LNG船

LNG運搬船は、液化天然ガス(LNG) を輸送するために設計されたタンク船です。

世界初の外洋液化天然ガスタンカーはメタンパイオニア号で、1959年に5,500立方メートル（190,000立方フィート）の積載量で就航しました。^[1]それ以来、より大型のLNG運搬船が建造され、今日の船隊は、それぞれ最大266,000 m ^{3 （9,400,000立方フィート）の積載量を持つ巨大な}Q-Max LNG船が世界中を航行するようになりました。

米国の天然ガス生産のブームは水圧破砕法（フラッキング）によって可能となり、2010年から天然ガス生産量が大幅に増加しました。 ^[2]米国初のLNG輸出施設は2016年に完成し、その後も続々と建設が進められています。^[3]米国における天然ガスの供給量と輸出施設の増加により、世界中にLNGを輸送するためのLNG運搬船の需要が拡大しました。^[4]

2022年のロシアのウクライナ侵攻により、世界中でLNG輸送の需要が劇的に増加しました。米国のヨーロッパへの出荷量は2022年に2.7兆立方フィートと2倍以上に増加しました。^[5]

2023年現在、世界では772隻のLNG運搬船が稼働しているが、「この数字には浮体式貯蔵ユニットも含まれる」^{[6] 。}

ビューローベリタスによって分類された、5,500立方メートル（190,000立方フィート）を積載した最初のLNG運搬船メタンパイオニア（5,034  DWT ）は、1959年1月25日にルイジアナ湾岸のカルカシュー川を出航した。世界初のLNGの海上貨物を積載し、貨物が配達された英国に向けて出航した。 ^[1]特別に改造されたC1-M-AV1型標準船ノルマルティ（Methane Pioneerと改名）の成功を受けて、ガス協議会とコンク・インターナショナル・メタン社は、メタンプリンセスとメタンプログレスという2隻の専用LNG運搬船の建造を発注した。これらの船にはコンクの独立アルミニウム貨物タンクが装備され、1964年にアルジェリアのLNG取引に参入した。

1960年代後半には、アラスカから日本へLNGを輸出する機会が生まれ、1969年に東京電力および東京ガスとの取引が開始された。それぞれ71,500立方メートル（2,520,000立方フィート）の容量を持つPolar AlaskaとArctic Tokyoの2隻の船がスウェーデンで建造された。1970年代初頭には、米国政府が米国の造船所にLNG運搬船の建造を奨励し、合計16隻のLNG船が建造された。1970年代後半から1980年代初頭には、Arctic LNG船の展望が開け、いくつかのプロジェクトが研究された。

貨物容量が約143,000立方メートル（5,000,000立方フィート）に増加し、費用は2億5000万ドルに達し、^[7]モス・ローゼンバーグからテクニガス・マークIII、ガストランスポートNo.96まで、新しいタンク設計が開発されました。

LNG運搬船の大きさと容量は大幅に増加し、^[8] 170,000立方メートル（6,000,000立方フィート）になりました。船舶の価格は2億ドルになる可能性があります。^[7]

2005年以来、カタールガスはQ-FlexとQ-Maxと呼ばれる2つの新しいクラスのLNG運搬船の開発を先導してきました。各船の貨物積載量は210,000～266,000立方メートル（7,400,000～9,400,000立方フィート）で、再液化プラントを備えています。

今日^{[いつ? ]、}小型のLNGバンカー運搬船への関心が高まっています。クルーズ船やRopax船の救命いかだの下に留まる必要があるものもあります。例としては、Damen LGC 3000 ^[9]やSeagasがあります。

2005年までに合計203隻の船が建造され、そのうち193隻がまだ運航中でした。2016年末の時点で、世界のLNG輸送船団は439隻で構成されていました。^[10] 2017年には、推定170隻の船が常時使用されています。^[11] 2018年末の時点で、世界の船団は約550隻でした。^[12]

