天然氣作為重要的優質能源,是怎樣從產地運輸到使用地的?除了人們熟悉的管道運輸外,還有一種被稱為“海上超級冷凍車”的LNG(液化天然氣)船,能在零下163℃低溫下運輸液化天然氣,是世界公認的最難建造,高技術、高可靠性、高附加值的“三高”特殊船舶。
4月15日,由中國自主設計制造的國內最大LNG運輸船—— “泛亞”號順利在滬東中華船廠出塢下水,設計噸位8.25萬噸,總艙容約17.4萬立方米,裝載的LNG汽化后容量將達1.07億立方米,需要116個“水立方”才能容納。
“我們的目標就是,在LNG船舶制造的高端領域有我們中國人自己的一席之地。從國家戰略上來講,可以保障國家能源供給和運輸的安全。”滬東中華開發研究所LNG船主任設計師宋煒對澎湃新聞說。在他看來,在這個宏大目標的背后,還有他和同事對匠人精神的一份執著:做出更優質的產品。
國內能建造大型LNG船的只有滬東一家
“造船酸甜苦辣都會遭遇,遇到什么問題最后都要平心靜氣、百折不撓地解決。” 宋煒個子不高,身穿一套灰色的工裝,走在工廠中,誰也不知道,他就是目前中國最大LNG船的研發者之一。
他的工位在辦公室的一個角落,旁邊就是著一本關于第二代LNG船的資料,重達十多斤,這只是眾多資料中的一本。這些資料,記錄了當時關鍵環節的分析和梳理,承載著宋煒多年的心血,而LNG船巨大的船體,就在這樣一個個格子間和一本本資料中誕生。
“歐美對華高新技術一直是禁售封鎖的,我們國家要發展各種高端船型,需要我們獨立自主、自力更生。”宋煒告訴澎湃新聞,在國內目前能夠設計制造大型LNG船的公司只有滬東一家。而在世界范圍內,能設計制造LNG船的國家也僅有中、日、韓等幾個國家。
1998年,主修船舶動力機械的宋煒在大學畢業后進入當時的滬東造船廠。進公司以后,他做過許多液貨船的產品,包括全程參與研制了公司歷史上第一條11萬噸的油輪,從無到有的船型研發鍛煉了宋煒可以獨當一面的專業能力。
2007年,國際上出現了新一代LNG船型和新的設計理念,船體趨于大型化,而中國也需要這樣的船。由于第二代LNG船型相較于第一代性能的提升主要在推進系統的設計上,專業扎實的宋煒被選中,投入到第二代LNG船的研發中。
宋煒回憶,2007年公司所面臨的形勢非常緊迫,當時第一批LNG船基本在2010年交付完成,如果再不推出新一代的LNG船,那么專門開辟的生產線就會被關閉,相關高精尖的技術人員也會流失。“當時,第二代LNG船的研發‘只許成功,不許失敗’。”宋煒說,LNG船屬于勞動密集型產品,一條船的制造至少需要幾百萬工時。當時,韓國設計制造的LNG船處于國際頂尖水平,而其對這項技術完全保密。這也意味著,宋煒和他的隊友們,在新一代LNG船研發過程中,只能完全靠自己,而在此過程中遇到的每一個問題,都是國內的空白。
只能從國外報紙、雜志報道中尋找線索
“船舶行業有兩種船型是最頂尖的,一個是叫LNG船,另一個則是大家熟悉的豪華游輪。從運輸船型來說,LNG是最頂尖的商船,建造難度堪比航母。”宋煒形容。
數萬噸零下163℃的液態天然氣要漂洋過海,安全地完成幾千公里的長途運輸,這對于LNG船的安全性要求極高。船艙內低溫一旦泄露,就容易使船體鋼板脆裂,此時如果液化天然氣從裂縫漏出,會迅速汽化,形成易燃易爆的混合空氣。因此,國內把50噸以上的液化天然氣定義為“重大危險源”,而LNG船上裝載的LNG多達數萬噸。“這種船裝了貨以后,就像一顆浮動的炸彈。”宋煒說。這也意味著,LNG船的設計制造絕對不能出錯,一旦發生泄漏、爆炸事故,這樣一艘爆燃的龐然大物在海上根本無法進行緊急處置。即便船舶已經近海,為了保障碼頭和周邊居民的安全,也無法允許其輕易靠岸。
