LNG船舶基础知识(讲稿).pdf

1.1 LNG的性质及用途的性质及用途 1 1）液化天然气）液化天然气 天然气是地底油气田中的气体矿物混合物，是由动植物经天然气是地底油气田中的气体矿物混合物，是由动植物经 过亿万年的作用生成的，主要成分为甲烷，占体积过亿万年的作用生成的，主要成分为甲烷，占体积70%-95%，， 其余为乙烷、丙烷和丁烷，以及少量杂质，如：氮、二氧化碳、其余为乙烷、丙烷和丁烷，以及少量杂质，如：氮、二氧化碳、 硫化氢等液化天然气（硫化氢等液化天然气（Liquefied Nature Gas,简称简称LNG）是）是 将天然气经压缩、冷却等过程进行液化而成将天然气经压缩、冷却等过程进行液化而成 1、、LNG船舶运输船舶运输 2 2）液化天然气的性质）液化天然气的性质 LNG是无色、无味、无毒、无腐蚀、透明的液体其燃点是无色、无味、无毒、无腐蚀、透明的液体其燃点 较高、燃烧速度相对较低、无腐蚀作用、比重小于水的较高、燃烧速度相对较低、无腐蚀作用、比重小于水的1/2典 型商业型商业LNG具有以下性质：具有以下性质： 3 甲烷：甲烷：7099.9%；乙烷：；乙烷：0.113.4%；其余为丙烷；其余为丙烷 （（C3）、丁烷（）、丁烷（C4）及氮气等；）及氮气等； LNG沸点：常压下沸点：常压下157-163；； 纯甲烷沸点：纯甲烷沸点：-161.5；； LNG的密度：的密度：0.47-0.53；； LNG热值：热值：25-34 Btu/cu.m.（（1 Btu=1.06 kj）；）； 纯甲烷热值：纯甲烷热值：29 Btu/cu.m.；； 干气干气/干空气浓度：干空气浓度：0.580.67；； 甲烷甲烷/干空气浓度：干空气浓度：0.555；； 爆炸下限（爆炸下限（%占空气的体积）：占空气的体积）：5.3；； 爆炸上限（爆炸上限（%占空气的体积）：占空气的体积）：14.0；； 燃点：燃点：595 ；； 甲烷气甲烷气/液状态体积比为：液状态体积比为：600：：1。

1.2 LNG产业链及运输方式产业链及运输方式 4 天然气从气田开采出 来，要经过处理、液化、 运输、接收和再气化等 几个环节，最终送至终 端用户，这样便形成了 所谓的“液化天然气 链”液化过程能净化 天然气，除去其中的氧 气、二氧化碳、硫化物 和水这个处理过程能 够使天然气中甲烷的纯 度接近100 5 上游上游中游中游下游下游 管道质量气运作和买卖气管道质量气运作和买卖气 输气输气 电厂电厂/工业工业 储罐储罐 生产生产 气田处理加气田处理加 工工/分离分离 液化厂液化厂接收站接收站LNG 1））LNG产业链产业链 Pipeline By ship as liquefied natural gas (LNG) By ship as compressed natural gas (CNG) 5th Doha Conference on Natural Gas 2））LNG运输方式运输方式 7 管道运输管道运输 即应用高度压缩技术将天然气通过长距离、 大口径输气管线送往终端用户管道运输适用 于陆地上输送天然气 优点是：适于短距离（小于3000公里）； 运输成本取决于运输气体的的数量。

缺点是：投资成本取决于管道的距离；海 上运输时，由于水深和气源与用户之间的距离， 采用管道运输不经济 8 液化运送（液化运送（LNG船）船） 即将天然气冷却至约-163变成液态，也就 是常说的LNG（无色、无味、无毒且无腐蚀性， LNG的重量仅为同体积水的45%左右），然后通 过专门的LNG船运送至液化天然气的接收终端， 在终端将LNG重新气化传送给最终的使用者 其优点是：适于长距离（超过3000公里）； 运输成本比较固定，供应比较灵活 缺点是：液化装置成本高；前期投资成本高 9 压缩运送（压缩运送（CNG船）船） 压缩天然气技术为短-中距离运送小-中容量天 然气提供了有效的方法天然气被压缩装载在船 上的管组内，通过专用的压缩天然气船来运输 优点是：CNG船不需要装货码头的液化装置 和卸货码头的再气化装置，这样将节省大量的成 本 缺点是：CNG船的装载量要小于LNG船； CNG船不适合长距离运输，一般运输距离在1500 公里以内 10 LNG船舶最为显著的特征是货物围护系统，该系 统可使船舶结构免受低温脆性破坏目前LNG船舶的 货物围护系统主要有三种类型，分别为薄膜型、球型 和棱柱型。