2021年から2022年にかけて、米国からヨーロッパへのLNG輸送は1億3,300万から2億ドルの利益をもたらす可能性がある。輸送料金は5年契約でも1日あたり10万ドル^{[13]だが、6万ドルから25万ドルの間で変動する可能性がある。 [14]}

2021年には90隻の新しいLNG運搬船が発注された。^[16] 2022年までに需要の高まりにより、新規発注の納入は2027年に延期された。^[14]

2018年11月、韓国の造船会社は3年分の大型LNG運搬船契約（50件以上、総額90億ドル）を締結した。韓国の造船会社は2018年のLNG関連造船契約の78％を獲得し、そのうち14％が日本の造船会社、8％が中国の造船会社だった。この新しい契約により、世界のLNG船隊は10％増加することになる。世界の船隊のうち、歴史的に見ると、約3分の2が韓国、22％が日本、7％が中国、残りはフランス、スペイン、米国の3か国で建造されている。韓国の成功はイノベーションと価格帯によるもので、韓国の造船会社は初の砕氷船型LNG船を導入し、モス型よりもQ-max型船を好む顧客の要望に応えることに成功している。^[17]

2018年、韓国の現代尾浦造船所（HMD）は世界初のLNG燃料ばら積み貨物船を納入した。同船は5万dwtと世界最大の積載量を誇ります。^[18]

SIGTTOのデータによると、2019年には154隻のLNG運搬船が発注され、584隻のLNG運搬船が運航されていた。^[19]

2017年、大宇造船海洋は、 80,200載貨重量トンの砕氷LNGタンカー、クリストフ・ド・マルジェリーを納入した。同船の積載量は172,600 m ³ (6,100,000 cu ft)で、スウェーデンの1か月の消費量に相当する。^{[20]同船はノルウェーから北極海の}北極海航路を経由して韓国まで初の有償航海を完了した。 ^[21]同造船所はさらに14隻を発注している。^[22]

^{小型LNG運搬船（ 40,000m3} （1,400,000立方フィート）未満のLNG運搬船）の場合、船舶の最適なサイズは、容積、目的地、船舶の特性を考慮して、建造されるプロジェクトによって決定されます。^[23]

小型LNG運搬船建造業者一覧:

• 韓進重工業
• STXオフショア＆造船
• ダメン造船グループ

典型的な LNG 運搬船には、船体の中心線に沿って 4 ～ 6 個のタンクが配置されています。タンクの周囲にはバラスト タンク、コッファーダム、ボイドが組み合わされており、実質的には二重船殻タイプの設計になっています。

LNG運搬船は航空母艦と同様に建造が最も難しい船舶の一つであり、30か月もかかる。^[24]

各タンク内には通常 3 つの水中ポンプがあります。貨物の荷降ろし作業に使用される 2 つのメイン貨物ポンプと、スプレー ポンプと呼ばれるはるかに小型のポンプがあります。スプレー ポンプは、燃料として使用する液体 LNG を (気化器を介して) ポンプで汲み出すか、貨物タンクを冷却するために使用されます。また、荷降ろし作業で最後の貨物を「取り出す」ためにも使用できます。これらのポンプはすべて、タンクの上部から垂れ下がり、タンクの深さ全体にわたって伸びる、いわゆるポンプ タワー内に収納されています。ポンプ タワーには、タンク ゲージ システムとタンク充填ラインも収納されており、すべてタンクの底部近くにあります。

メンブレン型容器には、バネ式のフットバルブが付いた空のパイプもあり、重量または圧力で開くことができます。これが緊急ポンプタワーです。メインの貨物ポンプが両方とも故障した場合、このパイプの上部を取り外し、緊急貨物ポンプをパイプの下部まで降ろすことができます。上部をコラムに戻し、ポンプでフットバルブを押し下げて開きます。これで貨物を汲み出すことができます。

