前言

　　近年来，动力市场的高速发展刺激了主流LNG货物围护系统的不断改进，同时也催生出了一批新型的围护系统，不仅老牌厂商参与其中，而且还吸引了不少业内“新人”。

　　LNG围护系统的进化就是系统性能的提升。如在上世纪70年代所建造的LNG船，其日蒸发率（BOR）约为0.25%，80年代时则降到了0.15%，之后随着技术的进步，该数值进一步降低，达到0.10%～0.12%，到今天，一些新近或即将投入运营的LNG运输船其BOR已经突破了0.1%，达到0.08%/天。

　　根据IMO的划分，LNG液舱可分为独立型和薄膜型，其中独立型又可分为A、B、C三型。薄膜型的主绝缘层很薄，其本身并不能承受载荷重量，因此需要次级屏壁进行辅助。独立型的主绝缘层因强度较高，其中A型因其设计只满足规范中的强度计算，而没有考虑疲劳强度，因此须设置次级屏壁。B型则是考虑了疲劳强度与质量管理，并对货舱进行了周密的强度研究，因此没有强制要求，C型为压力舱设计，舱壁较厚，同样无须设置次级屏壁。

　　GTT公司的薄膜型液舱系统和Moss Maritime公司的B型球形液舱系统是如今业内成名已久的两种围护系统，见证了自上世纪70年代以来LNG运输船的发展历程，同时他们也是该领域的绝对领先者，尤其是GTT公司。不过随着有意进军该领域的厂商逐步增多，加上相关技术如振动等的大力发展，LNG船和FLNG市场前所未有地出现了大量新兴的低温货物围护系统，从而打破了GTT公司和Moss公司近乎垄断的局面。不仅如此，对于日益增多的、以LNG为燃料的船舶，业内专家也在着手研发工作，以适应现有技术并提出新的LNG燃料船技术方案。

　　2 韩国LNG围护系统

　　尽管韩国造船企业在LNG船的新建世界份额中独占鳌头，但也需要向LNG围护系统的国外专利拥有者支付大量费用，这个数量约占新船价格的4~5%。这种情况下，韩国决心加大研发力度，力争创造出自己的系统，从而摆脱“寄人篱下”的局面。让韩国人欣慰的是，除了其国内各大船企相继有所成果外，国家层面也非常支持围护系统的国有化道路。

　　2.1 KC-1薄膜型围护系统

　　作为由韩国燃气公司（KOGAS）牵头的下阶段LNG运输船队发展项目的一部分，已研发多年的韩国KC-1薄膜型围护系统有望在未来几年中首次登上正式舞台。

　　2014年8月，KOGAS开始了6艘174000 m3 LNG运输船的招标工作。这些船将从美国Sabine Pass终端运送页岩气到韩国的接收终端，预计运营时间超过20年。该项目的目的是为了推进韩国国内海洋工业，这从招标对象仅限于韩国航运公司且必须在韩国建造就能看出。此外，KOGAS还规定其所有新建项目必须要采用KC-1围护系统，这也是为其国内自主研发技术打破国外垄断壁垒提供了平台。

　　KC-1方案由KOGAS联合大宇造船与海洋工程、现代重工以及三星重工共同开发而成，同时也依靠了韩国国内一些外协厂商和大学的帮助。不论是从公司层面还是国家层面来看，其动机无疑就是要减少对国外技术的依赖以及相关的财政支出。

　　在韩国知识经济部（Ministry of Knowledge Economy）的支持下，该项目的开发已经历了5年时光，KC-1系统的设计方案出现于2010年，近期已获得了ABS最终的设计审定，在国内外拥有50项以上的专利。据称，该型围护系统基于陆用LNG储罐技术而开发，最小化了船体和主屏壁的尺度，结构相比现有的薄膜型设计更简单，从而成本也变得更低，且主屏壁和次要屏壁在预防泄漏和热冲击方面拥有最高的完整性。其中主次屏壁采用1.5 mm厚带有槽型压筋的304L不锈钢，绝缘层采用密度为115 kg/m3的聚氨酯泡沫体。该围护系统在低温操作环境下的性能和稳定性测试已经完成，并且已经用于KOGAS仁川接收站200000 m3的储罐上。

