出品 | 网易新闻
作者 | 陈俊宇，清华大学机械工程系博士研究生
在寒冷的北极地区，零下四五十摄氏度是家常便饭，只有像北极熊这样被厚厚脂肪包裹的生物才能在这样的环境下行动自如。
而就在前不久，中国建造的全球第一艘4.45万吨级极地凝析油轮正式交付，它不仅能够耐受零下50摄氏度的低温，甚至还可以双向破冰在北极地区航线，服务于全球最大的液化天然气项目——亚马尔项目。
（一）极地凝析油轮建造之前，北极运输凝析油和天然气只能集中在夏季
北极地区是指北极圈（北纬66°33′）以北至北极点之间的广大区域，面积约2100万平方公里，主要由北冰洋以及周缘陆地和岛屿组成，自然条件恶劣，常年低温，平均气温 介 于零下20~零下40℃，大部分常年被厚厚的冰层覆盖。
图：北极地区各国主权（边界及争议边界）和资源情况（军事基地、油气田、矿石）
北极地区富含油气，经过勘探推测，环北极24个盆地待发现原油资源量149亿吨，包括凝析油40亿吨，待发现天然气资源量46万亿立方米，待发现天然气资源主要分布在俄罗斯。
亚马尔项目是中国提出“一带一路”倡议后在俄罗斯实施的首个特大型能源合作项目，项目位于俄罗斯境内的北极圈内，是目前全球在北极地区开展的最大型液化天然气工程，主要利用地处北极的南塔姆贝天然气凝析气田的资源建设天然气液化厂，该项目将年产1650万吨液化天然气和 120万吨凝析油。
凝析油是天然气开发的“副产品”，通常是指从凝析气田的天然气中凝析出来的液体组分，主要成分为C5~C8烃类的混合物，是炼油工业的优质原料。它在地层中（高温、高压条件下）呈蒸汽状态（称凝析气），采出后由于压力和温度降低至地面条件，从天然气中凝析而出，成为轻质油，故称凝析油。
传统炼厂对购买凝析油兴趣不大，尤其是拥有昂贵的深加工装置的炼厂，加工凝析油会造成装置开工率和效率下降。但是目前随着天然气在全球能源结构中占据的比重快速增加，由于凝析油主要用来生产石脑油，凝析油对增加石脑油和汽油产量的影响日益得到重视，出现了越来越多的凝析油分馏装置建造项目，在被视为特殊贸易品种几十年之后，凝析油已经进入国际石油天然气生产、贸易和销售的主流行列。
在极地凝析油轮建造之前，亚马尔项目在夏季以外缺乏凝析油的经济的运输手段，但是其凝析油产量与天然气产量高度相关，并不能大幅调整，供需不平衡限制了亚马尔项目凝析油的收益水平，为其建造专门的极地凝析油运输油轮对于亚马尔项目参与国际竞争具有重要的战略意义。
（二）4.45万吨极地凝析油轮，既是大油轮又是破冰船
以前在极地运油只有夏季才能通行，而中国造的极地凝析油轮，将可以全年用于北极地区的凝析油运输，是一艘凝析油专用油轮，凝析油的载重量达到了4.45万吨，属于灵便型油船，便于极地破冰操纵。同时，相对于年产120万吨凝析油的亚马尔项目来说，具有较大的运量。
另一方面，在北极的极地条件下，为了满足每年夏季以外在东北航道航行的需求，还需要至少满足俄罗斯船级社对极地船舶冰区级别的Arc7级的要求。
图：北极东北航道（红）与传统航道（绿）示意图
（1）油轮应该造多大？
油轮按载重吨位可分为：（1）超级油轮，一般在16万吨载重吨以上，超过16万吨的油轮被称为超大型油轮，超过40万吨的油轮被称为超级巨型油轮；（2）苏伊士型油轮（Suezmax），12万-16万载重吨；（3）阿芙拉型油轮（Aframax），8万-12万载重吨，该型船舶可以停靠大部分北美港口，并可获得最佳经济性，又被称为“运费型船”或“美国油轮船”； （4）巴拿马型油轮，6万-8万载重吨；（5）灵便型油轮，1万-5万载重吨；（6）通用型油轮，1万吨以下。
