这个领域,中国正在追赶韩国!
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中韩竞逐LNG
文字:Sha
校稿:朝乾 / 编辑:板栗
中国LNG(液化天然气)运输船更厉害了!
2023全年,江南造船、扬子江船业和招商工业等多家中国造船厂相继开工生产大型LNG运输船。到今年,我国大型LNG运输船的国产化水平将从不足40%提高到70%。
2023年12月18日,国内首套LNG船用计量系统取得中国船级社的认证。这套系统用于加注LNG时,对其总能量进行计量,以保障贸易交接的精确可靠。
取得认证后,这套计量系统将应用在我国首艘、全球最大的LNG运输船“海洋石油301”上。
自从2022年欧洲天然气危机以来,LNG运输船租金水涨船高,太平洋和大西洋上单日租金一度飙升至10万美金的高点。
LNG船造价高、技术高、可靠性要求高
不是随随便便说造就能造的(图:HHI)▼
回看从第一艘LNG运输船甲烷先锋号(Methane Pioneer)诞生至今,仅65年光景,全球LNG运输船数量已超过668艘。其中,船龄小于20年的船只数量占比高达90%。
几十年过去,数量多了,体型也更大了
(图:arlis.org)▼
随着LNG市场需求的迅猛增长,LNG运输船已成为世界能源供应链上不可或缺的重要运输工具。这被誉为世界造船业“皇冠上的明珠”的运输船,其技术壁垒究竟是什么呢?
LNG运输船为什么难造?
为了便于运输,天然气需要冷却至约-162°C,变为液体,储存在LNG运输船的储罐中运往世界各地。然而,如此低温会让钢变脆易裂,极大增加了造船难度。至今,LNG运输船都有“沉睡氢弹”之称,稍有瑕疵的储罐都可能因气体泄漏引发毁灭性爆炸。
这庞然巨物如果发生事故,后果不堪设想
(横屏,图:shutterstock)▼
以载重约8万吨的”泛亚“号为例,一旦发生事故,便相当于约100万吨TNT当量的核弹能量,其危险性不容小觑。因此,LNG运输船中的液货围护系统就成了重要的技术门槛。
目前世界上比较常见的液货围护系统有两种,分别是法国GTT(Gaztransport & Technigaz)公司研发的薄膜型、挪威Moss Maritime研发的自支撑型。两种系统各具优劣势:
各有优缺点,具体看业主需求▼
两种系统都会在海运过程中产生少量的气体自然蒸发(boil-offgas),可能是大气环境中的热量转移,运输中的液体晃动,储罐冷却或减压过程导致的。在满载条件下,薄膜型运输船每日蒸发率大概小于0.10%,而自支撑型运输船每日蒸发率为0.15%左右。
薄膜型系统以其更高效的空间利用率和相对低蒸发率而更受欢迎,在现有的LNG运输船中占比高达81%。
降低蒸发率对行业来说至关重要
(图:shutterstock)▼
MKⅢ薄膜型LNG船的货舱,极具科幻感
(图:9gag.com)▼
上世纪80年代前,欧美一直垄断全球LNG运输船市场。随着欧洲开始考虑人力成本等因素而淘汰制造业,才将造船接力棒交给亚洲。
1980年至1990年初,日本接过造船生意,引进欧洲技术建造了自支撑型的LNG船。1993年至1994年期间建造的13艘LNG船中,有10艘为日本造的。
许多日本著名造船商都有此类船型的交付业绩
(横屏,图:shutterstock)▼
1994年,韩国建造了其第一艘LNG运输船,开始了与日本的竞争。进入21世纪后,韩国凭借高性价比战略占据全球约7成市场份额,取代日本稳坐亚洲造船业头把交椅。
韩国大宇造船承建的LNG运输船(图:壹图网)▼
