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宋炜:突破技术封锁研发超级冷冻船

日期:2020-03-28 14:54:26    作者:海工人    阅读:49    评论:0


2016年3月18日,上海,沪东中华造船厂船舶设计师宋炜正在查看船舶设计稿图。

天然气作为重要的优质能源,是怎样从产地运输到使用地的?除了人们熟悉的管道运输外,还有一种被称为“海上超级冷冻车”的LNG(液化天然气)船,能在零下163℃低温下运输液化天然气,是世界公认的最难建造,高技术、高可靠性、高附加值的“三高”特殊船舶。

4月15日,由中国自主设计制造的国内最大LNG运输船—— “泛亚”号顺利在沪东中华船厂出坞下水,设计吨位8.25万吨,总舱容约17.4万立方米,装载的LNG汽化后容量将达1.07亿立方米,需要116个“水立方”才能容纳。

“我们的目标就是,在LNG船舶制造的高端领域有我们中国人自己的一席之地。从国家战略上来讲,可以保障国家能源供给和运输的安全。”沪东中华开发研究所LNG船主任设计师宋炜对澎湃新闻说。在他看来,在这个宏大目标的背后,还有他和同事对匠人精神的一份执着:做出更优质的产品。

国内能建造大型LNG船的只有沪东一家

“造船酸甜苦辣都会遭遇,遇到什么问题最后都要平心静气、百折不挠地解决。” 宋炜个子不高,身穿一套灰色的工装,走在工厂中,谁也不知道,他就是目前中国最大LNG船的研发者之一。

他的工位在办公室的一个角落,旁边就是着一本关于第二代LNG船的资料,重达十多斤,这只是众多资料中的一本。这些资料,记录了当时关键环节的分析和梳理,承载着宋炜多年的心血,而LNG船巨大的船体,就在这样一个个格子间和一本本资料中诞生。

“欧美对华高新技术一直是禁售封锁的,我们国家要发展各种高端船型,需要我们独立自主、自力更生。”宋炜告诉澎湃新闻,在国内目前能够设计制造大型LNG船的公司只有沪东一家。而在世界范围内,能设计制造LNG船的国家也仅有中、日、韩等几个国家。

1998年,主修船舶动力机械的宋炜在大学毕业后进入当时的沪东造船厂。进公司以后,他做过许多液货船的产品,包括全程参与研制了公司历史上第一条11万吨的油轮,从无到有的船型研发锻炼了宋炜可以独当一面的专业能力。

2007年,国际上出现了新一代LNG船型和新的设计理念,船体趋于大型化,而中国也需要这样的船。由于第二代LNG船型相较于第一代性能的提升主要在推进系统的设计上,专业扎实的宋炜被选中,投入到第二代LNG船的研发中。

宋炜回忆,2007年公司所面临的形势非常紧迫,当时第一批LNG船基本在2010年交付完成,如果再不推出新一代的LNG船,那么专门开辟的生产线就会被关闭,相关高精尖的技术人员也会流失。“当时,第二代LNG船的研发‘只许成功,不许失败’。”宋炜说,LNG船属于劳动密集型产品,一条船的制造至少需要几百万工时。当时,韩国设计制造的LNG船处于国际顶尖水平,而其对这项技术完全保密。这也意味着,宋炜和他的队友们,在新一代LNG船研发过程中,只能完全靠自己,而在此过程中遇到的每一个问题,都是国内的空白。

  

只能从国外报纸、杂志报道中寻找线索

“船舶行业有两种船型是最顶尖的,一个是叫LNG船,另一个则是大家熟悉的豪华游轮。从运输船型来说,LNG是最顶尖的商船,就像‘飞机里的战斗机’。”宋炜形容。

数万吨零下163℃的液态天然气要漂洋过海,安全地完成几千公里的长途运输,这对于LNG船的安全性要求极高。船舱内低温一旦泄露,就容易使船体钢板脆裂,此时如果液化天然气从裂缝漏出,会迅速汽化,形成易燃易爆的混合空气。因此,国内把50吨以上的液化天然气定义为“重大危险源”,而LNG船上装载的LNG多达数万吨。“这种船装了货以后,就像一颗浮动的炸弹。”宋炜说。这也意味着,LNG船的设计制造绝对不能出错,一旦发生泄漏、爆炸事故,这样一艘爆燃的庞然大物在海上根本无法进行紧急处置。即便船舶已经近海,为了保障码头和周边居民的安全,也无法允许其轻易靠岸。

