專利視角下LNG外輸系統技術發展態勢

祖木子 盛永祥 周航

[摘要]鑒于LNG外輸系統是能否實現LNG能源更加快捷、安全、經濟高效運輸的重要因素。為滿足LNG能源外輸要求，擬基于Patsnap專利數據庫平臺研究LNG能源外輸系統領域的研究動態、技術演化、發展態勢等，研究分析LNG外輸系統領域的三個重點技術，預測LNG外輸系統未來發展方向，為我國船舶行業實現綠色發展提供有益參考。

[關鍵詞]外輸系統;LNG能源;技術演化;專利

[中圖分類號]TE832[文獻標識碼]A[文章編號]1005-152X（2021）12-0006-06

Development Trend of LNG Export System Technology：A Patent Perspective

ZU Muzi1，SHENG Yongxiang1，ZHOU Hang1，2

（1. School of Economics & Management，Jiangsu University of Science & Technology，Zhenjiang 212003;

2. Institute of Marine Equipment Research，Jiangsu University of Science & Technology，Zhenjiang 212003，China）

Abstract：In this paper，in order to meet the requirements of LNG energy export，we planned to study the research dynamics，technological evolution and development trend in the field of LNG energy export system based on the Patsnap patent database platform. We then looked at the three key technologies in this field，and forecast the development direction of the LNG export system，providing useful reference for the green development of the shipbuilding industry in China.

Keywords：export system;LNG energy;technological evolution;patent

0引言

國際海事組織（IMO）明確指出國際海運業未來的綠色發展方向、船舶低碳技術的發展方向，堅持綠色可持續發展是目前船舶行業發展的重要目標，提倡使用無污染或者污染較小的能源作為船運能源是促進當下船舶行業發展的切實可行的舉措。與傳統能源相比，LNG能源能夠使船舶碳排放量減少20%，LNG能源已成為中短期內最為現實可行的、能夠規模化應用的主流船用清潔能源[1]。傳統LNG能源外輸主要分為槽車運輸、船運和管道輸送等三種運輸方式，但傳統的LNG能源外輸方式已無法滿足我國對LNG能源與日俱增的需求。因此，探索更加快捷、安全、經濟高效的LNG能源運輸方式是未來LNG能源外輸系統領域發展的關鍵性問題。本文結合LNG能源的發展背景和趨勢，對LNG能源外輸系統技術的應用現狀與應用前景進行深入分析，優化船舶領域能源結構，促進能源高效利用，實現節能減排目標。

目前，已有較多學者對LNG外輸系統領域進行研究。如，鄧志安，等[2]對國內外LNG能源運輸系統現狀進行剖析，并預測未來天然氣運輸系統發展方向。馬群凱[3]提出在LNG外輸系統中要做好第三方施工安全管控與各類地質災害防控，確保LNG管道本身質量和運輸環境的高度安全。張廷首[4]指出利用銀鋼作為LNG管道常用材料，可以使LNG外輸系統的安全性得到較好保障。關于專利分析，已有許多學者利用專利分析的方法探究技術發展動態。如，Fatma，等[5]利用專利分析對風能技術發展趨勢進行研究。Vanderlei，等[6]利用自動化思維圖譜專利對某水和污水環衛公司可持續性發展進行研究。丁賀[7]利用專利分析方法對LNG冷能發電技術進行研究。鄧超月，等[8]利用數據節能技術專利對軌道交通領域進行分析研究。陳柏興，等[9]基于全球專利視角下對廣東省可見光通信產業進行分析與研究。

專利作為技術信息的有效載體，囊括了全球90%以上的最新技術情報[10]，已有許多學者采用專利分析方法研究LNG能源的接收儲存系統，以此分析LNG能源應用發展方向預測。雖然已有較多學者對LNG能源存儲等技術進行研究，但尚未有相關學者基于專利的視角對LNG能源外輸系統技術進行分析。因此，本文擬基于Patsnap專利數據庫平臺研究LNG能源外輸系統領域的發展趨勢、技術焦點等，得到LNG能源外輸系統技術三個分支方向的技術演化結果，預測LNG能源未來發展方向，為我國船舶行業實現經濟高效的綠色航運提供有益參考。