1）薄膜型液货舱）薄膜型液货舱 11 薄膜型液货舱是LNG船舶技术的突破，该技术将 新的船舶设计和货舱结构理念引入到船舶工业中薄 膜型LNG船舶货舱围护系统基于薄膜屏蔽（薄膜厚 0.71.5mm）材料，该材料附着在绝缘层上，绝缘层 通过螺栓结构固定在船舶内壳板上货舱绝缘层为非 自承式，液货重量通过绝缘材料作用到船舶结构上 12 13 目前薄膜型液货舱主要有两种型式，分别为Gaz Transport和Technigaz两者较为相似，均采用具有良 好弹性的薄钢“薄膜”围护货舱 14 Gaz Transport薄膜采用含镍量36%、含碳量0.2% 的镍钢（俗称殷瓦，Invar），该材料热膨胀系数非常 低，很好地解决了材料受温度而变化的问题，因此在 结构上没有必要采用膨胀连接或是皱褶结构新型Gaz Transport系统采用厚0.7mm，宽0.5m的殷瓦薄膜，支 撑薄膜的绝缘层采用一系列独立的标准绝缘箱，在绝 缘箱内充填珍珠岩绝缘材料，该材料热绝缘性能良好， 同时还很经济珍珠岩绝缘材料作了硅化处理，这样 可以防水防潮每一绝缘层厚300mm通过螺栓结构 固定在船舶内壳板上。

15 Technigaz型薄膜与Gaz Transport型薄膜相反，采 用含炭量非常低的不锈钢材料，绝缘层与薄膜之间允 许存在一定移动，这样密封薄膜随着船体进行伸缩变 化 16 薄膜型液货舱的主要优点有：薄膜型液货舱的主要优点有： （1）船舶结构可以吸收货物载荷； （2）建造费用低，所需特种低温材料少； （3）省去独立液舱周围空间，能最有效地利用舱容； （4）主绝热层质量小，用少量的LNG在较短时间内便可将舱冷 却； （5）建造中不需大型起重机装主层 17 主要缺陷：主要缺陷： （1）薄膜舱易受液体运动带来损坏； （2）对于船舶可能发生的碰撞，抵御能力相对最差 2））Moss球型液货舱球型液货舱 18 Moss球型液货舱由铝球罐、绝缘层、外壳、支撑 罐裙以及管塔组成该型液货舱由于设计良好，因此 迄今具有良好的安全纪录船舶从没有因为货舱系统 的不足或损伤而停止运营 19 20 货舱绝缘层变化很小，一般由几层多孔泡沫组成 泡沫中间充有绝缘用氮气为防止水份进入绝缘层， 多孔泡沫覆盖有铝箔或玻璃纤维绝缘层厚度取决于 船舶设计时可以接受的货舱日蒸发率 围绕货舱的空间充注惰气或是干空气。

在货舱外部 设有钢壳覆盖层以防风浪，并起一般性保护作用 21 Moss球型液货舱的主要优点是：球型液货舱的主要优点是： （1）货舱强度高、可靠性强，事故率低； （2）货舱可以进行任何高度的充装率而不存在液货的 飞溅限制 22 Moss球型液货舱的主要缺点有：球型液货舱的主要缺点有： （1）球型货舱在船舱中容积率低； （2）船舶受风面积大，低速机动性差； （3）货舱温度需要仔细控制，以防热应力（装货时要 求货舱中部温度必须低于-119）； （4）货舱装货时冷却率要求控制在-6/小时； （5）货舱自重较大，单舱重量约为800吨； （6）由于货舱尺度较高，船舶操纵视野受限 3）棱型液货舱）棱型液货舱 23 棱型液货舱货物围护系统和球型液货舱相似，但在 形状上不同，货舱结构类似“B”型 在棱型液货舱货物围护系统中，设计时即可对货舱 结构进行应力分析 24 棱型液货舱为自承载式，货舱材料采用铝质相对 于球型液货舱，棱型液货舱最大的优点在于船舱空间 利用率高此外，船舶受风面积小，操纵视野好通 过采用内部隔板，可以防止液货对舱壁飞溅损坏棱 型液货舱的冷却速率也与球型舱相似，为-6/小时。