除了設計上的難題,在LNG船的國際貿易中還采用“照付不議”的商業模式,即除非不可抗力,船舶如因故障錯過既定的港口裝貨期而未實際裝貨,貨主仍需要依照合同約定照付貨物費用,這種模式也要求LNG船有超高的可靠性。 “LNG船一條船上有成千上萬個組件,而任何單一的組件產生故障,小至一個電路、一個閥門,都可能導致整體出現故障問題。”宋煒表示,一條LNG船造價高達2億多美元,沒有客戶會買一條有絲毫不安全和不可靠因素的LNG船。
為了填補設計空白,外國海事報道、船舶的雜志報道成了宋煒的參考資料,而這些信息都是邊緣化的。“就好像搜集情報,大海撈針。”讓宋煒印象深刻的是,當時,國外海事新聞的報道稱船舶下水試航,結果發現和設計預期出現比較大的偏離,這引起了宋煒和同事的高度重視。但是,報道對原因的分析,只有簡單的一句“實測的兩臺主機的功率與模型實驗預報的功率有出入”。于是,宋煒只能苦思冥想,整個過程中有哪些環節?是什么原因可能會造成這個后果?經過數個月對雙艉推進和單艉推進的不同特性的全面思索,和利用一切與國外船東、船級社交流的機會,這個懸念歷經兩年才解開。
還有一次,宋煒看到報道上有一張韓國LNG船的遠景照片,看得出艉樓形狀非常怪異。當時,宋煒就開始在心里對其進行“CT掃描”,琢磨里面的五臟六腑會是什么。借著這點蛛絲馬跡,宋煒對第二代LNG船上特有的大型設備--天然氣焚燒塔的布置有了自己的想法。
關鍵時刻“設計師的腦子比計算機更好用”
“圖紙不完成,下一步就不能繼續。”宋煒回憶說,在第二代LNG船的研發過程中,他經常失眠,整個人都瘦了五六斤。有一年半時間里,幾乎每個周六整個設計團隊基本都在公司加班,沒有放假的概念。
從第一代到第二代,對船舶的性能有著更高要求,如何在非常有限的空間內,把船舶上的各個機電系統緊湊密集地合理布置,并且將這些系統有機地匹配起來實現協同可靠地運行,成為宋煒要做的事情。
他首先需要對動力推進系統進行改進。第一代LNG船是采用單螺旋槳推進,第二代LNG船采用了雙艉推進,從單艉到雙艉在技術上并非簡單的一加一,比如單螺旋槳的水流不會產生干擾,但是兩個螺旋槳之間,內側外側的流場完全不對稱,導致受力狀態十分復雜,在艉管后軸承里軸的運行軌跡就會變得飄忽不定,所以必須在設計上克服許多問題。宋煒通過采用艉管軸承第二道斜坡的特殊形狀設計,以便實現軸承型線可以與雙艉推進可能產生的各種軌跡相耦合,同時采用了大量船艉部精細變性分析,螺旋槳動力學CFD方法以及多種軸系專業分析軟件的綜合應用,來形成涵蓋各種極端惡劣情況下安全推進的雙軸系推進方案。
最終,國產第一代LNG船的艙容為14.7萬立方米,第二代的艙容為17.2萬立方米,雖然艙容變大了17%,但所需要的推進功率是一樣的,能耗顯著下降了25%。第一代只能用鍋爐燃燒貨艙揮發氣產生動力,采用蒸汽推進,但到了第二代就有多種選擇,可以利用柴油機將貨艙揮發氣作為燃料,相比鍋爐燃燒會更為高效;也可以利用再液化設備液化回收來達到理論上的100%液貨交付,整個貨物運輸過程中就不會產生損失。可以根據客戶的需求來做選擇。
用了三年時間,宋煒和他的團隊成功開發出了第二代LNG船,并在2010年競標成功,2011年順利簽下價值50多億人民幣的合同。2013年4月中旬,建造中的第二代LNG船進行到了關鍵的安裝問題,艉軸在艉管后軸承穿插時最小處只有0.01毫米的間隙,一旦有絲毫的錯位,將前功盡棄。如何讓這根長達14米的軸幾乎分毫不差地塞入船體,宋煒腦海里無數遍演算數據。“這種時刻,設計師的腦子比計算機更好用,所有的數據都在設計師的腦海里刻著。”最終,設備成功安裝到位,宋煒也松了一口氣。