1專利分析

1.1專利整體發展態勢分析

通過對專利申請的分析能夠及時掌握目標技術的發展態勢[11]，截至2021年6月，涉及LNG外輸系統領域的全球專利申請共計2 970件。圖1給出了LNG外輸系統領域全球專利申請量逐年分布趨勢。圖中數據顯示，外輸系統領域的專利申請最早出現在1953年，在此之后的一段時期，僅出現零星的專利申請，處于前期萌芽階段;從1975年到1998年，該領域呈現持續緩慢的增長態勢，處于慢速增長期;1999年以后，全球外輸系統技術領域進入快速發展階段，全球申請量有了質的飛躍。雖然全球申請總量波動幅度很大，但是總體上升勢頭迅猛，表明該領域的技術研究發展正處于一個相當活躍、快速增長的階段。

1.2技術關注焦點

通過對船舶動力系統領域專利的IPC進行統計分析，將全球排名前10的IPC技術定位技術焦點，對篩選出的2 973組專利進行分析。如圖2所示，位列前十位的有B63B35：船上貨物卸載或乘客上下設備的配置;B67D9：用于裝卸船只時輸送液體的設備或裝置;F17C13：容器或容器裝填排放的零部件;F16L11：軟管，即可彎曲的管子;F17C7：從壓力容器內排放液化、固化或壓縮氣體的其他小類內不包含的方法或設備;B63B25：載荷處理裝置;F17C9：自非壓力容器排放液化或固化氣體的方法或裝置;F17C5：液化、固化或壓縮氣體裝入壓力容器的方法和設備;F16L59：一般的絕熱;B63B35：適合于專門用途的船舶或類似的浮動結構。從分類號代表的技術分布可見，外輸系統領域專利申請的重點主要集中在船上貨物裝卸或乘客上下設備的配置。

1.3主要申請人重點技術對比分析

在主要專利技術分類分布上，表1顯示了LNG外輸系統領域專利技術的時間分布趨勢和技術分布國家狀況。表中數據顯示，近年來與外輸系統領域有關的專利都有明顯增長的趨勢，包括與船上液體貨物卸載相關的B63B35：船上貨物卸載或乘客上下設備的配置;與用于輸送液體相關的B67D9：用于裝卸船只時輸送液體的設備或裝置;與裝載容器設備相關的F17C13：容器或容器裝填排放的零部件;與運輸液體管路相關的F16L11：軟管，即可彎曲的管子。從主要技術的總量來看，尤其近三年來，外輸系統領域技術發展速度較快;從國家分布情況來看，法國和美國在外輸系統技術領域專利數量上占有絕對優勢，中國各方技術發展相對均衡，其他國家的技術發展整體相對較弱。

1.4核心專利識別

核心專利是指在某個領域具有高度影響力和創新性的且具有重要經濟價值的專利[12]，核心專利由于其高度的創新性和影響力，通常可以帶來明顯的經濟效益。因此，識別核心專利對于分析目標技術當前發展狀況和預測未來發展趨勢具有重要意義。通常情況下，專利被引頻次被認為是識別核心專利的重要指標，即專利被引頻次越高，表明此專利在該技術領域創新程度越高、影響力越大和價值越高。

本文依據普萊斯定律[13-14]，專利被引頻次界定專利是否為核心專利。即當某一專利被引頻次在M～N_max，即認為該專利為核心專利。其中，M=

2專利技術演化分析

進行專利文本分析有利于精確把握目標技術的核心要點。通過專利文本發現，LNG能源外輸系統領域內的重點技術分支可從輸運系統、運輸管路以及加注系統三部分展開。結合核心專利技術分析，針對LNG外輸系統中存在的問題，為相關研發機構和企業提供新的研究方向和思路。

2.1核心專利篩選

運用引用專利文獻數量和非專利文獻數量、被引頻次等10個指標*從2 973組專利中篩選出32條核心專利，并根據輸運系統、運輸管路、加注系統三個技術層面對核心專利進行歸納分析，最后按照時間順序繪制專利發展演化圖，如圖3所示。

