LNG运输船的绿色路径

刘积骅 秦 琦

近年来气体运输船总体保持快速发展态势，特别是2008年世界金融危机爆发以来气体运输船市场快速反弹，在船舶建造市场上表现十分抢眼。这种快速的市场发展表现不仅源于需求的高速增长，同时在一定程度上也表现为技术的创新发展促进了市场的发展。

主要环保节能技术途径

随着IMO对于环保的要求越来越严格，通过环保节能技术提高船舶节能水平和效率势在必行。从多个方面分析了LNG船的主要环保节能技术途径：

1、船型

随着船舶尺度的增加，许多船厂通过优化船型以提高LNG船的效率。例如采用双轴设计，目前已应用至16万m3左右的LNG船。对于16万～17万m3的LNG船，应考虑双轴带来的低燃料消耗与投资增加和技术复杂性之间的平衡。

2、推进系统

目前多燃料发动机和推进节能技术正成为推动LNG船市场发展的重要动力。在选择环保型推进系统时，效率是决定因素之一。目前双燃料和三燃料中速柴油机电力推进方式已成为市场的标准配置，双燃料电力推进虽然初始成本较高，但是总体效率可以达到43%～46%，并且可以减少燃料消耗和CO2排放。

一般而言，一艘14.5万m3的蒸汽推进LNG船以18～19节速度航行时，每天约消耗160mt燃料当量，排放出498t的CO2。而一艘16.5m3的柴电推进LNG船，以相同速度航行时每天约消耗126mt燃油当量，排放出392t的CO2，一年可以减少约30000t的CO2排放量。

除了柴电推进方式之外，目前还有一些高效蒸汽轮机例如超蒸汽轮机或蒸汽加热装置，相比于常规蒸汽轮机可以减少15%的燃料消耗量。

低速柴油机的效率比双燃料推进和高效蒸汽轮机更高，总的热效率可以达到48%。利用新的汽缸润滑技术，低速发动机的速度可选范围更广。为了将液货舱的压力保持在安全水平，应安装再液化装置。

3、螺旋桨和伴流设计优化

对于一艘13.8万m3的LNG船，约需27000KW的动力达到19.5节的运营航速。虽然采用定距桨是一种普遍的推进方式，但现在越来越多的LNG船采用双桨和双燃料/三燃料主机方式。

随着船舶尺度的增加，设计者采用多种方法改善螺旋桨设计、船尾振动和尾部区域伴流等，例如改变螺旋桨/叶片，在舵、螺旋桨桨毂和尾轴管铸件安装附加的伴流改进设备，以及在船尾安装附加的涡流发生器/导流板。这些改进可以提高能效、可靠性和操纵性，最多减少三分之一的燃料消耗。

此外，吊舱推进、叠叶螺旋桨等推进方式目前也在研究中，以减少能耗，提高环保性。

4、涂层技术

目前许多LNG船采用无杀虫剂硅涂层，相比于传统涂层可以减少2%～9%的能耗。不过业界目前对于涂层的研究进展不大。

5、再液化装置

随着柴电推进技术的发展，存在三种方式处理蒸发气：①使气体燃烧在气体燃烧装置内，这无益于船舶或船东；②使气体在主机内燃烧，这有益于船舶；③将气体再液化为LNG，然后注入液货舱，这有益于货主。

卡塔尔天然气运输公司的LNG船（20万m3级Q-FLEX和Q-MAX）采用的低速柴油机不能燃烧甲烷，而且由于气体蒸发率较大（176t/d），因此需要安装一套再液化装置以保持货舱压力。对于双燃料推进LNG船，虽然可以燃烧甲烷，但是经济性不好，而且会导致CO2增加。随着LNG贸易从点到点的贸易转向灵活的全球贸易，低效率的行

程安排会导致压载或满载时的速度降低，进而导致蒸发气挥发过量，这就要求双燃料推进大型LNG船采用再液化装置。由此可见，通过再液化装置有效管理蒸发气，是一种可行的经济方法。

不过该技术并不是适用于所有LNG船，只有船舶尺度达到一定程度、再液化量能够满足保持服务航速的需求时，安装再液化装置才是一种直接有效的方法。而且再液化装置的主要受益者是货主而非船东，因此船东没有动力去投资这种大投资设备。因此再液化装置的安装多用于长期租借的或者由国际石油公司或国家石油公司拥有和操作的大型LNG船。

