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韩国自主研发LNG船围护系统能走多远?

发布时间:07月10日 06时  来源:中国船舶报
 

据韩国媒体报道,首批2艘安装韩国自主研制KC-1围护系统的17.4万立方米液化天然气(LNG)船中的“SK SPICA”号因围护系统问题,无法运输LNG。船舶运营商SK海运表示,该船于今年3月交付,在航运过程中出现围护系统结冰现象,韩国天然气公社原计划4月使用该船从美国进口LNG,最终只能以其他船舶代替。

KC-1围护系统是韩国为打破法国GTT公司垄断历时10年自主研制的新型围护系统,此次发生问题受到业界高度关注。业内人士表示,问题的原因何在,如何解决,是否会影响其未来更大规模的商业化应用,将在很大程度上决定韩国船企的国际竞争力甚至未来的创新之路。

施工问题?设计问题?

自主研发LNG船围护系统技术被韩国列为国家科技研发项目课题。2004年,韩国产业资源通商部组织韩国天然气公社和现代重工、三星重工、大宇造船海洋等着手自主研发LNG船围护系统,经过10年的努力,最终成功研发出KC-1围护系统。2007~2014年,KC-1围护系统陆续获得世界主流船级社的原则性认可,2017年12月,获美国海岸警卫队(USCG)的原则性认可。USCG的原则性认可文件认定,配置KC-1围护系统的LNG船的单船最大舱容可达17.4万立方米。

江南造船(集团)有限责任公司总工程师胡可一介绍说,KC-1围护系统的核心技术来自韩国天然气公社的陆用LNG储存舱技术。2001年,韩国天然气公社研制成功1300立方米LNG陆上存储罐。通过这个实验储罐的建造和试用,韩国天然气公社对主次屏蔽层和绝缘材料进行了低温性能验证。之后,KC-1围护系统成功应用在韩国天然气公社设在仁川LNG接收站第19、20号20万立方米的LNG储罐上。2006年,韩国天然气公社申请了KC-1在LNG船上应用的专利。“KC-1围护系统的主次屏蔽层由1.5毫米厚带有错位槽型压筋的304L不锈钢制成,采用115公斤/立方米的聚氨酯作为绝缘材料,最大优点是避免了在压筋槽上焊接,可大范围应用自动焊机从而提高主次屏蔽层的焊接和安装效率。”胡可一表示,当时,对于新研制的KC-1围护系统,也有资深业界人士对其“错位槽型压筋”能否像MK-Ⅲ围护系统的“十字交叉槽型压筋”一样很好地吸收膜应力提出质疑。

采用KC-1维护系统的LNG船效果图/图片来自sedaily.com

KC-1围护系统研制出来后一直受到市场冷遇,商业化应用并不顺利。2015年,韩国SK E&S在现代重工订造2艘LNG船,韩国业界期望其采用KC-1技术,但SK E&S考虑到KC-1技术未经实用验证,不敢轻易冒险采用,后来还是选择了法国GTT公司的围护系统。最终,韩国天然气公社成为“第一个吃螃蟹”者,与三星重工敲定在2艘17.4万立方米LNG船上首次采用KC-1围护系统。这2艘LNG船被命名为“SK Serenity”和“SK Spica”,均于今年交付。

对于此次安装于“SK Spica”号的KC-1围护系统出现结冰问题,胡可一表示,韩国天然气公社既是船舶使用者,又是KC-1围护系统的专利拥有者,因此,当事方恐怕不会公开出现问题的真正原因,外界只能猜测。他认为,出现结冰问题有可能是围护系统屏蔽层泄漏渗冷,或是因没有完全干燥导致围护系统中的间隙有水汽。“最可能是绝缘层安装过程中产生的问题或者是首次应用的安装工艺还不完备,不太可能是原理、设计等方面的根本性问题,毕竟KC-1围护系统在研制过程中进行了一系列工程化的试验。”胡可一说,其实,回顾LNG船薄膜型围护系统的发展历史可以发现,在实船建造、气体试验和船舶营运过程中,GTT公司的MK-Ⅲ围护系统和2011年推出的CS-1围护系统均发生过次屏蔽层泄漏事故,给LNG运输公司和船厂带来巨大损失,也引发业界对上述两种LNG围护系统次屏蔽气密性的质疑。KC-1围护系统虽然在陆上应用十分成功,但船用的环境与陆上相比要严酷得多,因此会面临更加严峻的挑战。

截至目前,早于“SK Spica”号交付的同样安装KC-1围护系统的 “SK Serenity”号还没有传出围护系统出现问题的消息。而有消息称,三星重工目前还在建造另外2艘应用KC-1围护系统的LNG船,预计于2019年完工。

脱颖而出?就此“夭折”?

目前,LNG船的货物围护系统分为C型舱、GTT薄膜型和B型舱(MOSS球罐型和SPB菱形舱)三种。目前在建的大型LNG船中,由于MOSS成本较高,薄膜型LNG船占绝大多数。而NO96、MK-Ⅲ和CS-1薄膜型LNG船围护系统的专利一直被GTT公司把持。胡可一表示,NO96和MK-Ⅲ两种薄膜型LNG船围护系统目前几乎垄断了在建LNG船市场。CS-1薄膜型LNG船围护系统仅曾应用于法国大西洋船厂建造的7.5万立方米和15.5万立方米电力推进LNG船,再后来鲜有应用。