虽然,亚洲已经成功建造了LNG运输船并占据大部分市场份额,但直至今日仍有很多技术专利掌握在欧洲国家手中。因此,亚洲每建造一艘LNG运输船,都需向欧洲专利国支付约5%的专利费。也就是说,一艘耗费约2亿美金的LNG运输船,专利费就要约1000万美金。
除了液货围护系统的技术专利这一阻碍,用于制造LNG储罐的殷瓦钢(Invar,FeNi36)也曾是亚洲造船国绕不过去的一道门槛。
这玩意儿外表平平无奇,但应用面很广
(图:alloysintl.com)▼
殷瓦钢是一种含铁约64%,镍36%的热膨胀系数低的高韧性合金,能在正负200°C的条件下都不易发生变形或断裂。这些特性决定了殷瓦钢非常适合被应用到如LNG运输船和航空航天等精密仪器装备中。
法国GTT公司的薄膜型液货围护系统就需要使用殷瓦钢制作储罐内膜,以达到保温密封的效果。由于殷瓦钢曾一度被法国垄断,迫于其在造船过程中的必要性,亚洲国家只能不情愿地为其高昂价格买单。
不掌握核心科技,确实容易被人卡脖子
(GTT公司设计的储罐内部,图:GTT)▼
但是,聪明勤奋的亚洲人决不会让殷瓦钢长期成为造船路上的拦路虎,中韩两国都使尽浑身解数来改变这一局面。
韩国:推陈出新的武林盟主
造船之路,遍布坎坷,韩国有今日的成就,也不是一蹴而就的。起初,韩国也曾因没有实际造船经验而无法赢得国际招标。韩国政府为方便进口LNG,决定自行建造4艘运输船,并全由本国造船厂承建。此后,韩国逐渐将造船重心从油船转移到LNG运输船上。
自己造船,省钱,还能赚别人的钱
(韩国现代重工造船厂 图:壹图网)▼
从韩国建造其第一艘LNG运输船以来,吸收外国技术与坚持科技创新并驾齐驱,不仅自主研发了自动高电流金属惰性气体焊接机,还成功开发了世界上第一艘电动超大型LNG船、第一艘多功能天然气运输船和第一艘极地自破冰型LNG运输船等多种船型。
第一艘极地自破冰型LNG运输船
Christophede Margerie号
(图:shutterstock)▼
长期修炼的科技实力加上5家造船大厂的建造能力(现代重工、大宇造船厂、三星重工、韩进重工和三湖重工),共同铸就了韩国在世界LNG运输船市场的傲人成绩。
韩国在造船这个领域还是有深厚的积淀的
(图:壹图网)▼
但韩国并没有止步不前,其在核心系统和相关材料设备等领域的研发投入从未停止。大宇造船联合高校开发设计适用于极寒条件的隔热设备和工程系统,三星重工也在再气化系统和再液化系统领域均有布局。
用别人的专利是要给钱的
还是自己的技术用起来香
(再气化工艺流程示意 图:DSME)▼
安装在船首的再气化设施(图:DSME)▼
2022年6月,韩国宣布已成功将高锰钢材料应用于LNG储罐中。此前,《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》规定仅有4种材料可用于制造LNG储罐:9%镍钢、殷瓦钢、铝合金钢和奥氏体不锈钢。韩国这一创举不仅为建造LNG储罐新添原材料,也打破其从法国采购殷瓦钢的“魔咒”。
从技术到材料,韩国努力摆脱对外界的依赖
(图:DSME)▼
高锰钢,全称为高锰奥氏体低温钢,锰含量约为22.5%-25.5%,其耐磨损,韧性强,低温性能好,可在高冲击负荷下安全运行。
高锰钢强度高,塑性好,价格低
是十分理想的材料▼
高锰钢不是新钢品种,早已成功应用于铁路、军工等,如高锰钢制铁轨和坦克履带。但其强度大,切割和焊接难度大,锰蒸汽对环境和人体均有害,需要解决这几个难题才能更好的应用于LNG运输船的建造中。我国在此领域的研究起步晚于韩国,还在持续进行中。
中国在材料的研究上也正在迎头赶上▼
由于高锰钢的经济性是镍钢的3倍,且锰在地球中储量颇丰,不易出现资源短缺,因此韩国此项技术突破或将增加其在造船领域的竞争力。