すべての貨物ポンプは、船のデッキに沿って走る共通のパイプに排出します。このパイプは船の両側に分岐して貨物マニホールドに至り、積み込みや荷降ろしに使用されます。

すべての貨物タンクの蒸気空間は、貨物ヘッダーと平行に走る蒸気ヘッダーを介して接続されています。また、この蒸気ヘッダーは、積み込みマニホールドと排出マニホールドの隣にある船の側面にも接続されています。

典型的な貨物サイクルは、タンクが「ガスフリー」の状態、つまりタンクが空気で満たされた状態から始まり、タンクとポンプのメンテナンスが可能になります。貨物をタンクに直接積み込むことはできません。酸素が存在するとタンク内に爆発性の大気状態が生じ、-162 °C (-260 °F) の LNG を積み込むことで生じる急激な温度変化によってタンクが損傷する可能性があるためです。

まず、爆発の危険を排除するためにタンクを「不活性化」する必要があります。不活性ガスプラントは空気中でディーゼルを燃焼させてガス混合物（通常、酸素 5% 未満、二酸化炭素と窒素 13% 程度）を生成します_。この_ガスは、酸素レベルが 4% 未満になるまでタンクに吹き込まれます。

次に、タンクに直接積み込むことができないため、船舶は港に入って「ガス充填」と「冷却」を行います。CO2 が_凍結してポンプが損傷し、冷却ショックによってタンクのポンプの柱が損傷する可能性があります。

LNG は船に運ばれ、スプレー ラインに沿ってメインの気化器に運ばれ、液体が気体に蒸発します。次に、ガス ヒーターで約 20 °C (68 °F) まで温められ、タンクに吹き込まれて「不活性ガス」が排除されます。これは、タンクからすべての CO ₂が除去されるまで続きます。最初に、IG (不活性ガス) が大気中に放出されます。炭化水素含有量が 5% (メタンの可燃性範囲の下限) に達すると、不活性ガスは HD (高負荷) コンプレッサーによってパイプラインとマニホールド接続を介して陸上にリダイレクトされます。その後、陸上ターミナルでは、爆発する可能性のある大量の炭化水素が存在する危険を回避するために、この蒸気を燃焼させます。

現在、船はガスで満たされて温まっています。タンクはまだ常温で、メタンで満たされています。

次の段階は冷却です。LNG はスプレー ヘッドからタンクに噴射され、気化してタンクを冷却し始めます。余剰ガスは再び陸上に吹き飛ばされ、再液化されるか、フレア スタックで燃焼されます。タンクの温度が約 -140 °C (-220 °F) に達すると、タンクはバルク ロードの準備が整います。

バルク積み込みが開始され、液体 LNG が陸上の貯蔵タンクから船のタンクに送り込まれます。置換されたガスは HD コンプレッサーによって陸上に吹き付けられます。積み込みは、通常 98.5% に達するまで続行されます (貨物の熱膨張/収縮を考慮するため)。

船舶はこれで荷降ろし港へ向かうことができます。航行中は、さまざまなボイルオフ管理戦略を使用できます。船舶の設計に応じて、ボイルオフガスをボイラーで燃焼させて推進力を得るか、再液化して貨物タンクに戻すことができます。

荷降ろし港に到着すると、貨物は貨物ポンプを使用して陸上にポンプで送られます。タンクが空になると、蒸気空間は陸上からのガスまたは貨物気化器で一部の貨物を気化させることによって満たされます。船から可能な限りポンプで排出し、最後はスプレーポンプで排出するか、一部の貨物を「ヒール」として船上に残しておくことができます。

通常、荷降ろし後の貨物の5%～10% ^[要出典]を1つのタンクに保管します。これはヒールと呼ばれ、ヒールのない残りのタンクを積載前に冷却するために使用されます。これは徐々に行う必要があります。そうしないと、暖かいタンクに直接積載するとタンクが冷気ショックを受けます。クールダウンにはモス船で約20 ^[25]時間 (メンブレンタイプの船では10～12時間) かかるため、ヒールを搭載することで船が港に到着する前にクールダウンを行うことができ、大幅な時間の節約になります。