6、其他途径

除了上述技术方法，还可以从船舶尺度、减少臭氧消耗物质、减少可挥发有机化合物、减少硫燃料、能效设计、减少进入液货舱的热量、压载水处理等方法进行节能减排。

经典的环保节能型船舶

环保节能型LNG船“Soyo”号

三星重工在全球LNG船建造市场上具有领导地位，据统计，截至2013年4月份，全球1万m3以上的LNG船手持订单中，三星重工所占市场份额以艘数计达到37%。从LNG船技术的开发来看，该船厂不断进行技术的创新，2001年开发了世界上首艘电力推进LNG船，2008年建造了世界首艘最大的26.6万m3级LNG船，2009年建造了采用先进环保技术的世界首艘LNGSRV船，2011年开发了韩国首套LNG液货舱系统。这些技术的开发促进了三星重工在LNG船市场上的领先地位，例如土耳其MINT公司在该船厂建造了4艘同型环保LNG船，其首艘船“Soyo”号于2011年交付。

图2∶“Soyo”号的总布置图

该船总长285.357米，型宽43.4 m，型深（至主甲板）26.4米，结构吃水为12.75米，结构载重量为82857t，方形系数（设计吃水）为0.795，服务航速为21节，货物容量为160518m3。“Soyo”号具有较好的港口终端适应性，几乎能够适用于全球所有的LNG终端。该船具有较高的振动和噪声标准，满足IMO A.468& ISO 6954标准，疲劳寿命满足航行于北大西洋40年的要求，并且还拥有美国船级社“环境保护（ES）”符号。该船的一个特点是安装有节能鳍板SAVER，可以提高螺旋桨的伴流效率，主要通过节能鳍板对船尾流体的控制以改善船尾的压力回升效应。此外，该节能鳍板对船体振动性能也有良好的效果。该船的环保性还表现为采用了3台瓦锡兰现代12V50DF型和1台6L50DF型发动机，可以减少NOX和SOX的排放，符合IMO Tier II指南要求。

三燃料推进LNG船“GDF Suez Neptune”号

“GDF Suez Neptune”号是三星重工为Hong LNG公司和三井航运公司建造的一艘LNG再气化船。船上配备有3个再气化撬装装置，天然气的输出量约为2100万m3/d，该船也可以作为一艘常规LNG船使用，将气体直接输送给岸基再气化设施。

该LNG船总长283.06米，型宽43.4米，总吨96153t，结构吃水12.4米，服务航速19.5节，主机为3台114000KW的瓦锡兰12V50DF型发动机和1台5700KW的6L50DF型发动机。船首推进器为2个1200KW的推进器，船尾推进器为2个1200KW推进器。船上配备有一套三燃料柴电（TFDE）推进系统，它可以将蒸发气用作燃料，三星重工称该系统相比普通的蒸汽轮机系统可以提高30%的效率。Sriram Balasubramanian认为TFDE相比于柴油机具有20个优点，其中包括：①采用2台电动机，减少所需空间，可以用于储存货物；②相比于柴油机，电动机的维护极少；③机器的布置更具灵活性。

图4∶“GDF Suez Neptune”号的总布置图

并且该船拥有挪威船级社“绿色护照”，其他环保节能特点还包括：①在再气化过程中不使用海水；②主机室和海水冷却循环系统中的冷却海水无需排出；③较低的NOX排放量；④防止油污染的雨水排出；⑤无毒防腐涂层。

据了解，除以上船东外，还有多家航运公司向三星重工订购了多艘采用TFDE的LNG船，例如摩洛哥GasLog公司向三星重工订购了10艘11.5万m3和2艘17.4万m3的三燃料推进LNG船。

除了三星重工建造三燃料柴电推进LNG船，韩国现代重工也建造该类型LNG船，例如2010年现代重工交付给日本三井航运的LNG船“Abdelkader”号也是三燃料柴电推进LNG船。该船采用4台瓦锡兰三燃料发电机和2台50%可逆转同步电动机，推进系统可以使用强制蒸发气、柴油和重油，主机还配有废气节能器作为废热回收系统使用。该柴电推进系统完全符合MARPOL附则VI第13条的规定和NOX技术规则。主机室和货物控制室能够进行装置设备的集中控制，并且允许各种操作模式下的机器无人化操作。

