扛起船检“国家队”的使命担当
近日,央视镜头对准我国最大的造船基地——上海长兴岛,几艘LNG船正在紧锣密鼓地建造当中。而在2023年10月,中国船舶沪东中华造船厂则同时在建14艘LNG船,有望创造全年交付6艘的中国造船新纪录。5年间,沪东中华造船厂年交付能力翻了一番,我国LNG船也逐渐在激流勇进的国际造船市场站稳脚跟。这背后,离不开配套产业链的强大支撑。在我国LNG船崛起背后,中国船级社(CCS)正以一往无前的冲劲和勇攀高峰的韧劲默默努力着。
深耕不辍结硕果
如果给近几年的航运业建立一个热词库,“LNG船”必然是当之无愧的榜单常客。作为高技术、高附加值船舶,大型LNG船被冠以造船业“皇冠上的明珠”之称,但其设备复杂、技术要求高、造价昂贵,对大量造船市场来说是难啃的硬骨头。2008年,随着沪东中华造船厂成功交付我国首制薄膜型LNG船“大鹏昊”,我国造船业异军突起,正式开启LNG船建造新征程。与此同时,CCS也将各类液化气体运输船的安全检验重任扛在肩上。光阴荏苒,岁序更新。经过十数年磨砺与成长,一大批我国自主建造的大型LNG船陆续问世、踏浪前行,CCS则在实船检验和科研攻关中厚积薄发,逐渐夯实LNG船检验技术和服务能力。
2023年3月24日,沪东中华造船厂为中远海运中石油国事LNG运输项目建造的第三艘17.4万立方米大型LNG运输船“昆仑”号,提前一个月在上海长兴岛零号基地正式命名交付。“昆仑”会师姊妹船“少林”和“武当”,航运业也拥有了属于自己的武林派。与金庸小说中的人物相同,该系列大型LNG船各有神功。据了解,“昆仑”号是当今世界主流大型LNG船,船舶使用成熟的薄膜液货舱制造工艺,采用全球最新一代双燃料低速推进动力系统,设计并配备先进的环保装置,使船舶在燃气模式和燃油模式下运行均能满足国际海事组织最严格的排放标准,同时船上设置高度集成自动化货物控制与驾控、机舱排放控制系统,被授予CCS“绿色船舶环境保护”与“无人机舱”附加标志。而在刚刚过去的12月,第四艘姊妹船“峨眉”号也正式交船,该船较合同期提前9个半月命名交付,创下大型LNG船当年入坞、当年交付的中国船舶工业新纪录,也意味着沪东中华造船厂全年交付6艘LNG船,我国大型LNG船建造领域迎来新的里程碑。
“大鹏公主”号是全球最大潜水航道第四代LNG船,也是继我国首艘国产大型14.7万方立方米LNG船“大鹏昊”之后,沪东中华造船厂为同样位于深圳大鹏湾区域的华安LNG岸站配套的第一艘LNG船,与“大鹏月”“大鹏星”同样列属“大鹏系”。相比同系“前辈”,“大鹏公主”号货舱容量为7.996万立方米,而设计吃水为8.5米,是全球同级别舱容LNG船中吃水最浅的船型。另外,船舶采用浅吃水双艉鳍推进设计,配备艏侧推,使得船舶具备良好的推进性能和船舶操纵可靠性。玲珑艏设计相较于前几代也进行了创新和升级,球艏更短,可以更好兼顾不同吃水、航速下的阻力性能,提升船舶推进性能。基于船舶设计特点,“大鹏公主”号取得CCS基于谱分析的疲劳强度评估附加标志“SFA(WW,40)”、绿色护照环境保护附加标志“G-EP(GPR)”和压载水处理生态保护附加标志“G-ECO(BWM(T))”。随着新一代浅水航道LNG船的交付,我国内陆用气需求将得到进一步满足。
随着LNG船的应用和普及,LNG加注船应运而生。作为重要的LNG燃料加注模式,LNG加注船机动灵活、加注量大,发展空间十分广阔。基于此背景,国内首艘C型罐式专用LNG加注船“新奥普陀号”浮出水面。该船配备一台双燃料主机,两台双燃料发电机和轴带发电机,船上布置有两个独立式C型货罐,还设置有两个甲板罐,总加注能力越达8,500立方米。值得一提的是,“新奥普陀号”的成功建造全面验证了CCS《液化天然气燃料加注船舶规范》的安全性、适用性和合理性,标志着规范应用迈出了新的步伐,将为航运减排提供更加强劲的助力。