　　韩国此举对其造船业可谓有着举足轻重的影响，这也意味着LNG围护系统的选择范围将有所扩大。当然，不只是KC-1系统，其他的重量级LNG船建造厂商也在自主研发新型围护系统。

图1 KC-1围护系统结构示意图

图2 KC-1围护系统实物图和剖面图（右）

　　2.2 韩国其他新型围护系统

　　三星重工在2011年时高调推出了自己的技术方案——高级智能围护系统（SCA，Smart Containment-system Advanced）。该系统针对当时GTT公司MK Ⅲ系统出现的一些问题进行了大量改进和创新，包括在主屏壁的槽型内部填充压力阻尼结构条（PRS，Pressure Resisting Structure）、在主屏壁和绝缘层之间的衬了一层振动缓冲层（VIL，Vibration Isolating Layer）、使用能有效降低BOR的新型隔热材料、改变次级屏壁的构成并将PU胶水粘合厚度改为0.39 mm（可大大降低对胶水施工工艺的要求并改善气密性）等。近期三星重工更是对SCA系统进行了升级，新版本名为SCA-WS，据称日蒸发率得到了进一步下降，仅0.088%。

图3 三星重工2014年在伦敦展示SCA系统

　　大宇也明确表示拥有一种名为“Solidus”的薄膜型围护系统，是对其早先开发的“铝制货舱独立B型”（ACT-IB，用于LNG-FPSO和LNGC）围护系统的补充。Solidus系统采用双层不锈钢屏壁和强化聚氨酯绝缘层。其中，次级屏壁采用承重胶以保护船体，此外为了能在各种粘接分离情况下仍确保隔热板位置不变，还采用了机械固定。

　　现代重工同样为客户增添了一种围护系统的选择，即2013年推出的HMCCS薄膜系统，既可用于LNG船，也可用于LNG-FPSO。该自主研发的围护系统采用304L不锈钢和殷瓦镍铁合金屏壁，以及由低密度聚氨酯泡沫体和玻璃纤维复合材料构成的隔热板，从而使BOR达到每天0.09%。

　　虽然上述韩国公司均已自主研发出新型的围护系统，但直到今天，市场上仍没有真正出现这些围护系统的身影，而那些保守的船东或租船者却是需要实例进行评估，以和现有成熟的系统设计进行比较，之后才能决定选择哪一方。不过，KC-1系统的推广计划成为了业界变革的“开球”仪式，同时也算为其他韩国围护系统方案打开了通路。

　　3 日本的LNG围护系统

　　3.1 IHI-SPB围护系统

　　SPB围护系统的全称为自撑式棱形B型（Self-supporting Prismatic shape IMO type B）围护系统，最初由石川岛播磨重工（IHI）开发而成，主要优点为：

　　·设计自由度较高，有利于船体和液货舱优化，减少空间浪费。

　　·结构坚固，可靠性高，因此液舱不易产生破损造成泄漏，对LNG动力船来说尤为重要。

　　·任何液位都不会发生载荷晃荡，降低蒸发率。

　　·材料选择多样化，不仅可采用铝合金，也可采用不修钢、9%的镍钢。

　　·平的露天甲板，对浮式终端和生产船来说是一个潜在的吸引点。

　　该系统的首次应用为2艘1993年交付的LNG运输船——“Polar Eagle”号和“Arctic Sun”号。该2艘船在20年里不间断地航行于北太平洋的严酷水域，而其上的SPB系统则始终保持完好，这对IHI的继承者日本造船联合（JMU）的产品销售起到了正面宣传效果。