如今,停不下來的宋煒,已經投入到第三代LNG船的研發中。
4月15日,由中國自主設計制造的國內最大LNG運輸船—— “泛亞”號順利在滬東中華船廠出塢下水,設計噸位8.25萬噸,總艙容約17.4萬立方米,裝載的LNG汽化后容量將達1.07億立方米,需要116個“水立方”才能容納。
“我們的目標就是,在LNG船舶制造的高端領域有我們中國人自己的一席之地。從國家戰略上來講,可以保障國家能源供給和運輸的安全。”滬東中華開發研究所LNG船主任設計師宋煒對澎湃新聞說。在他看來,在這個宏大目標的背后,還有他和同事對匠人精神的一份執著:做出更優質的產品。
國內能建造大型LNG船的只有滬東一家
“造船酸甜苦辣都會遭遇,遇到什么問題最后都要平心靜氣、百折不撓地解決。” 宋煒個子不高,身穿一套灰色的工裝,走在工廠中,誰也不知道,他就是目前中國最大LNG船的研發者之一。
他的工位在辦公室的一個角落,旁邊就是著一本關于第二代LNG船的資料,重達十多斤,這只是眾多資料中的一本。這些資料,記錄了當時關鍵環節的分析和梳理,承載著宋煒多年的心血,而LNG船巨大的船體,就在這樣一個個格子間和一本本資料中誕生。
“歐美對華高新技術一直是禁售封鎖的,我們國家要發展各種高端船型,需要我們獨立自主、自力更生。”宋煒告訴澎湃新聞,在國內目前能夠設計制造大型LNG船的公司只有滬東一家。而在世界范圍內,能設計制造LNG船的國家也僅有中、日、韓等幾個國家。
1998年,主修船舶動力機械的宋煒在大學畢業后進入當時的滬東造船廠。進公司以后,他做過許多液貨船的產品,包括全程參與研制了公司歷史上第一條11萬噸的油輪,從無到有的船型研發鍛煉了宋煒可以獨當一面的專業能力。
2007年,國際上出現了新一代LNG船型和新的設計理念,船體趨于大型化,而中國也需要這樣的船。由于第二代LNG船型相較于第一代性能的提升主要在推進系統的設計上,專業扎實的宋煒被選中,投入到第二代LNG船的研發中。
宋煒回憶,2007年公司所面臨的形勢非常緊迫,當時第一批LNG船基本在2010年交付完成,如果再不推出新一代的LNG船,那么專門開辟的生產線就會被關閉,相關高精尖的技術人員也會流失。“當時,第二代LNG船的研發‘只許成功,不許失敗’。”宋煒說,LNG船屬于勞動密集型產品,一條船的制造至少需要幾百萬工時。當時,韓國設計制造的LNG船處于國際頂尖水平,而其對這項技術完全保密。這也意味著,宋煒和他的隊友們,在新一代LNG船研發過程中,只能完全靠自己,而在此過程中遇到的每一個問題,都是國內的空白。
只能從國外報紙、雜志報道中尋找線索
“船舶行業有兩種船型是最頂尖的,一個是叫LNG船,另一個則是大家熟悉的豪華游輪。從運輸船型來說,LNG是最頂尖的商船,建造難度堪比航母。”宋煒形容。
數萬噸零下163℃的液態天然氣要漂洋過海,安全地完成幾千公里的長途運輸,這對于LNG船的安全性要求極高。船艙內低溫一旦泄露,就容易使船體鋼板脆裂,此時如果液化天然氣從裂縫漏出,會迅速汽化,形成易燃易爆的混合空氣。因此,國內把50噸以上的液化天然氣定義為“重大危險源”,而LNG船上裝載的LNG多達數萬噸。“這種船裝了貨以后,就像一顆浮動的炸彈。”宋煒說。這也意味著,LNG船的設計制造絕對不能出錯,一旦發生泄漏、爆炸事故,這樣一艘爆燃的龐然大物在海上根本無法進行緊急處置。即便船舶已經近海,為了保障碼頭和周邊居民的安全,也無法允許其輕易靠岸。
