液化天然氣運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)液化天然氣貿(mào)易的必要手段，因而是液化天然氣產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。而天然氣液化又為運(yùn)輸提供了大液氣密度比的物料(一體積液化天然氣的密度是一體積氣態(tài)天然氣的600倍)，大大提高了運(yùn)輸效率，有力地促進(jìn)了世界天然氣貿(mào)易的增長(zhǎng)。
液化天然氣的運(yùn)輸可以有三種方式：船運(yùn)、車運(yùn)和管道輸送。這三種運(yùn)輸方式中，管道輸送，特別是長(zhǎng)距離管道輸送因?yàn)檫€存在技術(shù)上的一些困難，在應(yīng)用上尚無(wú)實(shí)例。而液化天然氣的海上運(yùn)輸技術(shù)不斷成熟，船運(yùn)是液化天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，占世界液化天然氣運(yùn)量的80%以上。
20世紀(jì)50年代，隨著天然氣液化技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始了液化天然氣海上運(yùn)輸技術(shù)的研究。1959年，“甲烷先鋒號(hào)”的成功航行實(shí)現(xiàn)了液化天然氣的第一次海上運(yùn)輸。根據(jù)LNG Shipping Solutions的統(tǒng)計(jì)(2004年)，世界上正在運(yùn)營(yíng)的液化天然氣運(yùn)輸船已達(dá)151艘以上。其中，運(yùn)輸能力5×104m3以下的15艘，5～12×104m3的16艘，而運(yùn)輸能力超過(guò)12×104m3的達(dá)120艘。LNG運(yùn)輸船的大型化趨勢(shì)明顯。2007年第十五屆國(guó)際LNG大會(huì)發(fā)布的數(shù)字，至2005年5月，全球已有181艘LNG船，2005～2007年有74艘LNG船完成建造交付使用，最大的已超過(guò)25×104m3。
一、液化天然氣海上運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)
液化天然氣低溫、易燃、運(yùn)輸量大的特點(diǎn)，使液化天然氣海上運(yùn)輸也具有不同于其他海運(yùn)的特點(diǎn)：投資風(fēng)險(xiǎn)高、產(chǎn)業(yè)鏈特性強(qiáng)、運(yùn)輸穩(wěn)定o
1. 投資風(fēng)險(xiǎn)高
液化天然氣采用常壓、低溫運(yùn)輸，LNG運(yùn)輸船的儲(chǔ)槽需要低溫絕熱，建造費(fèi)用高。目前，運(yùn)輸能力13.8×104m3的LNG運(yùn)輸船造價(jià)為1.5～1.6億美元，比同樣輸送當(dāng)量的油船造價(jià)高出4～5倍。因而，液化天然氣的運(yùn)輸成本占液化天然氣價(jià)格的10%～30%，原油的運(yùn)輸成本只占10%。
LNG運(yùn)輸船是為載運(yùn)-163℃的大宗LNG貨物的專用船舶，用途單一，經(jīng)營(yíng)上也缺乏靈活性，這使液化天然氣船舶的投資風(fēng)險(xiǎn)比其他種類船舶更大，在投資之前一般需要掌握20年以上的長(zhǎng)期運(yùn)輸合同。
2. 產(chǎn)業(yè)鏈特性強(qiáng)
液化天然氣產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粭l資金龐大、技術(shù)密集的完整鏈系。液化天然氣海上運(yùn)輸鏈接了氣源(液化工廠)和下游用戶(接收站)。從項(xiàng)目前期研究開(kāi)始，到實(shí)現(xiàn)合同運(yùn)輸，各個(gè)環(huán)節(jié)密切相連，相互影響，同步推進(jìn)，形成了事實(shí)上的液化天然氣海上運(yùn)輸鏈。
3. 運(yùn)輸穩(wěn)定
液化天然氣運(yùn)輸大多為定向造船，包船運(yùn)輸，航線和港口比較固定，并要求較為準(zhǔn)確的班期，無(wú)計(jì)劃停泊較少。由于世界液化天然氣運(yùn)輸?shù)募雌谑袌?chǎng)沒(méi)有出現(xiàn)，因此其運(yùn)輸費(fèi)用主要取決于氣源地的天然氣價(jià)格、運(yùn)輸距離以及船舶的營(yíng)運(yùn)成本等。運(yùn)費(fèi)收入比較穩(wěn)定，來(lái)自外界的競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)比較小。
二、LNG運(yùn)輸船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
液化天然氣運(yùn)輸船是專用于載運(yùn)大宗LNG，除了防爆和運(yùn)輸安全外，盡可能降低氣化率是運(yùn)輸這種物料的必然要求。單船容量也不斷增大，典型的LNG船尺寸見(jiàn)表5-1[1]。
(一) 雙層殼體