すべての貨物を陸に揚げると、バラスト輸送中にタンクの温度が周囲温度まで上昇し、船はガスが満たされて暖かい状態に戻ります。その後、船は再び冷却されて積荷を積むことができます。

船をガスフリーの状態に戻すには、ガスヒーターを使用して暖かいガスを循環させ、タンクを温める必要があります。タンクが温められたら、不活性ガスプラントを使用してタンクからメタンを除去します。タンクからメタンがなくなると、不活性ガスプラントは乾燥空気生成に切り替えられ、タンクが安全な作業環境になるまでタンクからすべての不活性ガスを除去するために使用されます。

天然ガスの輸送はLNGでもパイプラインでも温室効果ガスを排出しますが、排出の仕方は異なります。パイプラインの場合、排出のほとんどは鋼管の製造に起因し、LNGの場合、排出のほとんどは液化に起因します。パイプラインとLNGのどちらにおいても、推進力によって追加の排出が発生します（パイプラインの加圧、LNGタンカーの推進力）。^[8]

現在、新造船に使用されている格納システムは 4 種類あります。そのうち 2 つは自立型、残り​​ 2 つは膜型で、現在、特許はGaztransport & Technigaz (GTT) が所有しています。

自立型貯蔵システムの代わりに、2 種類の異なるメンブレン タイプを使用する傾向があります。これは、角柱型メンブレン タンクの方が船体の形状をより効率的に利用し、貨物タンクとバラスト タンク間の空間が少なくなるためと考えられます。この結果、モス型設計は、同等の容量のメンブレン設計に比べて、スエズ運河を通過するのにはるかに費用がかかります。ただし、自立型タンクはより頑丈で、スロッシング力に対する耐性が高く、悪天候が大きな要因となるオフショア貯蔵では将来的に考慮される可能性があります。

設計したノルウェーの会社 Moss Maritime にちなんで名付けられた球形 IMO タイプ B LNG タンクは、球形をしています。ほとんどの Moss タイプの船舶には、4 つまたは 5 つのタンクがあります。

タンクの外側には、パネルに取り付けられた、またはより現代的なデザインではタンクの周りに巻かれた、厚いフォーム断熱層があります。この断熱層の上には、断熱材を窒素雰囲気で乾燥した状態に保てる「アルミホイル」の薄い層があります。この雰囲気は、タンクの漏れを示すメタンがないか常にチェックされています。また、断熱材の破損を示す冷たい場所がないか、タンクの外側は 3 か月間隔でチェックされます。

タンクは、その周囲を赤道リングで支えられており、赤道リングは、データカップルと呼ばれるアルミニウムと鋼鉄のユニークな組み合わせで作られた大きな円形のスカートで支えられており、タンクの重量を船体構造まで下げています。このスカートにより、冷却およびウォームアップ操作中にタンクが膨張および収縮することができます。冷却またはウォームアップ中、タンクは約 60 cm (24 インチ) 膨張または収縮します。この膨張と収縮のため、タンクへの配管はすべて上部から行われ、柔軟なベローズを介して船の配管に接続されます。

各タンク内にはスプレーヘッドのセットがあります。これらのヘッドは赤道リングの周囲に取り付けられており、タンクの壁に LNG を噴霧して温度を下げるために使用されます。

タンクの作動圧力は通常22kPa（3.2psi）までですが、緊急排出のためにこの圧力を上げることができます。両方のメインポンプが故障した場合、貨物を排出するために、タンクの安全弁は100kPa（1bar）で上昇するように調整されます。次に、タンクの底まで伸びる充填ラインが、船上の他のタンクの充填ラインとともに開かれます。すると、故障したポンプのタンクの圧力が上昇し、貨物が他のタンクに押し出され、そこから排出されます。^[26]