除了設計上的難題,在LNG船的國際貿易中還采用“照付不議”的商業模式,即除非不可抗力,船舶如因故障錯過既定的港口裝貨期而未實際裝貨,貨主仍需要依照合同約定照付貨物費用,這種模式也要求LNG船有超高的可靠性。 “LNG船一條船上有成千上萬個組件,而任何單一的組件產生故障,小至一個電路、一個閥門,都可能導致整體出現故障問題。”宋煒表示,一條LNG船造價高達2億多美元,沒有客戶會買一條有絲毫不安全和不可靠因素的LNG船。
為了填補設計空白,外國海事報道、船舶的雜志報道成了宋煒的參考資料,而這些信息都是邊緣化的。“就好像搜集情報,大海撈針。”讓宋煒印象深刻的是,當時,國外海事新聞的報道稱船舶下水試航,結果發現和設計預期出現比較大的偏離,這引起了宋煒和同事的高度重視。但是,報道對原因的分析,只有簡單的一句“實測的兩臺主機的功率與模型實驗預報的功率有出入”。于是,宋煒只能苦思冥想,整個過程中有哪些環節?是什么原因可能會造成這個后果?經過數個月對雙艉推進和單艉推進的不同特性的全面思索,和利用一切與國外船東、船級社交流的機會,這個懸念歷經兩年才解開。
還有一次,宋煒看到報道上有一張韓國LNG船的遠景照片,看得出艉樓形狀非常怪異。當時,宋煒就開始在心里對其進行“CT掃描”,琢磨里面的五臟六腑會是什么。借著這點蛛絲馬跡,宋煒對第二代LNG船上特有的大型設備--天然氣焚燒塔的布置有了自己的想法。
關鍵時刻“設計師的腦子比計算機更好用”
“圖紙不完成,下一步就不能繼續。”宋煒回憶說,在第二代LNG船的研發過程中,他經常失眠,整個人都瘦了五六斤。有一年半時間里,幾乎每個周六整個設計團隊基本都在公司加班,沒有放假的概念。
從第一代到第二代,對船舶的性能有著更高要求,如何在非常有限的空間內,把船舶上的各個機電系統緊湊密集地合理布置,并且將這些系統有機地匹配起來實現協同可靠地運行,成為宋煒要做的事情。
他首先需要對動力推進系統進行改進。第一代LNG船是采用單螺旋槳推進,第二代LNG船采用了雙艉推進,從單艉到雙艉在技術上并非簡單的一加一,比如單螺旋槳的水流不會產生干擾,但是兩個螺旋槳之間,內側外側的流場完全不對稱,導致受力狀態十分復雜,在艉管后軸承里軸的運行軌跡就會變得飄忽不定,所以必須在設計上克服許多問題。宋煒通過采用艉管軸承第二道斜坡的特殊形狀設計,以便實現軸承型線可以與雙艉推進可能產生的各種軌跡相耦合,同時采用了大量船艉部精細變性分析,螺旋槳動力學CFD方法以及多種軸系專業分析軟件的綜合應用,來形成涵蓋各種極端惡劣情況下安全推進的雙軸系推進方案。
最終,國產第一代LNG船的艙容為14.7萬立方米,第二代的艙容為17.2萬立方米,雖然艙容變大了17%,但所需要的推進功率是一樣的,能耗顯著下降了25%。第一代只能用鍋爐燃燒貨艙揮發氣產生動力,采用蒸汽推進,但到了第二代就有多種選擇,可以利用柴油機將貨艙揮發氣作為燃料,相比鍋爐燃燒會更為高效;也可以利用再液化設備液化回收來達到理論上的100%液貨交付,整個貨物運輸過程中就不會產生損失。可以根據客戶的需求來做選擇。
用了三年時間,宋煒和他的團隊成功開發出了第二代LNG船,并在2010年競標成功,2011年順利簽下價值50多億人民幣的合同。2013年4月中旬,建造中的第二代LNG船進行到了關鍵的安裝問題,艉軸在艉管后軸承穿插時最小處只有0.01毫米的間隙,一旦有絲毫的錯位,將前功盡棄。如何讓這根長達14米的軸幾乎分毫不差地塞入船體,宋煒腦海里無數遍演算數據。“這種時刻,設計師的腦子比計算機更好用,所有的數據都在設計師的腦海里刻著。”最終,設備成功安裝到位,宋煒也松了一口氣。
如今,停不下來的宋煒,已經投入到第三代LNG船的研發中。