“Energy Horizon”号节能LNG船

日本川崎重工为日本东京LNG油船公司和日本邮船公司建造了2艘LNG船，首艘“Energy Horizon”号已于2011年交付。

“Energy Horizon”号总长300米，型宽52米，至主甲板深28米，结构吃水为12.5米，结构载重量为97931t，服务航速约为19.5节，主机采用1台川崎重工29890KW的发动机。

图7∶“Energy Horizon”号的总布置图

该船是目前舱容最大的MOSS型LNG船，能够最大程度地提高运输效率。船上配备有4个独立式球型舱，总舱容达到177440m3。货舱采用川崎面板系统，能够将日蒸发率降低到0.1%。该船能够进入世界主要的LNG终端，船体具有良好的推进效率，并且采用双壳和双底结构以保护液货舱。“Energy Horizon”号的一个特点是安装有一套再加热蒸汽涡轮推进装置“川崎URA装置”，相比于普通的蒸汽轮机船每天最多可以节省15%的油耗，加热循环将来自蒸汽涡轮的蒸汽输送至锅炉进行加热，产生的高温蒸汽进而返回至涡轮。此外，该船还配备有一套综合导航系统，在驾驶室具有360°的视角。由于船上安装有Nabtesco系统，驾驶室可以实现一人驾驶。货物监控室安装有1套综合自动化系统，可以监控货物转运操作和机械系统状态。

创新型环保LNG船“Sayaendo”号

三菱重工新开发了新一代LNG船15.5万m3的“Sayaendo”号，该船集经济性、操作灵活性和环保性于一体。总长288米，型宽48.94米，型深26米，设计吃水11.55米，载重量约为75000t，航速约为19.5节。

图9∶“Sayaendo”号减少单位货物CO2排放的途径

该船的主要设计特点包括：①通过加长货舱增加货舱容量；②减少船体重量；③低蒸发率，每天仅为0.08%；④低维护成本；⑤货物储存多样化；⑥紧凑型设计；⑦低燃料消耗。该船通过减少船体重量、改善推进效率、利用连续货舱盖减少风阻、安装三菱重工超蒸汽轮机装置（MHI-UST）以及灵活选择燃料等途径显著减少燃料消耗，相比于常规LNG船该船可以减少20%的燃料消耗；⑧环保性能。通过改进推进性能、降低风阻、安装先进动力装置等方法，与14.7万m3的常规LNG船相比，每单位货物可以减少约25%的CO2排放量。

据了解，2011年三菱重工接获日本邮船一艘采用MHI-UST装置的LNG船，该推进技术采用一台中压涡轮机以及高压、低压涡轮机。来自锅炉的蒸汽驱动高压涡轮机，之后废气返回至涡轮机进行再加热以驱动中压涡轮机以及低压涡轮机。

专家观点

首先需要说明的是，文中提到的环保节能技术对于气体运输船船而言是一种性能的优化，它与安全性、港口兼容性、操纵性、经济性和高效率等多种性能共同组成了气体运输船设计、建造和运营的要求。需要在保证安全性的基础上提高环保节能性。

气体运输船的环保节能要求将会越来越细化和严格。MEPC 65届会议审议了有关LNG船的EEDI计算建议等事项，同意“对LNG船制定单独的基准线，并分别按照柴油机直接推进、柴电推进和蒸汽轮机推进三种方式制定各自的基准线，同意将蒸发气体的再液化装置消耗的能力应算到柴油机直接推进的LNG船的PAE中”。这种细化将会促进气体运输船的设计与建造的节能减排要求更加具体化和严格。

从三星重工建造的三燃料主机LNG船的市场发展来看，打造满足客户需求和符合市场发展方向的船型，才能获得市场的认可。据Gloar LNG公司称，近年来LNG船租赁市场的运费开始呈现出与技术相关的特点，特别是三燃料柴电推进方式较其他推进方式可以获得更高溢价，相比于采用蒸汽轮机的船舶日均可节省20000～40000美元的营运费用。

中国液化气体船建造市场已经取得初步发展。据了解，中国目前LNG船的主要建造厂商沪东中华已经建造了6艘LNG船，目前还拥有8艘手持订单，LNG船技术研发也在不断开展。但是相比于韩国和日本的LNG船的发展，中国无论在数量上还是技术上都表现出较大的差距。仅就节能环保性这一点来说，环保节能主机、创新的液货舱型式、推进系统的优化等等方面，中国船厂需加快发展，开展创新研发积累。