三、天然气和液化天然气船

LNG船是专门运输液化天然气的船舶，因具有技术共性，本书将LNG燃料动力船舶也作为本书内容的一部分。

1）液化天然气的主要成分及其优点

天然气来源为天然气田或油田伴生气，在炼油厂生产的炼厂气中也会有天然气。将天然气液化后就得到液化天然气，即LNG，天然气的主要组分为甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷及氮气等。

甲烷比较稳定、不易分解。甲烷的分子结构为正四面体，如图1-5所示。键角为109.5°。甲烷分子仅含有一个碳原子，是LNG组分中最轻的，其特性如下：沸点-161.5摄氏度，临界温度-82.5摄氏度，临界压力4.56兆帕，相对气体密度0.554，运输温度低至-163摄氏度，货品运输压力低至0.104兆帕，相对液体密度0.471，相对液体比热容0.465。甲烷的物理特性曲线如图1-6所示。

图1-5　甲烷的分子结构

图1-6　甲烷的物理特性曲线

天然气的主要优点如下：

（1）热值高，1千克天然气燃烧后的发热量，相当于1.25千克柴油的发热量。

（2）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高（衡量燃料爆燃性能的指标，辛烷值越低就越容易爆燃）、抗爆性能好等特点。

（3）LNG燃烧后主要生成二氧化碳和水，是理想的清洁燃料，所以环保性能好。用在汽车上，它可将汽车尾气中的碳氢化合物减少约72%，二氧化碳减少约20%，氮氧化物减少约39%，一氧化碳减少约90%，硫氧化物和颗粒物质几乎为零，减少了温室气体的排放，减少了大气污染。

（4）LNG的体积与相同压力下同重量的天然气比，缩小了约625倍，所以天然气液态储存效率极高，储存的容器占地面积极少，投资省。LNG运输也方便，采用专用的容器可用汽车、机车、船舶方便地将大量LNG运送到需用天然气的地方，一个10立方米的LNG容器储存量就可供1万户居民1天的生活用气。利用LNG船运输LNG的方式是解决沿海地区开发所需能源的有效措施。一艘17.4万立方米的LNG船，将LNG气化成约一个大气压下的气体，容积大约1.08亿立方米，可供1 500万人口（约500万户）使用1个月以上。

（5）LNG气化后在常温下密度很低，比空气轻，若稍有泄漏后容易飘散，不致沉积在低洼或通风不良的处所而引起火灾或爆炸。

2）液化天然气对LNG船的要求

LNG船运输的是以液态甲烷为主要成分的液化气，所以液货舱的设计主要考虑液化甲烷的特性，LNG船的液货舱大都设计成-163摄氏度的全冷式，压力接近大气压。但也有少数小型LNG船，刚加注时温度为-163摄氏度，压力接近大气压，但其液货舱可承受约0.4兆帕的货物蒸气压力，在此压力下液货饱和温度会略高于-163摄氏度，这种液货舱称为蓄压式液货舱，这类LNG船常作为LNG支线运输船以及LNG加注船。LNG加注船是用于为其他以LNG为动力燃料的船舶加注LNG燃料的专用船舶。因为大气压力下液态甲烷的饱和温度是-163摄氏度的超低温，所以在液化气船中，LNG船的设计和建造难度是最高的。