量挥发，使舱内压力迅速升高，严重影响LNG船的正常运行。 通过测量LNG储罐内垂直方向上的温度和密度差异可确定是否存在分层。一般情况下，当温度差大于0.2K，密度差大于0.5Kg/m3时，即认为发生了分层。,第三章 LNG船的主要结构,专用的LNG储罐的分层探测器探测到确已出现分层后，可采用内部搅拌或输出部分液体的办法来消除。采用分舱贮运，选择正确的冲注方法和合理的冲注设备以及采用内部搅拌等技术措施，可有效防止或消除分层，进而避免LNG翻动挥发。,第三章 LNG船的主要结构,2.焊接和密封问题 由于LNG船的特殊性，保证船体及管线等设备的密封性是非常关键的。例如，为了提高管线的气密性，一般不允许法兰连接