从十几年前“大鹏昊”的初次尝试,到如今全年交付LNG船数量突破6艘,沪东中华造船厂作为“第一个吃螃蟹的人”,带动了我国造船业在LNG船领域的瞬息万变。如今,我国LNG船建造市场满载硕果,这离不开中国造船人无数个日升日落的并肩奋战。而在一艘艘巨轮扬帆远航的背后,CCS开展培训、执行检验、制定规范、解题创新......始终在自己的岗位坚守和陪伴。
技术攻关求创新
随着国际LNG运输市场的日益繁荣,LNG船建造市场产生一系列连锁反应。新兴造船市场迎来LNG船订单高峰,中、韩、日三个造船强国在LNG船建造领域的竞争格局也悄然变化。韩国作为LNG船领域的先行者,拥有强大的造船阵容和技术实力,在国际造船市场具有明显优势。我国虽然相比韩国晚起步,但随着近年来国内造船企业以及全产业链的协同攻关,发展速度和成绩单亮眼。过去,LNG船九成以上订单归于韩国,而当下中国在LNG船的全球市场份额超过30%,这一份额还将继续刷新。面对全球日新月异的技术更新,以及LNG船市场风起云涌的格局演变,要想在日趋激烈的订单争夺战中持续脱颖而出,将技术创新融入血脉是破局的唯一办法。
殷瓦钢又叫不变形钢,是LNG船液货舱围护系统的核心材料。它的厚度仅为0.7毫米,相当于两层蛋壳,加上其复杂的材料特性,很长一段时间以来,只有国外的一家企业可以生产。2014年,“液化天然气船用殷瓦合金和绝缘箱胶合板关键技术应用研究”项目立项后,CCS、沪东中华、宝钢特钢合力开启了为期两年的科研攻关。CCS深入参与殷瓦钢研制全过程,编制《LNG船用殷瓦合金检验指南》,并协助宝钢特钢完成各项试验和检测,取得供应商认可。最终,宝钢特钢成功研制生产出殷瓦钢,我国成为目前世界上第二个可以生产殷瓦钢的国家。与此同时,沪东中华造船厂使用国产殷瓦钢进行实船模拟安装试验,CCS护航试验全程。不仅如此,在LNG船低温围护系统其他新材料应用方面,CCS充分发挥技术优势,推动断裂力学在LNG船用材料的应用,致力于开展船用LNG低温液货舱新材料的应用研究、材料断裂韧性评估技术研究。基于新材料研究成果,建立低温碳锰钢、高锰钢、7Ni钢等新材料技术标准,为国产新材料在LNG船上的新应用提供了助力。
LNG船的使用寿命一般为40至45年,因此货舱区域关键部位的疲劳强度评估是薄膜型LNG船设计阶段需要关注的重点。CCS《船体结构疲劳强度指南》基于等效设计波载荷体系,制定了薄膜型LNG船的疲劳强度评估要求。同时,根据载荷直接预报和疲劳谱分析原理,CCS发布《基于谱分析的船体结构疲劳强度评估指南》,提出适用于特定航线的薄膜型LNG船“个性化”疲劳强度分析解决方案。而针对B型LNG船设计的核心技术——疲劳裂纹扩展及泄漏量分析,CCS于2020年依托“液化气体运输船深化研究”项目,在研发团队的不懈努力下,取得关键技术突破,填补了重大技术空白,并开发了配套断裂力学分析软件。值得一提的是,基于上述研究成果,CCS于2022年实现了中国首制B型舱LNG船单一船级入级。
货舱围护系统是LNG船的核心系统,而晃荡载荷预报及其结构响应问题是货舱围护系统设计一直面临的技术难题之一。CCS《液舱晃荡载荷及构件尺寸评估指南》(简称《晃荡指南》)通过船舶与液货舱晃荡谐振判定,按烈度由低到高对晃荡运动进行分级。对不同谐振程度的大小液舱,《晃荡指南》提出相对应的船体结构校核要求和载荷计算方法。对薄膜型LNG舱围护系统的装卸货设备——泵塔及附件结构,《晃荡指南》明确泵塔结构强度评估的内容和流程,为业界开展泵塔结构设计和审图提供指导。
行而不辍,未来可期。近年来,作为助推航运、造船、能源及相关产业可持续发展的技术支撑机构,CCS审时度势、提前部署,在薄膜型、A型、B型、C型等LNG船诸如船体结构和液货围护系统的直接强度分析、疲劳强度评估、晃荡载荷评估、新材料应用、风险评估、行业组织要求符合性验证等关键技术方面取得丰硕成果,并不断在实船上得到应用。大型LNG船拥有成千上万个组件,关键细节更是车载斗量,而这其中属于CCS的贡献不必细数,因为CCS的服务、攻关和创新永远在路上。
规范筑基立体系