　　JMU最近的一个新建项目为2艘采用SPB围护系统的LNG运输船，船东为多家日本企业，交付后将长期租与Tokyo Gas公司。该型船采用三燃料柴电推进系统，舱容165000 m3。在经过改良后，据称这2艘新船的蒸发率非常低，仅0.08%/天。

　　对于近期火热的LNG动力船舶方面，该类船的燃料舱一般采用C型压力舱，当然，使用LNG燃料的LNG运输船除外。不过现代重工在为阿拉伯联合国家轮船公司建造的新一代LNG动力14400 TEU和18800 TEU集装箱船时，却选择了属于B型液舱的IHI-SPB系统，并预设了双燃料选项。究其原因，主要是因为相比C型液舱，SPB有两大优势，即重量轻、船体空间利用率较高。

　　另据报道，不论是作为燃料舱还是液货舱，SPB系统都已获得了ABS和NK的认可。

　　3.2 三菱重工“豌豆荚”和“苹果”概念

　　日本三菱重工（MHI）在Moss球形液舱的基础上开发了“豌豆荚”（Sayaendo）概念LNG运输船。该特殊设计包含4个Moss型液舱，并采用连续覆盖的、与船体整合在一起的豆荚形液舱盖。该整体型设计理念来源于阿克尔北极技术公司的完整型船体结构（IHS）概念，不仅起到保护液舱的作用，而且还能在保持船舶整体结构刚性的同时，提升纵向强度、降低总重、减少空气阻力，并能支持更大尺度的液舱。据MHI开发设计人员测算，采用该型液舱可比传统的Moss型降低约10%结构重量。基于这些优势，再加上MHI的超蒸汽轮机（UST）推进设备，使得该型船可降低约20%的油耗，排放也随之减少。此外，对于传统的半球形舱盖，管道、线缆和栈道都位于舱盖顶部，结构较复杂，而连续覆盖的舱盖则去除了这些复杂结构，大大改善了可维护性，从而降低了维护成本。

　　首次采用该型设计的LNG船名为“Seishu Maru”号，由MHI长崎船厂建造，2014年9月已交付，船东为日本邮船公司和中部电力公司的合资公司。Wilhemsen Technical Solutions公司的子公司TI Group在完成该船的测试后称，其日蒸发率仅为0.08%，这主要是因为MHI改变了隔热板的厚度。此外由于液舱在中部垂直方向“拔高”了1.5 m，其装载量也达到了155000 m3，这比同尺度的Moss型LNG船多出8000 m³。据统计，算上“Seishu Maru”号，MHI总计已从不同船东手上获得了8艘“豌豆荚”LNG运输船的订单。

　　在继“豌豆荚”之后，三菱重工又推出了改进后的“苹果”型（Sayaringo）LNG运输船。该型船也是采用连续覆盖式液舱盖，与前代的主要区别在于液舱形状和动力系统。“苹果”型顾名思义就是液罐外形像苹果一样上半球大于下半球，在同船宽时，其舱容比“豌豆荚”还要高出16%，达到惊人的180000 m3。此外由于采用了混合动力系统，因此燃料效率也比“豌豆荚”高20%，也就是说比传统Moss型LNG船高40%以上。

　　另据报道，阿克尔北极同样也将IHS技术授权给现代重工，后者目前已从马来西亚国家石油公司手上接获了4艘150200 m3的LNG船订单。每艘船均采用4个直径42 m的Moss球形液舱和连续型液舱盖结构。该型货物围护系统可应对任何液位及相应的晃荡压力