由于货舱内部强度要求，使得该型货舱相对最重，单 舱重量达到大约1300吨 25 4、、LNG船舶液货装卸作业船舶液货装卸作业 液货舱检查干燥惰化驱气预冷 装货载货航行卸货压载航行换装货品 液货舱准备检 查或进坞修理 液化气船的营运流程图液化气船的营运流程图 26 4、、LNG船舶液货装卸作业船舶液货装卸作业 1）干燥：）干燥：清除液货舱、管路等的湿气，防止生成水合物或结冰 2）惰化：）惰化：降低货物系统中的含氧量至安全程度，防止在装货过 程中形成可燃的气体环境或货物与氧发生危险反应 3）驱气：）驱气：用待装的货物蒸气把液货舱中的惰性气体排挤出去 4）预冷：）预冷：在装货前降低液货舱温度以便尽量减少热应力和过度 蒸发 5）装货：）装货：包括货物的冷却和装载极限的控制等 6）载货航行：）载货航行：进行货物状态控制 7）卸货：）卸货：包括把冷冻货物加热以便卸到常温压力贮罐中去 8）换装货品：）换装货品：包括除液、除气、惰化和再驱气等 9）压载航行：）压载航行：这可能包括把液货舱准备好以便变更货种 10）液货舱准备检查或进坞修理：）液货舱准备检查或进坞修理：这包括除液复温、用惰性气 体置换可燃货物气体，随后用空气置换惰性气体等操作。

27 5、、LNG船舶主推进装置船舶主推进装置 在LNG船运输过程中，LNG货物会不断受热产生 货物蒸发气，简称BOG（Boil off Gas） 处理BOG的方式不同，决定了LNG船推进装置的 不同 （1）LNG船推进装置采用BOG为燃料，BOG经由液货 舱引出燃烧，为推进装置提供动力； （2）将BOG再液化返回液货舱，而推进装置采用重油 作为燃料 28 目前在LNG船上得到实际应用的推进方式有三种： （1）蒸汽轮机推进装置 （2）双燃料发动机电力推进装置 （3）装有再液化装置的低速柴油机推进装置 论证方案： （1）利用BOG作为燃料的燃气透平推进装置 （2）ME-GI双燃料发动机推进装置 推进装置推进装置优点优点缺点缺点 蒸汽轮机（1）常规LNG船常用的推进系 统，经过发展也可为大型船 使用 （2）可以使用重油或蒸发损耗 气体 （3）低振动 （1）燃料消耗比较大 （2）机器沉重 （3）需要容纳锅炉的大机舱 （4）缺乏能够操作高压蒸汽 设备的经验人员 （5）废气排放多 带有再液 化装置 的双螺 旋桨低 速柴油 机 （1）因为有再液化装置，所以 允许将装载的货物全部卸给 接收站 （2）消耗燃油 （3）推进系统有冗余 （4）燃油价格低 （5）可以运送的LNG量大 （1）虽然再液化装置在岸上 已经是个常用设备，但对于 LNG船是个新概念 （2）此推进系统对于LNG船 是新概念 （3）维护费用高 （4）废气排放较多 29 LNG船各种推进系统的优缺点船各种推进系统的优缺点 推进装置推进装置优点优点缺点缺点 中速 双燃料 发动机 （1）可以燃烧蒸发损耗气体 （2）有两套推进系统，所以有 冗余 （3）可以使用船用轻柴油和蒸 发损耗气体 （4）废气排放少 （5）可操作性增强 （6）货物装载可增加 （1）LNG船推进系统的新概 念 （2）实际操作经验少 （3）LNG船新概念 （4）维护费用高 燃气轮机 和 蒸汽轮机 联合推进 （1）可以使用船用轻柴油和蒸 发损耗气体 （2）废气排放少 （3）可操作性增强 （4）低振动 （5）货物装载量可增加 （1）LNG船推进系统的新概 念 （2）在居住舱旁存在高压气 体，因此得考虑解决的方法 30 5.1 蒸汽轮机推进装置蒸汽轮机推进装置 31 LNG船蒸汽轮机推进装置船蒸汽轮机推进装置 LNG船传统的推进装置是采用蒸汽轮机动力装置。

该动 力装置主要由双燃料主锅炉、蒸汽轮机、减速齿轮箱以及螺。