根据克拉克森的展望,2030年LNG船海运量将从2021年的3.8亿吨增至6.3亿吨,未来10年内海运量将增长65%。LNG船正以势不可挡的发展势头向航运业席卷而来。而自2022年伊始,我国逐渐形成以沪东中华、大船重工、江南造船、招商海门和江苏扬子江船业为主的多个大型LNG船建造企业集群,我国造船业注定要在这股“LNG”热潮中掀起波浪。业界要协同创新、剑指南山,更要在有规可依的基础上大展身手。2010年以来,CCS不断加大LNG船规范标准的研发和服务能力建设,目前已全面形成液化气体船规范体系和服务能力,为我国LNG船和配套产业链的高质量发展提供了坚实保障和有力支撑。
《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》是CCS液化气体运输船规范体系的主要组成部分之一,以国际海事组织《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》(IGC规则)及其修正案的技术要求为基础,为申请加入CCS船级的液化气体运输船而制定。规范由三篇内容组成,涵盖入级、检验、图纸资料送审、船体和液货舱结构、船舶布置、稳性和机电设备等多方面规定,其中针对A型、B型、C型独立舱型液化气体运输船船体结构和独立液货舱结构,全面给出了强度要求,包括总纵强度、构件尺寸描述性要求、舱段直接计算(包括屈服、屈曲、细化)、疲劳强度(包括纵骨名义应力、热点应力、B型舱疲劳裂纹扩展和泄漏分析)、温度场分析、晃荡载荷评估等技术要求。
随着薄膜型液化气体船的入级需求提升,CCS于2018年在《钢质海船入级规范》第2篇“船体”新增第20章“薄膜型液化气体运输船”,适用于包括薄膜型LNG船在内的薄膜型液化气体运输船,船型附加标志★CSA Liquefied Gas Carrier,Membrane Tank,给出了薄膜型液化气体船完整的结构强度技术内容,包含总纵强度(包括极限强度)、构件尺寸描述性要求、舱段直接计算(包括屈服、屈曲、细化)、疲劳强度(包括纵骨名义应力、热点应力、疲劳谱分析)、整船直接计算(包括屈服、屈曲)、温度场分析、晃荡载荷评估(包括泵塔振动)等技术要求。其中舱段直接计算要求的载荷计算已可考虑不同浪向角:0°(迎浪)、60°(斜浪)和90°(横浪)工况。
除上述两部规范外,CCS还发布了一系列重要指南。《船体结构疲劳强度指南》基于等效设计波载荷体系,给出了船长150m及以上各类液化气体运输船的船体结构和A/B型(棱形)独立液货舱的疲劳强度评估要求。对于LNG运输船、化学品运输船等液货船重要关注的晃荡及结构响应问题,《液舱晃荡载荷及构件尺寸评估指南》给出了液货舱晃荡水平判定、晃荡载荷计算和构件尺寸校核方法。根据IGC规则有关低温管路应力分析报告的规定,《低温管路应力分析指南》给出了低温管路应力分析的载荷定义和具体要求,并明确基本工况、载荷加载和评判衡准。另外,基于多年LNG船研究经验,CCS制定了适用于薄膜型LNG船和C型独立舱LNG船的建造和营运检验以及安全管理体系审核的《液化气体运输船检验指南》。与此同时,各类分析软件的开发应用也进一步保障了LNG船的安全、提高了设计审图效率。
天高海阔,巨轮林立,我国未来的海岸线必定是蔚为壮观。与方兴未艾的LNG船齐头并进,CCS入级船型已覆盖大型薄膜型LNG运输船、大型A型独立舱LPG运输船、B型独立舱LNG运输船以及大型乙烷运输船、C型独立舱LNG运输船等。目前,CCS正继续聚焦液化气体运输船目标型结构规范转型升级和液货舱围护系统安全标准应用,努力形成对LNG运输装备设计研发制造的标准引领能力,为LNG运输船行业高质量发展提供技术支撑和安全保障。而放眼全球造船市场,面对2023年我国船企新造船订单量以59%的占比位居第一的佳绩,CCS也将继续保持冲劲和韧劲,与我国造船业携手共进、砥砺前行,彰显船检“主力军”的责任与担当。
(记者 白丽荣)
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