　　4 英国Braemar公司FSP型液舱

　　2012年，英国Braemar技术服务公司和与通用动力NASSCO签订谅解备忘录，宣布推出了一型名为平板半薄膜棱形（FSP）的液舱系统。该型液舱主要由NASSGO研发，并将设计和建造专利授予Braemar公司。目前该型设计已获得LR和ABS的原理认可（AIP）NASSCO公司在Moss型液舱LNG船领域有着多年的建造经验，由于其认为围护系统效能方面还有进一步提升的空间，因此近期又再一次投入围护系统的研发当中。该公司原本是针对38500 m3 LNG船而开发，不过之后很快发觉该型设计同样适用于其他多种尺度和类型的船型，几乎涵盖了市场上所有的LNG船型，包括小尺度的LNG运输船、采用LNG燃料的船、LNG-FPSO、LNG-FSRU、LNG-FSU、驳船，以及陆上储罐等。

　　该FSP围护系统为B型液舱设计，可克服由于部分装载和晃荡引起的问题，其建造、安装、绝缘，以及测试均在船体外进行，之后将直接整体吊入还在船坞中的船体。拿典型的38500 m3 LNG船来说，若采用FSP系统，则液舱重量大约为950 t，这对于大部分建造LNG船的船厂来说，属于起重机所能承受的较合理的安全工作负荷。对于更大型的LNG船，液舱重量约为1200 t，同样可以采用起重机吊装。由于该维护系统是在船体外建造，因此可显著减少船舶的建造工时，而其建造工作也将更专一，建造环境也更好，从而可以确保较高的质量管理标准和可重复性。

　　该围护系统主体材料为5083-0铝，无内部结构，但辅以低碳钢框架支撑，可全方位攀爬。钢架可成为船体结构中的一个完整部分，此外，钢架对LNG液货还可起到额外的支撑作用，从而使材料得到最经济的利用。钢架与铝质液罐的连接通过已获得专利的通用支撑物实现，允许液罐膨胀、收缩，同时将液体和晃荡载荷直接传递至船体结构。因此可以说，通用支撑物的采用使维护系统没有装载限制，也不会受到晃荡的影响。

　　绝缘层直接安装于铝质液罐表面，不会带来任何负载，绝缘层的厚度和材料均可调整，蒸发率低于每天0.1%。此外，为确保足够的稳定性，该围护系统所选用的材料均为LNG领域里经过良好证实的。围护系统的大小可调整，因此可用于所有尺度的LNG船。

　　5 GTT公司的推陈出新

　　尽管日韩国船企在不断发力，但就目前而言，GTT公司的薄膜型围护系统依然还是该领域的领导者。不过GTT不满足于现在的领导地位，他们依旧在持续改进设计和扩展业务范围，并已开始进军迅猛发展的LNG动力市场和液化乙烷运输市场。

　　在2014年韩国首尔举行的国际石油天然气会展（Gastech 2014）上，GTT宣布其MarkⅤ和NO 96 MAX系统均已进行了加强，货物日蒸发率都有所下降，可以确保达到0.09%，并且建造过程和成本也得到了优化。

　　Mark Ⅴ型为Mark Ⅲ型系统的另一个版本，采用了一种新型的金属次级屏壁，预计从2016年开始可正式投入市场。NO 96 MAX系统为NO 96 GW系统的升级版，采用创新的柱式隔热箱布置。NO 96 GW系统则是将NO 96系统中的珍珠岩隔热材料替换为了玻璃棉。

　　GTT在基于其多年的LNG围护系统基础上，正致力于LNG燃料完整供应链的方案研发。该公司为美国市场设计的2200 m3燃料加注驳近期已获得船级社的原理认可，同时，其提出的采用MkⅢ Flex薄膜型液舱的4000 m3 LNG加注船也获得了BV的原理认可。

　　2014年还发生了一件堪称里程碑的重大事件，即GTT公司薄膜技术被选择用于STX法国所建造的高效气体革新船（Pegasis，power efficient gas innovative ship）的燃料舱。该船为1艘客滚渡船，预计2016年底交付，船东为Brittany渡船公司。此外，GTT还将为Brittany渡船公司船队LNG动力改装计划下的另外3艘船设计燃料舱。不过该计划目前暂时被搁置，原因为英吉利海峡硫排放法规的实施比其预想的要早，没有为其留出足够的改装时间，因此只能先用废气洗涤装置代替气体燃料。