2.2輸運系統

輸運系統專利最早出現于20世紀之前，其主要涉及在低溫條件下輸送LNG等流體的管道柔性和絕熱系統技術。1971年，美國氣體產品與化學公司的專利（US3706208A）是將流體導管通過改進的支撐系統與外柔性軟管保持間隔關系，使得中央致冷劑轉移管支撐在支撐構件的中心，增加系統的靈活性。1999年，挪威斯塔特伊石油公司的CN1121332C主要用來解決輸送過程中的LNG、液化石油氣等冷凝液體易揮發的問題。

2001-2010年，隨著技術的不斷發展以及市場要求的不斷提高，輸運系統方面的專利主要是針對傳統的卸載臂在惡劣海況條件下輸送LNG安全性不足的問題進行優化和改進。2005年，美國埃克森美孚上游研究公司的CN100577518C主要解決在惡劣的海況環境下停泊和卸載時間的縮短、傳統裝載臂受到限制的問題。2006年，挪威弗拉莫工程公司的US9562647B2主要解決LNG等低溫液體漏出會使得由碳鋼制成的容器設備在低溫下變脆，失去其結構強度的問題。2009年，瑞士辛格爾浮筒系船公司的CN1177556A主要解決在惡劣海況環境下的技術問題，即兩個單元傳輸系統之間輸送LNG過程中容易發生管道碰撞的問題。

2011-2019年間，隨著市場競爭的日趨激烈和對LNG運輸安全性要求的提高，各界開始針對以往多種問題進行改進，例如，船船間輸送LNG的安全性問題、對傳統裝載臂的改進等。2012年，法國FMC技術股份有限公司的CA2832423C主要解決在任何環境下兩艘船都能夠快速地連接它們的管道，并且在斷開之后盡可能快地彼此離開的問題。2014年，法國氣體運輸技術公司的CN105745149B主要解決當海面不平靜時，船之間的相對移動會使得上述的柔性管道進行隨機移動，進而使得其操控特別復雜。2019年，法國FMC技術股份有限公司的EP3849895A1主要解決現有的兩腳規類型裝載臂中的撓性管道在補給過程中受張力而受阻的問題。

2.3運輸管路

就運輸管路而言，其重點專利的技術主要集中在輸送軟管材質的改進和管道結構的優化。20世紀之前的運輸管路專利技術主要集中于軟管用于裝卸使用時的過度彎曲及受環境影響的膨脹收縮問題。1981年，荷蘭皇家殼牌石油公司的DE3269199D1主要解決在裝載和或卸載液化氣罐車時，軟管由于船的運動而受到連續彎曲和在浮動構型中受到波浪運動而破損失效的問題。1998年，日本大成建設株式會社的JP3687060B2主要解決采用高成本伸縮接頭的情況下鋼材料由于溫度變化膨脹和收縮導致破裂的問題。

2001-2010年，運輸管路專利技術主要集中于低溫環境下運輸流體的管道安全和輸送過程中泄漏的問題。2007年，摩洛哥SBM集團（SINGLE BUOY MOORINGS INC）的IN9816DELNP2007A是提供一種可以安全的橋接相對長距離并容易調節長度的低溫輸送軟管。2007年，澳大利亞BHP比爾利頓石油私人有限公司的CN101517297B是針對以往剛性管不易彎曲、易斷裂等問題而提出的一種復合軟管。2008年，日本古河電気工業株式會社的JP5184176B2 是針對裝載臂不能跟隨在設施和油輪之間的移動，且由于設備過大原因在波浪、風等的作用下會大大震動而提出的一種兼具耐久性和隔熱性的撓性管。