油轮造得越大，载重越大，单位载重吨的造价和运输成本比中小型油轮相对要低，但是油轮也不是造得越大越好，一方面受到航道、水深的限制，特别是海峡、运河和港口的水深，另一方面其操作更不灵便，不适应于需要频繁操作的破冰作业。
国产极地凝析油轮载重吨为4.45万吨，可以较好地兼顾造价、破冰能力、运输能力等指标。
（2）破冰船多强才算强？
我们在《114块“积木”搭出“雪龙2”号，极地破冰船为啥难造？》中介绍了破冰船的破冰原理和制造的难度。
破冰能力是极地破冰船最重要的参数之一，可分连续航行破冰能力和反复冲压破冰能力。目前，从动力系统角度来看，大多数柴电破冰船其连续航行破冰能力在1.2米以上，较为先进的可破开1.8米厚的冰层，而核动力系统破冰船可连续破开2～3米的冰层。
极地凝析油轮的破冰能力测试
国产极地凝析油轮的船艏和船艉都安装了由特种材料制成的冰刀，遇到1.8米厚以下的冰层和15米以下的冰脊，都可以像刀切豆腐一般直接碾压过去，并保持2节以上的航速。破冰能力达到了俄罗斯船级社商用运输船的Arc7级冰区级别，可以全年在北极海域实现通航，比 “雪龙号”（大致为Arc5冰级）至少高出两个破冰等级。
表：俄罗斯船级社规定的北极地区极地船舶冰区级别
（3）极地凝析油轮怎么造？
整个船舶的船体是一个大的钢结构，需要通过把钢材进行各种加工（主要是弯曲成型）和焊接，造出来一个大铁壳子，在这个船体上安装各种各样的功能系统，并进行涂装，就是一艘船的建造过程。
具体来说，主要包括三大工艺类型：船体建造工艺、舾装工艺和涂装工艺。
图： 造船工艺流程示意图
三大工艺类型并不是先干完一个再干另一个，而是生产设计的时候把船划分为不同的分段，以空间区域为基础进行时间上的并行协同作业，也就是通常所说的壳舾涂一体化。这样可以大大缩短船舶建造时长，并减少对船厂的船坞等瓶颈资源的占用，提高造船效率。
图：国产凝析油轮的分段划分
国产极地凝析油轮船体强度大、结构多，船体内部都会有用于加强船体结构强度的龙骨和肋板，肋骨沿着船的首尾方向隔一段距离设置一块，常规油轮的肋骨都是每隔800毫米一块，而这种船的肋骨都是400毫米一块，整船重量比常规船重了接近1倍，船体装焊工作量也增加了接近1倍。船体均采用耐低温钢，冰刀附近结构板材厚度大，焊接时需要开双向坡口和预热，具有很高的施工难度。
图：船底部宽度达到10公分的破冰用“冰刀”
为了确保船舶在极寒的恶劣天气下仍然可以正常运行，船上所有设备设施均采取了防寒设计，使得船可以在零下50℃的条件下工作。
（三）吊舱推进器：让破冰船可以做很多“高难度动作”
国产极地凝析油轮没有舵，转向、前进和后退都靠安装在艉部的两个目前全球最大的吊舱式推进器。
吊舱推进器，又称POD推进器，是一种集推进和操舵装置于一体的新型船舶推进装置，这种吊舱推进器可以在360°内水平转动以实现船舶前进或者后退。目前国产的吊舱推进器已经达到了兆瓦量级。
图：某型进口吊舱推进器
因此，这艘船可实现艏艉双向破冰，其中艏部可破1.8米厚的冰层，艉部可破1.5米厚的冰层，并能保持2节以上的航速，这在目前世界上运营的冰区船舶中绝无仅有。
独特的吊舱推进设计，省去了轴系的安装和调试，但同时也增加了更多新的设备。对于国内船厂来说，在工期短、任务重的条件下，吊舱推进器的安装十分具有挑战性。
图：国产极地凝析油轮使用的目前全球最大的吊舱式推进器
结语
一段时间以来，国际船舶建造市场中都是中日韩三国鼎立的竞争格局，韩国在高端船舶市场占据绝对地位，中国凭借规模和成本优势在常规型船舶市场占据较高份额，日本则在船舶配套设备上的技术优势明显。
近年来，国际船市不景气，高端特种船型市场却一枝独秀，中国船厂也逐渐进入高端船舶制造领域，以极地凝析油轮为代表的产品向世人展示了中国在高端船舶制造领域日益强大的实力。