　　GTT的另一个重要战略行为就是近期与西班牙Gabadi公司签署了技术和许可协议，从而使该公司成为其首个认可的装配厂商，而且之后还会有更多其他公司加入。Gabadi公司现在的业务目标很明确，就是建造和整合GTT薄膜型围护系统，特别是在小型LNG运输船和LNG加注领域。GTT此举的意图是要创建一个由GTT技术所组成的生产网络。

　　6 乙烷运输船上的围护系统

　　乙烷是天然气中的第二大重要组成部分，仅次于甲烷。历史上，乙烷一般由采用C型液舱的小型液化乙烷/乙烯/LPG船进行运输。在英国劳氏船级社一份报告中，估算出采用C型液舱的最大船舶尺度目前在40000 m3左右，并认为若要使乙烷运输船的舱容达到80000 m3以上，推荐采用3~4个棱形的B型液舱或薄膜系统，这两种围护系统是目前最合适的技术。

　　GTT自上世纪60年代就开始为乙烯和LPG运输船提供薄膜围护系统，目前已将业务扩展到多气体运输船和超大型乙烷运输船（VLEC），这都要归功于近期的美国页岩气革命。GTT称，薄膜型围护系统不仅能发挥船体货物装载的最大潜力，而且还可使其内的液态乙烷具有更高的密度。

　　事实上，乙烷运输市场近期发生了一件重大事件，一型由德国Harmann Reederei公司设计开发的创新型液舱在2014年9月面世后，被业界誉为VLEC领域的一项世界级突破。该围护系统名为“Star-Trilobe”，已计划用于5艘85000 m3的液化乙烷运输船上，这些船预计在2017年5月~2018年1月间交付，船东为United Ethane Carriers公司（UEC），该公司为Jaccar股份集团与Hartmann集团的合资企业。“Star-Trilobe”系统将3个气罐整合到为一体，从而获得了更好的空间利用率，能使同尺度船的货物运载量增加30%，大大提升了货运效率。

　　东方能源（南京）公司已确定了这5艘VLEC为期10年的租约，并在租期到期后可以选择续租5年，单船的年租金预计不超过2400万美元。该型船的技术含量较高，双燃料两冲程的推进配置更适合于乙烷操作。

　　英国Navigator Gas公司在其船队建设中，也考虑到了乙烷运输的需求，因此在中国江南造船厂订购了同系列4艘35000 m3乙烷/乙烯运输船。该型船及其货物围护系统由德国TGE Marine公司设计，3个液舱中最大的1个超过12000 m3，从而使该型船成为了世界最大的C型液舱天然气运输船。据称，TGE Marine目前还在进行更大型乙烷运输船的概念设计。

　　7 小结

　　为了LNG围护系统这块诱人的蛋糕，世界各地的利益相关者也算是卯足了劲，尤其是韩国这类每年都要因为专利问题而支付大量费用的国家。不仅如此，随着LNG动力船舶的迅猛发展，燃料舱这块市场成为了围护系统“百家争鸣”的又一条导火索，包括老牌厂商GTT等也不可避免地积极投身该领域。另外，随着美国页岩气的大量出产，可以预期乙烷的出口量也将大幅提升，全球各大石化公司也将进一步关注美国这一新的低成本原料采购渠道，从而带动乙烷运输市场。

　　不过从目前的情况来看，那些老牌厂商貌似已不能再独占市场，足够的动力催生出了一种又一种的新型围护系统，而且光从性能指标来看，有些系统堪称青出于蓝而胜于蓝。当然，这些新兴势力还需要通过实践和时间的检验，是否能从中分一杯羹还是未知。不过其坚持自主创新、打破垄断的精神还是值得我国造船业学习并反思的。