石川島播磨重工業が設計した自立型角柱型 B 型 (SPB)タンクは、現在 2 隻の船舶にのみ採用されています。B 型タンクはスロッシングの問題を抑制します。これは、スロッシングの影響で破損し、船体を破損する可能性のあるメンブレン LNG 運搬船タンクよりも優れています。これは、FPSO LNG (または FLNG) にも大きく関係します。

さらに、IMO タイプ B LNG タンクは、内部の機器の放出などにより、内部の偶発的な損傷を受ける可能性があります。これは、メンブレン LNG タンク内で発生したいくつかの事故を受けて設計に組み込まれました。^{[引用が必要]}

Technigaz社が設計したこれらのタンクはメンブレン型である。メンブレンは、タンクが冷却されたときに熱収縮を吸収する「ワッフル」を備えたステンレス鋼でできている。約 1.2 mm (0.047 インチ) の厚さの波形ステンレス鋼で作られた一次バリアは、貨物液体 (または空のタンク状態では蒸気) と直接接触するものである。この後に一次断熱材が続き、さらに「トリプレックス」と呼ばれる材料で作られた二次バリアで覆われている。これは基本的に、ガラスウールシートの間に挟まれて圧縮された金属箔である。これはさらに二次断熱材で覆われ、船体の外側から支えられている。^{[27] [28]}

タンクの内側から外側に向かって、層は次のようになります。

• 液化天然ガス
• 1.2 mm厚の波形/ワッフル304Lステンレス鋼の一次バリア
• 一次断熱（インターバリアスペースとも呼ばれる）
• 三重鎖膜内の二次バリア
• 二次断熱（断熱空間とも呼ばれる）
• 船体の構造。

ガストランスポートが設計したこのタンクは、熱収縮がほとんどないインバー材でできた一次および二次の薄い膜でできている。断熱材はパーライトを詰めた合板の箱でできており、窒素ガスで継続的にフラッシュされている。両方の膜の完全性は、窒素中の炭化水素を検出することで常時監視されている。NG2では、フラッシュされる不活性断熱ガスとして窒素をアルゴンに置き換えるという進化が提案されている。アルゴンは窒素よりも断熱力が高く、ボイルオフガスを10%節約できる可能性がある。^{[28] [29]}

CS1 は Combined System Number One の略です。これは、現在合併したGaztransport 社と Technigaz社によって設計され、MkIII および No96 システムの最高のコンポーネントで構成されています。一次バリアはインバー 0.7 mm (0.028 インチ) で作られ、二次バリアは Triplex で作られています。一次および二次断熱材はポリウレタン フォーム パネルで構成されています。

^{CS1 技術を採用した 3 隻の船舶が 1 つの造船所で[いつ? ]}建造されましたが、既存の造船所は MKIII と NO96 の生産を継続することを決定しました。^{[出典が必要]}

輸送を容易にするため、天然ガスは大気圧で約 -163 °C (-261 °F) まで冷却され、この時点でガスは液体に凝縮します。LNG 運搬船のタンクは、貯蔵中に液体ガスを冷たく保つための巨大な魔法瓶として機能します。ただし、完璧な断熱材はないため、航海中は液体が常に沸騰しています。

WGIによると、典型的な航海では、断熱材の効率と航海の荒さに応じて、毎日貨物の0.1～0.25％がガスに変換されると推定されています。 [ ^{30] [31]}典型的な20日間の航海では、当初積載されたLNGの総量の2～6％が失われる可能性があります。^[30]

通常^{[誰によると? ]} LNG タンカーはボイラー付きの蒸気タービンで駆動されます。これらのボイラーは二重燃料であり、メタンまたは石油、あるいはその両方の組み合わせで稼働できます。

ボイルオフで生成されたガスは、通常、ボイラーに送られ、船舶の燃料として使用されます。このガスをボイラーで使用する前に、ガスヒーターを使用して約 20 °C まで温める必要があります。ガスは、タンク圧力によってボイラーに供給されるか、低負荷^{[明確化が必要]}コンプレッサーによって圧力が高められます。