除了设计上的难题,在LNG船的国际贸易中还采用“照付不议”的商业模式,即除非不可抗力,船舶如因故障错过既定的港口装货期而未实际装货,货主仍需要依照合同约定照付货物费用,这种模式也要求LNG船有超高的可靠性。 “LNG船一条船上有成千上万个组件,而任何单一的组件产生故障,小至一个电路、一个阀门,都可能导致整体出现故障问题。”宋炜表示,一条LNG船造价高达2亿多美元,没有客户会买一条有丝毫不安全和不可靠因素的LNG船。

为了填补设计空白,外国海事报道、船舶的杂志报道成了宋炜的参考资料,而这些信息都是边缘化的。“就好像搜集情报,大海捞针。”让宋炜印象深刻的是,当时,国外海事新闻的报道称船舶下水试航,结果发现和设计预期出现比较大的偏离,这引起了宋炜和同事的高度重视。但是,报道对原因的分析,只有简单的一句“实测的两台主机的功率与模型实验预报的功率有出入”。于是,宋炜只能苦思冥想,整个过程中有哪些环节?是什么原因可能会造成这个后果?经过数个月对双艉推进和单艉推进的不同特性的全面思索,和利用一切与国外船东、船级社交流的机会,这个悬念历经两年才解开。

还有一次,宋炜看到报道上有一张韩国LNG船的远景照片,看得出艉楼形状非常怪异。当时,宋炜就开始在心里对其进行“CT扫描”,琢磨里面的五脏六腑会是什么。借着这点蛛丝马迹,宋炜对第二代LNG船上特有的大型设备--天然气焚烧塔的布置有了自己的想法。

  

关键时刻“设计师的脑子比计算机更好用”

“图纸不完成,下一步就不能继续。”宋炜回忆说,在第二代LNG船的研发过程中,他经常失眠,整个人都瘦了五六斤。有一年半时间里,几乎每个周六整个设计团队基本都在公司加班,没有放假的概念。

从第一代到第二代,对船舶的性能有着更高要求,如何在非常有限的空间内,把船舶上的各个机电系统紧凑密集地合理布置,并且将这些系统有机地匹配起来实现协同可靠地运行,成为宋炜要做的事情。

他首先需要对动力推进系统进行改进。第一代LNG船是采用单螺旋桨推进,第二代LNG船采用了双艉推进,从单艉到双艉在技术上并非简单的一加一,比如单螺旋桨的水流不会产生干扰,但是两个螺旋桨之间,内侧外侧的流场完全不对称,导致受力状态十分复杂,在艉管后轴承里轴的运行轨迹就会变得飘忽不定,所以必须在设计上克服许多问题。宋炜通过采用艉管轴承第二道斜坡的特殊形状设计,以便实现轴承型线可以与双艉推进可能产生的各种轨迹相耦合,同时采用了大量船艉部精细变性分析,螺旋桨动力学CFD方法以及多种轴系专业分析软件的综合应用,来形成涵盖各种极端恶劣情况下安全推进的双轴系推进方案。

最终,国产第一代LNG船的舱容为14.7万立方米,第二代的舱容为17.2万立方米,虽然舱容变大了17%,但所需要的推进功率是一样的,能耗显着下降了25%。第一代只能用锅炉燃烧货舱挥发气产生动力,采用蒸汽推进,但到了第二代就有多种选择,可以利用柴油机将货舱挥发气作为燃料,相比锅炉燃烧会更为高效;也可以利用再液化设备液化回收来达到理论上的100%液货交付,整个货物运输过程中就不会产生损失。可以根据客户的需求来做选择。

用了三年时间,宋炜和他的团队成功开发出了第二代LNG船,并在2010年竞标成功,2011年顺利签下价值50多亿人民币的合同。2013年4月中旬,建造中的第二代LNG船进行到了关键的安装问题,艉轴在艉管后轴承穿插时最小处只有0.01毫米的间隙,一旦有丝毫的错位,将前功尽弃。如何让这根长达14米的轴几乎分毫不差地塞入船体,宋炜脑海里无数遍演算数据。“这种时刻,设计师的脑子比计算机更好用,所有的数据都在设计师的脑海里刻着。”最终,设备成功安装到位,宋炜也松了一口气。

如今,停不下来的宋炜,已经投入到第三代LNG船的研发中。

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