不得不说,韩国这些年之所以能在LNG造船界屹立不倒,其推陈出新的科技创新和完善的产业布局确实功不可没。
不过随着LNG船需求的激增,韩国船坞爆满
给到中国的订单也就增加了
(图:shutterstock)▼
半个多世纪以来,LNG运输船的建造由欧美过渡到日韩。虽然如今韩国暂居世界第一,但是其身后有一个不可忽视的“黑马”选手正马不停蹄地追赶,那就是中国。
中国:埋头苦干的黑马选手
1999年,基于国家能源结构调整需求,我国也启动了LNG运输项目,并在2008年成功交付沪东中华建造的国内首艘LNG运输船“大鹏昊”。
造船工业“皇冠上的明珠”终于被我们拿下
这对我国能源安全有着十分重大的意义
(“大鹏昊” 图:沪东中华)▼
2013年,我国开始研发LNG船用殷瓦钢,历时4年攻坚战,终于在2017年成功获得法国GTT公司认证。
自此,我国终于打破法国对殷瓦钢的垄断,有效降低制造成本,提高自主建造能力。宝钢特钢也因此在达到极高的生产加工工艺要求后,继法国GTT之后成为全球第二家殷瓦钢产销公司。
打破了材料垄断
中国的LNG船建设又迈上了一个新台阶
(图:BAOWU)▼
其实,殷瓦钢除了制作工艺高,加工难度大以外,还有一个技术性难题就是焊接。殷瓦钢可以说是钢中贵族,其厚度一般只有约0.7mm。焊接过程中不能接触任何水汽,如果用手触摸一下,不到24小时后,整片殷瓦钢就会锈穿废掉。
这东西之后装的可是“沉睡的氢弹”
这可万万不敢马虎啊▼
因此,一位合格的殷瓦钢焊接工人需要经过长时间的学习、练习,并通过国外专业机构认证。培养一位合格的殷瓦钢焊工大约要花费20-30万人民币左右,同时还要累积可能长达2年的试验才有资格上岗。
由于殷瓦钢如此娇贵又薄如纸张,焊接过程中必须保持空气干燥,焊工需要佩戴专业的吸汗手套,时刻注意不能有一滴汗珠掉落在钢面上,这对焊工的耐心、细心和专业度有着极高的考验。
殷瓦钢焊接心要平手要稳,针眼大的漏点都不能有
一焊就是数小时,不愧是“大国工匠”▼
而如今,我国不仅实现了殷瓦钢国产化,也培养了一批高级殷瓦钢焊工,为造船之路锦上添花。虽然我国起步晚于日韩,但发展迅猛,从最初的引进国外技术专利和拆解国外LNG运输船开始,一步步攻克层层技术难关才有了今日的世界级领先制造水平。
截至2022年8月,全球LNG新船订单共计111艘(超过前年86艘),韩国已拿到83艘的订单(占75%),中国承接28艘(占25%,2021全年我国仅有14艘订单)。
2022年较2021年订单数增长了一倍▼
目前,除了沪东中华外,江南造船厂,大船重工以及扬子江船业也陆续加入了建造LNG运输船的队伍。沪东中华更是在建舱容27万立方米的LNG运输船,一旦建成,将超过韩国为卡塔尔制造的Q-max(26.6万立方米),成为世界上最大的LNG运输船。
虽然起步晚,但已经在向最高峰发起冲击了
(图:沪东中华)▼
以上种种不难看出,想在LNG运输船市场中分一杯羹,独立自主的科技研发和建造能力是核心。
另外,与韩国相对完善的造船产业链相比,我国还需要加强配套产业协同发展,增强高附加值造船业零部件的生产和供应能力,进而提高我国综合造船实力。
光把造船造出来不够,还要发展全产业链
(图:沪东中华)▼
欧洲的能源危机和世界LNG运输船的短缺,为我国造船业提供了一个不可多得的发展机会。中国究竟是否能在未来超越韩国,还要看技术的更新迭代,生产力的配合以及全产业链的完善。
这场中韩造船PK赛,才刚刚拉开帷幕。
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封面:shutterstock
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