船舶がどの燃料を使用するかは、航海の長さ、クールダウン用の燃料タンクの搭載の必要性、石油価格とLNG価格、港のよりクリーンな排気ガスに対する要求など、多くの要因によって決まります。

利用できる基本モードは3つあります: ^[要引用]

最小のボイルオフ/最大オイル: このモードでは、タンク圧力はボイルオフを最小限に抑えるために高く保たれ、エネルギーの大部分は燃料油から供給されます。これにより、供給される LNG の量は最大化されますが、蒸発不足によりタンク温度が上昇します。貨物温度が高いと、保管や荷降ろしに問題が生じる可能性があります。

最大ボイルオフ/最小オイル: このモードでは、タンク圧力が低く保たれ、ボイルオフが大きくなりますが、大量の燃料油が依然として使用されます。これにより、配送される LNG の量は減りますが、貨物は多くの港で好まれる冷たい状態で配送されます。

100% ガス: タンク圧力は最大沸騰レベルと同程度に保たれますが、ボイラーの必要量をすべて供給するには不十分な場合があるため、追加の LNG を「強制的に」気化させる必要があります。1 つのタンク内の小型ポンプが LNG を強制気化器に供給し、そこで温められて気化され、ボイラーで使用できるガスに戻ります。このモードでは燃料油は使用されません。

最近^{[いつ? ]}技術の進歩により、再液化プラントを船舶に取り付けることが可能になり、蒸発したガスを再液化してタンクに戻すことができるようになりました。これにより、船舶の運航者や建造者は、より効率的な低速ディーゼルエンジンの使用を検討できるようになりました(以前は、ほとんどの LNG 船は蒸気タービン駆動でした)。例外は、元々デュアル燃料ディーゼルエンジンを搭載していた LNG 船Havfru (1973 年にVenatorとして建造) と、その姉妹船であるCentury (1974 年にLucianとして建造) です。こちらもデュアル燃料ガスタービンを搭載していましたが、1982 年にディーゼルエンジンシステムに改造されました。^[要出典]

デュアル燃料ディーゼル電気推進システム（DFDE/TFDE）を使用する船舶が現在運用されている。^[32]

最近、ボイルオフガスによる推進への回帰に関心が集まっている。これは、排ガス洗浄装置を備えていない船舶では硫黄含有量が0.5%を超える船舶用燃料油の使用を禁止するIMO 2020汚染防止規制の結果である。スペースの制約と安全上の問題により、通常、LNG船にそのような装置を設置することはできず、低コストで硫黄含有量の高い燃料油の使用を断念し、より高価で供給が少ない低硫黄燃料に切り替えることを余儀なくされる。このような状況では、ボイルオフガスがより魅力的な選択肢になる可能性がある。^[33]

石油と比較すると、液化天然ガス（LNG）を運ぶ船からの流出に対する国民の懸念は少ない。なぜなら、ガスはすぐに気化して大気中のメタンになるからである。^[34]

2004年までに、LNG運搬船の積載港湾通過回数が約8万回に達したが、重大なLNG流出事故は発生しなかった。^[35]

いくつかの球形運搬船を分析したところ、これらの船舶は、他の同様のLNG運搬船と6.6kn（通常の港湾速度の50％）で90度側面衝突しても、LNG貨物の完全性を損なうことなく耐えられることがわかった。 ^{[36]満載の}300,000dwtの石油タンカーがLNG運搬船に衝突した場合、この値は1.7knに低下する。報告書では、このような衝突はまれであるとも指摘している。^[35]

HAZIDはLNG流出のリスク評価を実施しました。予防措置、訓練、規制、技術の変化を考慮して、HAZIDはLNG流出の可能性を10万回に1回程度と計算しています。^[35]

LNG輸送タンクの健全性が損なわれた場合、タンク内の天然ガスが発火し、爆発や火災を引き起こす危険性がある。^[37]

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