液化天然氣運(yùn)輸船設(shè)計(jì)普遍采用雙層殼體，在船舶的外殼體和儲(chǔ)槽間形成保護(hù)空間，從而減小了槽船因碰撞導(dǎo)致儲(chǔ)槽意外破裂的危險(xiǎn)性
表5-1 典型的LNG船尺寸
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項(xiàng)目 | 容量/m3(t) |
125000(50000) | 165000(661800) | 200000(80000) |
長(zhǎng)/m | 260 | 273 | 318 |
寬/m | 47.2 | 50.9 | 51 |
高/m | 26 | 28.3 | 30.2 |
吃水/m | 11 | 11.9 | 12.2 |
貨艙數(shù) | 4 | 4 | 5 |
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儲(chǔ)槽采用全冷式或半冷半壓式。大型LNG運(yùn)輸船一般采用全冷式儲(chǔ)槽。小型沿海LNG運(yùn)輸船一般采用半冷半壓式。LNG在101.325kPa、-163℃下儲(chǔ)存，其低溫液態(tài)由儲(chǔ)罐外的絕熱層和LNG的蒸發(fā)維持，儲(chǔ)罐的壓力由抽去蒸發(fā)的氣體來(lái)控制，蒸發(fā)氣可作為運(yùn)輸船的推進(jìn)系統(tǒng)燃料。
(二) 隔熱技術(shù)
低溫儲(chǔ)槽可以采用的隔熱方式有真空粉末、真空多層、高分子有機(jī)發(fā)泡材料等。真空粉末隔熱，尤其是真空珠光砂隔熱方式，具有對(duì)真空度要求不高、工藝簡(jiǎn)單、隔熱效果較好的特點(diǎn)。但在保證制造工藝的前提下，與真空粉末隔熱相比，真空多層隔熱具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 真空粉末隔熱的夾層厚度要比真空多層隔熱夾層大一倍，也即對(duì)于相同容積的外殼，采用真空多層隔熱的儲(chǔ)槽的有效容積要比采用真空粉末隔熱的儲(chǔ)槽大27%左右，因而相同的外形尺寸的儲(chǔ)槽可以提供更大的裝載容積。
(2) 對(duì)于大型儲(chǔ)槽來(lái)說(shuō)，由于夾層空間較大，粉末的質(zhì)量也相應(yīng)增加，從而增加了儲(chǔ)槽的裝備質(zhì)量，降低了裝載能力，加大了運(yùn)輸能耗，這點(diǎn)在大型LNG槽船上尤其明顯，而真空多層絕熱方式具有這方面的顯著優(yōu)勢(shì)。
(3) 采用真空多層隔熱方式可避免槽船航行過(guò)程中因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的隔熱層絕熱材料沉降。
輕質(zhì)多層有機(jī)發(fā)泡材料也常用于LNG槽船上。目前，LNG儲(chǔ)槽的日蒸發(fā)率已經(jīng)可以保持在0.15%以下[2]。另外，隔熱層還充當(dāng)了防止意外泄漏的LNG進(jìn)入內(nèi)層船體的屏障。同廣泛應(yīng)用在低溫管道和容器上的隔熱板結(jié)構(gòu)一樣，LNG儲(chǔ)槽的隔熱結(jié)構(gòu)也是由內(nèi)部核心隔熱部分和外層覆壁組成。針對(duì)不同的儲(chǔ)槽日蒸發(fā)率要求，內(nèi)層核心絕熱層的厚度和材料也不同，而且與一般低溫容器上標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)發(fā)泡隔熱層不同，LNG儲(chǔ)槽的隔熱板采用多層結(jié)構(gòu)，由數(shù)層泡沫板組合而成。所采用的有機(jī)材料泡沫板需要滿足低可燃性、良好的絕熱性和對(duì)LNG的不溶性。
內(nèi)層核心有機(jī)材料泡沫板的材料選取一般為聚苯乙烯泡沫、強(qiáng)化玻璃纖維聚亞氨酯泡沫或PVC泡沫材料。另外，LNG運(yùn)輸船上的隔熱板還可以和內(nèi)層核心隔熱第二層一起充當(dāng)中間的LNG蒸氣保護(hù)屏，第三層由兩層玻璃纖維夾一層鋁箔構(gòu)成。
外層覆壁一般由0.3mm的鋁板、波紋不銹鋼板(304L，1.2mm)或鎳(36%)一鋼合金(0.7mm)組成，它不但可應(yīng)用在外層覆壁和夾層，還可作為與LNG接觸的第一道屏障。所有的金屬板都被焊接在一起，有機(jī)材料用2-K Pu膠黏合。
(三) 再液化
低溫LNG儲(chǔ)槽控制低溫液體的壓力和溫度的有效方法是將蒸發(fā)氣再液化，這可以降低低溫液體儲(chǔ)槽保溫層的厚度，進(jìn)而降低船舶造價(jià)、增加貨運(yùn)量、提高航運(yùn)經(jīng)濟(jì)性。
低溫LNG槽船的再液化裝置的制冷工藝可以采用以LNG為工質(zhì)的開(kāi)式循環(huán)或以制冷劑為工質(zhì)的閉式循環(huán)。以自持式再液化裝置為例，裝置本身耗用1/3的蒸發(fā)氣作為裝置動(dòng)力，可回收2/3的蒸發(fā)氣，具有很高的節(jié)能價(jià)值。雖然，再液化技術(shù)至今還沒(méi)有應(yīng)用到LNG船上，但根據(jù)LNG船大型化和推進(jìn)方式的變化，采用BOG的再液化已提到日程。