MARK III薄膜型货物围护系统结构原理图/图片来自GTT

韩国是目前世界上最大的LNG船建造国,但LNG船的最关键配套设备LNG围护系统的建造一直使用GTT公司的专利技术。韩国每建造1艘LNG船需向GTT公司支付约占船舶建造总利润一半的专利使用费。例如,现代重工和三星重工建造的15.5万立方米级MK-Ⅲ型薄膜式LNG船,平均每船约需支付800万美元专利费;大宇造船海洋建造的17.5万立方米级NO96型薄膜式LNG船,平均每船约需支付950万美元专利费。有数据显示,截至目前,韩国三大造船企业共计建造300余艘LNG船,向GTT公司支付专利费用近3万亿韩元(约合176亿元人民币)。因此,韩国多年来一直致力开展LNG围护系统的国产化。

胡可一介绍说,2011年,三星重工在伦敦发布了SCA薄膜型LNG船围护系统。该系统原理上和MK-Ⅲ围护系统比较相似,有效规避了技术风险,也成功避开了相关专利壁垒,而且SCA系统在蒸发率和装载限制要求方面明显优于GTT公司的MK-Ⅲ系统。这意味着一旦SCA围护系统投入应用,三星重工的专利费支出可节省80%以上。

此外,大宇造船海洋也于去年宣布,采用与德国巴斯夫共同开发的高性能绝热材料成功研制出蒸发率更低的SOLIDUS LNG船围护系统,并向市场大力推介。

KC-1围护系统是韩国从2004年开始研发的,研发力量汇聚了韩国三大船企与最大的天然气公司,最终研制成功并实现了实船应用。胡可一表示,在LNG船围护系统方面能成功避开GTT公司专利,创新研制出一种新的系统并在实船上得到应用,是非常不容易的,这也是韩国业界多年来殚精竭虑全力投入的结果。如果此次能够通过局部维修解决问题,使LNG船恢复正常运营,并在后续船型建造中对KC-1围护系统进行有效改进优化,那么,在实船应用上先行一步的KC-1围护系统将可在韩国未来的LNG船建造中大有作为,并大幅提升韩国在LNG船建造市场上的技术竞争力和价格竞争力;如果问题难以解决,恐怕将大大打击韩国在LNG船领域的创新积极性,阻滞韩国LNG船设备的国产化进程。他说:“不管结果如何,相比三星重工的SCA和大宇造船海洋的SOLIDUS系统,KC-1围护系统在商业应用方面至少迈出了实质性的一步。KC-1围护系统研制与应用的过程也从另一个角度反映了传统造船业创新的艰难以及创新成果工程化的坎坷。”

自主创新需要首创精神

也需要“首用”精神

韩国自主研制的KC-1液化天然气(LNG)船围护系统在首次应用中出现结冰问题,为韩国船舶关键设备国产化进程蒙上了阴影。然而,从另一角度考虑,这也可能是韩国自主研制LNG船围护系统进一步优化完善并实现批量应用的开始。

相比那些研制出来却只能束之高阁的创新产品,KC-1围护系统是幸运的,因为它实现了商业应用,即使在首次应用中出现问题,也具备了形成从应用反馈到优化升级再到扩大应用这一良性循环的可能性。而“首用”者韩国天然气公社就是让KC-1围护系统成为“幸运儿”的最重要推动因素。

虽然韩国是我国在船舶行业的强劲对手,但其克服后发劣势,集中力量自主创新的道路与我国有着相似之处。与欧美发达国家相比,我国与韩国同为后发国家,在船舶领域都面临产业链上游关键技术受制于人的困境,面临着欧美企业这些先行者设置的重重壁垒。这些壁垒除了欧美船舶企业通过封锁核心技术、设立技术标准、申请诸多专利形成的技术壁垒和专利壁垒,还有其利用先行者优势在市场上一家独大筑起的市场壁垒。市场壁垒看似无形,却杀伤力巨大。由于它的存在,许多后发国家产业的自主创新成果还没有走到市场化这一步就消失无踪。因为市场是残酷的,出于风险最小化的考虑,客户总是愿意先入为主,选择成熟、稳定、应用业绩良好的技术和产品,而对新产品退避三舍,这在对可靠性与稳定性要求更高、市场更具垄断性的船舶行业来说,尤其如此。韩国KC-1 LNG船围护系统一波三折的商用化过程就充分说明了这一点。

也正因为如此,后发国家产业的自主创新不仅需要突破技术和专利壁垒的首创精神,也需要突破市场壁垒的“首用”精神。要知道,创新成果只有得到应用,才能实现产业化,才能得到市场验证,并在应用中不断优化,实现良性循环,从而形成自己的产业生态链。而缺乏“首用”者恰恰是后发国家自主创新过程中遇到的最大难题。首创要经历诸多失败、付出高昂成本,而“首用”又何尝不是如此,这也是后发国家自主创新成果“首用”者难寻的重要原因。在韩国研制的SCA、SOLIDUS、KC-1围护系统中,唯独KC-1围护系统实现了商业应用。其中最重要的原因是韩国天然气公社是KC-1围护系统的研制者之一,并成为该系统的首个使用者。

客观而言,仅仅依靠自由竞争与市场选择,普通市场主体是很难成为后发国家自主创新技术和产品的“首用”者的。要激发“首用”的动力、培育“首用”的精神,需要国家的鼎力支持。这一点毋庸置疑,也是后发赶超国家在自主创新道路上的唯一选择。因为在垂直化的国际分工中,缺乏国家顶层规划和政策支持的后发国家产业只能被锁定在国际分工的低端,自主创新成果很难在现有市场中占据一席之地,这一点在船舶行业中有充分的体现。因此,我国要实现船舶行业自主创新,避免陷入“赶超陷阱”,还需要对 “首用”给予更大力度的支持,以减少“首用”者的试错成本,降低“首用”者的失败风险,为我国船舶行业在自主创新过程中打赢“市场壁垒攻坚战”提供最有力的支撑。

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