2011年至今，運輸管路的技術重點主要是針對管道材質、結構設計方面進一步改進優化，提升運輸管道的穩定性和安全性。2013年美國國民油井華高丹麥公司的US9587773B2主要解決在安裝和使用過程中，撓性管收到機械熱和化學熱影響磨損的問題。2014年中國東莞中子科學中心的CN104565588B主要解決輸送低溫液體過程中采用真空層絕熱的方式也會存在漏熱的問題。2017年，日本古河電気工業株式會社的JP2018162844A能夠確保最外周部保護層的內管的彎曲追隨性，同時防止保護層的局部褶皺產生。2020年，中國威海鴻通管材股份有限公司的CN111207249A主要解決現有的低溫管道柔順性差、密封性不好的問題。

2.4加注系統

隨著LNG能源船舶的不斷發展，能源供應成為各界研究熱點，起初加注系統技術主要集中于水上LNG加注站、車船加注，由于水上加注站和槽車加注等不能很好地滿足LNG能源船的能源供應問題，之后研究重點開始轉向LNG能源加注船。由于加注系統技術起步較晚，在2014年之后才開始走上正軌。2014年，韓國大宇造船海洋株式會社的KR1020160036838A主要解決當船油箱內部的壓力升高，會產生蒸發氣體進而導致油箱破裂或損壞的問題。

2016年，中國江蘇科技大學的CN103615658A主要解決由于LNG水上加氣站不能移動、更換儲氣罐風險高、槽罐車容量小不能很好地解決船舶能源加注的問題。2018年，中國招商重工（江蘇）有限公司的CN109114417A主要解決目前LNG加注站的加注接口都是單一的組合模式，需要加注船和加注站的接口相匹配的問題。

2019年至今，2019年，中國浙江海洋大學的CN110594578B主要解決現有的加注船LNG儲罐結構單一，整體體積較大，行駛過程中易發生震蕩，安全性能無法得到保證的問題。2019年，中國滬東中華造船（集團）有限公司的CN112193368A主要解決船舶能源加注的問題。2021年，中國江南造船（集團）有限責任公司的CN113007594A主要解決在LNG 加注過程中，由于外界環境溫度的影響（如管道漏熱和液罐溫度過高，使得加注管路中的部分LNG蒸發為氣體，從而導致薄膜型液罐漲裂的問題。

3結語

從專利統計來看，我國LNG外輸系統技術領域的技術發展總體呈現上漲趨勢。從全球專利申請態勢的角度分析，外輸系統領域的專利申請最早出現在1953年，在此之后的一段時期為技術空窗期僅出現零星的專利申請，處于前期萌芽階段;從1975年到1998年，該領域呈現持續緩慢的增長態勢，處于慢速增長期;1999年以后，全球外輸系統技術領域進入快速發展階段，全球申請量有了質的飛躍。該領域的技術研究發展正處于一個相當活躍、快速增長的階段。其中，我國早在1992年前就已經出現相關技術的專利申請，并且一直到20世紀末，中國在外輸系統領域基本保持一個少量的專利申請狀態，處于起步探索階段;2001-2011年間，隨著中國海工產業的不斷發展與對外開放等政策的扶持，專利申請量進入了緩慢增長期，雖然該過程中有幾年略有回落，但是其總體增長趨勢不變;2012-2021年，中國在LNG外輸系統技術領域得到了快速發展，并在2019年達到申請量的峰值，逐漸成為該領域的領軍者。

由技術演化路徑分析可知，外輸系統技術的發展主要集中在輸運系統、運輸管路、加注系統三個分支方向。其中，輸運系統技術重點主要集中在運輸系統、軟管設備、液體貯存、載荷處理裝置和浮動結構裝置等;運輸管路技術重點主要集中在輸運管、絕熱管、載荷處理裝置、軟管設備和轉送裝置等;加注系統技術重點主要集中在液化氣體灌入、貯氣灌入、氣體貯存、貯氣罐和壓力容器等。

LNG能源外輸系統在傳統柴油發動機、電力推進系統和混合動力系統等方面已有了一定的技術突破，船用LNG能源技術也擁有廣闊的發展前景，但隨著可持續發展理念和經濟高效的發展需求，對LNG 能源外輸系統提出了更高的要求。安全性、經濟型、規范性、可持續性是未來國內外LNG能源供應鏈系統發展的主流方向，是進一步推動船用LNG能源、促進船舶動力系統不斷成熟的不竭動力。

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